Цвет минералов может быть вызван присутствием элементов-примесей, входящих в структуру кристалла либо вместо атомов главных элементов, либо в промежутках между ними. Цвет аметиста раньше объясняли присутствием марганца, а цвет розового кварца — марганца или титана. Однако спектрографическое изучение не подтвердило это предположение. В аметисте были обнаружены примеси алюминия, хрома, меди и очень мало марганца и титана. Измерения, проведенные на серии образцов дымчатого кварца и аметиста из ряда японских месторождений, показали, что густота окраски пропорциональна содержанию железа.
Существует и другой способ возникновения окраски, а именно возникновение центров окраски как дефектов структуры, образующихся под воздействием радиоактивного излучения. В природных окрашенных кристаллах цвет предположительно обусловлен воздействием небольших доз радиоактивного облучения, исходящего от вмещающих горных пород.
Тепловое воздействие обычно вызывает ослабление окраски; если оно протекает достаточно долго, а температура достаточно высока, то оно ведет и к полному исчезновению цвета. Так, цитрин теряет окраску при слабом нагревании, аметист — при более сильном, а розовый кварц — при красном калении. При более слабом нагревании аметист меняет окраску на густо-оранжевую. Кварц, приобретший желтую окраску при нагревании, отличается от природного желтого цитрина отсутствием дихроизма; цитрин же неизменно характеризуется хотя и слабым, но отчетливым дихроизмом. После того, как случайно обнаружили, что некоторые бразильские аметисты под воздействием нагревания могут превращаться в прозрачные зеленые камни, процесс нагревания проводили умышленно и получали материал, продававшийся под названием «празиолит».
Облучение возвращает цвет обесцвеченному кварцу; поп этом новый цвет не обязательно будет таким же, как утраченный. В большинстве случаев такой кварц становится дымчатым или черным, хотя небольшая доля кристаллов приобретает окраску цитрина. При повторном нагревании некоторых камней наблюдается быстро исчезающая голубая окраска. Настоящего аметистового цвета не возникает, хотя имеются сообщения о синтезе аметистов при росте кристаллов кварца в стальных автоклавах.
Иногда кварц кристаллизуется, захватывая и включая ранее образовавшиеся минералы. Он может включать массивный светлоокрашенный волокнистый материал и в таком случае имеет переливчатую окраску. Такие камни, обработанные в виде кабошона, обнаруживают красивый эффект «кошачьего глаза». Кварцевый «кошачий глаз» не обладает опалесценцией, свойственной хризоберилловому «кошачьему глазу». Когда включения представлены крокидолитом — разновидностью асбеста, первичный синий цвет которого изменен в результате окисления до красивого золотисто-коричневого, камни получают название «тигрового глаза». Иногда крокидолит подвергается окремнению без изменения синей окраски; такие камни известны как «сапфир-кварц», «соколиный глаз». Празем, или «мать изумруда», как его называли, полагая, что он является материнской породой для изумрудов, — это кварц, окрашенный в луково-зеленый цвет благодаря включениям волокон актинолита (кальциево-магнезиального силиката). Слово «празем» в переводе с греческого означает лук. Это название употребляют также по отношению к сходно окрашенным микрокристаллическим агрегатам кварца (халцедонам). В чистый прозрачный кварц иногда включены тонкие волосяные кристаллы рутила, так называемые «стрелы Амура». Иногда включения представлены пластинками слюды, гематита или других чешуйчатых минералов. Такие камни с живописными блестками напоминают стекло, содержащее кристаллы меди и называемое «авантюрин» — в переводе с итальянского — случай. Полагают, что этот материал впервые был получен случайно, когда некоторое количество медных опилок попало в сосуд с расплавленным стеклом на стекловарне в Мурано близ Венеции.
Одним из сокровищ Геологического музея в Лондоне является огромная ваза из авантюрина с подставкой из серого порфира. Русский император Николай I подарил ее сэру Мурчисону — директору Геологической службы, который завещал ее Геологическому музею.
