Minerály

Fluorescenční minerály



Dozvíte se o minerálech a horninách, které „září“ pod ultrafialovým světlem


Fluorescenční minerály: Jedním z nejúžasnějších exponátů muzea je temná místnost plná zářivek a minerálů osvětlených ultrafialovým světlem. Svítí úžasnou řadou zářivých barev - v ostrém kontrastu s barvou hornin za podmínek normálního osvětlení. Ultrafialové světlo tyto minerály aktivuje a způsobuje, že dočasně vyzařují viditelné světlo různých barev. Tato světelná emise je známá jako „fluorescence“. Nádherná fotografie nahoře ukazuje sbírku fluorescenčních minerálů. Vytvořil jej Dr. Hannes Grobe a je součástí sbírky Wikimedia Commons. Fotografie se zde používá na základě licence Creative Commons.

Fluorescenční minerální klíč: Tato skica je klíčem k fluorescenčním horninám a minerálům ve velkém barevném obrázku v horní části této stránky. Fluorescenční minerály v každém vzorku jsou: 1. Cerussit, Barite - Maroko; 2. Scapolite - Kanada; 3. Hardystonit (modrý), kalcit (červený), Willemite (zelený) - New Jersey; 4. Dolomity - Švédsko; 5. Adamite - Mexiko; 6. Scheelite - neznámá lokalita; 7. Achát - Utah; 8. Tremolit - New York; 9. Willemite - New Jersey; 10. Dolomity - Švédsko; 11. Fluorit, kalcit - Švýcarsko; 12. Kalcit - Rumunsko; 13. Rhyolit - neznámá lokalita; 14. Dolomity - Švédsko; 15. Willemit (zelený), kalcit (červený), Franklinit, Rhodonit - New Jersey; 16. Eucryptit - Zimbabwe; 17. Kalcit - Německo; 18. Kalcit v septikánském uzlu - Utah; 19. Fluorit - Anglie; 20. Kalcit - Švédsko; 21. Calcite, Dolomite - Sardinia; 22. Dripstones - Turecko; 23. Scheelite - neznámá lokalita; 24. Aragonit - Sicílie; 25. Benitoite - Kalifornie; 26. Quartz Geode - Německo; 27. Dolomity, Železná ruda - Švédsko; 28. Neznámý; 29. Syntetický korund; 30. Powellite - Indie; 31. Hyalit (opál) - Maďarsko; 32. Vlasovite v Eudyalite - Kanada; 33. Spar Calcite - Mexiko; 34. Manganocalcit? - Švédsko; 35. Clinohydrit, Hardystonit, Willemit, Kalcit - New Jersey; 36. Kalcit - Švýcarsko; 37. Apatite, Diopside - Spojené státy americké; 38. Dolostone - Švédsko; 39. Fluorit - Anglie; 40. Manganokalcit - Peru; 41. Hemimorfit se Sfaleritem v gangu - Německo; 42. Neznámý; 43. Neznámý; 44. Neznámý; 45. Dolomity - Švédsko; 46. ​​Chalcedonie - neznámá lokalita; 47 Willemite, Calcite - New Jersey. Tento obrázek vytvořil Dr. Hannes Grobe a je součástí sbírky Wikimedia Commons. Používá se zde na základě licence Creative Commons.

Co je to zářivka?

Všechny minerály mají schopnost odrážet světlo. To je činí lidským okem viditelným. Některé minerály mají zajímavou fyzikální vlastnost známou jako „fluorescence“. Tyto minerály mají schopnost dočasně absorbovat malé množství světla a za okamžik později uvolnit malé množství světla s jinou vlnovou délkou. Tato změna vlnové délky způsobuje dočasnou změnu barvy minerálu v oku lidského pozorovatele.

Změna barvy fluorescenčních minerálů je nejúžasnější, když jsou osvětleny ve tmě ultrafialovým světlem (které není pro člověka viditelné) a uvolňují viditelné světlo. Fotografie nahoře je příkladem tohoto jevu.

