sábado, 12 de septiembre de 2009

El estudio de las inclusiones

Llamamos inclusiones a todas aquellas sustancias sólidas, líquidas o gaseosas que puedan apreciarse en un cristal. También aquellos defectos y variaciones en el aspecto y color de las gemas.
A través del estudio de las inclusiones, podemos averiguar muchos datos referentes a las gemas. Aportan los datos básicos para diferenciar las gemas naturales de las sintéticas, pueden identificar muchas imitaciones, ya que muchas inclusiones van asociadas a determinados minerales y en ocasiones podemos averiguar hasta la mina de procedencia de ciertas gemas.

Las inclusiones sólidas, suelen ser cristales microscópicos hospedados en un cristal, que pueden presentar estructura cristalina con caras, aristas y vértices identificables. Podemos encontrar inclusiones iguales al cristal hospedador, como ocurre con algunos diamantes.
Las líquidas son diversos líquidos como el agua, ácidos, anhídridos y soluciones diversas procedentes de la solución madre, retenidos en el proceso de formación, o que han penetrado por fisuras y cicatrices.
Las gaseosas, se forman con las líquidas en las mismas fases. Pueden presentarse aisladas, aunque no son muy frecuentes. Existen un tipo de inclusiones con formas cristalinas, pero que su masa no existe y su espacio está lleno de gas. A éste tipo de inclusiones las llamamos cristales negativos.

Ocurre en muchas ocasiones que encontramos asociados en cavidades elementos de los tres estados. Se llaman bifásicas cuando hay líquido con gas, líquido con sólido o dos líquidos inmiscibles. Trifásicas cuando hay sólido con líquido y gas o dos líquidos inmiscibles con gas. Polifásicas son cuando se encuentran dos líquidos inmiscibles con sólido y gas. Un ejemplo típico y determinante de éstas inclusiones, son las trifásicas compuestas de aire, agua y un cristalito de cloruro sódico que se encuentran en las esmeraldas de Colombia.

Cuando un cristal crece, ocurre que los componentes químicos que dispone no se encuentran homogeneizados en la sustancia madre, por lo que durante el crecimiento en ocasiones cuenta con unos elementos determinados y en ocasiones no. En éstos casos, el cristal suele sufrir unas alteraciones generalmente de color. Se presenta un bandeado en líneas rectas formando ángulos coincidentes con los elementos de simetría del cristal llamadas líneas de crecimiento. Este fenómeno es muy frecuente en los zafiros de Australia, en algunos tailandeses y en los de Cachemira. En las turmalinas se producen cambios drásticos de hasta a veces tres colores concéntricos. En cambio, serán zonas de color si éste queda distribuido en manchas o partes, como ocurre en cuarzos amatista o citrino, que a veces incluso se intercalan entre ellos.

Hay cristales huéspedes con distintos puntos de dilatación que el hospedador, por lo que al sufrir cambios de temperatura, en el caso de que el huésped se dilate más, provoca fisuras o fracturas en el segundo, formando los llamados aros perinclusionales.

El estudio de todo éste mundo microscópico, nos aporta en gemología multitud de datos sobre la formación, estructura, origen y composición de todas las gemas. Pero éstas huellas de la naturaleza restan valor comercial en la joyería moderna, que busca precisamente las gemas más limpias posibles con los colores más vistosos o blancos más profundos. En la gema que más importancia se da a las inclusiones es en el diamante, pudiendo existir gran diferencia de precio por sus inclusiones, cosa que se verá en su capítulo correspondiente. En otras como en zafiros, rubíes y esmeraldas, no se da tanta importancia siempre y cuando no se perciban demasiado bien a simple vista. Por otro lado es prácticamente imposible encontrar cualquiera de éstas tres totalmente limpias a 80 aumentos, por lo que siempre podemos sacar datos de ellas. Los diamantes, si se pueden hallar totalmente puros a 80 aumentos, pero también son infrecuentes.

Los cristales naturales

Llamamos cristales naturales a esos minerales que presentan un hábito cristalino, es decir, que exteriormente presentan una morfología con caras, aristas y vértices, que dependerá de la estructura cristalina de la sustancia y de las condiciones de formación en el yacimiento.
Los átomos y moléculas que constituyen las sustancias cristalinas, se repiten periódicamente en las tres direcciones del espacio ocupando posiciones definidas, haciendo que cada materia posea unas propiedades características, así como su configuración.
Esta disposición natural produce unos elementos de simetría, que combinados entre sí podemos agruparlos en 32 tipos de combinaciones, y a su vez las podemos clasificar en siete sistemas cristalinos. Cada uno de éstos sistemas implicara algunas propiedades determinadas. Estos siete sistemas son: cúbico o regular, tetragonal, trigonal, hexagonal, rómbico, monoclínico y triclínico.

