Szafir z osadów w Kyll, rzece w zachodnim Eifel. Kryształ ma średnicę około 0,9 mm. Źródło: Sebastian Schmidt
Naukowcy z Uniwersytetu w Heidelbergu badają, w jaki sposób ten charakterystycznie niebieski kryształ tworzy się w stopieniu wulkanu.
Szafiry, wysoko cenione jako cenne klejnoty, to głównie tlenek glinu, czyli korund, z zanieczyszczeniami chemicznymi. Te zazwyczaj niebieskie kryształy występują głównie w skałach wulkanicznych ubogich w krzem na całym świecie. Powszechnie uważa się, że szafiry powstają w głębokich skałach skorupy ziemskiej i są transportowane na powierzchnię Ziemi przez wznoszącą się magmę. Geolodzy z Uniwersytetu w Heidelbergu na podstawie analiz geochemicznych wykazali, że milimetrowe ziarna szafiru odkryte w niemieckim regionie Eifel powstały w związku z aktywnością wulkaniczną.
Eifel to region wulkaniczny w centrum Europy, w którym magma z płaszcza Ziemi przenika przez pokrywającą go skorupę od prawie 700 000 lat. Stopy są ubogie w dwutlenek krzemu, ale bogate w sód i potas. Magmy o podobnym składzie na całym świecie są znane z obfitości szafiru.
Tajemnica powstawania szafirów
Dlaczego ten niezwykle rzadki wariant korundu często występuje w tego typu złożach wulkanicznych, pozostawał do tej pory tajemnicą.
„Jednym z wyjaśnień jest to, że szafir w skorupie ziemskiej pochodzi z wcześniej osadów gliniastych w bardzo wysokich temperaturach i ciśnieniu, a wznosząca się magma po prostu tworzy windę na powierzchnię dla kryształów” – wyjaśnia prof. dr Axel Schmitt, badacz z Curtin University w Perth (Australia), który zajmuje się geologią izotopów i petrologią jako profesor honorowy w Instytucie Nauk o Ziemi Uniwersytetu w Heidelbergu – swojej macierzystej instytucji.
Aby sprawdzić to założenie, naukowcy zbadali łącznie 223 szafiry z góry Eifel. Część tych milimetrowych kryształów znaleźli w próbkach skał pobranych ze złóż wulkanicznych w licznych kamieniołomach w regionie. Większość szafirów pochodzi jednak z osadów rzecznych. „Podobnie jak złoto, szafir jest bardzo odporny na warunki atmosferyczne w porównaniu do innych minerałów. W ciągu dłuższych okresów ziarna są wypłukiwane ze skał i osadzane w rzekach. Ze względu na dużą gęstość można je łatwo oddzielić od lżejszych składników osadu za pomocą złotej patelni” – wyjaśnia Sebastian Schmidt, który przeprowadził badania w ramach studiów magisterskich na Uniwersytecie w Heidelbergu.
Wiek i pochodzenie szafirów
Naukowcy określili wiek szafirów z Eifel, stosując metodę uranu i ołowiu na wtrąceniach mineralnych w szafirze, korzystając ze spektrometru masowego jonów wtórnych, który umożliwia również identyfikację składu izotopów tlenu. Różne względne ilości lekkiego izotopu O-16 i ciężkiego izotopu O-18 dostarczają informacji o pochodzeniu kryształów niczym odcisk palca. Głębokie skały skorupy ziemskiej zawierają więcej O-18 niż topi się z płaszcza Ziemi.
Jak wynika z oznaczeń wieku, szafiry w Eifel powstały w tym samym czasie, co wulkanizm. Częściowo odziedziczyli sygnaturę izotopową stopionego płaszcza, który został zanieczyszczony rozgrzaną i częściowo stopioną skałą skorupy ziemskiej na głębokości około pięciu do siedmiu kilometrów. Inne szafiry powstały w kontakcie z podziemnymi roztopami, w wyniku których roztopy przeniknęły do sąsiedniej skały i w ten sposób zapoczątkowały powstawanie szafirów. „W Eifel w krystalizacji szafiru rolę odegrały zarówno procesy magmowe, jak i metamorficzne, podczas których temperatura zmieniła pierwotną skałę” – stwierdza Sebastian Schmidt.
Odniesienie: „Petrologicznie kontrolowana klasyfikacja izotopowa tlenu kogenetycznego magmowego i metamorficznego szafiru z czwartorzędowych pól wulkanicznych w Eifel w Niemczech” autorstwa Sebastiana Schmidta, Andreasa Hertwiga, Kathariny Cionoiu, Christofa Schäfera i Axela K. Schmitta, 7 maja 2024 r., Wkład do mineralogii i petrologii.
DOI: 10.1007/s00410-024-02136-x
Prace wsparły Stowarzyszenie Badań i Identyfikacji Kamieni Szlachetnych im. dr Eduarda Gübelina w Szwajcarii oraz Niemiecka Fundacja Badawcza.
