Топаз

Плиний Старший пишет, что название камня связано с о. Топазос, расположенным в Красном море (по Р. Вебстеру, это о. Зебергед). Существует еще одно предположение, согласно которому название минерала произошло от санскрит, tapas - огонь. В России топазы известны с XVIII в. Называли их "сибирскими алмазами". В конце XVIII в. топазы стали добывать на Урале, где они за высокую плотность получили название "тяжеловесов". По утверждению А. Е. Ферсмана, к топазу, или тумпазу, относили также горный хрусталь и дымчатый кварц, который называли дымчатый топаз (раухтопаз).

На мировой рынок топазы поступали под различными названиями: саксонскими хризолитами называли зеленоватые, а саксонскими топазами - винно-желтые камни из Шнеккенштейна (Саксонские Вогезы), бразильскими рубинами - красные бразильские топазы с природной и искусственной окраской, индийскими топазами - камни с о. Шри-Ланка.

Топаз издавна привлекал внимание людей. Он характеризуется особой внутренней игрой света, напоминает легкостью и прозрачностью капли утренней росы. Из старинных ювелирных изделий всемирную известность приобрело шейное украшение из замечательных топазов - "Убор Гизеллы", - которое относят к X в.

В Алмазном фонде СССР хранится старинный испанский орден "Золотое руно" (рис. 27). Верхняя часть его состоит из пяти крупных ограненных овальных бразильских топазов. Размер камней от 3,3×2,4 до 1,4×1,1 см, цвет нежный, розовато-лиловый. Сохранилось описание царской короны Ирины Годуновой (XVII в.), среди драгоценных камней которой также были крупные топазы.

Рис. 27. Орден 'Золотое руно' с топазами

В древности топазу приписывали магическую силу. В Ассирии, Вавилоне и Египте топаз был символом одного из знаков Зодиака - Скорпиона. Считалось, что люди, носящие топаз, всегда становятся честными, порядочными и великодушными.

На Урале в районе Угалинских озер на одной из древнейших стоянок первобытного человека ("Малые Угалы II") были обнаружены изделия из хрусталя и топаза - нуклеусы, представляющие собой тонкие узкие пластинки в виде лезвий. Предполагается, что их использовали и в хозяйстве, и в ритуальных обрядах, а возможно, и как украшения.

Химический состав топаза отвечает формуле Al₂[SiO₄] (F, OH)₂. Отношение F:OH в топазах варьирует и в наиболее богатых гидроксилом разностях обычно равно 3:1. В качестве примесей отмечаются K, Na, Ca, Mg, Fe, Cr, Ti, V, Ge. Топаз относится к островным силикатам. Он кристаллизуется в ромбической сингонии, в ромбо-бипирамидальном классе симметрии.

Облик кристаллов призматический. Отмечается более 140 простых форм, из них самые распространенные {110}, {120}, {121}, {041}, дипирамиды {111} и {223}, пинакоид {001} и др. Среди кристаллов топазов из месторождений СССР выделяются несколько типов:

1) мурзинский - почти изометричной формы с сильно развитым пинакоидом {001} и хорошо развитой призмой {120}. с другими более редкими и слабо проявленными формами;

2) ильменский - бочонковидные; пинакоид сильно сужен рядами дипирамид {223} и {112}, из призм преобладает {110};

3) шерловогорский - с сильно развитыми призмами {110}, {120}, {130}, призмой {011}, часто принимаемой за диэдр, и отсутствием пинакоида;

4) коростенский - с хорошо развитыми призмами {110} и {120} и отсутствием пинакоида.

Кристаллы топаза отличаются по кристалломорфологии не только на различных месторождениях, но иногда даже на отдельных их участках.

