Изумруды различных месторождений мира: диагностика географического происхождения

Актуальность диагностики географического происхождения изумрудов

В последние 15 лет вопрос определения географического происхождения изумрудов стал весьма актуальным. Информация о месторождении изумруда является ценообразующей и важна как для продавцов, так и для покупателей драгоценных камней. Для дорогих изумрудов высокого качества такая информация является особо значимой.

Реклама и профессиональные знания участников международного рынка изумрудов являются причиной более высокой стоимости этих драгоценных камней из месторождений, где долгое время добываются высококачественные образцы, чем изумрудов с такими же характеристиками из других месторождений.

Словосочетание «колумбийский изумруд» стало торговым брендом несмотря на то, что колумбийские камни могут сильно отличаться как по цвету, так и по качеству. Многие изумруды Колумбии действительно обладают высокими цветом и качеством, но дополнительную прибавку к их стоимости дает именно бренд, связанный с их происхождением.

Опытный покупатель, знающий особенности рынка драгоценных камней, при выборе из нескольких изумрудов с одинаковыми характеристиками, выберет изумруд из Колумбии, а изумруд из любого иного месторождения будет отложен в сторону. Замбийские изумруды на мировом рынке также имеют собственный рекламный бренд, который делает их более привлекательными, чем камни из других месторождений.

Существуют и региональные предпочтения. Для жителей Востока может быть интересен азиатский камень, для россиянина желанным может стать зеленый самоцвет с Урала. По этой причине диагностика географического происхождения изумрудов весьма востребована на рынке и является одной из приоритетных задач геммологической лаборатории Гемцентра МГУ.

На сегодняшний день информацию о географическом происхождении драгоценных камней можно установить несколькими методами, основные из которых перечислены ниже.

Документальный метод

В этом случае продавец драгоценного камня предоставляет покупателю комплект договоров, документально подтверждающий каждый этап купли-продажи и обработки сырого камня в ограненный изумруд, предлагаемый к продаже.

Экспертно-инструментальный (геммологический) метод

Диагностика производится в геммологической лаборатории с использованием современных исследовательских методов. Согласно специально разработанным методикам диагностики происхождения изумруда изучаются его внутренние особенности и включения, спектроскопические, химические и иные свойства. Полученные данные сравниваются с аналогичными данными изумрудов референсной коллекции из точно установленных месторождений. Выявляется степень схожести свойств исследуемого изумруда со свойствами камней из какого-либо месторождения. Эксперт-геммолог анализирует набор полученной информации и во многих случаях устанавливает географическое происхождение изумруда.

Наномаркерный метод

Этот метод предполагает заполнение трещин в изумрудах раствором, содержащем нано-маркеры, прямо на месте их добычи. Такой раствор сохраняется в камне даже после его огранки. В дальнейшем, с помощью устройства для идентификации нано-маркеров, можно определить месторождение ограненного камня. Наномаркерная технология предложена сравнительно недавно, редко используется на практике в наше время и является объектом обсуждения в профессиональной геммологической литературе.

Каждый из вышеописанных методов имеет свои преимущества и недостатки. Документальный метод может быть невозможен из-за отсутствия надежных документов, применение наномаркерного метода в настоящее время крайне ограничено. Экспертно-инструментальный метод сегодня является наиболее приемлемым, точным и используется ведущими геммологическими лабораториями мира. Однако и он не всегда может дать убедительное заключение о географическом происхождении изумруда.

Основоположницей диагностики географического происхождения драгоценных камней является швейцарская лаборатория Gübelin Gem Lab, основанная в 1923 году. В середине XX века руководители лаборатории начали организовывать экспедиции на месторождения драгоценных камней в разных странах. Сотрудники лаборатории лично добывали образцы из месторождений и не покупали их с рук. Они спускались в шахты, изучали отвалы и собирали камни с фрагментами вмещающих пород. Таким образом в лаборатории сформировалась коллекция камней, привязка которых к их месторождению была точно установлена. В лаборатории внимательно изучались внутренние особенности камней: включения и структурные особенности. В итоге были составлены и изданы фотоатласы включений в камнях. К примеру, были описаны типичные включения для колумбийских изумрудов. Кроме того, было обнаружено, что включения в разных месторождениях Колумбии, таких как Музо или Кунас, также имеют отличия. Это неудивительно, поскольку изумрудоносный пояс Колумбии имеет общую протяженность 250 км.

