Кварц - минерал, природный кремнезём (диоксид кремния SiO2). Название происходит от нем. Querklufter - «руда секущих жил». Один из самых распространённых минералов в Земной коре. Имеет множество разновидностей и как ни один другой минерал разнообразен и по цвету, и по формам нахождения, и по генезису. Встречается практически во всех типах месторождений.
Для кварца обычны кристаллы в виде шестигранной призмы, с одного конца (реже с обоих) увенчанной шести- или трехгранной пирамидальной головкой. На гранях призмы характерна поперечная штриховка. Наиболее часто кристаллы имеют удлинённо-призматический облик с преимущественным развитием граней гексагональной призмы и двух ромбоэдров, образующих головку кристалла. Реже кристаллы принимают облик псевдогексагональной дипирамиды. Внешне правильные кристаллы кварца обычно сложно сдвойникованы, наиболее часто образуя двойниковые участки по т. н. бразильскому или дофинейскому законам. Такое двойникование возникает не только при росте кристаллов, но и в результате внутренней структурной перестройки при термических α-β полиморфных переходах, сопровождаемых сжатием, а также при механических деформациях.
Кристаллическая структура кварца - каркасного типа, построена из кремнекислородных тетраэдров, расположенных винтообразно (с правым или левым ходом винта) по отношению к главной оси кристалла. В зависимости от этого различают правые и левые структурно-морфологические формы кристаллов кварца, отличимые внешне по симметрии расположения некоторых граней (например, трапецоэдра и др.). Необходимо уточнить, что собственно Кварц имеет в Природе две основные полиморфные кристаллические модификации: гексагональный α-кварц, устойчивый в интервале температур 870-573°С, и тригональный β-кварц, устойчивый при температуре ниже 573°С. В природе широко распространён именно β-кварц, а все гексагональные кристаллы α-кварца, находимые в обычных условиях, являются параморфозами β-кварца по α-кварцу. Отсутствие плоскостей и центра симметрии у кристаллов β-кварца обусловливает наличие у него пьезоэлектрических и пироэлектрических свойств.
В кварце наблюдаются два типа центров окраски, различающихся строением и способом их образования. К первому типу относятся центры окраски, связанные с точечными дефектами и проявляемые в кристалле под воздействием ионизирующего облучения. Ко второму типу относятся центры, связанные с примесями ионов-хромофоров, преимущественно железа. Представления о связи между центрами окраски в ионных кристаллах и нарушением порядка в них, обусловленным тепловым движением, впервые развитые Я. И. Френкелем в 1934 г., оказались чрезвычайно плодотворными при изучении природы окраски кварца. На них по существу основаны современные модели электронных (дырочных) центров окраски и механизмы их преобразований. Центры окраски могут возникать в кристаллах при сколь угодно низких температурах при наличии в них посторонних примесей. Такого рода примеси играют существенную роль и для электронной проводимости кристалла в тех случаях, когда атомы примеси легко ионизируются, отдавая кристаллу свои наружные электроны, которые становятся, таким образом, свободными, или же обладают значительным сродством к электронам, отнимая их у окружающих атомов основного вещества и создавая тем самым подвижные электронные дырки в последнем. Коэн [1329, 1330], изучая анизотропию центров окраски в α-кварце, показал, что центры окраски обусловлены ионами А13+, замещающими Si4+, поскольку центры окраски ориентированы строго по осям кристалла кварца. Возникновение картин декорирования, отражающих существование центров окраски, приводит к выводу о том, что активные центры являются не только специфическими точками роста, но одновременно ответственны за многие физические и физико-химические параметры, в частности за окраску и люминесценцию.
Окраска природных кристаллов редко бывает насыщенной. Это видно из того, что при облучении окрашенных природных кварцев интенсивность окраски обычно увеличивается. Некоторые кристаллы, бесцветные от природы, при облучении приобретают окраску, но часто встречаются образцы, которые искусственно не окрашиваются. Местом наибольшей концентрации окраски являются ребра кристаллов, вследствие чего границы между пирамидами нарастания обычно оказываются более темными. Обесцвеченный кварц можно вновь окрасить действием ионизирующей радиации. Обычно кварц окрашивается при этом в дымчатый цвет, крайне редко в аметистовый или желтый. Следует отметить, что обесцвечивание и окрашивание в желтый цвет можно повторять неопределенное число раз. Отдельные кристаллы или даже части кристалла в одних и тех же условиях окрашиваются с различной интенсивностью, также у каждого образца имеется свой предел "насыщения" окраски (Г.Г. Леммлейн).