Jak fluorescence funguje: Diagram, který ukazuje, jak fotony a elektrony interagují za vzniku fluorescenčního jevu.

Fluorescence podrobněji

Fluorescence v minerálech nastává, když je vzorek osvětlen specifickými vlnovými délkami světla. Ultrafialové (UV), rentgenové a katodové paprsky jsou typickými typy světla, které spouštějí fluorescenci. Tyto typy světla mají schopnost excitovat citlivé elektrony v atomové struktuře minerálu. Tyto vzrušené elektrony dočasně vyskočí na vyšší orbitál v atomové struktuře minerálu. Když tyto elektrony klesnou zpět na původní orbitál, uvolní se malé množství energie ve formě světla. Toto uvolnění světla je známé jako fluorescence. 1

Vlnová délka světla uvolňovaného z fluorescenčního minerálu se často výrazně liší od vlnové délky dopadajícího světla. To vede k viditelné změně barvy minerálu. Tato „záře“ pokračuje, dokud je minerál osvětlen světlem správné vlnové délky.

Kolik minerálů fluoreskuje v UV světle?

Většina minerálů nemá znatelnou fluorescenci. Pouze asi 15% minerálů má fluorescenci, která je viditelná pro lidi, a některé vzorky těchto minerálů nebudou fluoreskovat. 2 Fluorescence obvykle nastává, když jsou v minerálu přítomny specifické nečistoty známé jako „aktivátory“. Těmito aktivátory jsou typicky kationty kovů, jako jsou: wolfram, molybden, olovo, bór, titan, mangan, uran a chrom. O elementech vzácných zemin, jako je europium, terbium, dysprosium a yttrium, je také známo, že přispívají k fluorescenčnímu jevu. Fluorescence může být také způsobena strukturními defekty krystalu nebo organickými nečistotami.

Kromě nečistot "aktivátoru" mají některé nečistoty tlumící účinek na fluorescenci. Pokud jsou jako nečistoty přítomny železo nebo měď, mohou redukovat nebo eliminovat fluorescenci. Kromě toho, pokud je aktivátorový minerál přítomen ve velkých množstvích, může to snížit fluorescenční účinek.

Většina minerálů fluoreskuje jedinou barvou. Ostatní minerály mají několik barev fluorescence. Kalcit je známý tím, že fluoreskuje červenou, modrou, bílou, růžovou, zelenou a oranžovou. Je známo, že některé minerály vykazují více barev fluorescence v jednom vzorku. Mohou to být pruhované minerály, které vykazují několik fází růstu z rodičovských roztoků se měnícím se složením. Mnoho minerálů fluoreskuje jednu barvu pod krátkovlnným ultrafialovým světlem a jinou barvu pod dlouhovlnným UV světlem.

Fluorit: Vzorky fluoritu leštěné v normálním světle (nahoře) a pod krátkovlnným ultrafialovým světlem (dole). Zdá se, že fluorescence souvisí s barvou a pruhovou strukturou minerálů v jasném světle, což by mohlo souviset s jejich chemickým složením.

Fluorit: Originální "Fluorescenční minerál"

Jedním z prvních lidí, kteří pozorovali fluorescenci v minerálech, byl George Gabriel Stokes v roce 1852. Poznamenal, že fluorit může produkovat modrou záři, když je osvětlen neviditelným světlem „za fialovým koncem spektra“. Tento jev nazýval „fluorescencí“ po minerálním fluoritu. Název získal široké přijetí v mineralogii, gemologii, biologii, optice, komerčním osvětlení a mnoha dalších oborech.

Mnoho vzorků fluoritu má dostatečně silnou fluorescenci, aby je pozorovatel mohl vzít venku, držet je na slunci, pak je přesunout do stínu a vidět změnu barvy. Pouze několik minerálů má tuto úroveň fluorescence. Fluorit obvykle svítí modro-fialovou barvu za krátkovlnného a dlouhovlnného světla. O některých exemplářích je známo, že žhnou smetanou nebo bílou barvou. Mnoho vzorků ne fluoreskuje. Fluorescence v fluoritu je způsobena přítomností yttria, europia, samarium 3 nebo organického materiálu jako aktivátorů.