Уральские топазы подробно описаны А. Е. Ферсманом [42]. Топазы Мурзинки редко бывают двухконечными, так как они обычно прикрепляются нижним концом к породе. Среди них выделяются четыре типа. К 1-му типу относится большинство крупных кристаллов, чаще всего синеватого цвета. Форма их почти кубическая, с сильно развитыми базопинакоидом и другими более редкими и слабо проявленными формами. Кристаллы 2-го типа имеют гексагональный внешний облик, так как в них преобладают призмы, базопинакоид сильно сужен пирамидами основного ряда. Этот тип богат гранями и иногда сходен с ильменскими топазами. Топазы 3-го типа представляют собой как бы "обсосанные" кристаллы 2-го типа с сильно развитыми формами растворения. Обычно они прикреплены к породе боковыми гранями. Размер кристаллов небольшой, длина самых крупных не более 2 см; бесцветные. К 4-му типу принадлежат видоизмененные кристаллы 1-го типа с преобладанием домы взамен базо- пинакоида. Они часто похожи на конверты, бесцветные или голубоватые, размером не более 2 см.

Топазы Шайтанки - Окуловой Ямы сходны с топазами Мурзинки, но отличаются развитыми боковыми домами и сильной "разъеденностью" некоторых кристаллов. Ильменские топазы по внешним признакам делятся на два типа: "свободные", располагающиеся на поверхности пустот и трещин, и большие ("сырцы"), находящиеся среди массы жильного кварца. Ильменские топазы характеризуются богатством форм и часто бочонковидным обликом. Топазы Кочкарских россыпей по р. Санарке очень мало окатаны, а по цвету и форме напоминают винно-желтые топазы Бразилии.

Габитус большинства кристаллов топазов Волыни призматический, часто они уплощены по двум взаимно параллельным граням призмы {110}. В вертикальном поясе кристаллов всегда присутствуют грани ромбических призм {110} и {120}, которые имеют значительные развитие и размеры. Грани остальных форм представлены узкими полосками и в основном на мелких кристаллах. На головках Кристаллов выявлены грани пинакоида {001}, ромбических призм {011}, {023}, {012}, {021}, {101}, {121}, {103} и ромбических дипирамид {111}, {112}, {225}, {113}. Наиболее крупные |рани {011}, {111} и {112} всегда присутствуют в кристаллах; грани {101} и {021} отмечаются также почти во всех кристаллах, но их величина существенно колеблется. Грани Остальных форм обычно небольшие и встречаются очень редко. Больше всего изменяются конфигурации и размеры граней пинакоида {001}.

В полевошпатовых зонах и зонах выщелачивания пегматитов Волыни кристаллы топазов имеют облик ильменского, а в занорышевой области - ильменского, шерлово- горского или промежуточного типов. Нередко на гранях кристаллов наблюдаются скульптуры растворения в виде узких раковинообразных впадин, отрицательных тригональных пирамид, конусовидных фигур иногда веретенообразной формы, матировки и др.

Топазы Бразилии (Оуро-Прету и Сарамеа), некоторых месторождений СССР (Санарка на Урале) и Пакистана (Мардан-Катланд) отличаются простыми кристаллографическими формами; габитус их призматический, иногда пирамидальный с пинакоидом и без него. У бразильских кристаллов нередки следы растворения, а также скелетные формы. Топазы Шнеккенштейна (Саксонские Вогезы) имеют короткопризматический облик, одноконечные. Топазы встречаются в виде монокристаллов, друз или зернистых плотных агрегатов. Размер кристаллов может быть различным. Наиболее крупные отмечаются в пустотах, где масса их достигает десятков и даже сотен килограммов.

По данным Ю. Г. Сорокина и др., в 1965 г. в пегматитах Волыни был найден винно-желтый кристалл массой 117 кг, размером 82×37×35 см. (Он обнаружен с другими кристаллами - около 100 - общей массой более 500 кг; большинство из них тоже были очень крупными, в том числе два кристалла массой 110 и 116,4 кг, а топазов массой менее 1 кг было намного меньше). Окраска этого уникального кристалла неравномерная: центральная часть желтого цвета, периферическая - винно-желтого. Головка чистая, прозрачная, основание мутное из-за обилия включений. На кристалле развиты формы: {110}, {120}, а на головке - {001}, {011}, {112}, {021} и др. К сожалению, кристалл не сохранился. В Музее землеведения МГУ находится еще один крупный волынский топаз массой 68 кг, обнаруженный в 1952 г. Кристаллы массой несколько десятков килограммов встречаются довольно часто. Кристаллы топаза массой более ста килограммов отмечались и в Бразилии. В Норвегии был найден топаз массой 64 кг.

