Абсолютно все посетители Геолого-минералогического музея БелГУ на вопрос: ”Что вам больше всего понравилось/запомнилось в музее?”, отвечают: ”Комната со светящимися камнями!”. Это никак не умаляет достоинств общей экспозиции этого замечательного музея, но вот эта комната - предмет особого восторга, как взрослых, так и посетителей помладше. Даже те, кто равнодушен к породам и минералам (и такие тоже есть), на этом моменте экскурсии проявляют неподдельный интерес и удивление.
В этой “волшебной комнате” собрана богатая коллекция минералов и пород, обладающих свойством люминесценции, точнее её разновидностью - флюоресценцией.
Разберёмся с терминами. Люминесценция минералов одно из самых интересных и необычных явлений. Чтобы его понаблюдать, нужна ультрафиолетовая лампа (как у кассиров в банке) или УФ-фонарик. Под светом ультрафиолетовой лампы некоторые минералы начинают светиться красным, розовым, синим, желтым или зелены цветом. Это и есть люминесценция. Свечение, которое мгновенно прекращается, после того как лампа выключена, называют флюоресценцией. А если идет медленное затухание - секунды, минуты или даже часы, то это - фосфоресценция.
Люминесценция понятие сложное, есть много видов этого явления. Например, термолюминесценция - это способность минерала выделять небольшое количество света при нагревании. Или триболюминесценция, когда минералы излучают свет под воздействием механической энергии. Эти минералы светятся, когда их ударяют, дробят, царапают или ломают. Свечение является результатом нарушения связей в структуре минералов.
Но вернёмся к флюоресценции. Этим свойством обладают немногие минералы. Обусловлено это тем, что в кристаллической решетке таких минералов присутствуют химические элементы-люминогены. Обычно ими бывают некоторые из металлов, имеющих недостроенные электронные оболочки. Это, прежде всего, металлы из группы железа - хром, марганец, трехвалентное железо, группа лантаноидов (редкоземельные элементы), а также молибден, вольфрам, уран.
С точки зрения физики. Учёные-физики объясняют процесс флюоресценции так: свет с определенной длиной волны способен возбуждать чувствительные электроны в атомной структуре минерала-люминогена. Возбужденные электроны временно подпрыгивают до более высокой орбиты внутри атомной структуры минерала. Когда эти электроны возвращаются к своей первоначальной орбите, небольшое количество энергии выделяется в виде света. Такой процесс выброса света известен как флюоресценция. Длина волны света, выделяемого из флюоресцентного минерала, часто заметно отличается от длины волны падающего света. Это приводит к заметному изменению цвета минерала. Свечение продолжается до тех пор, пока минерал освещается светом соответствующей длины волны.
В фосфоресценции электроны остаются в возбужденном состоянии в течение большего количества времени перед падением. Минералы с фосфоресценцией могут светиться в течение определённого времени после отключения источника света. К минералам, которые иногда фосфоресцируют, относятся: кальцит, целестит, колманит, флюорит, сфалерит и виллемит.
Цвета. Большинство минералов светятся в УФ-лучах одним цветом. Другие минералы имеют несколько цветов флюоресценции. Известно, что кальцит светится красным, синим, белым, розовым, зеленым и оранжевым. Некоторые минералы обладают несколькими цветами флюоресценции в одном образце. Это могут быть полосатые минералы, которые демонстрируют несколько стадий роста из исходных растворов с изменяющимися составами. Многие минералы флюоресцируют один цвет под коротковолновым УФ-светом и другой цвет под длинноволновым УФ-светом.
В рубине и шпинели содержатся ионы трехвалентного хрома. Они дают красное свечение. Ионы трехвалентного железа в полевых шпатах тоже светятся красным. Ионы двухвалентного марганца дают желто-оранжево-красное свечение в апатите, кальците, во многих других минералах. Примеси церия светятся фиолетовым цветом в апатите; европий двухвалентный - фиолетово-синим во флюорите; уран даёт зелёное свечение.
Применение. Свойство люминесценции (и флюоресценции в частности) имеет огромное практическое значение. Зеленое свечение минералов урана используется как поисковый признак этого важного стратегического сырья, а так же при проверках уровня загрязнений территорий, дорог, помещений предприятий, ведущих переработку руд урана. Мельчайшие зерна и пылинки урановых соединений хорошо видны в темноте под ультрафиолетовыми лучами.
Желтое свечение циркона позволяет сразу увидеть его зерна в песках или пробах измельченной породы. Так светится, например, циркон пляжей Австралии, где его добывают в больших количествах.
Фиолетово-синее свечение флюорита характерно для многих жил с промышленными содержаниями крупнокристаллического плавикового шпата. Это свечение используется как сигнал при автоматическом отборе кусков флюорита из руд.
Люминесцентные электронные сепараторы используют при извлечении алмазов из дробленой руды. Мощные импульсы рентгеновского излучения возбуждают в алмазах синее свечение. Этот специфический отклик драгоценного минерала улавливают фотоэлектронные системы, и тогда механические устройства отбирают только те куски руды, в которых есть алмаз.
Свечение кальцита используют при поиске геохимических аномалий - гидротермальных жил и тел, в которых могут накапливаться редкие и благородные металлы, минералы, кристаллы самоцветов - шпинель, рубин, берилл, аквамарин, изумруд, турмалин.
Поделюсь своим опытом практического применения флюоресценции. Чтобы проверить образец чароита на радиоактивность, я поместила его под УФ-лампу. Радиоактивный стисиит, если он есть в образце, будет светить желто-зелёным светом. В моём образце такого свечения не обнаружено. А розовым проявляется полевой шпат, он безопасен.
Не только минералы. Способностью к флюоресценции обладают многие органические вещества из классов циклических соединений (например, бензоловые смолы, ароматические вещества) и сравнительно небольшая часть неорганических веществ.
Так, например, в лучах ультрафиолетовой лампы флюоресцируют органические красители в защитных метках, надписях на денежных купюрах. Голубое свечение дают бумага и белые ткани, содержащие отбеливатели. Красное - хлорофилл в листьях растений. Горные породы часто содержат рассеянные органические примеси, дающие голубовато-белесый фон. Такие флюоресцентные "метки" помогают в поиске нефти и битумов.
Об экспозиции белгородского Геолого-минералогического музея при БелГУ можно прочитать в этой статье:
