Лишь очень немногие минералы имеют окраску, определяемую основными элементами их состава, которые фиксируются химической формулой, как, например, бирюза и малахит, окрашенные медью в голубой или зеленый цвет, синий азурит, также окрашенный медью, и зеленый гранат— уваровит, цвет которого обусловлен присутствием хрома. Эти немногие минералы, обладающие собственной окраской, называют идиохроматическими. Но гораздо больше минералов, в которых окраска обусловлена не основными компонентами состава (то есть элементами, входящими в их химическую формулу), а примесями— обычно случайными. Иногда причиной окраски может служить радиационный эффект (изменение цвета в результате нарушений в кристаллической решетке, вызванных действием излучения). Подобные окраски называют аллохроматическими. Разнообразная игра красок, присущая минералам, охватывает все оттенки видимого спектра— от предельно яркого красного до едва заметного фиолетового. Воспринимаемая нашим глазом окраска зависит от того, что при прохождении света сквозь камень из всего спектра избирательно поглощаются лучи с определенной длиной волны или определенный волновой диапазон лучей. В результате из камня выходит окрашенный световой луч, цвет которого является дополнительным по отношению к цвету поглощенных лучей и определяется сохранившимися в остаточном спектре не испытавшими абсорбции длинами волн. В спектре рубина водны полосы поглощения в зеленой и желтой областях, а красные лучи пропускаются. В спектре изумруда красные лучи поглощаются в широком диапазоне, а зеленые лучи сохраняются. Окраски корундов весьма разнообразны. Практически все корунды, кроме красных и оранжевых, называются сапфирами; только красные носят название «рубин», а оранжевые — «падпараджа». В окраске турмалина характерна ее изменчивость в пределах одного кристалла. И хотя его отдельные образцы могут быть однородными по цвету, но чаще в кристаллах наблюдаются разноцветные зоны роста— так называемое зонарное распределение окраски турмалина, отражающее зонарный рост кристалла. Нередко в одиночных кристаллах сочетаются различные окраски — отчасти резко разграниченные между собой, отчасти же связанные взаимными переходами. Различающиеся по цвету проявления одного и того же минерального вида выделяются в качестве отдельных разновидностей. Каждая такая разновидность характеризуется вариациями интенсивности окраски, имеющими большое значение при оценке драгоценных камней. Во многих случаях особенно ценятся камни с максимальной интенсивностью окраски (это касается, например, изумруда или аквамарина). По отношению к другим видам самоцветов интенсивность их окраски ценится лишь до определенного оптимального предела, выше которого их ценность снова понижается (к числу этих камней относятся сапфир, турмалин, аметист). Как правило, бледные тона ценятся меньше, исключение составляют алмазы, среди которых наиболее ценными считаются абсолютно бесцветные камни или же камни, имеющие чуть заметный голубоватый оттенок (голубовато-белые). Таким образом, окраска и ее интенсивность или, наоборот, бесцветность весьма важны для оценки драгоценных камней, и специалистам, особенно при огранке, необходимо знать, какие цвета и какая степень их интенсивности считаются самыми ценными для того или иного камня. Следует учитывать и то, что у многих самоцветов, не принадлежащих к кубической сингонии, окраска и ее интенсивность могут меняться в разных направлениях вследствие анизотропии. Это явление известно как плеохроизм (многоцветность). Минералы кубической сингонии оптически изотропны, то есть их оптические свойства во всех направлениях одинаковы. Окрашенные минералы тетрагональной, гексагональной и тригональной сингоний обнаруживают более или менее явные различия в цвете или в интенсивности одного и того же цветового тона в двух направлениях. Их называют дихроичными, а само явление — дихроизмом (от греческих «ди» — два и «хрома» — цвет), двухцветностью. Такие минералы можно четко распознать, рассматривая их поочередно в каждом из двух различающихся между собой направлений; правда, иногда появляются смешанные окраски, препятствующие однозначному суждению о цветах дихроизма. В этом случае лучше всего пользоваться специальным прибором дихроскопом (см. методы определения драгоценных камней), с помощью которого удается четко различить оба крайних цвета. В окрашенных кристаллах ромбической, моноклинной и триклинной сингоний обычно наблюдаются разные цвета в нескольких, а точнее — в трех направлениях. Их называют трихроичными или обозначают общим термином— плеохроичные. Явления плеохроизма существенны не только для коллекционера или для диагностики, но, как уже упоминалось, в немалой степени и при огранке. Собственно говоря, уже при обогащении сырья следовало бы обращать на это внимание. Нередко приходится слышать жалобы при огранке, что у какого-то камня «окраска расположена неправильно». В данном случае имеется в виду, что ориентировка главных направлений плеохроизма в данном образце не позволяет при огранке добиться оптимального эффекта одновременно и по цвету, и по интенсивности. Беда здесь в неудачах при обкалывании образцов. Необходимо уже непосредственно после добычи учитывать особые признаки отдельных драгоценных камней, чтобы достичь максимального выхода ограночного материала.
