دنیای میکروسکوپی گوهرها, گوهر شناسی و سنگ شناسی
اینکلوژن (Inclusion) یا درونگیر در گوهرها چیست و چه کاربردی در گوهرشناسی دارند؟
اینکلوژن (Inclusion) یا درونگیر، به ذرات کریستالی معدنی، حفرههای پرشده از مایع و/یا گاز، ناخالصی ها یا دیگر مواد بیگانهای گفته میشود که درون یک گوهر میزبان به دام افتادهاند. بسیاری از گوهرها دارای اینکلوژنهای میکروسکوپی هستند که اندازه آنها میتواند از بیش از یک میلیمتر تا ابعاد نانومتری و زیرمیکروسکوپی متغیر باشد. همین ویژگیهای کوچک میتوانند اطلاعات ارزشمندی درباره ماده میزبان در اختیار ما قرار دهند. به همین دلیل، بررسی دقیق این اینکلوژنها با میکروسکوپ یا لوپ (ذرهبین)، یکی از مهمترین روشهای موجود برای شناسایی گوهرهاست.
اینکلوژنها برای تعیین طبیعی، مصنوعی یا بهسازیشده بودن یک گوهر و همچنین تعیین خاستگاه جغرافیایی احتمالی یک گوهر رنگی ارزشمند اهمیت زیادی دارند. علاوه بر کاربردهای تشخیصی، گاهی همین اینکلوژنها باعث ایجاد پدیدههای نوری شاخص و مطلوبی مانند پدیده ستارهای (Asterism) یا چشمگربهای (Chatoyancy) میشوند و در برخی از ویژگیهای مورد استفاده برای درجهبندی پاکی گوهر نیز نقش دارند.
در ادامه میبینیم این اینکلوژنها چگونه شکل میگیرند، چگونه مطالعه میشوند و چه اطلاعاتی درباره تاریخچه زمین در اختیار گوهرشناسان و دانشمندان علوم زمین قرار میدهند.
تاریخچه جذاب کشف و مطالعه اینکلوژن ها
شاید فکر کنید بررسی اینکلوژنهای سنگهای قیمتی یک روش کاملاً مدرن است که فقط با میکروسکوپهای پیشرفته امروزی ممکن شده؛ اما طبیعتشناسان اولیه نیز تا حدودی میدانستند چگونه از این نشانهها برای درک تاریخچه زمینشناختی یک گوهر استفاده کنند. نمونه بارز آن کهرباست. پلینیوس بزرگتر با مشاهده حشراتی که درون کهربا به دام افتاده بودند، بهدرستی نتیجه گرفت که این ماده در واقع رزین فسیلشده درختان است.
با این وجود، زمان زیادی گذشت تا اینکلوژنها بهشکل علمی و دستهبندیشده بررسی شوند. رابرت بویل، دانشمند پیشگام، در سال ۱۶۷۲ یکی از نخستین توصیفها را از اینکلوژنهای گوهر ارائه داد. او از قطعهای کوارتز نوشت که حفرهای پر از مایع و یک حباب گاز متحرک داشت و همچنین به اینکلوژنهای موییشکل و قهوهای مایل به قرمز درون آمتیست اشاره کرد. با پیشرفت میکروسکوپهای نوری از اواخر قرن هجدهم، دانشمندان توانستند ویژگیهای بسیار ریز درون کانیها را بررسی کنند.
دئودا دو دولومیو در سال ۱۷۹۲ وجود نفت (یک سیال هیدروکربنی) را درون کوارتز ثبت کرد. در دهههای بعد، چهرههای سرشناسی مانند دیوید بروستر و ویلیام نیکول کانیهایی حاوی سیالات و حبابهای متحرک را توصیف کردند. هنری کلیفتون سوربی در سال ۱۸۵۸ با انتشار مقالهای درباره ساختار میکروسکوپی بلورها، به پایهگذاری علم پتروگرافی (سنگنگاری) کمک کرد و گوستاو روز در سال ۱۸۶۲ به بررسی نقش اینکلوژنهای سوزنیشکل و جهتدار در ایجاد پدیده آستریسم یا استار در گوهرهایی مانند یاقوت پرداخت.