Достаточно часто у окрашенных кварцев наблюдается зональное распределение окраски: чередование окрашенных полос, свидетельствующее о поэтапном росте кристалла с переменной скоростью, с перерывами роста и в условиях изменения состава среды кристаллизации. Внутри кристаллов горного хрусталя нередко можно видеть контуры ранее существовавших граней, на которых осаждались другие минералы - так называемые «фантомы» («привидения»).
Римляне вытачивали из горного хрусталя бокалы и другие предметы домашнего обихода. Известно, что у императора Нерона было два великолепных хрустальных кубка и ковш для вина. Когда Нерон узнал, что его владычеству пришел конец, он разбил их, дабы этим «наказать свой век». Римские врачи применяли шары из горного хрусталя - «зажигательные стекла» - для прижигания
ран. Кварцы различных коричневатых тонов называют дымчатым кварцем (раухкварцем), или раухтопазом (название, которое, согласно международной номенклатуре, не рекомендуется употреблять); тёмные до чёрного разновидности получили названиеморионов (от латинского «морросус» - хмурый, угрюмый) за их тёмный цвет и мрачноватый, неприветливый облик. Красивый коллекционный дымчатый кварц поступает из Бразилии и с Мадагаскара. Месторождения дымчатого кварца многочисленны и в России (Южный и Средний Урал, жилы Альпийского типа на Приполярном Урале, Алдан и др).
Нередко кварц образует псевдоморфозы по волокнистым минералам, в этих случаях он представлен параллельно-волокнистым агрегатом. Так, кварцевый кошачий глаз содержит иголочки или волоконца роговой обманки или асбеста. В обработанном камне характерный эффект «кошачьего глаза» особенно отчетливо проявляется, если камень соответствующим образом ориентирован при шлифовке. В синем соколином глазе псевдоморфному замещению подвергся крокидолит (синий щелочной амфибол), в желтомтигровом глазе - также выветренный крокидолит и лимонит.
• • Разновидности кварца:
• Горный хрусталь - кристаллы бесцветного прозрачного кварца. Встречается главным образом в пустотах гидротермальных жил, называемых также «занорыши» или «погреба». Большинство промышленных месторождений и находок крупных кристаллов и коллекционных друз связаны с хрусталеносными жилами «Альпийского типа». Чистые однородные кристаллы горного хрусталя встречаются сравнительно редко. Практическое значение имеют кристаллы без дефектов размером свыше 3-5 см.
• Дымчатый кварц (= «раухтопаз») (Smoky Quartz) - дымчатая разновидность горного хрусталя от серого до темно-серого и коричневато-серого цвета. Прозрачный или умеренно замутнён газово-жидкими включениями. Не имеет никакого отношения к топазу, с которым из-за сходства названий его часто путают. Раухтопаз - устаревшее название, распространённое в обиходе ( в известной мере слово "раухтопаз" - не более чем торговое название дымчатого кварца). Цвет варьирует от легкой сероватой дымки до тёмной коричнево-серой вуали. Граница между кварцем, раухтопазом и морионом условна и определяется лишь визуально "на глаз", но считается, что раухтопазы прозрачные, а морионы в тонком слое только просвечивают. В кристаллах дымчатого кварца, как и в кристаллах аметиста, можно наблюдать явление аномального плеохроизма, т.е. изменение оттенка при рассматривании в разных направлениях. На солнечном свету аметисты некоторых месторождений могут сереть и превращаться в дымчатый кварц, - светло-серый или светло-бурый. Спектральные анализы кварцев для выяснения того, какие элементы загрязняют решетку дымчатого кварца, пока не привели к надежным и согласующимся результатам, что объясняется серьезными трудностями, создающимися из-за ничтожной концентрации примесей. Предполагается, что в дымчатом кварце однозарядные ионы кислорода могут являться центрами окраски минерала.