В то время на международном рынке изумрудов присутствовали камни из небольшого количества месторождений и отличать российские, африканские или колумбийские изумруды друг от друга было достаточно несложно. В последние два десятилетия ситуация на рынке существенно изменилась, был открыт целый ряд новых месторождений, диагностика географического происхождения изумрудов стала непростой и одновременно весьма актуальной задачей.

Основные месторождения изумрудов

В настоящей работе мы уделили внимание трем месторождениям изумруда: в Колумбии, Замбии и на Урале. Многолетний практический опыт работы геммологической лаборатории Гемцентра МГУ и большое количество диагностированных изумрудов показывают, что на российском рынке изумруды из других месторождений встречаются реже.

В настоящее время в мире насчитывается более 40 месторождений и проявлений изумруда. Изумруды из 15 месторождений наиболее распространены на мировом рынке драгоценных камней (рис. 1). По этой причине изучение диагностических особенностей изумрудов из различных месторождений является непростой, объемной и актуальной задачей. Большинство ведущих геммологических лабораторий мира уделяют особое внимание на отделение изумрудов из брендовых месторождений, таких как колумбийские или замбийские, от изумрудов всех прочих месторождений.

Исследования последнего десятилетия показали, что колумбийские изумруды имеют не только высокие показатели цвета и качества, но и генезис, отличающийся от генезиса изумрудов других месторождений. Поэтому колумбийские изумруды имеют весьма характерные диагностические признаки и их относительно просто отличить от изумрудов других месторождений. На специализированных курсах Гемцентра МГУ слушатели на практике изучают характерные включения и иные структурные особенности в первую очередь в колумбийских изумрудах.

Рис. 1. Месторождения, изумруды из которых наиболее распространены на мировом рынке драгоценных камней.

Для колумбийских изумрудов типичны трехфазные включения (состоящие из жидкой, твердой и газообразной фазы) характерной “зубчатой” формы. Однако в последнее время на рынке стали появляться изумруды из Афганистана, Китая и других месторождений с похожими включениями. Это описано в специализированной геммологической литературе, и подтверждается наблюдениями экспертов лаборатории Гемцентра МГУ.

Несмотря на то, что изучение включений является важнейшим инструментом диагностики географического происхождения изумруда, сегодня стало очевидным, что оно не всегда является достаточным. В последние годы для такой диагностики геммологические лаборатории используют совокупность современных методов исследования. Основными методами являются так называемые “три кита” – это микроскопические исследования, анализ спектроскопических данных, анализ химических данных.

Некоторые камни легко диагностируются по характерным включениям, для других необходимо дополнительное использование спектроскопических данных, а для третьих необходимы все три метода, включая определение следовых примесных элементов и иных дополнительных методов.

Изумруды Колумбии являются наиболее продаваемыми и покупаемыми во всем мире, а замбийские изумруды, производство которых сегодня составляет 30-40% от общемирового объема добычи и, несомненно, встречаются на российском рынке.

Российские уральские изумруды сейчас не имеют широкого распространения в мире, как это было век назад, когда Урал был основным поставщиком изумрудов на мировой рынок. Однако, как показывает практика, в России уральские изумруды регулярно встречаются в продаже и нередко попадают в нашу лабораторию. В последние годы на российском рынке можно также встретить изумруды из Эфиопии, которые являются объектом исследования нашей геммологической лаборатории и обсуждаются в профессиональной геммологической литературе с 2016 года.

Настоящая статья основана на результатах комплексного исследования изумрудов Колумбии, Замбии и Урала, наиболее часто встречающихся на российском рынке изумрудов. Исследования проведены лабораторией Геммологического Центра.