-Cúbico o regular: Básicamente, diremos que éstas figuras presentan la misma forma en las tres posiciones del espacio, como por ejemplo el cubo o hexaedro, octaedro, rombododecaedro, tetraedro, pentagonododecaedro etc. Cristalizan en éste sistema los diamantes, granates y espinelas entre otros. La propiedad óptica más característica de éste sistema es la isotropía o monorrefringencia.

-Tetragonal: forma prismas rectos, pirámides y bipirámides de sección cuadrada u octogonal, es decir que presentan el mismo ancho y el fondo, pero con diferentes alturas. También escalenoedros, biesfenoides y trapezoedros con secciones iguales. Cristalizan en éste sistema la escapolita, apofilita, zircones, scheelita, rutilo, calcopirita, etc. Son birrefringentes uniáxicos.

-Trigonal: Básicamente, éste sistema forma cuerpos geométricos con formas triangulares, o rómbicas de sección triangular. Quedan excluidos los prismas acabados en pinacoide, ya que éstos forman parte del sistema hexagonal sus formas son el romboedro, escalenoedro ditrigonal, trapezoedro trigonal, pirámide trigonal y ditrigonal. Las gemas que cristalizan en éste sistema más características, son los corindones, o sea, todos los zafiros y rubíes. También las turmalinas, los cinabrios, hematites, calcita, rodocrosita, dolomita, ilmenita y cuarzos entre otros. Son birrefringentes y uniáxicos.

-Hexagonal: Las formas que presenta son prismas, pirámides y bipirámides de sección hexagonal, trapezoedros hexagonales prismas y bipirámides de sección triangular. Las gemas más importantes que cristalizan en éste sistema, son los berilos, es decir esmeraldas, aguamarinas, morganitas, bixbitas, heliodoros, maxises y goshenitas. También otras como molibdenita, vanadita etc. También son birrefringentes y uniáxicos.

-Rómbico: Este sistema forma prismas, pirámides y bipirámides con sección rómbica. También biesfenoides encarados en forma de rombo. Las gemas más importantes que cristalizan en éste sistema, son los topacios, andalucitas, peridotos, aragonito, celestina, zoisita, estaurolita y otros minerales como marcasita, antimonita, azufre etc. Son birrefringentes biáxicos.

-Monoclínico: Forma prismas rectos, pero su sección de cuatro lados no es regular. También presenta caras pareadas pero de cuatro lados con formas irregulares. Son característicos de éste sistema la ortosa, diópsido, jadeita, espodumena, enstatita, actinolita, biotita etc. Son birrefringentes y biáxicos.

-Triclínico: En éste último sistema, las formas cristalinas que se presentan, son totalmente irregulares. Lo más característico, sería un prisma ladeado e inclinado hacia delante. Los minerales más frecuentes en éste sistema la rodonita, microclina, pertita, albita, labradorita, anortita, cianita y turquesa entre otras. Son birrefringentes biáxicaos.

Por otro lado, llamaremos cristales masivos o criptocristalinos a aquellos que se presentan agupados en cristales muy pequeños, y que terminan formando una masa. Esto ocurre con las ágatas, jaspes y calcedonias.

Los procesos sintéticos

Desde finales del siglo XIX, se investiga en la creación de todo tipo de cristales para diversos usos. Definimos como procesos de síntesis a todos aquellos destinados a crear gemas con la misma composición y los mismos elementos asociados que se encuentran en la naturaleza. Por tanto, las gemas presentan propiedades físicas, ópticas y coloraciones iguales o muy parecidas a las naturales.
En un principio, los procesos consistían en un simple fundido de los materiales y un posterior enfriamiento controlado para obtener un crecimiento cristalino similar al natural. Posteriormente se investigaron nuevos métodos que lo que intentaban era crear las gemas en condiciones muy parecidas a la creación natural.

1-Sustancia fundida: Es el primer proceso utilizado y conocido como el método “Verneuil” , que consiste en el fundido de un compuesto con sus colorantes adecuados, en proporciones iguales a las de las gemas naturales. El compuesto funde a una temperatura entre 2000º y 2500º C, y éste una vez licuado, gotea sobre una superficie giratoria y descendente que dirige el crecimiento, en la que se sitúa una semilla del cristal que se desea obtener, haciendo que el compuesto cristalice a partir de la semilla, obteniéndose una sustancia acampanada de mineral sintético
Este proceso deja unas inclusiones en el cristal que nos servirán para diferenciarlo de uno natural, como son las líneas de crecimiento curvas alrededor de la semilla, burbujas de aire, masas de fundente oscuras y restos o “nubes” de colorante. Últimamente el proceso se ha perfeccionado y modificado de varias formas, haciendo que las inclusiones sean mucho menores, y en algunos casos, como para investigaciones láser, se crean rubíes perfectos, o también para la industria de la relojería, se crean cuarzos y corindones sintéticos (los llamados cristales minerales o cristal zafiro que nunca se rayan).