Fluorescenční Dugway Geode: Mnoho Dugwayových geod obsahuje fluorescenční minerály a vytváří pod UV světlem velkolepý displej! Vzorek a fotografie od SpiritRock Shop.

Fluorescenční geody?

Možná vás překvapí zjištění, že někteří lidé našli uvnitř uvnitř fluorescenční minerály. Některé z Dugwayových geod, které se nacházejí v blízkosti Dugwayské komunity v Utahu, jsou lemovány chalcedonem, které vytváří vápno-zelenou fluorescenci způsobenou stopovým množstvím uranu.

Dugway geodes jsou úžasné z jiného důvodu. Před několika miliony let se tvořili v plynových kapsách rolyolitového lože. Asi před 20 000 lety byli erozi vlnovou akcí podél pobřeží ledovcového jezera a přepravili několik kilometrů na místo, kde se konečně zastavili v jezerních sedimentech. 4 Dnes je lidé kopají a přidávají do geodetických a fluorescenčních minerálních sbírek.

UV lampy: Tři zářivky ultrafialové lampy používané pro fluorescenční prohlížení minerálů. Vlevo nahoře je malá lampa ve stylu "baterky", která produkuje UV záření s dlouhými vlnami a je dostatečně malá, aby se snadno vešla do kapsy. Vpravo nahoře je malá přenosná krátkovlnná lampa. Lampa dole produkuje jak dlouhovlnné, tak krátkovlnné světlo. Obě okna jsou tlusté skleněné filtry, které eliminují viditelné světlo. Větší lampa je dostatečně silná pro použití při fotografování. Při práci s UV lampou byste měli vždy nosit brýle nebo brýle zabraňující UV záření.

Lampy pro prohlížení zářivkových minerálů

Lampy používané k lokalizaci a studiu fluorescenčních minerálů se velmi liší od ultrafialových lamp (nazývaných „černá světla“) prodávaných v obchodech s novinkami. Novinkové výbojky nejsou vhodné pro studium minerálů ze dvou důvodů: 1) emitují dlouhovlnné ultrafialové světlo (většina fluorescenčních minerálů reaguje na krátkovlnné ultrafialové záření); a 2) vyzařují značné množství viditelného světla, které ruší přesné pozorování, ale není problémem pro použití s ​​novinkami. 5

Rozsah ultrafialových vlnových délek

Vlnová délkaZkratky
Krátkovlnný100-280 nmSWUVC
Midwave280-315 nmMWUVB
Longwave315-400nmLWUVA

Vědecké lampy se vyrábějí v různých vlnových délkách. Výše uvedená tabulka uvádí rozsahy vlnových délek, které se nejčastěji používají pro studie fluorescenčních minerálů, a jejich společné zkratky.

UV lampy 44,99 $
Fluorescenční minerály 19,99 $

Vědecké lampy používané pro studium minerálů mají filtr, který umožňuje průchod UV vlnových délek, ale blokuje nejviditelnější světlo, které bude rušit pozorování. Tyto filtry jsou drahé a částečně odpovídají za vysoké náklady na vědecké lampy.

Nabízíme UV lampu o výkonu 4 W s malým oknem filtru, která je vhodná pro pečlivé zkoumání fluorescenčních minerálů. Nabízíme také malou sbírku vzorků krátkovlnných a dlouhovlnných fluorescenčních minerálních vzorků.

Fluorescenční spodumene: Tento spodumen (kunzit odrůd drahokamů) poskytuje nejméně tři důležité lekce minerální fluorescence. Všechny tři fotografie ukazují stejný rozptyl vzorků. Vrchní část je v normálním světle, střed je v krátkovlnné ultrafialové a dolní část je v dlouhovlnné ultrafialové. Lekce: 1) jeden minerál může fluoreskovat různými barvami; 2) fluorescence může mít různé barvy při krátkém a dlouhovlnném světle; a 3) některé vzorky nerostu nebudou fluoreskovat.

