A maioria das gemas se forma naturalmente como minerais na Terra. A maioria se forma como cristais , sólidos cujos átomos estão dispostos em padrões repetidos altamente ordenados chamados sistemas de cristal . Aprender sobre a cristalização de minerais e os processos geológicos envolvidos na formação de gemas ajudará os gemologistas a entender algumas das propriedades que encontrarão nas gemas.
Faça Seus Próprios Cristais
Fazer você mesmo os cristais é uma boa maneira de aprender como os cristais crescem. O método mais simples envolve cristalizar açúcar para fazer bala.
Pegue uma panela de água e misture o máximo de açúcar que puder. Quando você o vê se acomodando no fundo e não mais se dissolve, você atingiu o ponto de saturação. A água absorveu todo o açúcar possível. Essa condição é chamada de supersaturação.
Em seguida, leve a panela para ferver. Na fervura, o nível de saturação muda. A solução não é mais supersaturada. Agora você pode adicionar muito mais açúcar. Portanto, adicione mais açúcar até atingir novamente um nível de supersaturação.
Retire a panela do fogão. Conforme a água esfria até a temperatura ambiente, a quantidade de açúcar que ela pode manter em suspensão retornará ao nível anterior. O excesso de açúcar deve sair da solução. Ao fazer isso, ele se cristalizará.
Pendure um barbante na solução de açúcar para que os cristais cresçam. (Coloque um peso na parte inferior da corda para mantê-la reta). Embora o processo em si não seja rápido o suficiente para observar sem ajuda, você verá mudanças nos cristais a cada poucos minutos
Quando a solução atingir a temperatura ambiente, cristais de açúcar cobrirão o barbante. A água ficará novamente supersaturada.
Cristalização Mineral: O Básico
Este exercício simples realmente apresenta quatro dos cinco requisitos para que ocorra a cristalização mineral.
Ingredientes
Temperatura
Pressão
Tempo
Espaço
Dentro da Terra, os ingredientes dos cristais são mais complexos e numerosos do que nossa solução de açúcar. As soluções podem conter muitos minerais diferentes.
Em uma temperatura alta o suficiente, uma solução pode conter muitos minerais em suspensão. À medida que a temperatura cai, a quantidade de ingredientes sólidos que ele pode conter em suspensão também diminui. Quando isso ocorre, cristais se formam. Na verdade, diferentes minerais na mesma solução se cristalizam em diferentes temperaturas. Por exemplo, o corindo pode se cristalizar primeiro. À medida que a solução continua a esfriar, o topázio pode se formar em seguida, depois o quartzo .
A pressão não tem efeito na formação de balas. No entanto, é necessária a combinação adequada de pressão e temperatura para que os minerais cristalizem. As gemas que se cristalizam no subsolo normalmente requerem pressões e temperaturas muito altas.
Tempo e espaço são requisitos bastante simples. A combinação certa de ingredientes, calor e pressão deve durar o suficiente para que os minerais se cristalizem. Eles também precisam de espaço para crescer. Obviamente, você não pode fazer crescer um cristal de 3 cm de comprimento em uma cavidade de apenas 3 mm.
O Ambiente Subterrâneo
Mirny: Maior mina de Diamantes - Cidade Mirny, Sibéria Oriental, Rússia.
Vamos dar uma olhada nas condições que existem no subsolo que tornam possível a cristalização e a formação de gemas.
A crosta terrestre varia de 3 milhas (cerca de 4,8 km) de espessura sob o fundo do mar a 25 milhas (cerca de 40 km) sob os continentes. Sob a crosta encontra-se o manto, com aproximadamente 1.860 milhas (cerca de 2993 km) de espessura. O manto representa 83% do volume da Terra. É composto de rocha derretida chamada magma. Nas raras ocasiões em que atinge a superfície, chamamos de lava. O manto é mais quente próximo ao centro da Terra e as correntes de calor o mantêm em movimento constante.
