Barwa minerałów

Barwa minerałów to jedna z najważniejszych własności cennych kamieni. To właśnie od barwy i koloru danego kamienia zależy cena kamienia i jego wartość. Dzięki barwie każdy mineralog może rozpoznać rodzaj kamienia, a dobry znawca kamienia może określić nawet złoże, z którego pochodzi dany minerał. Dlatego profesjonalista bez problemu określi czy dany diament pochodzi z Afryki czy z Indii, albo skąd pochodzi dany turkus lub szafir. Z kolei kamienie bezbarwne pochłaniają światło, jednak nie wszystkie barwy pochłaniane są w takim samym stopniu, niektóre ulegają większej absorpcji a inne mniejszej. Te ulegające większej absorpcji sprawiają wrażenie tworzenia koloru. Każda barwa pochłonięta przez minerał posiada swój dopełniający odpowiednik, i tak barwą dopełniającą do pomarańczowej jest kolor niebieski, do żółtej ciemnoniebieski kolor, a do zielonożółtej kolor fiołkowy. W zależności od absorpcji oko ludzkie odbiera różne wrażenia barwne. Stąd piękne kolory kryształów.

Barwa minerałów jest wynikiem selektywnej absorpcji światła. Stanowi ona cechę bardzo charakterystyczną lecz w diagnostyce nie zawsze wiarygodną. W wielu przypadkach okazy tego samego minerału mogą mieć różne odcienie tej samej barwy lub wręcz różne barwy. Dobrym przykładem jest tu fluoryt który może być bezbarwny, biały oraz w różnych odcieniach szary, żółty, niebieski, zielony, fioletowy lub niemal czarny. Istnieje również wiele minerałów które z natury są bezbarwne ale z powodu zawartości różnego rodzaju domieszek przyjmują różnorakie zabarwienie. Tutaj za przykład mogą posłużyć barwne odmiany kwarcu. W zależności od zabarwienia noszą one liczne nazwy zwyczajowe np. kryształ górski (bezbarwny), cytryn (żółty), ametyst (fioletowy), morion (czarny), czy chalcedony (zielony chryzopraz, czerwony karneol). Wiele minerałów ma jednak stałą, charakterystyczną dla siebie barwę, która często znajduje odzwierciedlenie w ich nazwie np. azuryt (perskie: lazhward = niebieski), chloryty (z greki: khloros = zielony) czy albit (łacińskie: albus = biały).

Barwy minerałów powinny być określane ogólnie przyjętymi nazwami kolorów np. bezbarwny, biały, czarny, fioletowy, fioletowo-niebieski, niebieski, zielony, żółtozielony, żółty, pomarańczowo-żółty, pomarańczowy, pomarańczowo-czerwony, czerwony, brązowo-czerwony i brązowy, ewentualnie z przedrostkiem jasno- lub ciemno-. W przypadku barw mieszanych należy na pierwszym miejscu podać nazwę koloru dominującego, a kolor podrzędny jako odcień np. niebieski z żółtym odcieniem. Biorąc pod uwagę przyczyny które decydują o barwach, wyróżnia się minerały: achromatyczne, idiochromatyczne, allochromatyczne i pseudochromatyczne.

Minerały achromatyczne (bezbarwne) - doskonale przepuszczają światło a przynajmniej nie pochłaniają go w widzialnej części widma. Są bezbarwne. Przykładem jest tu np. baryt, diament, gips i kwarc (kryształ górski).

Minerały idiochromatyczne - mają stałą i charakterystyczną barwę, związaną z obecnością w ich składzie określonych pierwiastków na przykład miedzi w niebieskim azurycie i zielonym malachicie, manganu w różowym rodonicie, uranu w żółtym autunicie, chromu w pomarańczowym krokoicie, kobaltu w różowym erytrynie czy węgla w graficie. Stałą barwą charakteryzują się również metale szlachetne na przykład złoto rodzime i platyna rodzima.