Bezpečnost UV lampy

Na slunci jsou přítomny ultrafialové vlnové délky světla. Jsou to vlnové délky, které mohou způsobit spálení sluncem. UV lampy produkují stejné vlnové délky světla spolu s krátkovlnnými UV vlnovými délkami, které jsou blokovány ozonovou vrstvou zemské atmosféry.

Malé UV lampy s výkonem jen několika wattů jsou bezpečné pro krátkou dobu používání. Uživatel by se neměl dívat do lampy, svítit lampou přímo na kůži nebo svítit lampou na obličej osoby nebo domácího mazlíčka. Pohled do lampy může způsobit vážné zranění očí. Svítí UV lampy na kůži může způsobit „spálení sluncem“.

Při používání jakékoli UV lampy by se měla používat ochrana očí. Levná UV blokovací skla, ochranné brýle blokující UV záření nebo dioptrické brýle blokující UV záření poskytují dostatečnou ochranu, pokud používáte ultrafialovou lampu s nízkým napětím po krátkou dobu pro vyšetření vzorků.

Bezpečnostní postupy UV lamp používaných pro fluorescenční minerální studie by neměly být zaměňovány s postupy poskytovanými s „černými světly“ prodávanými v obchodech s party a novinkami. „Blacklights“ vyzařují UV záření s nízkou intenzitou. Krátkovlnné UV záření produkované minerální studiovou lampou obsahuje vlnové délky spojené s úpalem a poranění očí. To je důvod, proč by se minerální studijní lampy měly používat s ochranou očí a mělo by se s nimi zacházet opatrněji než s „černými světly“.

UV lampy používané k osvětlování velkých minerálních displejů nebo používané pro práci v terénu mají mnohem vyšší napětí než malé UV lampy používané pro zkoušení vzorků studenty. Při používání vysokonapěťové lampy je třeba nosit ochranné brýle a oděv, který zakrývá paže, nohy, nohy a ruce. 6

UV lampa a minerály: Obchod Geology.com nabízí levnou ultrafialovou lampu a malou sbírku zářivek. Jsou vhodné pro studentské použití a lampu doprovázejí ochranné brýle zabraňující UV záření.

Praktická použití fluorescence minerálů a hornin

Fluorescence má praktické využití v těžbě, gemologii, petrologii a mineralogii. Minerální scheelit, ruda wolframu, má obvykle jasně modrou fluorescenci. Geologové, kteří hledají scheelit a jiné fluorescenční minerály, je někdy hledají v noci pomocí ultrafialových lamp.

Geologové v ropném a plynárenském průmyslu někdy zkoumají vrtací řízky a jádra s UV lampami. Malá množství oleje v pórových prostorech horniny a minerální zrna obarvená olejem budou pod UV světlem fluoreskovat. Barva fluorescence může naznačovat tepelnou zralost oleje, tmavší barvy označují těžší oleje a světlejší barvy označují lehčí oleje.

Zářivky mohou být použity v podzemních dolech k identifikaci a stopování hornin nesoucích rudy. Používají se také na sběrných linkách k rychlému zjištění hodnotných kusů rudy a jejich oddělení od odpadu.

Mnoho drahokamů je někdy zářivkových, včetně rubínových, kunzitových, diamantových a opálových. Tato vlastnost může být někdy použita ke zjištění malých kamenů v sedimentu nebo drcené rudě. Může to být také způsob, jak spojit kameny s těžební lokalitou. Například: světle žluté diamanty se silnou modrou fluorescencí jsou produkovány v Jižní Africe Premier Mine a bezbarvé kameny se silnou modrou fluorescencí jsou produkovány v Jižní Africe Jagersfontein Mine. Kameny z těchto dolů jsou přezdívány „Premiers“ a „Jagers“.