A crosta e o manto se encontram em uma zona tumultuada com altas pressões e temperaturas. Diversas placas formam a crosta e flutuam sobre o manto líquido. À medida que se chocam, alguns são empurrados para baixo enquanto outros são erguidos em montanhas. O magma também está em movimento constante. Seu movimento e pressão atuam constantemente no fundo da crosta, criando desgastes e fraturas. Como resultado, as rochas se desprendem da crosta e são carregadas no magma fluido. Muito desse material rochoso derrete, mudando a química do magma próximo. Algumas das partículas menores estão destinadas a serem inclusões em futuras gemas.
Fortemente fraturada, a superfície inferior da crosta contém numerosas cavidades. Os fluidos que escapam do fluxo de magma através dessas fraturas e cavidades. Aqui, encontramos as condições adequadas para o crescimento do cristal. Os fluidos ricos em produtos químicos fornecem os ingredientes necessários. As cavidades oferecem espaço para crescer. A temperatura e a pressão aqui são altas. Conforme o fluido se move através da crosta, ele esfria o suficiente para que ocorra a cristalização. O único requisito que resta é tempo.
Como as interrupções no crescimento do cristal afetam a formação de gemas
Você pode pensar que, em termos geológicos, o tempo seria mais do que suficiente para a formação do cristal. No entanto, neste ambiente altamente tumultuado, as passagens constantemente se abrem e desabam. Freqüentemente, os cristais começam a se formar e, em seguida, a passagem que alimenta o fluido rico em minerais para a cavidade se fecha. Nesse ponto, todo o crescimento pára.
Se a passagem for reaberta, o crescimento será retomado. Na maioria dos casos, esse padrão de crescimento intermitente é indetectável em um cristal. No entanto, em alguns casos, tem efeitos perceptíveis.
Zoneamento de cor
Às vezes, as camadas sucessivas de crescimento terão composições químicas ligeiramente diferentes. Quando isso acontecer, você poderá ver o zoneamento de cores no cristal.
Geminação
Ocasionalmente, as novas camadas terão orientação diferente. Isso causa a geminação .
Despedida
Em alguns cristais com geminação, as novas camadas não se ligam completamente umas às outras. Quando você vê uma risca em um rubi estrela , por exemplo, as camadas não se ligam.
Espécimes de cristal compostos de diferentes minerais
Mesmo que uma passagem fechada se abra novamente e o fluido entre novamente em uma cavidade, um mineral totalmente diferente pode se cristalizar sobre o material existente. Na verdade, a temperatura, a pressão e a química da solução do fluido variam com o tempo. Diferentes condições produzirão diferentes cristais minerais dentro de uma cavidade. Ao abrir um depósito, você normalmente verá diferentes minerais cobrindo as camadas anteriores.
Inclusões
Essas mudanças de condições dentro de uma cavidade também são uma das causas das inclusões de gemas . Um novo cristal pode começar a crescer em um mais antigo e maior, apenas para ter seu processo de crescimento interrompido. Se as condições que permitem o crescimento do cristal original forem retomadas, o cristal mais antigo crescerá sobre o mais novo.
Às vezes, dois minerais diferentes se cristalizam ao mesmo tempo. Se um decolar e começar a crescer mais rápido, engolfará o outro. É assim que os cristais de pirita acabam dentro das esmeraldas .
Ainda em outras condições, as impurezas químicas podem existir dentro de um cristal. Se a temperatura e / ou pressão mudar, as impurezas podem cristalizar dentro do próprio cristal hospedeiro. (Na verdade, o cristal hospedeiro atua como uma cavidade contendo ingredientes que apenas precisam das condições certas para se cristalizar). É assim que o rutilo se forma dentro do quartzo e do corindo.