Minerały allochromatyczne - zawdzięczają swoje barwy obecności domieszek innych substancji barwiących. Są nimi m. in. drobne wrostki innych minerałów (np. chlorytów i hematytu w jaspisach, czy igiełek rutylu w niebieskim kwarcu. Obecność związków organicznych daje zwykle zabarwienie szare lub brunatne. Zmianę barwy może powodować również obecność pewnych jonów. Na przykład domieszka związków żelaza trójwartościowego wywołuje zabarwienie żółte, brunatne lub czerwone w różnych odcieniach a dwuwartościowego zielonawe, niebieskawe lub czarne. Wpływ na barwę maja także atomy niektórych pierwiastków. Na przykład rubiny i szmaragdy zawdzięczają swoje zabarwienie obecności chromu. Czasami jednak ilość barwnika jest tak znikoma że trudno nawet stwierdzić jaka to substancja. Barwa minerałów może również wynikać z braku niektórych atomów w ich sieciach krystalicznych. Defekty te powodują bowiem utworzenie się w kryształach tzw. centrów barwnych. Centra takie spotyka się m. in. ametyście, fluorycie, diamencie i kwarcu zadymionym. Wiele kryształów minerałów allochromatycznych wykazuje różnobarwność będącą następstwem zmiany składu chemicznego roztworów w czasie ich wzrostu. Często w kryształach takich obserwuje się wyraźne zabarwienie pasowe lub strefowe. Występuje ono m. in. w niektórych turmalinach.
W skupieniach zbitych utworzonych w wyniku przekrystalizowania żeli mineralnych mogą tworzyć się tzw. pierścienie Lieseganga. Ich barwa jest wynikiem dyfuzji składników barwiących w żelu. Najbardziej dobitnym przykładem takiego kamienia jest agat. Jego różnobarwne wstęgi wywołane są zmianą składu chemicznego roztworu z którego powstał. Każda warstewka oznacza kolejny etap przyrostu krzemionki. Nie chodzi jednak o te kilkadziesiąt wstęg jakie jesteśmy w stanie dostrzec gołym okiem. Rzeczywisty obraz uzyskuje się dopiero pod mikroskopem przy powiększeniach rzędu tysiąca i więcej razy. Widać wtedy że na jednym milimetrze przekroju agatu może być nawet 18 tysięcy takich warstewek. W miarę jak z roztworu wytrącał się bezbarwny żel krzemowy ubywało w nim również barwiącego go pigmentu. Kolejne warstewki stawały się więc stopniowo coraz bledsze. Zmiana barwy następowała wtedy gdy w wyniku spadku temperatury roztworu obok krzemionki zaczynał się wytrącać kolejny pigment. W wielu okazach w kolejnych grupach warstewek obserwuje się cyklicznie powtarzające się zestawy barw. Świadczy to o dopływie świeżych roztworów. Pierścienie Lieseganga są również charakterystyczne dla cienkich powłok limonitów.

Minerały pseudochromatyczne - są zabarwione tylko pozornie. Barwę tych minerałów wywołują  charakterystyczne efekty optyczne związane z załamaniem, odbiciem, dyfrakcją  (ugięciem), dyspersją (rozszczepianiem) i interferencją światła na powierzchni lub wewnątrz ich kryształów. W niektórych minerałach efekty te ujawniają się dopiero po oszlifowaniu. W zależności od rodzaju efektu optycznego wyróżniamy: awenturyzację, iryzację i opalizację.

Awenturyzacja - jest przypominającą iskrzenie barwną grą refleksów świetlnych wywołaną odbiciem i rozpraszaniem świata na drobnych wrostkach nieregularnie rozmieszczonych w kryształach. W zależności od rodzaju wrostków refleksy te mogą mieć barwę zieloną, żółtą, złotą, pomarańczową i czerwoną, rzadziej niebieską. Na przykład łuski fuchsytu w awenturynie (odmiana kwarcu) wywołują awenturyzację o barwie srebrnej a  blaszki hematytu w kamieniu słonecznym (odmiana ortoklazu) miedziano-czerwoną.