Методы и исследования

Микроскопия

Изумруды даже весьма высокого качества как правило имеют множество включений, и их изучение является чрезвычайно важным инструментом для диагностики географического происхождения изумрудов. Геммологи разделяют изумруды на две большие группы в соответствии с наблюдаемыми в них включениями: изумруды с “зубчатыми” и “блочными” включениями. Эти группы в целом соответствуют двум генетическим группам изумрудов (гидротермальной и сланцевой) и позволяют определить – колумбийский это изумруд или он точно не из Колумбии. Более детальная информация о генетических группах изумрудов приводится в заключении к этой статье.

Некоторые включения типичны только для изумрудов из конкретных месторождений. Ярким примером этого являются включения в хорошо изученных изумрудах Колумбии. Они имеют ряд характерных включений, которые позволяют отличить их от изумрудов других месторождений. Тем не менее такие включения часто отсутствуют в исследуемом изумруде, и тогда отличить его от других изумрудов гидротермального типа месторождений (например, афганских и китайских) на основе изучения включений крайне сложно.

Спектроскопия

Регистрация и интерпретация спектров поглощения в видимой и ближней инфракрасной областях (300-1000 нм), позволяет с высокой вероятностью установить принадлежность изумруда к гидротермальной или сланцевой генетической группе и отделить камни из Колумбии, Афганистана и Китая от изумрудов иных месторождений. Такие выводы делаются на основании особенностей спектров поглощения, связанных с главными элементами хромофорами в изумруде – Cr³⁺, Fe²⁺, Fe³⁺ и V.

Химический анализ микроэлементов

Интерпретация данных о содержании примесных микроэлементов является весьма информативным диагностическим инструментом. Кристаллическая решётка берилла обладает несколькими уникальными позициями, имеющими разный размер и координацию, которые могут занимать различные микроэлементы. Для диагностики обычно используются данные о концентрации Li, K, V, Cr, Fe, Rb и Cs. На сегодняшний день существует несколько разных методов определения данных о концентрации примесных элементов, отличающихся точностью и нижним пределом обнаружения. Сравнение полученных для диагностируемого изумруда данных о химическом составе его микроэлементов с аналогичными данными для изумрудов известного происхождения часто позволяет точно установить географическое происхождение драгоценного камня.

Не менее важными являются и другие исследовательские методы, внедряемые нашей лабораторией в стандартную методику диагностики изумрудов. Такими методами являются фотолюминесцентный спектральный метод и спектроскопия комбинационного рассеяния (Рамановская спектроскопия), применяемая совместно с рентгеноструктурным анализом.

В геммологической лаборатории Гемцентра МГУ более чем за 25 лет ее работы было изучено большое количество изумрудов из разных месторождений, часть из которых в настоящий момент находится в собственной референсной коллекции образцов с точной привязкой к месторождениям. В 2019 году коллекция существенно пополнилась российскими уральскими изумрудами. Кроме того, для изучения свойств изумрудов Геммологическому Центру МГУ были предоставлены коллекции колумбийских и замбийских образцов с достоверной информацией о месте их добычи. Сотрудниками геммологической лаборатории были изучены и проанализированы свойства и особенности всех доступных изумрудов с известным географическим происхождением, самыми важными из которых являются характер включений и внутренних особенностей изумрудов, их спектральные особенности и данные о примесном химическом составе. В настоящей статье мы приводим некоторые результаты наших исследований.

Колумбийские изумруды

Большинство колумбийских изумрудов содержат трехфазные газово-жидкие включения “зубчатой” формы, состоящие из водного раствора, газового пузырька и кубического изотропного кристалла (или кристаллов) галита. Диагностическими включениями являются трехфазные ГЖВ размерами более 500 мкм. Распространенными являются твердые минеральные включения карбонатов, пирита, кварца, полевого шпата и мелких частиц черных сланцев, однако, эти минералы также встречаются в изумрудах других месторождений. Нередко изумруды Колумбии имеют диагностические включения, характерные только для конкретных месторождений этой страны. Так, с изумрудами месторождения Музо ассоциируют крупнокристаллические карбонаты, фторкарбонат паризит, а в камнях месторождения Чивор встречается альбит, свежий или окисленный пирит и графит. Типичные включения в колумбийских изумрудах приведены на рис. 2-4.