برای درک بهتر رابطه بین اینکلوژنها و محیط رشد گوهر، کافی است به خاستگاه آنها نگاه کنیم. یاقوتهایی که در مرمرهای بسیار خالص کلسیتی، مانند کانسارهای موگوک در میانمار، شکل میگیرند، معمولاً دارای اینکلوژنهای کلسیت هستند. اما اسپینلهای غنی از منیزیم که در مرمرهای ناخالص حاوی دولومیت تشکیل میشوند، میتوانند اینکلوژنهایی داشته باشند که احتمالاً دولومیت هستند.
این داستان درباره زمردها هم صدق میکند. زمردهایی که در سنگهای شیست غنی از میکا رشد میکنند، مانند زمردهای روسیه، اغلب دارای اینکلوژنهای میکا هستند. اما زمردهای معروف کلمبیا که در ذخایر هیدروترمال و در رگههای غنی از کربنات، کوارتز و پیریت تشکیل میشوند، اغلب اینکلوژنهایی از کانیهای کربناته دارند؛ همان محیط زمینشناختی که ویژگیهای این زمردها را شکل داده است.
از دهه ۱۹۴۰، ادوارد گوبلین (Eduard Gübelin)، گوهرشناس برجسته اروپایی، مجموعهای از مقالات مهم درباره اینکلوژنها و شواهدی که میتوانند درباره خاستگاه زمینشناختی و جغرافیایی گوهر میزبان ارائه دهند، منتشر کرد. پس از آثار او، چندین کتاب مهم درباره اینکلوژنهای گوهر نیز با همکاری جان کویولا منتشر شد که در جامعه گوهرشناسی بسیار مورد استفاده قرار گرفتهاند.
اینکلوژن ها چگونه درون سنگهای قیمتی شکل می گیرند؟
کانیها در زمان شکلگیری اغلب مواد بیگانهای مانند جامدات، مایعات و گازها را که در محیط تشکیل آنها وجود دارند، به دام میاندازند. بلورهایی که طی دگرگونی و از طریق تبلور مجدد در حالت جامد، یا تقریباً بهطور کامل در حالت جامد و بدون دخالت قابلتوجه سیالات تشکیل میشوند، میتوانند اینکلوژنهای جامد داشته باشند.
اما بلورهایی که در سنگهای آذرین و رسوبی و در حضور سیالات زمینشناختی تشکیل میشوند، میتوانند دارای اینکلوژنهای تکفازی یا چندفازی از همان سیالات باشند. این سیالات زمینشناختی میتوانند شامل مذابهای سیلیکاتی یا کربناتیتی با چگالی بالا، سیالات یا بخارات کمچگال و غنی از آب و در موارد نادر، هیدروکربنهای آلی مانند نفت باشند. پس از تبلور، بلورهای کانی در انواع مختلف سنگها ممکن است یک یا چند بار دچار کلیواژ یا شکستگی شوند و این کلیواژها و شکستگیها بعداً در حضور سیالات مایع یا گازی ترمیم شوند.
مقادیر بسیار کمی از این سیالات ممکن است در امتداد ناحیه ترمیمشده بهصورت اینکلوژن باقی بمانند. شکل بلوری کانی میزبان معمولاً شکل این اینکلوژنهای سیال را تعیین میکند؛ به همین دلیل این اینکلوژنها اغلب شکلی هندسی و زاویهدار دارند که بازتابی از شکل بلوری کانی میزبان است و به آنها «نگاتیو کریستال» (Negative Crystals) گفته میشود.