Iryzacja - jest grą barw o metalicznie lśniących odcieniach wywołaną załamaniem, odbiciem, ugięciem, rozszczepianiem i interferencją światła, spowodowanymi budową wewnętrzną kryształów (powierzchnie łupliwości, spękania, szczeliny, puste kanaliki, granice zrostów i przerostów bliźniaczych, niekiedy inkluzje stałe, ciekłe lub gazowe itp.). Jej intensywność zależy od kąta obserwacji. Występuje najczęściej w minerałach przezroczystych i przeświecających o szklistym połysku. Jest charakterystyczna dla labradoru (labradoryzacja) i opalu mlecznego (opalescencja). Iryzacja może się również pojawić na powierzchni minerałów nieprzezroczystych o połysku metalicznym. Wywołują ją cieniutkie powłoki produktów utlenienia (tzw. barwy naleciałe). Zjawisko to obserwuje się m. in. w bornicie, chalkopirycie i covellinie.

• labradoryzacja - odmiana iryzacji. Jest intensywną grą barw (tzw. schillerescencja) najczęściej w różnych odcieniach fioletowych, niebieskich,  złocistych zielono-złotych, zielonych, niekiedy czerwonych. Powstającą w wyniku interferencji światła na powierzchni kryształów o specyficznej bardzo drobno-warstwowej budowie wewnętrznej spowodowanej licznymi zbliźniaczeniami. Podobny efekt mogą również wywoływać ułożone w sposób uporządkowany drobne, blaszkowe lub igiełkowe wrostki innych minerałów. Intensywność tego efektu zależy od kąta obserwacji. Występuje on przede wszystkim w niektórych kryształach labradoru.
• opalescencja - odmiana iryzacji. Jest charakterystyczną, mlecznobiałą, niebiesko-białą, niebieską, srebrzysto-białą lub srebrzysto-niebieską poświatą niekiedy z perłowym połyskiem, wywołaną rozpraszaniem światła spowodowanym wewnętrzną budową minerału. Pojawia się w niektórych białych opalach. Szczególną odmiana opalescencji jest adularyzacja.
• adularyzacja - odmiana opalescencji. Jest srebrzysto-mleczną lub srebrzysto-błękitną poświatą wywołaną interferencją światła na powierzchni kryształów skaleni o specyficznej bardzo drobno-warstwowej budowie wewnętrznej spowodowanej licznymi zbliźniaczeniami. Jej intensywność zależy od kąta obserwacji. Pojawia się przede wszystkim w adularze (kamień księżycowy) niekiedy również w albicie, biełomorycie (odmiana oligoklazu), ortoklazie i sanidynie, wyjątkowo w mikroklinie.
• asteryzm - efekt świetlny o charakterze zbliżonym do opalescencji. Są to przecinające się w jednym punkcie smugi świetlne kształtem przypominające gwiazdę. Efekt ten powstaje w skutek odbicia i rozpraszania światła od w miarę równolegle ułożonych, drobnych włókien, igiełek lub kanalików. Jest on widoczny gdy kryształ zostanie oszlifowany w formie kaboszonu. Pojawiająca się gwiazda może być czteroramienna (np. w almandynie i spinelu), sześcioramienna (np. w enstatycie i diopsydzie) lub dwunastoramienną (np. w niektórych rubinach i szafirach). Ilość ramion jest uzależniona od symetrii kryształów. Na przykład sześcioramienna gwiazda w szafirach gwiaździstych jest wywołana przez igiełki rutylu ułożone pod kątem 120⁰ w stosunku do podstawy heksagonalnego kryształu korundu.

Opalizacja -  jest grą barw ujawniającą się w postaci kolorowych błysków, wywołaną ugięciem i rozczepianiem światła na ułożonych w sposób mniej-więcej uporządkowany, drobniutkich, sferulach uwodnionej krzemionki. Miejsca i barwa błysków zmieniają się w zależności od kąta obserwacji. Efekt ten cechuje opale szlachetne.

Kryształy większości minerałów (oprócz krystalizujących w układzie regularnym i amorficznych) wykazują dwójłomność i pleochroizm. Rzadko jednak cechy te można dostrzec makroskopowo.

Dwójłomność - czyli podwójne załamanie światła jest szczególnie dobrze widoczna w szpacie islandzkim (odmiana kalcytu). Patrząc przez jego kryształ wyraźnie widać podwójny obraz podłoża.

