Fluorescenční minerály – Qazgeologie
Všechny minerály mají schopnost odrážet světlo. Díky tomu jsou viditelné pro lidské oko. Některé minerály mají zajímavou fyzikální vlastnost známou jako „fluorescence“. Tyto látky mají schopnost dočasně absorbovat malé množství světla a okamžitě ho uvolňovat při jiné vlnové délce. Tato změna vlnové délky způsobuje dočasnou změnu barvy minerálu.
Barevné změny fluorescenčních minerálů jsou nejpůsobivější, když jsou ve tmě osvětleny ultrafialovým světlem (pro člověka neviditelným).
Více o fluorescenci
Fluorescence v minerálech nastává, když je vzorek osvětlen specifickou vlnovou délkou světla. Ultrafialové (UV) světlo, rentgenové paprsky a katodové paprsky jsou typické typy světla, které způsobují fluorescenci. Tyto typy světla mají schopnost excitovat citlivé elektrony v atomové struktuře minerálu. Excitované elektrony dočasně přeskakují na vyšší oběžnou dráhu v atomové struktuře minerálu. Když se tyto elektrony vrátí na svou původní dráhu, uvolní se malé množství energie ve formě světla. Tento proces uvolňování světla je známý jako fluorescence.
Vlnová délka světla uvolněného z fluorescenčního minerálu se často výrazně liší od vlnové délky dopadajícího světla. To vede ke znatelné změně barvy minerálu. Záře pokračuje tak dlouho, dokud je minerál osvětlen světlem příslušné vlnové délky.
Kolik minerálů svítí pod UV světlem?
Většina minerálů nemá výraznou fluorescenci. Pouze asi 15 % minerálů má záři, kterou lidé mohou vidět, a další příklady těchto minerálů nebudou svítit. K fluorescenci obvykle dochází, když jsou v minerálu přítomny určité nečistoty známé jako „aktivátory“. Tyto aktivátory jsou obvykle kovové kationty, jako je wolfram, molybden, olovo, bor, titan, mangan, uran a chrom. Je známo, že prvky vzácných zemin, jako je europium, terbium, dysprosium a yttrium, přispívají k fenoménu fluorescence. Záře minerálů může být také způsobena strukturálními defekty v krystalech nebo organickými nečistotami.
Některé nečistoty zháší fluorescenci. Pokud je železo nebo měď přítomna jako nečistoty, mohou snížit nebo eliminovat fluorescenci. Kromě toho, pokud je minerální aktivátor přítomen ve velkém množství, může snížit fluorescenční efekt.
Většina minerálů září jednou barvou. Jiné minerály mají více fluorescenčních barev. Je známo, že kalcit září v červené, modré, bílé, růžové, zelené a oranžové barvě. Některé minerály vykazují více barev fluorescence v jediném vzorku. Mohou to být páskované minerály, které vykazují několik fází růstu z počátečních roztoků s různým složením. Mnoho minerálů fluoreskuje jednou barvou pod krátkovlnným UV světlem a jinou barvou pod dlouhovlnným UV světlem.
Fluorit: původní “fluorescenční minerál”
Jedním z prvních lidí, kteří pozorovali fluorescenci v minerálech, byl George Gabriel Stokes v roce 1852. Všiml si schopnosti fluoritu produkovat modrou záři, když je osvětlen neviditelným světlem „za fialovým koncem spektra“. Tento jev nazval „fluorescence“. Tato definice je široce přijímána v oblastech mineralogie, gemologie, biologie, optiky, komerčního osvětlení a mnoha dalších oblastech.
Většina vzorků fluoritu má poměrně silnou fluorescenci. Pozorovatel je může vzít ven, držet je na slunci, pak je přesunout do stínu a vidět, jak se barva minerálu mění. Pouze několik minerálů má tuto úroveň fluorescence. Fluorit obvykle svítí modrofialově pod světlem s krátkou a dlouhou vlnovou délkou. Je známo, že některé vzorky akumulují krémovou nebo bílou barvu, ale mnohé nefluoreskují. Předpokládá se, že záře ve fluoritu je způsobena přítomností yttria, europia, samaria nebo organického materiálu jako aktivátorů.