این اینکلوژنها در هنگام سرد شدن بلور میزبان نیز میتوانند دچار تغییر فاز شوند. وقتی سنگهای میزبان به سمت سطح زمین حرکت میکنند، اینکلوژنهای سیال در نزدیکی سطح زمین معمولاً به حالت سیال باقی میمانند، در حالی که اینکلوژنهای مذاب معمولاً به نوعی شیشه یا ماده جامد دیگر تبدیل میشوند.
همچنین کانیها در اعماق زمین و دماهای بالا میتوانند مقادیر بیشتری از عناصر ناخالصی بیگانه را در ساختار بلوری خود جای دهند. اما با سرد شدن کانیها در پوسته زمین، این عناصر دیگر نمیتوانند در ساختار باقی بمانند و معمولاً بهصورت کانیهای دیگری از ساختار خارج میشوند (برونحلشدگی یا Exsolution) و اینکلوژنهایی مانند سوزنهای روتایل در سفایر ایجاد میکنند.
در فشار و دمای پایینتر نزدیک سطح زمین، گازهایی که ابتدا در سیال اینکلوژن حل شده بودند نیز میتوانند بهصورت حبابهای گاز مجزا در آب، دیاکسید کربن یا سیالات دیگر برونحل شوند. همچنین بلورهای ثانویه یا «بلورهای دختر» (Daughter Crystals) میتوانند در اثر خارج شدن مواد محلول از سیال درون اینکلوژن تشکیل شوند.
انواع اینکلوژن ها بر اساس زمان شکل گیری
- پیشزاد (Protogenetic): اینکلوژنهای جامد اولیهای که پیش از تشکیل کانی میزبان وجود داشتهاند و کانی میزبان در هنگام رشد، آنها را دربر گرفته و به دام انداخته است. این اینکلوژنها ممکن است شکلهایی نامنظم یا تا حدی حلشده داشته باشند.
- همزاد (Syngenetic): اینکلوژنهای جامد، مایع یا گازی اولیهای که همزمان با کانی میزبان شکل گرفتهاند و هنگام رشد بلور، روی سطوح در حال رشد آن به دام افتادهاند.
- پسزاد (Epigenetic): اینکلوژنهای ثانویهای که پس از تشکیل کانی میزبان و در اثر برونحلشدگی در امتداد کلیواژ یا شکستگیای که دوباره ترمیم شده است، شکل گرفتهاند.
ارزش علمی و زمینشناختی اینکلوژن هایی گوهر
برای دانشمندان، مطالعه اینکلوژنهای جامد و سیال راهی برای بازسازی رویدادها و فرایندهای زمینشناختی گذشته فراهم میکند. اینکلوژنهای سیال، نمونههایی واقعی و اغلب بسیار کمیاب از سیالات زمینشناختی هستند که در مقطعی از تاریخ سنگها و کانیها وجود داشتهاند. بنابراین میتوانند اطلاعاتی درباره شرایط فیزیکی و شیمیایی موجود در هنگام و پس از تشکیل سنگ در اختیار ما قرار دهند.
محاسبه دمای تشکیل اینکلوژن
وقتی یک کانی و اینکلوژنهای سیالی درون آن در طول زمان زمینشناسی سرد میشوند، با سرعتهای متفاوتی منقبض میشوند. سیال درون اینکلوژن سریعتر از بلور جامد میزبان منقبض میشود و این اختلاف میتواند باعث تشکیل یک حباب گاز درون سیال شود. دانشمندان با گرم کردن تدریجی و کنترلشده نمونه و مشاهده دمایی که در آن حباب گاز دوباره در سیال ناپدید میشود (همگنشدن)، میتوانند دمایی را که اینکلوژن در زمان شکلگیری اولیه خود داشته است، تخمین بزنند.
سنجش فشار و چگالی محیط
پس از شناسایی ترکیب شیمیایی سیال موجود در اینکلوژن، دانشمندان میتوانند با استفاده از دادههای آزمایشگاهی مربوط به سیالات مشابه، برآوردی از فشار موجود در زمان به دام افتادن اینکلوژن و محیط تشکیل آن به دست آورند. همچنین با استفاده از ترکیب شیمیایی، چگالی و حجم هر یک از فازهای موجود در یک اینکلوژن سیال، میتوان چگالی متوسط کل فازهای موجود در اینکلوژن را محاسبه کرد. این نتیجه برای درک نوع سیالات و نحوه گردش آنها در پوسته زمین اهمیت دارد.