Fantasmas
Em algumas situações raras, cristais fantasmas ou inclusões podem ocorrer. Isso acontece quando uma nova camada de cristais cresce sobre um cristal transparente. Por exemplo, uma fina camada de feldspato pode cobrir um cristal de quartzo. Posteriormente, as condições mudam novamente e o crescimento do cristal transparente original é retomado. Desta vez, uma nova camada de quartzo cobre o feldspato. A gema resultante mostra o contorno daquela fina camada de cristal secundária como uma forma indistinta, como um fantasma ou fantasma quase transparente, daí o nome.
Curando Fraturas
Durante as mudanças bruscas e dramáticas na crosta, muitos cristais se quebram. No entanto, se as condições para o crescimento estiverem presentes, o material pode infiltrar-se nas fraturas e cristalizar. Na verdade, isso “cura” a fratura ao fazer crescer o cristal novamente. No entanto, essas rupturas nunca cicatrizam completamente.
Cavidades finas, preenchidas com gás, permanecem na lacuna anterior. Chamamos esse tipo de inclusão de fratura em processo de cura. As cavidades finas que permanecem podem se assemelhar a impressões digitais, então os gemologistas também se referem a essas inclusões como "impressões digitais".
Tensão
As tremendas pressões no ambiente subterrâneo de formação de gemas comprimem muitos cristais além de seu tamanho natural. Esta tensão também pode tornar uma pedra propensa a quebrar. Turmalinas , granadas e até diamantes podem apresentar esse nível de deformação. Muitos facetadores colocaram essas pedras em um colo , apenas para quebrá-las. As forças dentro da pedra literalmente fazem com que ela exploda.
Processos Geológicos e Formação de Gemas
Os gemologistas agora entendem a cristalização de minerais muito bem. Avanços na geologia, bem como na fabricação de gemas sintéticas , desvendaram alguns desses mistérios da natureza. (A criação de gemas em laboratórios envolve imitar as condições que existem no subsolo, reduzindo apenas enormemente o tempo necessário).
Tradicionalmente, fomos ensinados que existem três tipos de processos de formação de rocha:
Rochas ígneas são criadas com calor, nas profundezas da Terra.
Rochas metamórficas se formam quando as condições de calor e pressão transformam os minerais existentes em algo novo.
Rochas sedimentares se formam a partir de depósitos de sedimentos.
Hoje, os geólogos preferem descrever a formação rochosa como envolvendo quatro processos:
Rocha derretida e fluidos associados
Mudanças ambientais
Água da superfície
Formação de gemas no manto da Terra
Vamos examinar como cada um desses processos afeta a formação de gemas.
Apesar de nosso conhecimento, a formação de minerais e gemas não é simples nem direta. Minerais e joias estão continuamente sendo destruídos e recriados no “Ciclo da Rocha”, descrito no gráfico abaixo.
Rocha derretida e fluidos associados
Tecnicamente, as gemas raramente se formam no próprio magma da Terra. Em vez disso, eles se formam a partir de fluidos que escapam dele, como gemas de depósitos hidrotérmicos e pegmatitos. Primeiro, vamos cobrir duas exceções a esse processo: magma e cristalização de gás.
Cristalização de magma
Magma contém uma variedade de elementos. À medida que esfria, os elementos se combinam para formar minerais. Exatamente o mineral varia de acordo com os ingredientes disponíveis, temperatura e pressão. Cada vez que um mineral se forma, os ingredientes disponíveis mudam (já que alguns ingredientes são transformados em cristais). À medida que o magma passa por vários estágios de mudança de temperatura, pressão e química, diferentes minerais se formam.
Agregados
No entanto, a menos que as condições sejam adequadas, os cristais não se formarão. Em vez disso, o magma simplesmente se resfriará em uma massa sólida de pequenos cristais interligados - o que os gemologistas chamam de agregado .
Fenocristais
Em alguns casos, um mineral cristaliza bem. Então, antes que mais cristais possam se formar, o magma encontrará uma fenda na crosta e correrá em direção à superfície. Aqui, a pressão e a temperatura são muito baixas para permitir a cristalização. Em vez disso, o resto do magma se resfria em rochas de granulação fina, com os cristais originais distribuídos por todo o interior. Eles são chamados de fenocristais.