2-Método “Melt-fluxion”: Utilizando temperaturas inferiores que el método anterior, a unos 1300º C, se funden en crisoles de platino los componentes naturales del producto a sintetizar, junto con elementos fundentes que a elevadas temperaturas se vuelven fuertes disolventes. La mezcla fundida se enfría lentamente a razón de unos 4º C por hora, y los cristales van creciendo aleatoriamente dentro de la masa o sobre semillas colocadas al efecto.
Las inclusiones que deja suelen ser placas de platino de aspecto metálico, numerosos “velos” con formas retorcidas, que son restos del fundente nuevamente solidificado, aparentes inclusiones secundarias que semejan bifásicas y grandes masas de fundente.

3-Método Hidrotermal: Se utiliza una autoclave cilíndrica de gruesas paredes de acero recubiertas interiormente por metal noble. Se prepara una solución acuosa con los elementos fundentes adecuados. Los componentes naturales del producto a sintetizar, se colocan por separado mediante rejillas de platino en puntos distantes del cilindro. Se distribuyen semillas entre la solución acuosa para dirigir el crecimiento. Una vez cerrada la autoclave, se calienta a temperaturas no superiores a 700º C y presiones entre 500 y 1500 atmósferas, haciendo que la solución con el fundente disuelva los componentes, haciendo que se desplacen por convección, reaccionando y creciendo alrededor de las semillas.
Este es el método más parecido al natural, y los productos obtenidos son muy similares. Sus inclusiones son también muy parecidas a las naturales y solo un ojo experto puede diferenciarlas. Por ejemplo, en el caso de esmeraldas, en ambas se presentan inclusiones bifásicas y fracturas cicatrizadas. Solo el uso adecuado de la luz hace que se aprecien las diferencias.

4-Altas presiones y temperaturas: Utilizadas para la obtención de diamantes. Usando el grafito como componente base, ya que al igual que el diamante, ambos están formados por carbono, pero con diferente estructura cristalina debido a las diferencias en sus condiciones de cristalización. Induciendo altísimas presiones instantáneas de hasta 400 kilobares (400.000 bares) se producen elevadas temperaturas de unos 1000º C formando pequeñísimos diamantes. También se pueden usar presiones inferiores de hasta 180 Kb de forma continuada, produciendo unas temperaturas de hasta 3.500º C y formando diamantes pequeños. Otras presiones y temperaturas inferiores, junto con el uso de diferentes disolventes del carbono, son métodos empleados para obtener diamantes de uso industrial.

5-Otros métodos: Mediante el uso de disolventes de todo tipo, y con componentes químicos, se pueden obtener diversos materiales gemológicos. Estos métodos están en continuo desarrollo, pero en ningún caso salvo en los ópalos los componentes utilizados son iguales a los naturales.

La Gemología

Es la ciencia que estudia las piedras preciosas, a través de la cual podemos identificarlas, diferenciarlas, descubrir los tratamientos que se realizan para mejorar su aspecto y los procesos sintéticos que crean gemas con las mismas propiedades y características que las naturales.
Para la clasificación de una gema, estudiamos su composición y estructura a través de sus propiedades físicas y ópticas. Podemos conocer la sustancia de la que se trata teniendo en cuenta su dureza, exfoliación, fractura, densidad, brillo, transparencia, refracción, dispersión, pleocroismo, espectro y luminiscencia. Todos éstos datos contrastados y ayudados por una inspección microscópica, serán suficientes para obtener toda la información que precisemos.

Escala de Mohs

1-Talco
2-Yeso
3-Calcita
4-Fluorita
5-Apatito
6-Ortosa
7-Cuarzo
8-Topacio
9-Corindón
10-Diamante

Dureza: Es la resistencia que ofrecen unos materiales a ser rallados por otros mediante fricción. Se utiliza para ello una escala llamada de Mohs, que utiliza unos minerales como patrones numerados del 1 a 10. Esta escala está plenamente aceptada aunque no es muy homogénea, ya que hay muy poca diferencia entre sus dos primeros y dos segundos valores, existiendo en cambio mucha diferencia entre el corindón y el diamante, ya que no existe ningún mineral natural intermedio.




Exfoliación: Es la propiedad que tienen algunos cristales minerales a fragmentarse por una incisión siguiendo ciertos planos, llamados planos de exfoliación, dando superficies relativamente lisas, llamadas caras de exfoliación. Un ejemplo muy claro se da en las micas, que con una simple presión del dedo podemos obtener láminas finas con superficies bastante brillantes.

Fractura: Llamamos así a la superficie que queda tras una rotura natural o mecánica, que no sigue ningún plano ni ningún orden específico, aunque si presentan ciertas características diferenciales.

