سن سنجی برای سنگهای قیمتی و گوهرهای بیوژنیک

سن سنجی رادیومتری روشی کاملا شناخته شده در زمین شناسی (علوم زمین) و باستان شناسی است. مطالعات متعددی وجود دارد که استفاده از فروپاشی رادیواکتیو U-Pb، K-Ar (در میان بسیاری دیگر) برای قدمت سن زمین شناسی و رادیوکربن 14C برای مواد بیوژنیک (استخوان ها، پوسته ها) از دوران باستان تا ماقبل تاریخ را برجسته می کند.

در گوهرشناسی، اگرچه کارهای پیشگامی قبلاً سالها پیش منتشر شده است، استفاده از قدمت سن به عنوان یک روش تحلیلی هنوز محدود است. با پیشرفت های اخیر قابلیت های تحلیلی مانند GemTOF: LA-ICP-TOF-MS، محققان در چند ماه گذشته توانستند سن سنجی رادیومتری را بر روی تعداد زیادی از نمونه های گوهرشناسی انجام دهند، تا حدی که مجموعه تحقیقاتی SSEF سوئیس، حتی به درخواست مشتریان بخشی از روش های آزمایشی را روی سنگهای قیمتی و مواد بیولوژیک (مروارید و مرجان) انجام می دهند.

در زمینه یک آزمایشگاه گوهرشناسی، سن سنجی رادیومتری مواد گوهری یا اینکلوژنهای آنها اغلب یک کمکی بسیار مفید به داده های به دست آمده توسط روش های سنتی تر آزمایشی گوهر است. این روش ممکن است نتیجه گیری های استنباط شده از آزمون های دیگر را تقویت کند و حتی ممکن است اطلاعات مهمی را ارائه دهد که بدون آنها نتیجه گیری ممکن نیست.

شواهد کمکی برای مبدا و منشأ تاریخی گوهرها

برای سنگ های قیمتی، سن سنجی رادیومتری به طور خاص در مواردی مفید است که منشا یک سنگ قیمتی مشکوک و مطمئن نباشد ، اما بتوان با دانستن سن شکل گیری به منشا آن پی برد. چنین قدمت گذاری ممکن است نشان دهد که یک سنگ قیمتی بسیار قدیمی است، یعنی مربوط به رویدادهای زمین شناسی نئوپروتروزوییک تا اوایل پالوزوییک 1000 تا 500 میلیون سال پیش است، مانند موردی که برای بسیاری از گوهرهای ماداگاسکار، آفریقای شرقی یا سریلانکا وجود دارد.
یا ممکن است به طور قطع نشان دهد که سن آن بسیار جوان‌تر است، یعنی مربوط به رویدادهای زمین‌شناسی سنوزوئیک 65 تا 1 میلیون سال پیش است، مانند موردی که برای یاقوت کبود از کشمیر یا سنگ‌های قیمتی از موگوک (میانمار) وجود دارد (شکل 2).
بدیهی است که قدمت سن – در صورت وجود – می تواند برای گوهرشناسان آزمایشگاهی بسیار مهم باشد، به عنوان مثال برای تعیین اینکه آیا یک سفایر آبی مخملی از کشمیر می آید یا از ماداگاسکار سرچشمه می گیرد. تنها اشکالی که برای قدمت سن در سنگ‌های قیمتی وجود دارد این است که، در بیشتر موارد، انجام آن تنها در صورتی امکان‌پذیر است که یک ضخامت سطحی کوچک وجود داشته باشد که بتوان با روش‌های مناسب سن سنجی را تعیین کرد.

هنگام استفاده از سن سنجی (رادیوکربنی) برای مواد گوهری بیوژنیک مانند مروارید، ممکن است اطلاعاتی به دست آوریم:
الف) برای تأیید سن تاریخی (“منشأ”) یک مروارید قدیمی
ب) ممکن است صرفا جهت شناسایی یک مروارید طبیعی بر اساس سن تشکیل آن کمک کند.

چالش های سن سنجی در گوهرها

سن سنجی رادیومتری یک روش تحلیلی امیدوارکننده اما پیچیده با محدودیت ها و چالش ها است که در گزارشها شناخته شده و توصیف شده است (Reiners et al., 2018 و منابع موجود در آن). برای قدمت سنجی رادیوکربن 14C، این موارد شامل اثرات آلودگی ناشی از نصب روی جواهر، در طول نمونه‌برداری، یا سن‌های بیش از حد ارزیابی شده (یعنی خیلی قدیمی) زمانی که اسکلت ماده بیوژنیک (مانند صدف، مروارید، مرجان) از بی کربنات منابع قدیمی‌تر استفاده/بازیافت می‌کند (به اصطلاح اثر آب سخت Shotton, 1972).