Coríndon, pedra da lua , granada e zircão são freqüentemente encontrados como fenocristais. Os distritos de Chanthaburi e Trat na Tailândia têm grandes depósitos de fenocristais de rubi e safira .
Cristalização de diamante
Os diamantes cristalizam em temperaturas mais altas do que outros minerais. Os cientistas agora acreditam que a maioria dos diamantes pode se formar no magma , perto da crosta terrestre, onde é mais frio. Se for verdade, isso também significa que as condições para a cristalização do diamante são as mais comuns no subsolo. Os diamantes podem realmente ser os cristais mais abundantes na Terra. Eles simplesmente não são os mais fáceis de alcançar. (Discutiremos a formação de gemas de diamante mais adiante neste artigo).
Cristalização de Gás
Você já se perguntou por que alguns cristais têm terminação dupla, enquanto a maioria se quebra na base? A maioria dos cristais cresce em uma base sólida de outros minerais. No entanto, alguns realmente crescem dentro de bolhas de gás! Essas gemas se formam depois que o magma atinge a superfície. Durante uma erupção vulcânica, o magma ascendente sofre uma rápida redução da pressão. Isso faz com que se formem bolhas de gás - exatamente como remover a rolha de uma garrafa de champanhe.
Às vezes, essas bolhas contêm altas concentrações de certos elementos. Se a combinação certa de temperatura e pressão existir por um longo tempo, cristais duplamente terminados se formam.
Alguns dos exemplos mais conhecidos de cristalização de gás são os chamados “diamantes Herkimer”. Esses cristais de quartzo receberam a primeira metade de seu apelido de sua fonte, Herkimer, NY . Para alguns entusiastas de gemas, a clareza e a forma das gemas evocam a aparência de diamantes, daí a segunda metade de seu apelido. (Claro, as gemas de quartzo não são diamantes).
Garnet, topázio e espinela também podem se formar por cristalização de gás.
Depósitos Hidrotérmicos
Como o nome indica, a cristalização hidrotérmica envolve água e calor. Conforme a água se infiltra pela Terra, ela dissolve os minerais. (Exatamente como aconteceu com o açúcar em seu doce de pedra). Nas profundezas da Terra, ele se encontra com o magma. Fluidos especiais então escapam do magma que contém água, dióxido de carbono e voláteis (substâncias que emitem gases).
Esses fluidos hidrotérmicos se movem através de fraturas na crosta. Ao longo do caminho, eles podem dissolver minerais ou se combinar com outras águas subterrâneas. Esses fluidos ricos em minerais começam a esfriar nas "veias". Com a combinação certa de temperatura, pressão, tempo e espaço, os cristais se formam.
Os depósitos hidrotérmicos são especiais porque podem ter combinações de elementos não encontrados em outros lugares. Um dos depósitos hidrotérmicos mais importantes de gemas é o campo de esmeraldas Muzo, na Colômbia.
Pegmatites
O magma na parte superior do manto às vezes fica concentrado com os voláteis. Este magma rico em voláteis às vezes é forçado a entrar em uma cavidade onde esfria e se torna um pegmatito. Os pegmatitos diferem das veias hidrotermais, uma vez que o magma atua como o agente primário em vez da água.
Mudanças Ambientais
Existem grandes tensões dentro da Terra. Sob as condições certas, as temperaturas e pressões podem subir ao ponto em que os minerais existentes não podem permanecer estáveis. Isso pode fazer com que os minerais se transformem em espécies diferentes sem derreter. Isso é conhecido como metamorfismo.
Existem dois tipos de metamorfismo: contato e regional.
Metamorfismo de contato
O metamorfismo de contato ocorre quando o magma abre caminho para uma formação rochosa existente. Sob o calor intenso, as rochas existentes começam a derreter e eventualmente recristalizar como novas espécies. Estes são estáveis em altas temperaturas.
