Trong 15 năm qua, Ethiopia đã nhiều lần gây chú ý bởi một loạt các phát hiện mới về đá quý. Năm 2008, một mỏ lớn opal trắng có hiệu ứng trò chơi mầu sắc đã được tìm thấy (Rondeau nnk, 2010), tiếp theo là mỏ opal đen với hiệu ứng trò chơi mầu sắc vào năm 2013 (Kiefert nnk, 2014). Cả hai mỏ đều nằm ở phía Bắc của đất nước, gần thị trấn Lalibela. Năm 2016, emerald chất lượng cao được tìm thấy ở phía nam Ethiopia (Renfro nnk, 2017; Schollenbruch nnk, 2017). Trong cùng năm, nhiều mỏ saphir lam nguồn gốc basalt có ý nghĩa được khám phá ở miền Bắc của đất nước (Bruce-Lockhart, 017). Bên cạnh đó, các mỏ đã quý khác, như đá Mặt Trời, đã được phát hiện ở vùng Afar, phía Đông Bắc Ethiopia (Kiefert nnk, 2019).

Năm 2019, một mỏ đá quý khác đã được tìm thấy ở Ethiopia, lần này là chalcedony mầu lam tới tía, một phần có độ bão hòa mầu đặc biệt (Hình 1), và được giới thiệu tại Triển lãm Đá quý Tucson năm 2022 (xem thêm Furuya, 2022).

Hình 1: Chalcedony mầu tía tới xám phớt lam từ Ethiopia. 

Mỏ nằm cách Addis Ababa khoảng 550 km về phía Tây Nam, ở phần Tây Nam của Ethiopia. Địa điểm khai thác nằm ở khu vực giữa các thị trấn cấp tỉnh Garda Marta, Kamba và Gerese. Chalcedony được tìm thấy hoặc ở dạng rời như những mảnh vỡ và cuội thô trong trầm tích, hoặc ở các sườn đồi.

Khi loại vật liệu này được giới thiệu ở Tucson vào năm 2022, nó ngay lập tức thu hút sự chú ý của nhiều thương gia đá quý, nhưng cũng có câu hỏi đặt ra về tính xác thực của mầu sắc và độ ổn định của nó. Khi đó chúng tôi đã quyết định nghiên cứu vật liệu này một cách chi tiết và tiến hành tất cả các phân tích cần thiết.

Vật liệu và phương pháp

Hình 1 là các mẫu được thu thập ở Tucson vào năm 2022. Các mẫu bổ sung được lấy tại Triển lãm Tucson vào tháng 2 năm 2023. Một trong các tác giả đã có mẫu chalcedony nhuộm mầu không rõ nguồn gốc, có mầu gần đúng như vậy, mẫu này được sử dụng trong nghiên cứu này để so sánh. Tất cả các mẫu đều được nghiên cứu bằng kính hiển vi. Hai trong số các mẫu đã được chúng tôi thực hiện phép thử độ ổn định mầu bằng cách bọc một nửa viên chalcedony trong lá nhôm và cho phơi viên đá dưới tia UV sóng ngắn trong 5 giờ. Hai mẫu nữa được đặt dưới ánh sáng Mặt Trời trong 3 ngày. Ngoài ra, chúng tôi đã phân tích các mẫu được lựa chọn bằng quang phổ hấp thụ UV-Vis, quang phổ hồng ngoại (FTIR), quang phổ Raman và phân tích thành phần hóa học bằng EDXRF.

Những kết quả sơ bộ và thảo luận

Những viên chalcedony mới từ Ethiopia này có mầu thay đổi từ lam nhạt đến tía đậm. Ở dạng những mảnh thô, những viên chalcedony này thường có sự phân dải mầu trắng (mã não), một phần cũng có dạng các vòng tròn hình cầu, và thường cũng có các đốm và mảng mầu phớt nâu giàu Fe. Bằng cách cắt cẩn thận, có thể tạo ra những viên cabochon có mầu rất đồng nhất (lam nhạt đến tía đậm) hoặc những viên được đánh bóng với các hoa văn dạng dải và dạng cầu hấp dẫn (xem Hình 1). Kiểm tra cẩn thận các mẫu dưới kính hiển vi cho thấy bề mặt của chúng là kín, không có sự tập trung mầu ở các rãnh và khe nứt. Để so sánh, mẫu chalcedony nhuộm mầu không rõ nguồn gốc cho thấy có sự tập trung mầu rõ ràng dọc theo các vết nứt và ranh giới hạt. Dưới độ phóng đại cao (200-500x), bề mặt của chalcedony mầu tía hiển thị hiệu ứng “vỏ cam” hơi có dạng hạt, ngược lại, chalcedony mầu xám phớt lam từ cùng một nguồn lại có độ bóng sáng hoàn hảo.

Bên trong chalcedony mầu tía, chúng tôi quan sát thấy những đám mây gồm các hạt rất nhỏ tối mầu và những đốm nhỏ hình cầu mầu cam (có lẽ là Fe-hydroxit).