Масса наиболее крупных топазов Урала достигала 32 кг. в 1910 - 1911 гг. на р. Мокруше (Мурзинка) был добыт кристалл величиной 53,3 см, массой 27,5 кг, представляющий собой обломок двухпудового кристалла [421. Замечательны по размерам топазы Борщовочного кряжа. В 1840 г. в пегматитах "Дорогой утес" обнаружен кристалл массой 13 кг, а в 1845 г.- 10,6 кг. На р. Урульге в 1859 г. найден кристалл массой 10,267 кг. Известен бесцветный топаз необычной красоты и чистоты массой 1680 кар. Он украшает португальскую корону "Браганца" и называется "Большой алмаз".

Окраска топазов очень разнообразна: желтая, винно-, медово- и золотисто-желтая, голубая, синевато-зеленая, розовая, красная, фиолетовая, зеленая; отмечаются и бесцветные камни (рис. 28). Обычно кристаллы прозрачны, иногда с облачным эффектом или эффектом "кошачьего глаза". Бесцветные водяно-прозрачные топазы встречаются довольно редко. Это необычайно чистые уральские кристаллы Мурзинки и Ильменских гор, топазы Бразилии (Диамантина и Оуро-Прету), которые из-за их чистоты называют "каплей воды", а также топазы Саксонских Вогезов (Шнеккенштейн), США (шт. Колорадо), Австралии, Шри-Ланки.

Рис. 28. Топазы

Среди голубых топазов следует отметить неповторимой красоты нежно-голубые топазы Мурзинки, иногда имеющие зеленоватый или желтоватый оттенок; слабоголубые и голубые топазы встречаются в СССР в Ильменских горах и на Волыни, в Бразилии (Диамантина), а голубые и голубовато-зеленые - в пегматитах шт. Нью-Хэмпшир в США, Японии, Австралии. Голубая окраска нередка в зонально окрашенных кристаллах. Так, в некоторых топазах Волыни в плоскости симметрии, проходящей через оси Y и Z, отмечается светлая или голубоватая полоса на фоне розовой окраски. Иногда окраска резко изменяется, по описанию Л. П. Чернышковой, от винно-красной до розовой, золотисто-желтой, бледно- и ярко-голубой, располагается зонально и создает непередаваемое сочетание оттенков предзакатного неба. Границы между зонами могут быть прямолинейными, ориентированными параллельно граням призмы, или расплывчатыми. Наблюдаются кристаллы с голубой или светлой окраской в центральной части, переходящей в розово-красную в периферических. В других кристаллах может быть обратная зональность: интенсивная винно-красная окраска в центральной части и ярко-голубая - во внешних.

Неоднородная окраска проявлена иногда у топазов Борщовочного кряжа: по плоскости YZ кристаллы окрашены в голубоватый цвет, а на концах (концы оси X) в розовато-желтый [42]. По Г. Г. Леммлейну и Н. М. Ме- ланхолину, розовый цвет приурочен к пирамидам роста <110;>, <111> и <021>, а голубой - к пирамидам роста <120>, <011> и <112>. По данным А. Н. Платонова [28], изменение окраски от голубой к розовой в одном кристалле связано с замещением F↔(OH). Содержание фтора в волынских топазах уменьшается, по данным М. М. Ивантишина, от голубых зон и разностей (18%) к розовым (16,5%).

Розовые топазы встречаются очень редко. Розового, красного, темно-красного, фиолетового цвета топазы известны в Оуро-Прету (Бразилия). Их иногда называли "бразильскими рубинами". По красоте, густоте и разнообразию тонов неповторимы топазы рек Каменки и Санарки на Урале (СССР). Цвет их розовый, густо-красный или фиолетовый. Иногда проводят аналогию между топазами Санарки и Оуро-Прету. Крупные кристаллы топаза интенсивно-красного цвета найдены в Пакистане (Мардан); там же встречены и бледно-розовые топазы. Розово-дымчатые топазы обнаружены в пегматитах Волыни. Золотисто-, медово- и винно-желтые топазы известны в Бразилии, шафрано-желтые - на о. Шри-Ланка, светлые винно-желтые - в Саксонских Вогезах.