Na počátku 20. století mnoho obchodníků s diamantem hledalo kameny se silnou modrou fluorescencí. Oni věřili, že tyto kameny by vypadaly více bezbarvé (méně žluté), když se dívaly ve světle s vysokým obsahem ultrafialového záření. To nakonec vedlo k řízeným světelným podmínkám pro diamanty pro třídění barev. 7

Fluorescence se běžně nepoužívá při identifikaci minerálů. Většina minerálů není fluorescenční a vlastnost je nepředvídatelná. Kalcit je dobrým příkladem. Některé kalcit ne fluoreskuje. Vzorky kalcitu, které fluoreskují záři v různých barvách, včetně červené, modré, bílé, růžové, zelené a oranžové. Fluorescence je zřídka diagnostická vlastnost.

Zářivka jasná: Tento obrázek ukazuje některé kousky padlého oceánského jaspisu za normálního světla (nahoře), dlouhovlnného ultrafialového záření (uprostřed) a krátkovlnného ultrafialového záření (dole). Ukazuje, jak materiály reagují na různé typy světla. Vzorky a fotografie od RockTumbler.com, partnerského webu Geology.com.

Fluorescenční minerální knihy

Dvě vynikající úvodní knihy o fluorescenčních minerálech jsou: Shromažďování fluorescenčních minerálů a Svět fluorescenčních minerálů, oba od Stuart Schneider. Tyto knihy jsou psány ve snadno srozumitelném jazyce a každá z nich má fantastickou sbírku barevných fotografií zobrazujících fluorescenční minerály za normálního světla a různé vlnové délky ultrafialového světla. Jsou skvělé pro učení o fluorescenčních minerálech a slouží jako cenné referenční knihy.

Fluorescenční minerální reference
1 Základní pojmy ve fluorescenci: Michael W. Davidson a další, optický mikroskopický primer, Florida State University, naposledy přístupný v říjnu 2016.
2 Fluorescenční minerály: James O. Hamblen, web o fluorescenčních minerálech, Georgia Tech, 2003.
3 Svět zářivkových minerálů, Stuart Schneider, Schiffer Publishing Ltd., 2006.
4 Stránka Dugway Geodes na webové stránce SpiritRock Shop, naposledy přístupná v květnu 2017.
5 Sbírání fluorescenčních minerálů, Stuart Schneider, Schiffer Publishing Ltd., 2004.
6 Bezpečnost ultrafialového světla: Connecticut High School Science Safety, Státní ministerstvo školství Connecticut, naposledy otevřeno v říjnu 2016.
7 Příspěvek k porozumění vlivu modré fluorescence na vzhled diamantů: Thomas M. Moses a další, Drahokamy a gemologie, Gemologický institut Ameriky, zima 1997.

Další vlastnosti luminiscence

Fluorescence je jednou z několika luminiscenčních vlastností, které může minerál vykazovat. Mezi další luminiscenční vlastnosti patří:

FOSFORORENCE

Při fluorescenci vyskočí elektrony excitované přicházejícími fotony na vyšší energetickou hladinu a zůstanou tam po zlomek sekundy, než padnou zpět do základního stavu a vyzařují fluorescenční světlo. V případě fosforescence zůstávají elektrony v excitovaném stavu orbitální po delší dobu, než padnou. Minerály s fluorescencí přestanou svítit, když je zdroj světla vypnutý. Minerály s fosforescencí mohou po vypnutí světelného zdroje krátce svítit. Mezi minerály, které jsou někdy fosforeskující, patří kalcit, celestit, colemanit, fluorit, sfalerit a willemit.

TERMOLUMINESCENCE

Termoluminiscence je schopnost minerálu po zahřátí emitovat malé množství světla. Toto zahřívání může být až na 50 až 200 stupňů Celsia - mnohem nižší než je teplota žhavení. Apatit, kalcit, chlorofan, fluorit, lepidolit, scapolit a některé živce jsou občas termoluminiscenční.

TRIBOLUMINESCENCE

Některé minerály budou emitovat světlo, když na ně bude aplikována mechanická energie. Tyto minerály září, když jsou zasaženy, rozdrceny, poškrábány nebo zlomeny. Toto světlo je výsledkem splynutí vazeb uvnitř minerální struktury. Množství vyzařovaného 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.