Pleochroizm - czyli różnobarwność jest wywołany niejednakowym pochłanianiem światła przez kryształ w różnych kierunkach. Wykazują go tylko minerały dwójłomne. W kryształach pleochroicznych w zależności od kierunku obserwacji widzimy dwie (dichroizm) lub trzy (trichroizm) różne barwy. Dość silny pleochroizm ujawnia m. in. andaluzyt i tanzanit (odmiana zoisytu) Turmaliny w zależności od barwy mają pleochroizm silny lub wyraźny. Wyraźny pleochroizm występuje także w kryształach akwamarynu, azurytu, rodonitu i skapolitów a słaby w diopsydzie, euklazie i oliwinach.

• dichroizm - wykazują tylko minerały krystalizujące w układzie tetragonalnym, heksagonalnym lub trygonalnym. Wyjątkowo silnym dichroiznem cechuje się na przykład kunzyt (odmiana spodumenu). W zależności od kierunku patrzenia może on być różowy lub fioletowy. Szczególny rodzaj dichroizmu wykazuje aleksandryt (odmiana chryzoberylu). Ma on unikatową cechę zmiany barwy w zależności od rodzaju oświetlenia. W świetle dziennym jest żółtawozielony do zielonego a przy sztucznym oświetleniu staje się czerwony do różowo-fioletowego.
• trichroizm - wykazują tylko minerały krystalizujące w układzie rombowym, jednoskośnym i trójskośnym. Wyjątkowo silnym trichroiznem cechuje się na przykład cordieryt. Jego kryształy w zależności od kierunku patrzenia mogą być niebieskie, fioletowe lub żółte.

Dyspersja - termin używany głównie w przypadku szlifowanych kamieni szlachetnych. Jest to zdolność rozczepiania światła białego na jego barwne składniki w wyniku jego załamania, dyfrakcji lub interferencji. Występuje ona we wszystkich minerałach ale w przeważającej większości z nich ma niewielka wartość lub jest maskowana intensywną barwą. Najwyższą dyspersje wykazuje diament i cyrkon. W połączeniu z innymi zjawiskami optycznymi, obserwowanymi w oszlifowanych fasetowo kamieniach wywołuje ona tzw. „ogień” (tęczowa gra barw).

Barwy naleciałe - stanowią szczególną odmianę obcego zabarwienia minerałów. Pojawiają się tylko na ich powierzchni i są wywołane przez pokrywające ją cieniutkie błonki innych substancji mineralnych. Na przykład żółta barwa niektórych kryształów górskich (odmiana kwarcu) jest spowodowana nalotem limonitów a różowo-czerwona (szczególnie charakterystyczna dla okazów z Maroka) związków zawartych w glince w której te kryształy występują.
Barwy naleciałe mogą być również wynikiem zmiany składu powierzchni minerału spowodowanego jej utlenieniem. Zjawisko to jest charakterystyczne dla wielu minerałów kruszcowych zwłaszcza zawierających miedź. W wyniku  takich powierzchniowych zmian przyjmują one zupełnie odmienne barwy i połysk niż okazy świeże. Na przykład powierzchnia miedzianoczerwonego bornitu często przyjmuje zabarwienie niebiesko-fioletowe, a tombakowo-złocisty pirotyn na powietrzu szybko ciemnieje. Taka zmiana zabarwienia jest niejednokrotnie pomocna przy rozpoznawaniu minerału. Wietrzenie powoduje również zmianę barwy niektórych węglanów. Na przykład kremowy ankeryt pokrywa się na powierzchni brązowymi limonitami, a różowy rodochrosyt czernieje przechodząc w tlenki manganu. Określając barwę minerału należy więc koniecznie upewnić się, czy jest ona rzeczywiście prawdziwe. Może się bowiem różnić w zależności od tego, czy dany okaz oglądamy go w świetle naturalnym czy sztucznym. Ważne jest również, aby badana powierzchnia była świeża.