• Морион - чёрный кварц. При нагревании до 300-400° обесцвечивается, причём окраска может быть восстановлена облучением рентгеновскими лучами. А при осторожном и медленном нагревании до 300-320° цвет морионов теплеет и становится золотистым и они становятся похожим по цвету на чайный топаз. Превращать морионы в лже-"топазы" на Урале умели издавна, аккуратно запекая кристаллы в хлебе. Обесцвеченный морион не уступает в качестве кварцевому пьезооптическому сырью и наряду с кварцем находит применение в технике. В определённых кругах считается магическим камнем.
• Аметист - драгоценный камень, разновидность горного хрусталя фиолетового, фиолетово-розового, сиренево-красного цвета
• Цитрин - кристаллы кварца лимонно-жёлтой, медово-жёлтой и буровато-жёлтой окраски. Окраска цитринов обусловлена присутствием примесей трёхвалентного железа, находящегося в структуре кварца в тетраэдрической позиции, или же связана с дефектами, возникающими при замене четырёхвалентного кремния на трёхвалентный алюминий с компенсацией валентности ионами лития и водорода. Некоторые разновидности раухтопаза (дымчатого кварца) приобретают жёлтый цвет при медленном прогреве до 300-400°, однако у всех термически обработанных камней окраска более густая с заметным на глаз красноватым оттенком, в то время как природные цитрины обычно бледно-жёлтые.
• Авантюрин - кварцевая горная порода, мерцающий из-за многочисленных включений мелких чешуек слюды или гематита (железной слюдки) кварцит. Непрозрачен и хрупок. Чешуйчатые включения в авантюрине равномерно рассеяны и ориентированы в той или иной степени параллельно друг другу, что и создаёт эффект игривого внутреннего поблёскивания. Цвет авантюрина обычно желтоватый до медово-жёлтого или буровато-красный, вишнёвый, розоватый до почти белого, реже - зелёный или синеватый. В зелёных авантюринах находятся включения хромовой слюдки фуксита. Иногда цвет обусловлен также глухими микро-трещинками, заполненными гидроокислами железа. Вид этого необычного камня отличается игривой весёлостью, благодаря чему его созерцание может способствовать созданию хорошего настроения. В наши дни в торговой сети под названием "авантюрин" обычно фигурируют имитации, изготовленные из стекла; их получают, добавляя в расплавленную стеклянную массу чешуйчатую крошку меди или оксидов Cu, Fe, Cr, Co. Эта технология была известна еще во времена Древнего Египта, но была утеряна. В XVI веке венецианские стеклодувы вновь открыли способ изготовления "стеклянного авантюрина", когда медные опилки случайно просыпались в сосуд с расплавленным стеклом; отсюда и возникло современное название камня.
• Празем - зелёный кварц, окраска которого обусловлена присутствием мелких включений зелёных силикатов: волокон либо тонкоигольчатых кристаллов актинолита, чешуек хлорита или (реже) других зелёных минералов. Термин не имеет научной строгости, и служит только для указания на луково-зелёный цвет ряда природных разновидностей кварца. Первоначально наименование "празем" относилось к непрозрачному кварциту луково-зелёного цвета, но затем термин также стал применяться к другим материалам, в частности к кристаллам кварца и яшмам аналогичной зелёной окраски. На протяжении последних десятилетий наиболее часто используется для обозначения идиоморфных кристаллов кварца с включениями актинолита и хлорита. Тем самым, праземом можно называть любой кварц, будь он микро- или макро-кристаллическим по своей морфологии, при условии наличия у него специфического природного травянистого луково-зелёного цвета. Празем не следует путать с празиолитом, - не встречающимся в природе декоративным зелёным камнем, который получают искусственным прокаливанием желтоватых разновидностей кварца или аметиста.
• Аметрин (син.: боливианит) - редкая разновидность кварца. В кристаллах аметрина цвет распределяется неодинаково по пирамидам нарастания разных граней или зонально, с чередующимися участками фиолетово-сиреневого аметистового и жёлтого цитринового цвета. Довольно редок в природе, добывается на шахте Анаи (Анахаи, деп. Санта-Крус, Боливия), где был впервые найден. Кристаллы аметрина выращивают искусственно, и в ювелирной промышленности используется гл.обр. синтетический аметрин.
