Lassen Sie mich Ihnen sagen, warum Edelsteine ​​so schön sind

Bereits vor 18.000 Jahren entdeckten Menschen in den Überresten des Peking-Menschen in Zhoukoudian, Peking, Halsketten aus Tierzähnen und Knochen. Dies sind wahrscheinlich die frühesten von Menschenhand hergestellten „Edelsteinprodukte“. Edelsteine ​​sind schön, selten und langlebig. In der Natur kommen über 3.000 Mineralien vor, doch nur etwa 230 davon können als Edelsteinrohstoffe verwendet werden. Auf dem internationalen Schmuckmarkt gibt es nicht mehr als 20 Edelsteine ​​der mittleren bis oberen Preisklasse. Dies zeigt, dass Mineralgesteine ​​bestimmte Bedingungen erfüllen müssen, um zu Edelsteinen zu werden. Edelsteine ​​sind die Essenz vieler Mineralgesteine. Diamanten, Saphire und Jade sind klassische Vertreter der Edelsteinwelt.

Schönheit ist die wichtigste Voraussetzung dafür, dass Edelsteine ​​einen so hohen Wert haben. Wie interagieren Edelsteine ​​mit Licht, um ihren schillernden Glanz zu erzeugen?

Feuer macht farblosen Diamanten zum König der Edelsteine

Diamanten selbst sind farblos, zeigen jedoch bei Sonneneinstrahlung eine Vielzahl farbenfroher Effekte, ein Phänomen, das als Feuer bekannt ist. Der grundlegende Grund für das Feuer liegt darin, dass die Dispersionswirkung von Diamant relativ stark ist. Wenn weißes Licht durch ein Prisma aus Glas fällt, wird das Licht vom Prisma abgelenkt. Das Prisma verfügt über unterschiedliche Fähigkeiten, Licht unterschiedlicher Farben abzulenken, wodurch das Licht unterschiedlicher Farben gestreut wird. Dies ist der Dispersionseffekt des Lichts.

(Dispersionseffekt von Licht, das durch ein Prisma fällt)

Der Dispersionswert dient zur Bewertung der Stärke der Dispersionswirkung eines Materials. Bei Materialien mit schwacher Dispersionswirkung wird die Farbe nach dem Durchgang des Lichts nicht stark gestreut und der Dispersionswert ist niedrig. Umgekehrt ist der Dispersionswert hoch. Der Dispersionswert von Glas beträgt etwa 0,009, während der Dispersionswert von Diamant 0,044 erreicht. Im Vergleich dazu beträgt der Dispersionswert von Saphir nur 0,018. Diamanten, die selbst keine Farbe haben, weisen in Kombination mit extrem hohen Dispersionswerten ein atemberaubendes Feuer auf, und mit exquisiten Schneide- und Poliertechniken kann das Feuer noch lebendiger dargestellt werden. Auch wenn Sie gewöhnliches transparentes Glas nehmen und es in die Form eines Diamanten schneiden, können Sie ein schöneres Feuer erzeugen.

(Die Brillanz von Diamanten)

Eine starke Dispersionsfähigkeit ist für Edelsteine ​​eine gute Sache, stellt jedoch bei Brillengläsern oder optischen Linsen einen optischen Defekt dar, der korrigiert werden muss. Ist der Dispersionswert von Brillengläsern zu hoch, entstehen Farbränder an den Kanten von Objekten. Bei Fotos, die mit Objektiven mit Dispersion aufgenommen wurden, sind an den Kanten von Objekten violette Ränder zu sehen.

Katzenaugen- und Sternenlichteffekt **, das Licht ist **** smart**

Bei manchen Edelsteinen erscheint bei Lichteinwirkung ein heller Lichtstreifen. Wenn sich das Licht bewegt, bewegt sich auch das helle Band mit. Dieser Glanz ähnelt dem eines Katzenauges. Dieser optische Effekt wird als Katzenaugeneffekt bezeichnet und diese Edelsteine ​​werden auch Katzenaugensteine ​​genannt.

Natürliche Edelsteine ​​entstehen in komplexen geologischen Umgebungen. Die Einmischung von Fremdstoffen sowie Temperatur- und Druckänderungen beeinflussen das Wachstum der Edelsteine ​​und hinterlassen bestimmte Spuren im Inneren der Edelsteine. Diese Spuren werden Einschlüsse genannt. Im Inneren des Katzenauges befindet sich eine Gruppe dicht gepackter, parallel und orientierter faseriger Einschlüsse (wie parallel verteilte feine Streifen, mit einer Größe von etwa 0,01 mm bis 0,1 mm). Diese Einschlüsse brechen und reflektieren das Licht und erzeugen den Effekt heller Lichtbänder. Katzenaugensaphir enthält beispielsweise Verunreinigungen durch Titandioxid (auch als Rutil bekannt). Rutil ist im Saphir in Form winziger Fasern angeordnet, die bei Lichteinwirkung streifenförmige Flecken erzeugen.

Der Sternenlichteffekt ist eine verbesserte Version des Katzenaugeneffekts. Die inneren Einschlüsse von Edelsteinen mit Sternenlichteffekt sind kreuzverteilte feine Fasern. Unter Licht bilden mehrere Katzenaugenstreifen sternenlichtähnliche Streifen.