Przy przechowywaniu minerałów należy pamiętać że barwy niektórych z nich są bardzo nietrwałe. Na przykład minerały zawierające srebro (akantyt, proustyt, pirargyryt i i inne) są czułe na światło. Pod jego wpływem powoli czernieją pokrywając się cienką, warstewką tego metalu. Podobnie dzieje się z realgarem który pod wpływem światła przechodzi w pararealgar zmieniając przy tym barwę z czerwonej na jasnożółtą. Ubocznym skutkiem takiej przemiany jest rozpad kryształów. Z kolei niebieski topaz wystawiony przez dłuższy czas na działanie intensywnego światła na przykład słonecznego staje się zielony a ametyst, kwarc różowy i szmaragd wyraźnie i niestety trwale bledną. Pod wpływem światła słonecznego bledną również niektóre minerały uwodnione takie jak chalkantyt i melanteryt. Odwrotne zjawisko obserwuje się natomiast w przypadku niektórych agatów. Kamienie te wystawione na dłuższą ekspozycję słoneczną regenerują swoje kolory.

Barwa minerałów może być również wywołana uszkodzeniem jego struktury krystalicznej w wyniku napromieniowania. Zjawisko takie obserwujemy na przykład w kryształach aeschynitu, allanitu i gadolinitu. Pod wpływem promieniowania emitowanego przez domieszki związków uranu i toru minerały te mogą stracić połysk i stać się smolisto-czarne. Promieniowanie jest również odpowiedzialne za czarną barwę morionów. Ich kryształy nie są jednak radioaktywne gdyż nie zawierają one w sobie domieszek pierwiastków promieniotwórczych. Podobny efekt uzyskuje się teraz sztucznie napromieniowując w reaktorach atomowych gorszej jakości kryształy górskie wydobywane w Arizonie (tzw. „moriony arizońskie”).

I tu dotykamy bardzo kontrowersyjnego tematu. Otóż wielu minerałom można sztucznie poprawić barwę a nawet nadać zupełnie nowe zabarwienie. Metody poprawiania barwy kamieni szlachetnych znano już w starożytności. Zwykle polegają one na umiejętnym wygrzewaniu kryształu w celu usunięcia niepożądanego odcienia barwy lub nadania kamieniowi lepszej przejrzystości. Dawniej metod takich używano przede wszystkim do kamieni o wartości jubilerskiej takich jak cyrkony, topazy i zielone akwamaryny. Obecnie jednak stosuje się je również dla kamieni ozdobnych. Na przykład kiepskiej jakości blade ametysty z Brazylii po wygrzaniu stają się pięknymi ciemnopomarańczowymi „cytrynami” (tzw. „topazy Madeira”). Prażenie to również dobry sposób na przekształcenie żółtego chalcedonu w czerwony „karneol” lub mało efektownych płytek złocistego tygrysiego oka z przerostami ciemnoniebieskiego sokolego oka w bardzo efektowne czerwone „bawole oko” (w naturze kamień taki w ogóle nie występuje).
Od średniowiecza znane są również próby zmiany barwy kamieni  poprzez ich gotowanie w różnego rodzaju wodnych roztworach barwiących. Dawniej używano do tego substancji naturalnych (np. miodu, moczu, wina itp.). Obecnie jednak powszechnie stosuje się barwniki syntetyczne (np. farby anilinowe). Metodą tą barwi się przede wszystkim różnorakie kamienie o porowatej strukturze (np. chalcedon). Szczególnie jest ona rozpowszechniona w przypadku szaro-białych agatów brazylijskich które otrzymują w ten sposób nietypowe zabarwienie niebieskie, zielone, czerwone, różowe i fioletowe w różnych odcieniach. Podobnie dobarwiane są również kiepskiej jakości chryzoprazy i karneole. Kamienie te z powodzeniem udają również sztucznie barwione na jabkowo-zielono lub pomarańczowo-czerwono szare chalcedony. Niekiedy barwienie ma wręcz znamiona oszustwa. Na przykład białe magnezyty sztucznie zabarwione na niebiesko-zielono są sprzedawane pod nazwą „turkmenit” przez co wielu niedoświadczonych kolekcjonerów bierze je za odmianę turkusu.
Przykładów można by podać jeszcze bardzo wiele dlatego przy zakupie szczególnie efektownych okazów o bardzo pięknej lub bardzo nietypowej barwie należy pamiętać że jak mówi stare przysłowie: „..Nie wszystko złoto co się świeci...”