Fluorescenční geody?
Možná vás překvapí, že byly nalezeny geody (geologické útvary) s fluorescenčními minerály uvnitř. Některé z geod objevených poblíž obce Dugway v Utahu jsou vyplněny chalcedonem, který vytváří limetkově zelenou fluorescenci způsobenou přítomností stop uranu.
Tyto geody jsou úžasné ještě z jiného důvodu. Vznikly před několika miliony let v archeolitových plynových kapsách. Poté, asi před 20 000 lety, byly zničeny působením vln podél pobřeží ledovcového jezera a transportovány několik mil tam, kde se usadily v jezerních sedimentech. Dnes lidé tyto geody hloubí a přidávají do geodetických a fluorescenčních minerálních sbírek.
Lampy pro pozorování fluorescenčních minerálů
Lampy používané k hledání a studiu fluorescenčních minerálů se liší od novějších ultrafialových lamp (nazývaných „černé lampy“). Tyto nové položky nejsou vhodné pro studium minerálů ze dvou důvodů:
1) vyzařují dlouhovlnné ultrafialové světlo (většina fluorescenčních minerálů reaguje na krátkovlnné ultrafialové světlo);
2) lampy vyzařují značné množství viditelného světla, které narušuje přesné pozorování a není problém pro použití nového produktu.
Vědecké lampy jsou dostupné v různých rozsazích vlnových délek. Lampy používané ke studiu minerálů mají filtr, který umožňuje průchod ultrafialovým vlnovým délkám, ale blokuje většinu viditelného světla, které by rušilo pozorování. Tyto filtry jsou drahé a jsou částečně zodpovědné za vysoké náklady na vědecké lampy.
Pro podrobné zkoumání fluorescenčních minerálů je k dispozici 4wattová UV lampa s malým filtračním okénkem a malou sbírkou krátkovlnných a dlouhovlnných fluorescenčních vzorků minerálů.
Bezpečnost UV lampy
Ve slunečním světle jsou přítomny ultrafialové vlnové délky světla. Délka těchto vln může způsobit spálení sluncem. Ultrafialové lampy produkují stejné vlnové délky světla jako krátkovlnné ultrafialové paprsky, které jsou blokovány ozónovou vrstvou zemské atmosféry.
Malé UV lampy s výkonem pouze několika wattů jsou bezpečné pro krátkodobé použití. Uživatel by se neměl dívat do lampy nebo si s ní svítit přímo na kůži, obličej člověka nebo domácího mazlíčka. Pohled do lampy může způsobit vážné poranění očí. Vystavení pokožky UV záření může způsobit spálení.
Při použití jakékoli UV lampy je třeba používat ochranu očí. Levné ochranné brýle s UV blokováním poskytují spolehlivou ochranu při použití nízkonapěťové UV lampy na krátkou dobu výzkumu.
Ochranné prvky UV lamp používané pro fluorescenční výzkum minerálů by neměly být zaměňovány s těmi, které se prodávají s „černými lampami“. Tyto lampy vyzařují dlouhovlnné UV záření nízké intenzity, které může způsobit spálení a poškození očí. To je důvod, proč by minerální lampy měly být používány s větší ochranou očí než černé lampy.
Ultrafialové lampy, které se používají k osvětlení velkých ploch minerálů nebo pro venkovní práce v terénu, mají mnohem vyšší napětí než malé UV lampy. Při práci s vysokonapěťovými lampami byste měli nosit ochranu očí a oděv, který zakrývá nohy a paže.
Praktické využití fluorescence minerálů a hornin
Fluorescence má praktické aplikace v hornictví, gemologii, petrologii a mineralogii. Minerální scheelit a wolframová ruda mají obvykle jasně modrou záři. Geologové hledající scheelit a další fluorescenční minerály používají k nočnímu hledání ultrafialové lampy.