Auch im Leben kommt diese Art von Effekt sehr häufig vor. An regnerischen Tagen bilden sich nach dem Öffnen oder Schließen der Seitenfenster des Autos feine Wasserlinien auf der Oberfläche. Diese Linien wirken wie Einschlüsse in Katzenaugen. Wenn Sie nachts durch das Autofenster auf die Straßenlaternen draußen blicken, werden Sie feststellen, dass neben der Lichtquelle auch ein langer, schmaler horizontaler Lichtfleck vorhanden ist. Wenn die Linse des Telefons versehentlich mit Öl beschmiert wird und Streifen in die gleiche Richtung entstehen, erzeugt die Lichtquelle beim Aufnehmen ebenfalls einen Lichtpunkt senkrecht zur Richtung der Streifen (es kann auch sein, dass sie absichtlich mit Öl beschmiert wurde, Sie können es ausprobieren). Dies ist der Streueffekt des Lichts. Je feiner die Struktur, desto größer der Streuwinkel: Die horizontale Struktur der vertikalen Streifen ist viel feiner als die vertikale Struktur, sodass in horizontaler Richtung eine Großwinkelstreuung zur Bildung horizontaler Streifen entsteht. .

Farbspieleffekt **, natürliche Mikrostrukturen in Edelsteinen**

Im Inneren des Edelsteins befinden sich winzige Strukturen im Nanometerbereich (100-300 nm). Wenn Licht durch diese Mikrostrukturen fällt, treten Interferenz- und Beugungseffekte auf. Bildet farbige Flecken.

Der Edelstein mit dem deutlichsten Farbspiel ist der Opal, auch Opal genannt. Opal ist ein Hydrat aus Siliziumdioxid (Siliziumdioxid ist auch der Hauptbestandteil von Glas). Die folgende Abbildung zeigt die Molekülanordnung von Opal. Die Siliziumdioxidkugeln sind in einem regelmäßigen Muster mit Lücken zwischen ihnen angeordnet. Diese Lücken sind wie natürliche Mikrostrukturen, die eine Lichtbeugung verursachen können. Die erzeugte Farbe hängt von der Anordnungsperiode und der Wellenlänge des Lichts ab. Makroskopisch betrachtet entstehen bunte Lichtflecken. Je nach Größe der Lücken variiert auch der Beugungseffekt des Lichts und manifestiert sich letztendlich in Opalen unterschiedlicher Farbe, beispielsweise als Siebenfarben-, Fünffarben- und Dreifarben-Opal.

Quelle: Referenz 1

In unserem täglichen Leben gibt es viele Beugungsphänomene. Beispielsweise weisen DVD-Discs auf ihrer Oberfläche kreisförmige Rillen auf. Diese Rillen sind etwa 500 Nanometer breit und etwa 700 Mikrometer voneinander entfernt. Unter Sonneneinstrahlung entstehen bunte Flecken auf der Oberfläche der Scheibe. Dies wird durch den Beugungseffekt des Lichts verursacht. Auch Schmetterlingsflügel sind mit Mikrostrukturen bedeckt. Auch die leuchtend blaue Farbe der Flügel des Morphofalters entsteht durch die Beugungseffekte des Lichts.

Künstliche Edelsteine ​​sind jetzt auf dem Markt . Vielleicht sind Edelsteine ​​dann nicht mehr knapp ? **

Jeder strebt nach schönen Dingen, doch die Seltenheit von Edelsteinen lässt die Menschen zögern. Dank des technologischen Fortschritts ist es dem Menschen heute möglich, die harten Bedingungen zu schaffen, die für die Herstellung von Edelsteinen erforderlich sind, wie etwa künstliche Diamanten, die mithilfe von Hochtemperatur- und Hochdruckverfahren hergestellt werden. Diese Methoden können den Entstehungsprozess natürlicher Diamanten nachahmen, indem Graphit unter extrem hohen Temperaturen und Drücken in Diamanten umgewandelt wird. Neben der Verwendung in der Industrie (Diamanten sind extrem hart und können zu Schleifmitteln verarbeitet werden) können die produzierten Diamanten auch zu Edelsteinen verarbeitet werden. Künstliche Rubine, Saphire usw. werden nicht nur häufig in der Industrie verwendet, sondern ermöglichen es den Menschen auch, schönen Schmuck zu einem niedrigeren Preis zu kaufen.

Wenn Sie das nächste Mal Edelsteine ​​bewundern, werde ich sicherlich noch mehr von den Wundern der Natur beeindruckt sein.

Quellen:

[1] Zhang Beili. Systematische Gemmologie[M]. Geologischer Verlag, 2006.

[2] Zeng Guangce, Zhu Yunhai, Ye Delong. Kristalloptik und optische Mineralogie[M]. China University of Geosciences Press, 2006.

[3] Yang Guoguang, Song Feijun. Fortgeschrittene physikalische Optik[M]. Universität für Wissenschaft und Technologie der chinesischen Presse, 2008.

Autor: Wu Qing, Doktorand am Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Gutachter: Li Ming, Forscher am Institut für Hochenergiephysik, Chinesische Akademie der Wissenschaften