Рис. 2. Трехфазное “зубчатое” включение с кубическим кристаллом и газовым пузырем приблизительно равных размеров в колумбийском изумруде. Фото: Д. Синев, ГЦ МГУ.

Рис. 3. Трехфазное “зубчатое” включение с кубическим кристаллом и газовым пузырем приблизительно равных размеров в колумбийском изумруде. Фото: Д. Синев, ГЦ МГУ.

Рис. 4. Трехфазное “зубчатое” включение с газовым пузырем и трехфазное газово-жидкое включение неправильной формы с кубическим кристаллом и газовым пузырем приблизительно равных размеров в колумбийском изумруде. Фото: Д. Синев, ГЦ МГУ.

Изумруды Колумбии имеют диагностическую особенность спектров поглощения в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне, которая обуславливает их знаменитый “колумбийский цвет”. Эта особенность заключается практически в полном отсутствии поглощения на длинах волн более 700 нм. Главный хромофор в колумбийских изумрудах Cr³⁺ обуславливает сильное поглощение с широкими пиками на длинах волн 430 и 620 нм. Присутствует небольшое поглощение на 680 нм, вызываемое запрещенным по спину переходом Cr³⁺, и в районе 960 нм, связанное с колебаниями H₂O. Типичные спектры пропускания (обратные спектрам поглощения) колумбийских изумрудов приведены на рисунке 5. Здесь и далее во внимание необходимо принимать соотношение пиков спектра друг с другом, а не абсолютную интенсивность пиков, которая зависит от толщины исследуемого образца.

Рис. 5. Типичные спектры пропускания колумбийских изумрудов. Спектроскопия: В. Мищенкова, ГЦ МГУ.

Химический состав колумбийских изумрудов характеризуется низкими концентрациями примесей как щелочных металлов Li, Na, K, Rb и Cs, так и Mg и Fe. Хромофоры Cr и V содержатся в широком диапазоне концентраций. Многие колумбийские изумруды имеют соотношение Сr < V, а их соотношение варьируется в очень широком диапазоне. Изумруды месторождения Ла Пита содержат хромофоры Cr и V в бóльших количествах, чем другие колумбийские изумруды. В таблице 1 приведены значения концентраций основных примесных элементов в колумбийских изумрудах.

Таблица 1. Диапазоны значений содержания примесных элементов (мас.%) в колумбийских изумрудах.

	Na₂O	Cs₂O	MgO	Fe₂O₃	Cr₂O₃	V₂O₃
Полверос	0,19-0,83	⋜ 0,04	0,23-1,26	0,02-0,09	0,02-0,17	0,05-0,20
Кунас	0,17-0,66	⋜ 0,04	0,21-0,29	0,02-0,09	⋜ 0,05	⋜ 0,10
Коскуэс	0,14-0,47	⋜ 0,04	0,15-0,67	0,04-0,07	⋜ 0,03	0,02-0,23
Ла Пита	0,13-0,47	⋜ 0,04	0,21-0,72	0,02-0,06	⋜ 0,19	0,06-0,21

Уральские изумруды

Типоморфными включениями уральских изумрудов являются амфиболы в виде «палочек» или иголок, толстые иглы зеленого актинолита, коричневые пластинки слюды (рис. 6-7). В уральских изумрудах также можно встретить радужные тонкие пленки, флюидные включения как “блочной”, так и удлиненной формы, и ростовые трубки.

Рис. 6. Включения тремолит-актинолита, типичные для уральских изумрудов. Фото: Д. Синев, ГЦ МГУ.

Рис. 7. Включения тремолит-актинолита и минеральное включение, типичные для уральских изумрудов. Фото: Д. Синев, ГЦ МГУ.

Изумруды Урала, как и другие железосодержащие изумруды сланцевого генетического типа имеют интенсивную широкую полосу поглощения с пиком около 830 нм и небольшой пик на 380 нм, обусловленные присутствием Fe²⁺ и Fe³⁺, которые отстствуют в колумбийских изумрудах. Характерные интенсивные полосы поглощения на длинах волн 430 и 620 нм и пики около 640 и 680 нм, вызываемые примесным Cr³⁺. Присутствует поглощение на 960 нм, связанное с колебаниями молекул H₂O. Природу небольшого пика на 850 нм в настоящий момент объяснить затруднительно. Типичные спектры пропускания уральских изумрудов приведены на рисунке 8.