Vědci v ropném a plynárenském průmyslu někdy zkoumají vrtné výpalky a tyče pomocí UV lamp. Malá množství ropy ve skalních vrtech a minerálních zrnech budou svítit pod ultrafialovým světlem. Fluorescenční barva může indikovat tepelnou zralost oleje. Tmavší barvy označují těžké oleje, zatímco světlejší barvy označují lehké oleje.
Zářivky mohou být použity v dolech k identifikaci a sledování rudonosných hornin. Byly také použity na sběrných linkách k rychlému nalezení cenných kusů rudy a jejich oddělení od odpadu.
Mnoho drahokamů je fluorescenčních, jako je rubín, kunzit, diamant a opál. Této vlastnosti lze někdy využít k detekci drobných hornin v sedimentech nebo drcené rudě a k vyhledávání minerálů v oblasti. Například: světle žluté diamanty s modrou fluorescencí vyrábí důl Premier v Jižní Africe a bezbarvé kameny s modrou fluorescencí vyrábí důl Jagerfonten v Jižní Africe. Kameny těžené z těchto dolů se nazývají „Premiers“ a „Yagi“.
Na počátku 1900. století hledalo mnoho obchodníků s diamanty kameny s jasně modrou fluorescencí. Věřili, že tyto kameny budou vypadat více bezbarvé (méně žluté), když je budou pozorovány pod vysokým ultrafialovým světlem. To nakonec vedlo ke kontrole světelných podmínek pro diamanty při třídění podle barev. Fluorescence se při identifikaci minerálů obvykle nepoužívá. Většina minerálů nefluoreskuje a tato vlastnost je nepředvídatelná. Dobrým příkladem je kalcit. Některé kalcity nesvítí. A další vzorky fluoreskují v různých barvách, včetně červené, modré, bílé, růžové, zelené a oranžové. Fluorescence je zřídka diagnostickou vlastností.
Knihy o fluorescenčních minerálech
Dvě vynikající úvodní knihy k fluorescenčním minerálům jsou Sběr fluorescenčních minerálů a Svět fluorescenčních minerálů od Stuarta Schneidera. Tyto knihy jsou snadno srozumitelné a každá má fantastickou sbírku barevných fotografií. Ilustrace ukazují fluorescenční minerály pod normálním světlem a pod různými vlnovými délkami ultrafialového světla. Knihy jsou vynikající pro poznávání fluorescenčních minerálů a slouží jako cenné reference.
Další luminiscenční vlastnosti
Fluorescence je jednou z několika luminiscenčních vlastností, které může minerál vykazovat. Mezi další luminiscenční vlastnosti patří:
Fosforescence
Při fluorescenci jsou elektrony excitované příchozími fotony zvýšeny na vyšší energetickou hladinu. Zůstane tam zlomek sekundy, než se vrátí do původního stavu a uvolní fluorescenční světlo. Při fosforescenci zůstávají elektrony v excitovaném stavu delší dobu, než spadnou. Fluorescenční minerály přestanou svítit, když se zdroj světla vypne. Minerály s fosforescencí mohou po vypnutí světelného zdroje krátce svítit. Mezi minerály, které někdy fosforeskují, patří: kalcit, celestit, kolmanit, fluorit, sfalerit a willemit.
Termoluminiscence
Termoluminiscence je schopnost minerálu vyzařovat při zahřátí malé množství světla. Toto zahřívání se může pohybovat od 50 do 200 stupňů Celsia – mnohem nižší než teploty žárovky. Apatit, kalcit, chlorofan, fluorit, lepidolit, skapolit a některé živce jsou někdy termoluminiscenční.
Triboluminiscence
Některé minerály budou vyzařovat světlo, když jsou vystaveny mechanické energii. Tyto minerály svítí při úderu, drcení, poškrábání nebo rozbití. Záře je výsledkem rozpadu vazeb ve struktuře minerálů. Množství uvolněného světla je velmi malé a často je vyžadováno pečlivé pozorování ve tmě. Mezi minerály, které někdy vykazují triboluminiscenci, patří amblygonit, kalcit, fluorit, lepidolit, pektolit, křemen, sfalerit a některé živce.