• Волосатик («волосы Венеры», «стрелы Амура») - горный хрусталь с включениями тонкоигольчатых кристаллов рутила, а также (реже) - турмалина, гётита или других минералов, образующих тонкоигольчатые кристаллы. У этого полудрагоценного камня древняя история, а гороскопы утверждают, что он приносит счастье в любви и личной жизни всем знакам зодиака.
• Халцедон - скрытокристаллическая тонковолокнистая разновидность. Полупрозрачен или просвечивает, цвет от белого или серого до медово-жёлтого. Образует сферолиты, сферолитовые корки, псевдосталактиты или сплошные массивные образования.Халцедон меет много разновидностей, различающихся по особенностям структуры, по фактуре, включениям и цвету, в том числе: агат , моховой агат, сердолик, карнеол, сардер, хризопраз, гелиотроп, «кахолонг», халцедоновый оникс и др.
• Агат - слоисто-полосчатая разновидность халцедона. Находится в природе обычно в виде жеод.
• Кремень - тонкозернистые скрытокристаллические агрегаты кремнезёма непостоянного состава, состоящие в основном из кварца и в меньшей степени халцедона и небольшого количества опала. Обычно находятся в виде конкреций или гальки, возникающей при их механическом разрушении. Самые красивые кремни - из Подмосковья (Пески) и Польши.
• «Тигровый глаз», «Соколиный глаз», «Бычий глаз» - псевдоморфозы, продукты замещения кварцем параллельно-волокнистых прожилков различных видов асбеста (гл.образом рибекита-крокидолита и продуктов его выветривания).
• Опал - аморфный кремнезём SiO2 x nH2O, как разновидность кварца может рассматриваться весьма условно. Будучи, как и кварц, природным кремнезёмом, опал содержит воду (обычно в пределах от 1 до 5 %, иногда до 20 % и максимально (редко) до 34 % ; часть воды все опалы теряют при высыхании. Строение опалов весьма своеобразно: опал построен из полимеризованных нитей аморфного кремнезёма с фрагментами более правильной структуры кварца, а нередко также тридимита. Нити свёрнуты или собраны в глобулы - шаровидные образования выдержанного размера диаметром порядка 1000 А. Глобулы в свою очередь регулярным образом уложены в упаковку, по конфигурации близкую к плотнейшей кубической, иногда - гексагональной; в промежутках между глобулами размещается вода, которая их дополнительно связывает. Получающаяся регулярная структура по масштабу периодичности отвечает длинам волн видимого света и способна вызывать интерференционные явления, дающие ценимый в ювелирно-поделочных опалах эффект опалесценции.
• Яшма, Jaspis - от греч. «яспис», син.: гербекит, кинрадит, прамнион. Скрытокристаллические плотные агрегаты кремнезёма с большим количеством примесей, определяющих окраску. Плотная кремнистая горная порода осадочного, реже вулканогенного происхождения, состоящая из микроскопических кварцевых зёрен, сцементированных халцедоном с большим количеством примесей. Цвет различный, практически всех оттенков. Окраска однородная или ленточная, струйчатая, пятнистая и др., часто с красивым рисунком. Встречается в виде пластовых конкреций или выполняет трещины; иногда в отстойниках агатов. Ценный поделочный камень. Лучшие месторождения поделочной яшмы - в России на Южном Урале, а также на Алтае в районе Змеиногорска («риддерская яшма»).
• Гелиотроп (назв. от греч. Helios - Солнце, и tropein - вращаться) - собирательный термин, обозначающий декоративно-поделочную разновидность яшмовидного природного кремнезема непостоянного состава. Лучшие сорта гелиотропа представляют собой редкий и наиболее ценный сорт яшмы, отличающийся наличием ярко-красных точек и пятен гематита на фоне основной массы более спокойного, преимущественно темно-зеленого оттенка; гелиотропами называют также некоторые похожие камни -разновидности сплошного халцедона и кварцита аналогичных расцветок.
Розовый кварц-отличается от обычного только наличием розового цвета.Кристаллы с чёткими выраженными гранями встречаются редко, часто бывают мутными, с трещинами. На свету окраска бледнеет, пропадает при нагревании до 300°C. На интенсивность цвета влияют примеси марганца, железа или титана. Встречаются отдельные экземпляры с проявлением эффекта астеризма (бегающие световые звёзды, появляющиеся на отполированной поверхностити при хорошем освещении).