Các mẫu được đặt dưới ánh sáng tia cực tím (UV) cũng như các mẫu được đặt dưới ánh sáng Mặt Trời đều không có bất kỳ thay đổi nào về mầu sắc. Điều này khẳng định mầu của các mẫu là tự nhiên và ổn định trong điều kiện bình thường. Phổ UV-Vis của các mẫu được chọn hiển thị một dải hấp thụ rộng, đều, ở khoảng 540 nm đối với các mẫu mầu tía, với độ cao của dải này tương thích với độ bão hòa mầu tía. Ngược lại với điều này, mẫu mầu xám phớt lam lại đặc trưng bởi một bờ vai phẳng, rông, kéo từ khoảng 590 nm về phía UV, với một dải nhỏ ở khoảng 380 nm. Bờ vai bổ sung này không quan sát thấy ở rìa hấp thụ của các mẫu mầu tía của chúng tôi (Hình 2).

Hình 2. Phổ hấp thụ UV-Vis của ba mẫu chalcedony được chọn có mầu khác nhau. Các phổ đã được chuẩn hóa (hệ số hấp thụ) và xếp chồng lên nhau theo chiều dọc để cho rõ ràng.

Phân tích phổ Raman tiết lộ rằng các mẫu của chúng tôi gồm chủ yếu là chalcedony, với một lượng nhỏ moganit (đỉnh chính ở 501 cm-1), một biến thể đa hình một nghiêng của SiO₂, thường có liên quan với chalcedony và đá phiến silic (Kingma & Hemley, 1994). Điều thú vị là, chalcedony mầu xám phớt lơ từ Ethiopia có chứa lượng moganit cao hơn rõ rệt (khoảng 30-40%, xem Schmidt và nnk 2013) so với chalcedony mầu tía từ cùng một mỏ (xem Hình 3).

Hình 3: Phổ Raman của các mẫu chalcedony từ Ethiopia được lựa chọn. Đỉnh chính của moganit (biến thể đa hình của thạch anh) nằm ở dịch chuyển Raman 501 cm^-1.

Các phân tích hóa học bằng EDXRF đối với một mẫu chalcedony mầu tía đồng nhất cho thấy thành phần của nó chủ yếu là SiO₂, với hàm lượng Fe thấp (0,20 wt% Fe₂O₃). Vì những viên chalcedony này đôi khi chứa các bao thể nhỏ mầu cam, nên người ta cho rằng hàm lượng sắt này là từ hydroxit sắt hơn là từ sự thay thế sắt cho Si trong các tinh thể thạch anh của chalcedony.

Kết luận

Chalcedony mầu xám phớt lam nhạt đến tía đậm từ Ethiopia lại là một dấu hiệu khác cho thấy sự giàu có về đá quý ở đất nước này. Nhiều thử nghiệm khác nhau đã dẫn đến kết luận rằng mầu sắc của nó là tự nhiên và ổn định. Không tìm thấy các nguyên tố vi lượng cụ thể nào để luận giải cho mầu tía bão hòa trong các mẫu này (Renfro & Challener 2019). Dựa trên sự tương đồng gần gũi trong phổ hấp thụ của thạch anh tím và các mẫu chalcedony mầu tía của chúng tôi, chúng tôi giả định rằng mầu sắc là do sự chiếu xạ tự nhiên và sự kích hoạt các tâm mầu tương tự, giống như trong thạch anh tím và, do đó, có liên quan đến tạp chất sắt trong cấu trúc tinh thể của chúng (Shigley & Koivula, 1985; Henn & Schultz-Guttler, 2012).

Tài liệu tham khảo

• Bruce-Lockhart, S., 2017. The Forbidden Road to Chila.Gems & Jewellery, 26 (3), 10-12.
• Furuya, M., 2022. Purple Chalcedony from Ethiopia. Japan Germany Gemmological Laboratory Gem Information, 49, 1-2.
• Henn, U. & Schultz-Guttler, R.A., 2012. Review of some current coloured quartz varieties. J. Gemm., 33 (1-4), 29-43.
• Kiefert, L., Hardy, P., Sintayehu, T., Abate, B. & Woldetinsae, G., 2014. New deposit of black opal from Ethiopia. Gems & Gemology, 50 (4), 303-305.
• Kiefert, L., Wang, C., Sintayehu, T. & Link, K., 2019. Sunstone Labradorite-Bytownite from Ethiopia. – J. Gemm., Gem

Notes, 36 (8), 694-696.

• Kingma, K.J. & Hemley, R.J., 1994. Raman spectroscopic study of microcrystalline silica. American Mineralogist, 79, 269-273. Renfro, N. & Challener, S., 2019. Native copper inclusions in Indonesian purple chalcedony. Gems & Gemology, 55 (1), 111.
• Renfro, N., Sun, Z., Nemeth, M., Vertriest, W., Raynaud, V. & Weeramonkhonlert, V., 2017. A new discovery of emeralds from Ethiopia. Gems & Gemology, 53 (1), 114-116.
• Rondeau, B., Fritsch, E., Mazzero, F., Gauthier, J.-P., Cenki-Tok, B., Bekele, E. & Gaillou, E., 2010. Play-of-Color

Opal from Wegel Tena, Wollo Province, Ethiopia. Gems & Gemology, 46 (2), 90-105.

• Schmidt, P., Bellot-Gurlet, L., Lea, V., & Sciau, P., 2013. Moganite detection in silica rocks using Raman and infrared

spectroscopy. European Journal of Mineralogy, 25 (5), 797-805.

• Schollenbruch, K., Link, K. & Sintayehu, T., 2017. Gem Quality Emeralds from Southern Ethiopia. InColor, Issue 35, 48-50.
• Shigley, J.E. & Koivula, J.I., 1985. Amethystine Chalcedony. Gems & Gemology 21 (4), 219-223.

Nguồn: ​ Proceedings IGC2023, trang 67 – 69.