تعیین سن زمین شناختی
اگر اینکلوژنهای جامد درون بلورهای کانی حاوی مقادیر کمی از عناصر پرتوزای کمیاب باشند، میتوان سن زمینشناختی اینکلوژن را تعیین کرد. عناصر پرتوزا طی دورههای زمانی مشخصی با سرعتی معین واپاشی میکنند و با اندازهگیری دقیق آنها میتوان سن تشکیل کانی را محاسبه کرد.
چگونه از روی اینکلوژن اصالت و خاستگاه گوهر را تشخیص دهیم؟
برای گوهرشناس، مطالعه اینکلوژنها در کنار ثبت خواص فیزیکی استاندارد، پایهای برای شناسایی گوهر است. در برخی موارد، اینکلوژنهای خاص میتوانند یک گوهر و حتی خاستگاه جغرافیایی آن را بهشکل منحصربهفرد مشخص کنند. بررسی اینکلوژنها با استفاده از میکروسکوپ گوهرشناسی و روشهای مختلف نورپردازی انجام میشود؛ از جمله نورپردازی میدان روشن، میدان تاریک، فیبر نوری در جهتهای مختلف نسبت به نمونه، سایهاندازی و استفاده از فیلترهای پلاریزه یا رنگی و دیگر روشهای پردازش تصویر. اینکلوژنها اغلب یکی از مهمترین سرنخها برای تعیین خاستگاه جغرافیایی گوهرها هستند.
برخی گوهرها دارای اینکلوژنهایی هستند که به مکانهای جغرافیایی خاصی ارتباط دارند. برای مثال، وجود اینکلوژنهای پاریسیت (Parisite) در زمرد یک شاخص تشخیصی برای خاستگاه کلمبیایی است. در موارد دیگر، اینکلوژن تنها یکی از قطعات پازل است؛ مانند سیلک روتایل بلند و باریکی که در یک سفایر سریلانکایی دیده میشود.
اینکلوژنها همچنین سرنخهای مهمی درباره بهسازیهای انجامشده روی گوهر ارائه میدهند. برای مثال، مشاهده انتشار داخلی رنگ آبی در اطراف بقایای سیلک روتایل در یک سفایر، میتواند شواهدی از بهسازی حرارتی در دمای بالا برای افزایش رنگ آبی سنگ باشد. میکروسکوپی را میتوان یکی از مهمترین روشها برای شناسایی بسیاری از بهسازیها، از جمله بهسازی حرارتی، رنگدهی و بهسازی پاکی از طریق پر کردن شکستگیها دانست.
اینکلوژن ها؛ شاهکارهای مینیاتوری طبیعت
اینکلوژنهای سنگهای قیمتی فقط ابزارهای علمی نیستند؛ آنها پنجرهای میکروسکوپی به تاریخ شکلگیری گوهر و فرایندهای زمینشناختی هستند. همین ویژگیهای کوچک میتوانند اطلاعاتی درباره شرایطی که گوهر در آن شکل گرفته است در اختیار ما قرار دهند و در عین حال، مناظر و الگوهای چشمنوازی را در درون سنگ ایجاد کنند.
جذابیت گوهرشناسی دقیقاً در همین نقطه است؛ جایی که علم دقیق و بیطرفانه با زیباییهای طبیعی درون گوهرها پیوند میخورد. این ویژگیهای میکروسکوپی همانقدر که درباره تاریخ زمین و شکلگیری گوهرها اطلاعات میدهند، میتوانند از نظر زیباییشناختی نیز چشمنواز باشند.
منبع: gia.edu : Gems & Gemology, Summer 2022, Vol. 58, No. 2