Тонкокристаллические кремнеземы с размером кристал ликов в доли микрона, образующие натечные агрегаты с тусклым блеском, называются халцедоном. Название происходит от античного города в Малой Азии — Халкедона. В группу халцедона входят опал, агат, оникс, хризопраз, карисол, сардер и другие полудрагоценные камни.
Опал в древности вызывал восхищение. Вот как описывал его Плиний: «Из всех драгоценных камней именно опал вызывает наибольшие трудности при описании. Для него свойственна острая игра света карбункула, фиолетовый отблеск аметиста, аквамариновые тона изумруда — смешанные все вместе и сияющие с неописуемой яркостью».
«Нет камня, который мошенники подделывали бы с большим искусством, чем этот. Единственным средством, позволяющим выявить обман, является солнечный свет. Если поддельный опал (изготовленный из стекла) взять большим и указательными пальцами и позволить лучам солнца падать на него, то он обнаруживает одну и ту же окраску по всей поверхности камня и не излучает сияния. В то же время истинный опал излучает последовательно различные яркие лучи, окраска его постоянно меняется, и он отбрасывает яркие отблески на пальцы».
Когда-то считалось, что опал предвещает несчастье тому, кто его носит. Но вот в Австралии обнаружили черный опал. Малиновое сияние, пробегавшее временами по куску черного, как ночь, камня, было настолько восхитительно, что суеверное недоверие к опалу забыли.
В экономике Австралии эта разновидность кремнезема играет огромную роль, являясь одним из важнейших предметов экспорта: в 1975 г. в стране было добыто опала на сумму 23 млн австралийских долларов (примерно 19 млн руб.).
Опал образуется при выветривании песчаников и сланцев. Встречаются два типа месторождений: валунный и песчаниковый. В первых ожелезненные и каолинизированные пески содержат эллипсоидальные железистые конкреции размером 2,5–7,5 см в поперечнике (австралийское название «орехи Иоах»). Опал в этих конкрециях может присутствовать в центре и между концентрическими слоями. В других случаях он выполняет не только концентрические, но и радиальные трещины. В песчаниковых месторождениях опал присутствует как основная масса в слое железистых песчаников, залегающих выше слоя железняка.
В Южной Австралии известны такие крупные месторождения, как Андамука и Кубер-Педи.
Кубер-Педи переводится как «белый человек в яме». Так в первой четверти нынешнего столетия назвали это место аборигены. Вся эта пустынная территория изрыта глубокими колодцами: одни заброшены, а в других копошатся люди, вооруженные кирками и молотками. Колодцев здесь много, потому что копают наугад. «Опалы не железо, — шутят старатели, — геологи здесь не помогут. Единственно верный способ напасть на правильное место — это снять шляпу и бросить ее через плечо. Где она упадет, там и надо искать».
Электронные микрофотографии благородного опала показали, что слагающие его кремниевые зерна мелки и строго закономерно располагаются в пространстве, образуя правильную сетку. Именно правильностью строения благородного опала объясняется, что он действует на световой луч подобно дифракционной решетке. Эта решетка разлагает луч на все цвета радуги, и отдельные лучи, отражаясь от зерен, создают замечательную игру разноцветных блесток.
Как только природа благородного опала была установлена, начались опыты по получению синтетического камня.
Сначала получают большое количество мелких опаловых шариков строго одинакового размера. Для этого используются силиконовые эфиры или органические соединения кремнезема. Эмульсию эфира разлагают аммиаком, при этом осаждается гель кремнекислоты. Так как каждая капля эмульсии самостоятельна, то образуется серия кремниевых шариков. Далее необходимо несколько обезводить шарики, рассеять их, отделить неправильные агрегаты и шарики с пустотками, а после цементировать их обжигом до 500–800 °C или новой порцией геля кремне-кислоты.
