Минералы — это неживые строительные блоки мира природы. Они образуют камни, укрепляют наши кости и зубы и даже позволяют нашей крови переносить кислород. Но даже когда минералы не собраны в величественный горный хребет или не поддерживают человеческое тело в рабочем режиме, они все равно довольно интересные. Существуют тысячи известных минералов (5703, если быть точным), и многие другие ученым еще предстоит обнаружить. Их оттенки разнообразнее, чем вы можете себе представить. Минералог Джордж Россман, занимающийся спектроскопией минералов в Калифорнийском технологическом институте, говорит, что в минералах встречаются все цвета радуги. Помимо ярких оболочек, которые можно увидеть при дневном свете, многие минералы светятся скрытыми цветами в ультрафиолетовых лучах. И что самое крутое, их сияющие цвета и неземная флуоресценция — это все благодаря нескольким небольшим изменениям и недостаткам. Что вообще такое минерал? Минералы считаются естественными твердыми неорганическими веществами. Но Россман говорит, что даже это определение иногда может быть «расплывчатым». Если дерево гниет, оно оставляет после себя какой-то кристаллический материал. Это минерал или биологическое вещество? Тем не менее, большинство минералогов сходятся во мнении, что объекты их исследования представляют собой твердые соединения, образованные естественными процессами и характеризующиеся единым химическим составом и кристаллической структурой. Камни состоят из множества различных минералов, смешанных вместе, а драгоценные камни — это особенно структурно совершенные куски минеральных кристаллов. Хотя минералы классифицируются на основе их идеального «чистого» состава и формы, необходимо признать, что в природе есть 80 различных элементов, с которыми можно играть. «Есть маленькие кусочки всевозможных второстепенных компонентов. Редко можно получить что-то абсолютно химически чистое в природе», — объясняет Россман. Минеральное образование — это химическая реакция. Примеси, которые попадают в минерал и атомную структуру, происходят из окружающей среды и обстоятельств, в которых он кристаллизуется. Кроме того, классификация минерала зависит не только от его химического состава, но и от его внутреннего атомного расположения. Кианит, андалузит и силлиманит — три минерала, находящиеся в метаморфических породах, которые имеют точно такую же химическую формулу, но разные структуры. Минералог также приводит в качестве примера один из самых распространенных на планете минералов — оливин. Ученый объясняет, что оливин находится на относительно небольших глубинах мантии планеты, но по мере того, как мы продвигаемся к все более и более высоким давлениям, глубже в Земле он трансформируется в другие структурные образования, которым даны уже другие названия. Что вызывает такое разнообразие цветов минералов? От того, как материал поглощает и отражает свет различных длин волн, зависит его цвет. Например, листья на дереве зеленые, потому что хлорофилл поглощает красный и синий свет, отражая волны зеленого и желтого. Знание того, как классифицируются минералы, может помочь понять, почему они имеют так много разных цветов. И химические примеси, и атомная структура играют роль, так как они изменяют спектр поглощения света минералом. Минералог и куратор Американского музея естественной истории в Нью-Йорке Джордж Харлоу поясняет, что рубин, например, приобретает ярко-красный цвет, если заменить в его формуле немного хрома на алюминий. Но если взять ту же формулу и вместо хрома добавить титан или железо, то получится сапфир. Оба камня являются нечистыми версиями прозрачного минерального корунда. Тот же хром (Cr 3+), который делает рубины красными, также может приводить к образованию ярко-зеленых изумрудов из-за различий в молекулярной структуре. В рубинах атомы хрома расположены близко к атомам кислорода. В изумрудах кислород и хром находятся дальше друг от друга, изменяя способ поглощения света молекулами. Почему некоторые камни светятся? Если цвет является способом взаимодействия минерала со светом, то флуоресценция — его продолжение. Свет — это форма энергии. То, что мы видим в нефлуоресцентных цветах, представляется результатом выборочного отражения минералом длины волн света от внешнего источника обратно к нашим глазам. Но с флуоресцентными цветами происходит другое: минерал получает энергию от источника света, а затем производит свои собственные световые волны новой длины. Некоторые минералы настолько флуоресцируют, что вы можете ощутить эффект даже на ярком солнце. Другим требуется ультрафиолетовые лучи с более высокой энергией, чтобы активировать длины волн, достаточно сильные для обнаружения человеческими глазами. Вот почему, когда смотришь на неоновый маркер или белую рубашку под черным светом, кажется, что они светятся. И маркеры, и белая одежда часто содержат УФ-реактивные красители, чтобы выглядеть очень яркими при дневном свете, поэтому они немного флуоресцируют на солнце. Однако под направленными высокоэнергетическими лучами черного света их флуоресценция становится еще более очевидной. Минералог Глен Уэйчунас, изучающий флуоресценцию и спектроскопию в Калифорнийском технологическом институте, говорит, что около 600 минералов светятся в темноте. Он добавляет, что это обычное явление в некоторых геологических местах, таких как Франклин (штат Нью-Джерси), где находится знаменитая шахта Стерлинг-Хилл. Как и в случае с цветом, флуоресценция минералов часто является продуктом примесей, называемых «активаторами». Эти элементы реагируют с ультрафиолетовым светом, создавая флуоресцентные цвета, работая в тандеме с минералами, в которых они находятся. Некоторые из них могут иметь разные цвета с одними и теми же активаторами, а другие могут вообще не светиться. Кроме того, существуют примеси, называемые «тушителями». Они могут остановить работу активатора, даже если все другие условия соблюдены. А если одного активатора слишком много, он способен «погасить» себя, предотвращая флуоресценцию. Это сложное взаимодействие между разными атомами. Структура также важна для понимания флуоресценции. Минеральные дефекты, похожие на типографические ошибки или опечатки в структурных каркасах, могут оставлять небольшое дополнительное пространство в матрице, обеспечивая зазор для движения возбужденных электронов. Затем частицы поглощают энергию и выплескивают ее в виде ярких длин волн флуоресцентного света, даже когда не присутствуют активирующие соединения. Где можно увидеть светящиеся камни цвета радуги? Летом дождитесь благоприятной погоды и исследуйте геологические образования вашей местности. Вы можете просто уловить некоторую флуоресценцию в действии. Глен Уэйчунас рекомендует поиск полезных ископаемых ночью с УФ-фонариком. Даже в тех районах, где флуоресцентные камни менее распространены, есть возможность их увидеть. Попробуйте пройтись рядом со строительными площадками или обратите внимание на ландшафтный гравий, привезенный откуда-то из других мест. А также можно найти интересные примеры флуоресценции в местном музее естествознания. По материалам статьи «How minerals and rocks reflect rainbows, glow in the dark, and otherwise blow your mind» Popular Science