Рис. 8. Типичные спектры пропускания российских изумрудов Урала. Спектроскопия: В. Мищенкова, ГЦ МГУ.

Изумруды Урала характеризуются ощутимо более высоким содержанием примесей щелочных металлов, а также Mg и Fe и относятся к натриевым бериллам (Na₂О > 0,5%). Российские изумруды богаты Cs, что обуславливает более высокие значения плотности этих образцов. В таблице 2 приведены значения концентраций основных примесных элементов в колумбийских изумрудах.

Таблица 2. Диапазоны значений содержания примесных элементов (мас.%) в уральских изумрудах.

	Na₂O	Cs₂O	MgO	Fe₂O₃	Cr₂O₃	V₂O₃
Урал	0,53-1,53	⋜ 0,11	0,29-1,55	0,06-0,45	⋜ 0,16	⋜ 0,05

Замбийские изумруды

Изумруды Замбии добываются на двух месторождениях – Кафубу и Мусакаши. Эти месторождения имеют принципиально разный генезис и добываемые на них изумруды имеют существенно отличающиеся свойства. На рынке изумруды Кафубу встречаются чаще и их свойства будут описаны ниже.

Замбийские изумруды месторождения Кафубу часто содержат многофазные газово-жидкие включения “блочной” или неправильной формы. Иногда могут встречаться газово-жидкие включения трубчатой формы. Слюда является обычным включением и имеет коричневатый цвет и округлую форму или форму псевдогексагональных пластинок зеленого цвета. Могут встречаться черные пластинки или дендриты оксидных минералов и удлиненные кристаллы амфиболов, также как и включения апатита, пирита, талька, барита, альбита и кальцита. Включения в замбийских изумрудах Кабуфу приведены на рисунках 9-13.

Включения в замбийских изумрудах Мусакаши представлены двухфазными и трехфазными газово-жидкими включениями, которые могут быть похожи на “зубчатые” газово-жидкие включения неправильной формы в колумбийских, афганских и китайских изумрудах Давдара. Типичны включения чешуек слюды, оксидов железа, а также темных и светлых минеральных включений.

Рис. 9. Трубчатые двухфазные газово-жидкие включения в замбийском изумруде Кафубу. Фото: Д. Синев, ГЦ МГУ.

Рис. 10. “Блочные” двухфазные газово-жидкие включения, типичные для замбийских изумрудов Кафубу. Фото: Д. Синев, ГЦ МГУ.

Рис. 11. “Блочные” двухфазные газово-жидкие включения, типичные для замбийских изумрудов Кафубу. Фото: Д. Синев, ГЦ МГУ.

Рис. 12. Многочисленные включения слюды, типичные для замбийских изумрудов Кафубу. Фото: Д. Синев, ГЦ МГУ.

Рис. 13. Типичные двухфазные газово-жидкие включения и многочисленные включения слюды в замбийском изумруде Кафубу. Фото: Д. Синев, ГЦ МГУ.

Включения в замбийских изумрудах не являются диагностическими, поэтому при их диагностике требуется проведение иных диагностических процедур.

Спектры поглощения замбийских изумрудов Кафубу характеризуются интенсивным поглощением в диапазоне 760-930 нм, связанным с примесным Fe²⁺, а также широкими полосами поглощения на 430 и 620 нм и узкими пиками 640 и 680 нм, вызванными примесью хромофора Cr³⁺. Природа поглощения на 340 нм, наблюдаемая в некоторых замбийских изумрудах Кафубу в настоящий момент неизвестна.

Типичные спектры пропускания замбийских изумрудов месторождения Кафубу приведены на рисунке 14.

Рис. 14. Типичные спектры пропускания замбийских изумрудов месторождения Кафубу. Спектроскопия: В. Мищенкова, ГЦ МГУ.