Окраска топазов вызывала неизменный интерес у исследователей и являлась вопросом многочисленных дискуссий. По мнению А. Н. Платонова, голубая окраска топазов связана с наличием в них R-центров, представляющих собой пару анионных вакансий с одним или двумя электронами (им соответствует полоса погдощения 15 300 см^-1), R-центры устойчивы до температуры 450 - 500°С. Зеленая, желтовато- и голубовато-зеленая окраска наблюдается из-за присутствия R- и R-центров. Последний является вакансией фтора или гидроксила, захватившей электрон. Дымчатая и светло-коричневая окраска, которой соответствуют полосы поглощения 32 000 и 26 500 см^-1, обусловлена наличием 0^- или SiO^3-₄. Данная окраска устойчива только до температуры 150° С. Желтая окраска возникает в топазах, содержащих Cr³⁺ и 0^- (переход ⁴A_2g→⁵T_lg - 26 000, 25 700, 23 800 см^-1). Эта окраска не исчезает при нагревании. Золотисто-желтая окраска отмечается в топазах, обогащенных гидроксилом, содержащих F-центр (полосы поглощения 24 800, 24 200 и 23 700 см^-1). Она сохраняется до температуры 400° С. Оранжевая, красно-оранжевая до красной окраска связана с наличием в топазах R-центров и Cr³⁺, а розовая - F-центров в топазах, обогащенных фтором (полоса поглощения 22 600 см^-1). Розовая окраска устойчива до температуры 200 - 250°С. Красновато-коричневая - "винная" окраска наблюдается в топазах с O^- и F-центрами. Фиолетовая окраска, не исчезающая при нагревании, как установили еще в 50-х гг. В. А. Корнетова и С. В. Грум-Гржимайло, определяется наличием в структуре топаза примеси Cr³⁺ (в спектрах поглощения R-линии 14 600, 14 300 см^-1).

Неустойчивость окраски топазов отмечалась Н. И. Кокшаровым, А. Е. Ферсманом и многими другими. Изменять окраску топазов путем нагревания пытались еще древние греки, получая при этом желтые камни. Переход розовато-коричневой окраски топазов в голубую при многолетнем воздействии на них дневного света описал Д. Свит в 1930 г. Известны опыты по получению розовой окраски при нагревании топазов до 500°С (Парижская Академия Наук) и облучении их рентгеновскими лучами (Г. Г. Леммлейн, Н. М. Меланхолии), а также коричнево-оранжевой и янтарно-коричневой окраски при облучении бесцветных топазов (М. И. Самойлович, Л. Г. Ченцова).

Г. В. Банк перечисляет следующие возможные случаи изменения окраски топазов: при нагревании коричневые и желтые топазы становятся розовыми, бесцветные в результате облучения - коричневыми, а в результате облучения и последующего нагревания - голубыми; интенсивность желтой окраски усиливается при облучении. Наиболее результативный метод отличия природной окраски от окраски, вызванной облучением, по мнению И. Петрова, В. Бердензинского, Г. Банка, А. Н. Платонова, В. Р. Беличенко и др., - термолюминесценция.

Плеохроизм у топазов отчетливый. В голубых топазах (особенно с зеленоватым оттенком) отмечается слабый плеохроизм по схеме: голубой - бесцветный или голубовато-зеленый - зеленый, причем тем отчетливее, чем ярче выражен зеленый оттенок. Обладают плеохроизмом некоторые желтые топазы: от светло- до темно-желтого или желто-красного. Розовые топазы иногда плеохроируют в карминово-красных и медово-желтых тонах. При этом у топазов, розовая окраска которых связана с нагреванием, плеохроизм особенно четко выражен.

Блеск топазов стеклянный, на плоскостях спайности - иногда с перламутровым отливом. Спайность совершенная по пинакоиду {001}. Излом не по спайности раковистый. Твердость - 8. Микротвердость 1399 МПа. Плотность 3,49 - 3,56 г/см³; наибольшие ее значения отмечаются у бесцветных, голубых и желтых топазов из СССР, ГДР, США - 3,56 г/см³. Плотность топазов другой окраски такова (в г/см³): зеленовато-голубых из Забайкалья - 3,53, бразильских винно-желтых и розовых - 3,53, розово-желтых - 3,50 - 3,55, розовых из Пакистана - 3,53. Топаз - минерал двуосный, положительный. 2V=45-66°. Показатели преломления: n_g= 1,618-1,643, n_m=1,610- - 1,636, n_p= 1,607-1,632, n_g-n_p=0,003-0,011. Значения показателей преломления меняются в зависимости от содержания группы (OH).

