Сапфіри, як і багато інших дорогоцінних каменів, формуються в глибинах земної кори під впливом величезного тиску та інтенсивної температури. Однак точний процес утворення цих вражаючих синіх кристалів до цього часу залишався загадкою для вчених.
Основним інгредієнтом сапфірів є різновид оксиду алюмінію (корунд) разом з коктейлем з мікроелементів, включаючи залізо, титан, кобальт, свинець, хром, ванадій, магній, бор і кремній.
Відомий синій колір сапфірів походить від цих мікроелементів, зокрема заліза і титану. Коли ці елементи присутні у кристалі, вони взаємодіють з кристалічною решіткою і поглинають певні довжини хвиль світла, зокрема в червоній і жовтій частинах спектра.
Оскільки ці довжини хвиль поглинаються, відображене світло залишається переважно синім, тому сапфіри здаються нашому оку насичено ультрамариновими. Рубіни – це ще один мінерал корунду, але їхній червоний відтінок спричинений високою концентрацією іншого домішку: хрому.
Процес утворення цієї складної суміші елементів є інтенсивним природним процесом, що включає давні вулканічні породи, бідні на діоксид кремнію, але багаті на натрій і калій.
У новому дослідженні вчені з Гейдельберзького університету отримали нові уявлення про цей процес, проаналізувавши 223 сапфіри, знайдені в гірському масиві Айфель на заході Німеччини, вулканічному регіоні, де магма з мантії Землі проникала в кору протягом майже 700 000 років.
Деякі сапфіри були знайдені в зразках породи, зібраних з вулканічних відкладень у регіоні, але більшість походять з річкових відкладень, що свідчить про їхню стійкість.
“Як і золото, сапфір дуже стійкий до вивітрювання в порівнянні з іншими мінералами. Протягом тривалих періодів зерна вимиваються з породи і відкладаються в річках. Завдяки своїй високій щільності, їх легко відокремити від легших компонентів осадових порід за допомогою золотого ситечка,” – заявив Себастіан Шмідт, який проводив дослідження в рамках своєї магістерської програми в Гейдельберзькому університеті.
Походження сапфірів було відстежено за допомогою аналізу ізотопів кисню і мікроелементів, що показало, що вони сформувалися одночасно з початком вулканізму в регіоні.
Склад ізотопів кисню в сапфірах свідчить, що вони не перебували при високих температурах понад 900°C (1 652°F) протягом тривалого часу, що суперечить усталеній теорії про їх утворення в мантії або нижній корі.
Натомість, деякі сапфіри отримали свої ізотопні характеристики від мантійних розплавів, змішаних з нагрітими і частково розплавленими породами кори на глибині близько 5-7 кілометрів (3,1-4,3 милі). Інші сапфіри утворилися, коли підземні розплави контактували з оточуючими скельними стінами, змушуючи ці породи виробляти сапфіри.
“В Айфелі як магматичні, так і метаморфічні процеси, в яких температура змінювала первинну породу, відігравали роль у кристалізації сапфірів,” – зазначив Шмідт.