Densidad: En gemología la llamamos peso específico, y es la relación existente entre el peso del volumen de una sustancia, y el peso del mismo volumen de agua destilada. Si decimos que una sustancia tiene un peso específico de 2, estamos diciendo que esa sustancia pesa 2 veces más que el agua.

Brillo: Es el aspecto que presenta una superficie al incidir la luz. Para la denominación del brillo se utilizan sustancias sobradamente conocidas, apelando a ésta propiedad. Llamaremos brillo “vitreo” al que asemeja al vidrio, “adamantino” al diamante, “nacarado” al nácar, “metálico” al metal, “graso” semejante a la grasa, “resinoso” con aspecto a resina y “sedoso” con aspecto a seda.

Transparencia: Es la capacidad que tiene la luz de atravesar una sustancia, pudiendo hablar de sustancias Transparentes: cuando pueden distinguirse figuras a través con mayor o menor claridad. Translúcidas: cuando no se distinguen figuras pero sí se aprecia la luz en mayor o menor medida. Opacas: cuando ni el mínimo rayo de luz pasa por una sustancia.

Refracción: Es la desviación que se produce en un rayo de luz cuando éste pasa de una sustancia a otra, debido a la diferencia de densidad de las dos materias. Podemos apreciar dicho efecto fácilmente si introducimos un palo o vara en agua, observamos cómo ésta se tuerce a partir de la superficie. Llamaremos al rayo original rayo incidente, y al desviado rayo refractado.

Si se mide el ángulo producido entre el rayo incidente y el refractado, obtendremos el Índice de Refracción. Puede ocurrir que de un rayo incidente se produzcan dos refractados, por lo que obtendremos dos índices de refracción, que a su vez producirán un ángulo al que llamamos birrefringencia. También puede ocurrir que se formen tres rayos refractados. En éste caso la birrefringencia será el ángulo producido entre el mayor y el menor. Cuando se produzca un solo ángulo refractado, llamaremos a la sustancia Isótropa; cuando produzca dos ángulos será anisótropa uniáxica y cuando sean tres los refractados será anisótropa biáxica. Los ángulos refractados se miden con un aparato llamado refractómetro.

Dispersión: Si hacemos incidir un rayo de luz sobre una sustancia transparente con superficies regulares y ángulos adecuados, se produce la descomposición de la luz en los colores del espectro visible (rojo, naranja, amarillo, verde, azul y violeta), al igual que cuando la luz del Sol incide en pequeñas gotas de lluvia produciendo el arco iris. Este fenómeno en las gemas es el responsable del llamado “fuego”, muy característico de algunos granates, diamantes y circones. La diferencia del índice de refracción que se produce entre el rojo y el violeta, da el valor de dispersión.

Pleocroismo: Es un efecto que se produce en algunas gemas, que consiste en un cambio de color según la incidencia de la luz. Se denominan dicroicas cuando se alternan dos colores, y tricroicas cuando son tres los colores alternados. Es frecuente observar dicroismo en algunos zafiros azules que pueden verse verdosos, o en amatistas que pueden apreciarse distintas tonalidades. El tricroismo es característico de andalucitas con tonos pardos amarillos y verdes, tanzanitas con distintos tonos de azules o morados y en algunas alejandritas que presentan color verde con luz natural y se vuelven rojas con luz incandescente, aparte de tonos amarillos o rojizos.

Espectro de absorción: Llamamos así a la absorción selectiva de ciertas longitudes de onda del espectro visible, debido a la presencia de ciertas sustancias en los cristales. Al incidir un rayo de luz sobre una sustancia con elementos absorbentes, en el espectro o arco iris proyectado, se apreciarían zonas sombreadas o totalmente oscuras. Por el estudio de éstas sombras (absorciones), pueden conocerse la presencia de los elementos químicos que componen una gema, distinguiéndose unas de otras.

Luminiscencia: Existen ciertos rayos de luz que no se encuentran en el espectro visible, pero que aislados adecuadamente, producen ciertos efectos en algunas sustancias. Producen coloraciones, luminosidad, transparencia u opacidad. A éstos efectos los encuadramos en la luminiscencia. Diremos que un cristal es fluorescente cuando la radiación adecuada provoca luminosidad o coloración mientras dura la exposición. Diremos que es fosforescente cuando una vez halla cesado la radiación, el cristal permanece iluminado poco o mucho tiempo. Será transparente si el cristal es atravesado por el rayo totalmente y en caso que el rayo no lo penetre será opaco a la radiación. Caso de no producirse ningún efecto, diremos que el cristal es inerte. Las radiaciones utilizadas en gemología son la luz ultra violeta de onda corta, luz ultra violeta de onda larga y por último los rayos X.