در سن سنجی زمین‌شناسی (به‌عنوان مثال U-Pb زیرکن)، اثرات شستشو/آلودگی و منطقه‌بندی پیچیده رشد (مثلاً دانه‌های قدیمی زیرکن آواری-فرسایشی با دیواره بسیار جوان‌تری بیش از حد رشد کرده است) ممکن است به طور قابل‌توجهی بر نتایج تأثیر بگذارد و برای مثال منجر به سن‌های «مخلوط» شود. توانایی TOF-MS برای تجزیه و تحلیل نه تنها تعداد کمی از ایزوتوپ‌های لازم برای تعیین سن، بلکه برای ارائه تقریباً طیف جرمی کامل به طور همزمان بسیار مفید است ، زیرا امکان تشخیص پهنه‌بندی رشد پیچیده و الگوهای رشد بیش از حد همپایه وجود دارد (به عنوان مثال زیرکنولیت رشد یافته روی زیرکون، Phyo و همکاران، 2020)، بنابراین از تفسیر نتایج سن سنجی رادیومتری پشتیبانی می شود.

سن سنجی بر روی سنگ های قیمتی در آزمایشگاه گوهرشناسی

در چند سال گذشته گذشته ، لابراتوار SSEF سوئیس سن سنجی سن رادیومتری (Th-Pb و U-Pb) را روی تعداد زیادی نمونه کوراندوم و اسپینل اعمال کردند، که بسیاری از آنها توسط مشتریان برای آزمایش و تعیین منشاء ارسال شده بودند، با اینحال نمونه هایی هم برای یک پروژه دکترا با همکاری دانشگاه بازل مورد مطالعه قرار گرفتند.

برای این کار، آنها از اینکلوژنهای سطحی که به عنوان کپسول های زمانی محفوظ شده در این سنگ های قیمتی استفاده کردند. تا کنون، آنها توانستند سن سنجی رادیومتری را نه تنها بر روی اینکلوژنهای زیرکن، بلکه علاوه بر این بر روی اینکلوژنهای زیرکنولیت، زنوتیم، مونازیت، باددلایت، روتایل، آپاتیت و تیتانیت اعمال کنند.

این طیف از اینکلوژن به طور قابل توجهی توانایی استفاده از سن سنجی را به عنوان یک روش کمکی در آزمایش گوهرشناسی در لابراتوار را افزایش می دهد. علاوه بر این، یاقوت‌های کبود خاص ممکن است حاوی مقادیر قابل‌توجهی از عناصر با قدرت میدان بالا (HFSE) مانند Sn، Nb، Ta، W، Pb، Th، U باشند که احتمالاً به‌عنوان اینکلوژنهای ریز میکروسکوپی (هم‌زایی) پراکنده در این یاقوت‌های کبود وجود داشته باشند. در نتیجه این امر، در چنین مواردی می توان سن سنجی رادیومتریک را درجا و همزمان با آنالیز شیمیایی سفایر مستقل از وجود هر گونه اینکلوژنهای سطحی (مانند زیرکن) انجام داد .

بررسی چند نمونه آزمایش شده

یک نمونه بررسی شده توسط محققان مربوط به یک مروارید تاریخی آنا ماریا است. تجزیه و تحلیل لابراتوار SSEF تأیید کرد که این مروارید (احتمالاً از Pinctada mazatlanica) در اوایل قرن شانزدهم تا اواخر قرن هفدهم شکل گرفته است. بنابراین سن سنجی آنها شواهدی برای منشأ تاریخی مستند آن ارائه کرد. سن سنجی همچنین برای مرواریدهایی با ساختارهای داخلی که یادآور مرواریدهای پرورشی بدون هسته است مفید بوده است، که می توان آن را به عنوان مروارید طبیعی آب شور بر اساس تجزیه و تحلیل رادیوکربن شناسایی کرد، زیرا سن این مرواریدها را به اواخر قرن 17 تا اواسط قرن 19، زمانی بسیار قبل از توسعه کشت مروارید تجاری برمی گردد.
علاوه بر این، تحقیقات بر روی مرواریدهای پرورشی از Pinctada maxima از استرالیا برداشت شده در سه دهه گذشته نیز موفقیت آمیز بوده است (شکل 3).

در مواردی دیگر تعیین منشا فقط با ترکیب یک رویکرد کلاسیک (میکروسکوپ، ترکیب شیمیایی و طیف سنجی) با سن سنجی رادیومتری امکان پذیر بود. این موارد شامل یک یاقوت 5.1 قیراطی می باشد که از ذخایر مرمر منشأ می گیرد و اینکلوژنی شبیه به موارد مربوط به برمه را نشان می دهد.

بر اساس سن U-Pb از نظر زمین شناسی “قدیمی” زیرکن ریز رسیده به سطح (565 میلیون سال)، محققان SSEF توانستند برمه (و سایر ذخایر مرتبط با هیمالیا) را حذف کنند و نشان دهند منشا یاقوت در شرق آفریقا بوده است (شکل 4)، زیرا سن محاسبه شده به خوبی با سن تشکیل یاقوت در سنگ مرمرهای امتداد کمربند متحرک موزامبیک در شرق آفریقا مطابقت دارد.

بر اساس تحقیقات دانشمندان، آشنایی با سن سنجی گوهرها ابزاری بسیار امیدوارکننده است و در آینده در آزمایش سنگهای قیمتی اهمیت فزاینده ای پیدا خواهد کرد.

منبع:
Age dating as a testing procedure for gemstones and biogenic gems