O Sri Lanka é um dos locais mais conhecidos de metamorfismo de contato. Garnet, corindo e espinélio também ocorrem comumente aqui. Encontrado nas montanhas do Afeganistão, o lápis-lazúli é outra pedra que pode se formar por meio do metamorfismo de contato.
Metamorfismo Regional
O metamorfismo regional ocorre em uma escala muito mais ampla do que o metamorfismo de contato. Afeta uma variedade muito maior de minerais.
Grandes pedaços chamados “placas continentais” constituem a superfície da Terra. Eles flutuam no manto e, em uma escala de tempo geológica, eles se movem. No entanto, nem todos se movem na mesma direção. Alguns deles até competem pelo mesmo espaço. Onde essas enormes estruturas são forçadas a se unir, uma é empurrada para baixo e a outra é empurrada para cima. Este é o método principal do nosso planeta para construir montanhas.
Existem enormes forças de compressão onde essas massas de terra se unem. Isso cria uma área de intenso calor e pressão. Conforme a temperatura se aproxima do ponto de fusão da rocha, os minerais da área tornam-se instáveis. Com o tempo (possivelmente milhões de anos), eles se transformam em novas espécies.
A África Oriental é um excelente exemplo de uma área de metamorfismo regional. Alguns minerais encontrados aqui não existem em nenhum outro lugar, como tanzanita e tsavorita de qualidade comercial.
Como as espécies minerais mudam?
Para entender algumas das mudanças que ocorrem nos minerais durante o metamorfismo, tenha em mente o que define uma espécie mineral: sua fórmula química e estrutura cristalina . Às vezes, durante o metamorfismo, um mineral muda uma dessas propriedades, mas não a outra. Isso ainda constitui uma mudança de espécie. Essas mudanças criam espécies conhecidas como polimorfos e pseudomorfos.
Polimorfos
Minerais que compartilham a mesma química, mas têm estruturas cristalinas diferentes, são chamados de polimorfos. Os pares polimórficos de minerais às vezes são chamados de dimorfos ou dimorfos.
Por exemplo, andaluzita , cianita e silimanita têm a mesma química, Al 2 SiO 5 . Durante o metamorfismo, eles regularmente se transformam em polimorfia quando seus ingredientes químicos se recristalizam em novas estruturas cristalinas. Assim, eles se transformam em espécies diferentes, mas polimórficas.
Pseudomorfos
Minerais que mudam a química sem mudar sua forma de cristal externa são chamados de pseudomorfos.
Durante o metamorfismo, alguns minerais podem mudar a química, mas recristalizam em seus hábitos cristalinos habituais, não apresentando propriedades anormais. No entanto, às vezes um cristal muda a química sem recristalizar. Esses minerais únicos são chamados de pseudomorfos. Um pseudomorfo é uma substituição átomo por átomo de um mineral por outro sem alterar a forma externa do mineral original.
O olho de tigre é um excelente exemplo de pseudomorfo. Nessas gemas, o quartzo substituiu a crocidolita original (uma forma de amianto), mas eles retêm a estrutura fibrosa da crocidolita.
A marcasita pode se transformar em pirita, gesso, fluorita e goetita.
A azurita freqüentemente se transforma em malaquita, resultando em uma forma perfeita de cristal de azurita composta de malaquita.
Quando um mineral se forma como um pseudomorfo, ele é descrito como o novo mineral “depois” do original. Assim, podemos encontrar "pirita após marcassita", "gesso após marcassita", "malaquita após azurita", etc.
Água da superfície
A chuva desempenha um papel importante na reciclagem de minerais. A erosão quebra as rochas e as move para novos locais. Uma vez no solo, a água da chuva é fundamental para a formação de novas gemas.