Цвета и интенсивность дихроизма или плеохроизма приведены в таблицах, помещенных в конце книги, их можно использовать для исследования самоцветов.
Один из резко плеохроирующих минералов так и назван специально по этому явлению— дихроит (кордиерит). Курьезно только то, что кордиерит, по существу, вовсе не дихроичен, а плеохроичен, поскольку он принадлежит к ромбической сингонии. У него отмечаются следующие цвета плеохроизма: бесцветный — бледно-желтый — желто-бурый, серо-голубой— серо-фиолетовый, темно-синий — фиолетовый. Его следовало бы, таким образом, называть не дихроитом, а трихроитом или вообще плеохроитом.
Особое оптическое явление, очень высоко ценимое у драгоценных камней,— способность некоторых из них менять окраску в зависимости от освещения. Это свойство связано опять-таки с абсорбцией и плеохроизмом. Обычно имеется в виду явление изменения окраски при дневном свете по сравнению с окраской при искусственном освещении, наиболее четко выраженное у александрита (разновидности хризоберилла). При дневном свете александрит кажется зеленым, при вечернем (искусственном) — красным. Правда, в качестве цветов плеохроизма оба они — и зеленый, и красный — присущи этому минералу уже при обычном дневном освещении.
В начале настоящей главы среди оптических свойств драгоценных камней наряду с их много цветностью было упомянуто свойство этих камней испускать разноцветные искры. Это свойство обусловлено такими оптическими явлениями, как светопреломление, двойное лучепреломление, дисперсия, блеск — они придают драгоценным камням сверкание и своеобразную «игру» — «огонь». Светопреломление, подобно плотности, является характерной константой вещества, имеющей большое диагностическое значение. Чем выше светопреломление, тем, как правило, сильнее «играет» камень. При вхождении светового луча в кристалл (как и в любую другую среду) луч в большей или в меньшей степени отклоняется от своего направления. Отношение синусов углов падения и преломления луча, отвечающее отношению скоростей распространения света в обеих средах, называется показателем преломления.
Кубические кристаллы и аморфные образования не обнаруживают различий оптических свойств в разных направлениях, поэтому они имеют только один показатель преломления. Прочие кристаллы оптически анизотропны, то есть их оптические свойства меняются в зависимости от направления, при попадании в них световой луч раздваивается, возникают два луча, характеризующиеся разным преломлением, вследствие чего эти кристаллы называют дву преломляющими.
Двупреломление весьма важно при исследовании драгоценных камней, а в ряде случаев и при огранке, особенно тогда, когда оно очень велико, как, например, у циркона или синтетического рутила. В подобных случаях огранщику следует знать, каким образом он должен ориентировать камень при его обработке, чтобы сделать двупреломление как можно менее заметным (поскольку оно портит общее впечатление от ограненного камня).
Показатель преломления меняется также с длиной волны падающего света. Обычно приводят его значение для желтого света с длиной волны 589 нм, или 5890 А. Разность показателей преломления для красного и фиолетового света называется цветовым рассеянием, или дисперсией. Она особенно сильно выражена у рутила, сфалерита и алмаза; у алмаза численная величина дисперсии составляет 0,044, именно ею обусловлено очень красивое цветовое рассеяние, или «огонь», алмазов. Говорят также об игре цветов, присущей алмазу.
Под блеском минерала понимается особый характер света, отраженного от его поверхности. В своих частных проявлениях блеск бывает различным по типу и интенсивности. В общем же можно различать два типа блеска: металлический и обычный, неметаллический. Металлический блеск характерен для непрозрачных металлов и рудных минералов с сильной отражательной способностью. Среди драгоценных камней металлический блеск имеют гематит (железный блеск) и пирит. Неметаллический блеск наиболее интенсивен у алмаза, алмазный блеск часто называют полуметаллическим. Он наблюдается у прозрачных минералов с высоким светопреломлением. Однако даже у самого алмаза наружное отражение, то есть блеск, составляет всего 17%.
Повысить отражение можно путем огранки. Тогда благодаря полному внутреннему отражению возникает эффект сверкания. Причем для его максимального эффекта при огранке следует учитывать светопреломление.
Любой шлифованный, ограненный камень в известной мере сверкает, но оптимальным сверканием обладает алмаз с бриллиантовой огранкой. Поэтому именно его называют просто бриллиантом (от французского «брилле» — блестеть), хотя бриллиантовой огранке подвергают многие камни (циркон, синтетический рутил, титанат стронция — искусственный продукт и др.).