По величине постоянных решетки, показателей преломления и угла между кристаллографическими осями у топазов, согласно исследованиям П. Г. Риббле и Розенберга, можно определить отношение OH:F. У топазов с большим содержанием группы (ОН) показатели преломления более высокие, меньший угол между осями и низкие показатели решетки.

По данным Р. Вебстера, показатели преломления коричневых, винно-желтых и розовых топазов Бразилии изменяются от 1,630 до 1,638, двупреломление - 0,008, а голубых, бесцветных и желтых топазов СССР, ГДР (Саксония), США - от 1,61 до 1,62, двупреломление 0,010; это объясняется тем, что бразильские топазы обогащены гидроксилом и обеднены фтором. Дисперсия показателей преломления - 0,014.

Топазы иногда люминесцируют в катодных лучах красным, желтым и бледно-зеленым светом. В ультрафиолетовых лучах в длинноволновом диапазоне может наблюдаться слабое желтоватое или зеленоватое свечение, преимущественно у голубых и бесцветных топазов. В коротковолновом диапазоне ультрафиолетовых лучей люминесценция у тех же топазов фиксируется очень редко и интенсивность ее очень слабая. Розовые и коричневые топазы в ультрафиолетовых лучах иногда имеют оранжево-желтое свечение, которое отмечается в длинноволновом диапазоне и лишь изредка в коротковолновом. В рентгеновских лучах у голубых и бесцветных топазов появляется голубоватое свечение, а у розовых и коричневых - коричневато-желтое или оранжевое.

Топаз легко электризуется от трения, сжатия и нагревания. Степень электризации зависит от месторождения. Например, топазы Шнеккенштейна электризуются при поглаживании кристаллов пальцами, а для возбуждения электризации в некоторых топазах Бразилии достаточно слабого надавливания пальцами, особенно в направлении главной оси призматического кристалла [1,50]. Пироэлектрические свойства у топазов проявлены сильнее, чем у турмалинов. Пироэлектричество возникает при медленном охлаждении нагретых топазов. При этом кристаллы могут оставаться электропроводящими в течение нескольких часов.

Топазы содержат газовые, жидкие и газово-жидкие включения, располагающиеся в трещинках, каналах или в виде отдельных пузырьков. В составе включений отмечаются CO₂, H₂S, SO₂, NH₃, Cl₂, N₂ и др. Жидкая фаза состоит в основном из углекислоты. Состав твердых включений меняется в зависимости от генетического типа месторождений. Для топазов из пегматитов Волыни, по данным В. И. Павлишина и В. Н. Квасницы, характерны зеленый флюорит, кристаллы дымчатого кварца, игольчатые кристаллы колумбита, выделения альбита.

Месторождения топаза связаны с миароловыми камерными и занорышевыми - микроклиновыми пегматитами, бериллоносными мусковит-топаз-кварцевыми грейзенами, гидротермальными (поствулканическими) образованиями в кислых эффузивах, элювиальными и элювиально-делювиальными россыпями. По данным изучения газовых и газово-жидких включений определены термодинамические условия формирования топазов на ряде месторождений. По данным Н. П. Ермакова, температура гомогенизации вторичных включений в волынских топазах 310 - 315°С, а первичных - 362 - 400 и 510°С. Близкие значения получены для этих же топазов и другими исследователями. Для топазов шерловогорского типа максимальная температура гомогенизации газово-жидких включений 450°С. Включения в топазе из грейзенов гомогенизируются при температуре 345 - 370°С. В кристаллах волынского топаза pH водного раствора, как определил Д. К. Возник, равно (4,6 - 5,3)±0,2.

