Состав химических элементов-примесей в жемчуге. Наиболее полно он исследован в жемчуге из водоемов Северо-Запада СССР. По данным Кораго, в состав его входят такие элементы (в %): алюминий (0,008—0,034), барий (0,031—0,083), железо (следы — 0,005), кремний (0,003—0,120), магний (0,016—0,120), марганец (0,004—0,400), медь (0,001—0,003), серебро (0,0001—0,0029), молибден (0,002—0,014), свинец (следы — 0,008), стронций (0,1—0,3), сурьма (0,01), титан (0,001—0,003), натрий (0,1—0,3), олово (0,001).

Наиболее стабильны содержания стронция, титана, натрия. Количество их в коричневых, серых и белых жемчужинах одинаково. Сурьма и олово обнаружены только в одной коричневой жемчужине. Количество других элементов, особенно марганца, магния и кремния, переменчиво. Марганца больше всего в белых жемчужинах, в серых его мало, а в коричневых еще меньше. Кремния, наоборот, больше в коричневых жемчужинах, меньше в серых и белых. Магния примерно поровну в белых и коричневых жемчужинах, а в серых несколько меньше.

Почти одинаковое количество алюминия, бария, железа, меди и молибдена во всех исследованных жемчужинах. Привлекает внимание значительное содержание в белых жемчужинах марганца, в 8 раз превышающее его количество в серых и в 30 раз в коричневых жемчужинах. Такое явление объясняют тем, что марганец преимущественно сорбируется пластинчатыми (перламутровыми) слоями, из которых состоят белые жемчужины, тогда как призматические слои предпочтительнее поглощают серебро.

Анализируя содержание химических элементов в жемчужинах различной окраски, отметим следующее. Коричневые жемчужины обогащены литофильными элементами, а также серебром и свинцом. Большинство серых жемчужин по содержанию в них химических элементов ближе стоят к белым жемчужинам, чем к коричневым. Серые жемчужины (по сравнению с белыми) содержат больше бария, кремния, меди, серебра и молибдена, белые жемчужины — меньше молибдена, серебра и кремния.

Морской жемчуг, извлеченный из раковин черноморской мидии, по сравнению с пресноводным жемчугом содержит вдвое меньше химических элементов. Е. Ф. Шнюков и Д. П. Деменко [1983] обнаружили в двух жемчужинах, добытых в Черном море, такие элементы (в %): магний (1,8—3,8), марганец (<0,0001), медь (0,0001), серебро (0,00001—0,00005), стронций (0,1—0,2), титан (0,0002—0,0005), цирконий (0,001), лантан (0,001—0,002). Последние два элемента найдены только в морских жемчужинах.

Большинство химических элементов, обнаруженных в жемчуге, связаны с процессами жизнедеятельности моллюсков, в частности с их избирательной способностью поглощать эти элементы из воды. Большая часть микроэлементов находится в составе аминокислотной группы гуминовых кислот, входящих в состав органического вещества. Существенную роль в накоплении химических элементов в жемчуге играют обменные процессы, проходящие в клетках «жемчужного» мешка.

Изотопный состав углерода жемчуга. Изотопный состав углерода арагонита жемчуга несет информацию о характере растворов, из которых происходило его отложение в теле моллюска. Количественное соотношение устойчивых изотопов углерода ¹²С и ¹³С в карбонатах выражается коэффициентом δ¹³С, означающим в промилле отклонение величины отношения ¹³С/¹²С вещества относительно такого же отношения в эталоне. В табл. 4 приведены сведения о распределении величины δ¹³С в жемчуге из водоемов Северо-Запада СССР.

Таблица 4. Изотопный состав углерода жемчуга.

Изотопный состав углерода жемчуга колеблется по δ¹³С от —8,7 до —12,0‰. Он укладывается в пределы, характерные для δ¹³С углерода пресноводных карбонатов (δ¹³С = —5÷—15,0‰). Из полученных данных можно заключить, что образование жемчуга происходит при участии бикарбонатных растворов с разным изотопным составом углерода. Серая и светло-коричневая жемчужины, состоящие в основном из призматических слоев и тонкой оболочки, сложенной пластинчатыми слоями кристаллов арагонита, формировались из растворов, изотопный состав которых изменялся в сторону облегчения. При этом изотопный состав углерода жемчужин изменялся соответственно в такой последовательности: —10,2 и — 10,8‰ (призматическая зона) и —12,0‰ (пластинчатая зона); —8,7‰ (призматическая зона) и —10,2‰ (пластинчатая зона). Формирование коричневой жемчужины, сложенной призматическими кристаллами арагонита, вначале происходило из раствора, δ¹³С которого составляло — 10,5‰, а на последних стадиях отложения кристаллов — из раствора с δ¹³С = —9,6‰. То есть изотопный состав углерода коричневого жемчуга в процессе отложения изменялся не в сторону облегчения, как в светлой и светло-коричневой жемчужинах, а в сторону утяжеления. Причины данного явления необходимо исследовать. В связи с этим изучение изотопного состава жемчуга нельзя считать завершенным. Несомненно, что на величину δ¹³С углерода арагонита жемчуга влияют многие факторы. Учесть их сейчас не представляется возможным.

Изотопный состав кислорода жемчуга. На условия образования жемчуга и на особенности развития моллюсков указывает соотношение в них стабильных изотопов кислорода ¹⁶O и ¹⁸O. Оно выражается коэффициентом δ¹⁸O, который, как и в случае с углеродом, означает отклонение величины отношения ¹⁸O/¹⁶O относительно такого же отношения в эталоне. О том, как распределяется величина δ¹⁸O в жемчуге из водоемов Северо-Запада СССР, свидетельствуют следующие данные:

Изотопный состав кислорода жемчуга колеблется по δ¹⁸O от —8,2 до — 20,8‰ и укладывается в пределы, характерные для δ¹⁸O кислорода пресноводных карбонатов. Среднее значение δ¹⁸O кислорода исследованных жемчужин — 15,8‰ и несколько выше среднего δ¹⁸O пресной воды (—9,11‰). Оно очень близко к δ¹⁸O воды Северной Двины (—15,5‰), тогда как δ¹⁸O главных жемчугоносных рек Северо-Запада СССР (Кеми, Варзуги, Умбы, Онеги), откуда наиболее вероятно были добыты жемчужины, равно —9,1÷—9,7‰ [С. Д. Николаев, В. И. Николаев, 1976]. То есть прямого унаследования изотопного состава кислорода речной воды изотопным составом кислорода жемчуга не происходит. В данном случае следует допустить возможность биологического фракционирования изотопов кислорода, приводящего к обеднению арагонита жемчуга «тяжелым» изотопом кислорода ¹⁸O. Важно подчеркнуть, что из растворов наиболее обогащенных этим изотопом (δ¹⁸O = —8,2‰). формируется перламутровый слой, придающий ценность жемчужине. Внешний слой призматически-слоистой жемчужины, наоборот, кристаллизуется из раствора с минимальным содержанием ¹⁸O (δ¹⁸O = —19,4 и —20,8‰) В одном и том же моллюске перламутровый слой жемчуга содержит больше «тяжелого» изотопа (δ¹⁸O = —8,2‰), чем перламутровый слой раковины (δ¹⁸O = —14,5‰). Переход арагонита в кальцит почти не меняет изотопный состав кислорода исходного карбоната.