Formação Fóssil
Conforme a água passa pela Terra, ela coleta substâncias químicas que a transformam em um ácido fraco. Se aquecido ou misturado com os produtos químicos certos, pode se tornar altamente corrosivo. Isso dá à água a capacidade de dissolver ainda mais minerais. À medida que a água se infiltra pela Terra, ela também coleta muitos ingredientes. Às vezes, fica muito saturado para carregar mais, por isso deixa o excesso em rachaduras e poros nas rochas existentes. É assim que os fósseis e a madeira petrificada são criados.
Em outras condições, a água encontra combinações de minerais que criam uma reação química. Os minerais dissolvidos são então depositados como novos minerais em costuras e cavidades. É assim que opala , turquesa , azurita e malaquita são criadas.
Formação de opala
Durante o período Cretáceo, grande parte da Austrália central foi coberta por um mar interior . Quando secou, deixou a área coberta por areias ricas em sílica. Por milhões de anos, a chuva dissolveu a sílica. Durante os verões quentes e secos, a água subterrânea evapora a ponto de o restante da água não conseguir manter a sílica em suspensão. O excesso se deposita em costuras e cavidades, não muito abaixo da superfície. Esses depósitos de sílica são opala.
Minerais à base de água podem criar cores de gemas
Algumas gemas obtêm sua cor principalmente de minerais essenciais para sua composição química. Por exemplo, turquesa, azurita e malaquita recebem sua cor do cobre trazido pela água. A água rica em cobre deve passar pelo calcário para criar azurita ou malaquita. O turquesa também exige que a água pegue algum fósforo ao longo do caminho.
Gemas formadas no manto da Terra
Nosso conhecimento do manto da Terra ainda é bastante limitado. No entanto, a evidência mostra que algumas gemas realmente se formam no manto. Para fazer isso, eles precisam cristalizar em uma temperatura extremamente alta. Os exemplos mais notáveis de gemas formadas no manto da Terra são o diamante e o peridoto. (Curiosamente, essas duas gemas também podem ocorrer extraterrestre. Ambas foram encontradas em meteoritos).
Formação de gemas de peridoto
Estudando depósitos de peridoto no Arizona, os geólogos agora acreditam que alguns peridotos foram criados em rochas flutuando no manto, aproximadamente 20 a 55 milhas (aproximadamente 32 a 89 km) abaixo da superfície. Uma erupção explosiva os trouxe para perto da superfície da Terra. Posteriormente, o intemperismo e a erosão finalmente os trouxeram perto o suficiente da superfície para que as pessoas os encontrassem.
Formação de gemas de diamante
A formação do diamante é melhor compreendida. Como mencionado antes, a maioria dos diamantes realmente cristaliza no magma abaixo da crosta. No entanto, as formações de magma em que são encontrados têm uma composição química diferente. Eles podem vir de profundidades maiores, 110 a 150 milhas (aproximadamente 177 a 241 km) abaixo da superfície. Nessa profundidade, as temperaturas são mais altas e o magma é muito fluido.
Este magma quente e fluido pode forçar seu caminho através da crosta de forma mais rápida e violenta do que outras erupções vulcânicas. Durante esse processo, ele irá quebrar e dissolver as rochas do manto inferior e, em seguida, carregá-las para a superfície.
Se o magma subisse mais devagar, os diamantes provavelmente não sobreviveriam. As mudanças de temperatura e pressão fariam com que eles vaporizassem ou recristalizassem como grafite. A velocidade da ascensão do magma pode ser tão rápida que os diamantes não têm tempo para se transformar.
Como a construção de montanhas e a erosão trazem joias para a superfície
Como acabamos de discutir, alguns tipos de gemas vêm à superfície durante erupções vulcânicas. No entanto, e quanto a tantos outros que se cristalizam no subsolo? A maioria dessas joias atinge a superfície por meio da formação de montanhas e da erosão. Durante longos períodos de tempo, o movimento das placas continentais faz com que as montanhas subam. Então, anos de desgaste derrubam a montanha, deixando os depósitos de gemas próximos à superfície. Claro, esse processo leva muitos milhões de anos.
Por: Donald Clark, CSM IMG , International Gem Society