В нашей стране месторождения топазов были известны с XVIII в. В 80-х гг. XVIII в. были открыты поражающие своей чистотой и голубоватым цветом топазы Мурзинки на Урале. В этом районе вокруг Алабашки, у Мурзинки и д. Южаковой (Корниловой) разрабатывались такие копи, как "Голодный лог 6", "Тяжеловесница 7", "Междудорожница 10", "Мокруша", "Золотуха 68" и др. Основные запасы топазов этого района были исчерпаны уже к началу XIX в., только отдельные великолепные кристаллы топазов вплоть до XX в. добывали лишь в "Мокруше".

В Ильменских горах бесцветные и светло-голубые топазы открыты были в конце XVIII в. казаком Прутовым. Основные разработки копей с топазами велись в конце 20-х гг. XIX в. после открытия А. Кочевым Кочевской и ряда других копей. Однако к 1834 г. знаменитые Прутовская, Кочевская и Трубеевская копи были выработаны. Новый, хотя и кратковременный расцвет добычных работ, связанный с открытием Блюмовской копи, относится к 1835 г.

Первые розово-фиолетовые топазы по рекам Санарке и Каменке были найдены в 1835 г. В Липовских копях также встречались розово-фиолетовые кристаллы. С начала XVIII в. упоминаются топазы Забайкалья - Адун-Чилона и Куку-Сыркена, а с середины XVIII в. - горы Тут-Халтуй (Шерловой горы, по Е. А. Ферсману). В начале 30-х гг. обнаружены исключительной чистоты и прозрачности топазы Борщовочного кряжа, особенно района р. Урульги, где были найдены кристаллы от светлого винного до густого буровато-желтого цвета.

Первооткрывателем топазов Волыни является Г. И. Оссовский. Вначале топазы были найдены только в элювиально-делювиальных отложениях, и лишь в 1931 г. - в коренном залегании, в камерных пегматитах [23]. В настоящее время пегматиты Волыни - единственный источник ювелирного и технического топаза на Украине.

Важнейшее месторождение топаза в Европе - Шнеккенштейн (Ауэрбах), известное с 1737 г. Топазы здесь винно-желтые, зеленоватые или бесцветные.

Наиболее известны топазы Бразилии: розово-коричневые и винного цвета топазы Оуро-Прету и шт. Минас-Жерайс, голубые и бесцветные топазы Диамантины. Разрабатываются месторождения в США (штаты Колорадо, Юта и др.), Бирме, Шри-Ланке, Японии, Пакистане, Австралии, на Мадагаскаре и др.

Прозрачные, бесцветные или красиво окрашенные топазы используются в качестве ювелирных камней. Особенно ценятся розовые, имеющие торговое название "империал", голубые и темно-желтые камни. Действующие в СССР требования предусматривают использование в качестве сырья для ювелирно-камнерезной промышленности топазов (украинских) интенсивного голубого, розового и винно-желтого цвета размером 15×15×12 мм и более - для высшего сорта и бледноокрашенных желтых и с коричневым оттенком камней с единичными включениями при минимальном размере 6×6×5 мм - для низшего сорта.

При обработке топазу придается разнообразная огранка: бриллиантовая, изумрудная, фантазийная, овальная, кабошон. Иногда применяется резьба по камню. В настоящее время широко во всем мире используются топазы не только с природной, но и искусственно полученной окраской, особенно розовой и голубой. Распознавание таких облагороженных топазов весьма затруднено. В США стоимость топазов наиболее популярного размера в 5 кар в 1982 г. составляла от 30 до 500 дол./кар (в зависимости от качества).

При идентификации топаза следует учитывать, что похожими могут быть бериллы (аквамарин, гелиодор, воробьевит), кварц (горный хрусталь, цитрин, дымчатый кварц и розовый кварц), кунцит, турмалин, фенакит, данбурит, флюорит, мадагаскарский прозрачный ортоклаз, циркон, апатит, а также такие синтетические камни соответствующего цвета, как корунд, шпинель, ИАГ, фианит, и некоторые стекла. При диагностике топаза следует обращать внимание прежде всего на высокую твердость, совершенную спайность, характерные плотность и показатели преломления, довольно низкие двупреломление, люминесценцию.

Искусственное получение топазов имеет чисто научный интерес. Синтетические топазы могут быть получены путем воздействия гидрофторосиликатной кислотой на кремнезем и глинозем в присутствии воды при температуре 500°С. Коммерческой ценности они не представляют.