Изумруды Кафубу из Замбии богаты примесными щелочными металлами Li, Na, K, Rb, Cs, Mg и Fe, а также Ti, Sc, Mn, Ni и Zn. Необходимо отметить, что концентрации Fe, также как Cs и Li в замбийских изумрудах Кафубу – одни из самых высоких. Концентрация хромофора Cr всегда выше концентрации V, а их отношение составляет от 8 до 40.

В качестве иллюстрации на рисунках 15 и 16 приводятся рентгенофлуоресцентные спектры, которые позволяют сделать как качественное, так и количественное определение содержания химических элементов от Be до U. В замбийских изумрудах Кафубу этим методом в геммологической лаборатории Гемцентра МГУ обнаружены примеси Fe, Cr, V, Cs, Rb, Zn и Ga.

Рис. 15. Примесь Cs в замбийском изумруде Кафубу на спектре РФА.

Рис. 16. Примеси V, Cr, Fe, Zn, Ga и Rb в замбийском изумруде Кафубу на спектре РФА.

Заключение

Участники рынка драгоценных камней на протяжении долгого времени ведут обсуждение вопроса о том, как должна формироваться стоимость драгоценного камня. Существует мнение, что стоимость камня не должна зависеть от того, где он был добыт, а должна прагматично соответствовать его качественным характеристикам: цвету, размеру, чистоте и качеству огранки.

Однако практика торговли показывает несомненность того, что информация о происхождении камня придает ему добавочную стоимость или позволяет продать его гораздо быстрее.

Анализ научной литературы показал, что при диагностике географического происхождения изумрудов в геммологической практике целесообразно выделить два крупных генетических вида изумрудов: гидротермальный и сланцевый.

Самыми известными изумрудами гидротермального типа являются камни классических месторождений Колумбии и генетически похожих на них изумрудов Афганистана и Китая. К сланцевому типу относятся изумруды месторождений Урала, Замбии и Эфиопии. В настоящей работе приведена информация лишь о наиболее важных диагностических особенностях изумрудов известных месторождений.

Особенности генезиса гидротермальных колумбийских месторождений позволяют достаточно надежно отличать изумруды Колумбии от всех остальных. Для их диагностики обычно достаточно изучения включений в камне и получение его спектроскопических характеристик.

Сланцевый генетический тип имеют многие месторождения мира и изумруды из этих месторождений отличать друг от друга сложнее. К примеру, такая сложность существует в отношении изумрудов Бразилии и Урала, месторождения которых генетически очень похожи. Эти изумруды содержат похожие включения и фрагменты вмещающей породы – слюдита.

Необходимо особо подчеркнуть, что в некоторых случаях, даже использовав все возможные диагностические методы, установить географическое происхождение изумруда не удается. Так случается по причине того, что исследуемый камень не содержит в себе набора диагностических характеристик, указывающих на конкретное месторождение. Некоторые месторождения имеют весьма схожий генезис и, как следствие, изумруды, добываемые в таких месторождениях, имеют схожие характеристики. Большое количество действующих месторождений в современном мире делает вопрос диагностики еще более сложным.

Если в экспертном заключении указана страна происхождения, то надо понимать, что это является мнением лаборатории. Однако такое мнение основано на комплексе веских диагностических данных, которые позволили его составить. В случае, если диагностических данных недостаточно для установления месторождения изумруда, то соответствующее заключение не составляются.

Услуга Геммологического Центра МГУ по определению страны происхождения изумрудов и других цветных камней является одной из приоритетных задач и постоянно совершенствуется. На сегодняшний день наша лаборатория проводит диагностику географического происхождения изумруда, используя основные и ряд дополнительных диагностических процедур, что позволяет с высокой вероятностью отличить колумбийский изумруд от всех остальных изумрудов и в большинстве случаев сделать предположение о происхождении изумрудов иных месторождений.

Исследования геммологической лаборатории Гемцентра МГУ в интересах диагностики географического происхождения изумрудов продолжаются, накапливается диагностическая информация для изумрудов различных месторождений. Рассматривается возможность использования в диагностических целях таких современных методов исследования, как Рамановская, ИК-спектроскопия, флуоресцентный и другие методы.

Материал подготовлен

Геммологическим Центром Московского государственного университета

06 июня 2020 г.

Все новости