Le gemme fenomenali (phenomenal gems in inglese) formano una categoria del tutto particolare di gioie; esse sono forse meno note di pietre quali diamanti, smeraldi e rubini, ma mostrano delle caratteristiche ottiche speciali che le rendono affascianti e degne di un posto speciale tra tutte le pietre preziose.
Tra esse ve ne sono alcune che sono molto rare e costose, ma ne esistono anche altre alla portata di portafogli meno esigenti.
Ecco una breve carrellata dei tipi di fenomeni (dal verbo greco ϕαίνομαι – phaínomai - mostrarsi, manifestarsi, apparire) riconosciuti in gemmologia.
Alcune pietre possono mostrare alcuni di questi effetti ottici contemporaneamente.
I fenomeni ottici delle pietre sono il resultato di come la luce interagisce con la loro struttura cristallina (e non).
Questa interazione o interferenza può apparire in forma di:
Dispersione (scattering) della luce:
Dispersione o spargimento: in questo caso c’è difficoltà di traduzione per l’esistenza di un dualismo di termini inglesi “dispersion/scattering”, che vengono resi in italiano con una parola sola, ma che hanno significati diversi.
I raggi di luce vengono deviati dal loro percorso rettilineo quando colpiscono un ostacolo, come per esempio le piccole impurità all’interno di una gemma.
La dispersione della luce dà origine a molti fenomeni naturali spettacolari come per esempio le “tonalità rosse dell'alba e del tramonto” nel cielo.
Interferenza: L’effetto di interferenza si verifica quando la luce, che penetra all’interno della gemma (trasparente o semitrasparente), si riflette da sotto la superficie della stessa e si sovrappone (e quindi interferisce) a quella che si proviene dall’esterno/alto.
Riflessione della luce: La riflessione si verifica quando la luce, che viaggia attraverso un materiale, rimbalza (e quindi si riflette) su un materiale diverso.
Questa luce riflessa continua a viaggiare in linea retta, ma con una direzione diversa.
La luce viene riflessa con la stessa angolazione con cui colpisce la superficie (l'angolo di incidenza è uguale all'angolo di riflessione).
Rifrazione: La rifrazione avviene quando la luce essa passa da un materiale a bassa densità, detto veloce (per esempio l’aria) ad uno ad alta densità, definito lento (per esempio un cristallo).
All’interno di quest’ultimo il raggio luminoso viene rallentato e piegato verso una nuova direzione (chiamata “normale”) derivante dal rapporto e dalla differenza del tipo e di compattezza degli atomi nei due materiali.
Diffrazione: La diffrazione è la leggera flessione della luce che si osserva mentre questa passa attorno al bordo di un oggetto.
La quantità di flessione dipende dalla dimensione relativa della lunghezza d'onda della luce rispetto alla dimensione dell'apertura.
Se l'apertura è molto più grande della lunghezza d'onda della luce, la flessione sarà quasi impercettibile.
Tuttavia, se le due sono di dimensioni vicine o uguali, la quantità di flessione sarà considerevole e facilmente visibile ad occhio nudo.
Una conseguenza della diffrazione è che non vengono prodotte ombre nette.
Il fenomeno è il risultato di un'interferenza (cioè, quando le onde sono sovrapposte, possono rinforzarsi o annullarsi a vicenda) ed è più pronunciato quando la lunghezza d'onda della radiazione è paragonabile alle dimensioni lineari dell'ostacolo.
Assorbimento e trasmissione: Quando la luce colpisce un oggetto, essa viene trasmessa (passa attraverso una sostanza), assorbita (convertita in energia termica) e / o riflessa (rimbalza, vedi sopra).
L'assorbimento selettivo, da parte di ogni sostanza (una gemma) di determinate lunghezze d'onda della radiazione luminosa, con la coincidente esclusione o trasmissione delle altre componenti cromatiche, causa la comparsa dei colori.
Questi sono i colori che vengono percepiti dagli occhi.
Per esempio il rubino appare rosso perché gli altri colori sono stati assorbiti dal cristallo di corindone a causa della presenza di cromo.
Il taglio e la forma delle pietre
Fenomeni quali il Cambio di Colore, l’Avventurescenza, il Gioco di Colori, la Labradorescenza, l’Iridescenza sono visibili con qualunque forma di sfaccettatura, mentre invece gli altri effetti particolari, per essere massimizzati, devono essere enfatizzati da un taglio particolare e molto antico conosciuto come Cabochon.
Il termine cabochon deriva dalla parola francese "caboche", che significa "testa" (da “caput” in latino, dal quale anche la parola “capo” in italiano) e si riferisce allo stile di taglio di una pietra preziosa.
Quando viene tagliata a “cabochon”, la gemma è modellata e levigata a forma di “cupoletta” (singola o doppia), anziché sfaccettata.
Questa forma di lavorazione è tipicamente utilizzata per pietre opache o di bassa trasparenza, di qualità inferiore, o morbide (con una durezza inferiore a 5 sulla scala Mohs), poiché i graffi minuti sono meno visibili su un cabochon che su una pietra sfaccettata.
Essa costituisce anche la scelta migliore quando si vogliono evidenziare effetti ottici quali il Gioco di Colori, l’Asterismo e il Gatteggiamento, inoltre viene normalmente preferita alla sfaccettatura anche in gemme che mostrino proprietà di Adularescenza, Labradorescenza, Avventurescenza e Gioco di Colori.
La decisione finale spetta comunque all'artista lapidario o alle preferenze del cliente.
Gli Effetti Fenomenali...in ordine alfabetico:
L'Adularescenza è causata da delle piccolissime inclusioni che riflettono e diffondono la luce, la quale crea un bagliore nebuloso appena sotto la superficie della pietra.
Nella pietra di luna, tale luce dà vita ad uno splendore lattiginoso bianco e a volte bluastro, che prende anche il nome di Shiller.
Questo fenomeno è innescato dalla presenza di due diversi tipi di feldspati (adularia e albite) che variano, all’interno della gemma, in spessore e regolarità.
L’adularia (appartenente ai tettosilicati, varietà ortoclasio) è il minerale da cui deriva il termine Adularescenza e deve il suo nome ad un antico sito minerario vicino al Monte Adular, in Svizzera,
L'Adularescenza appare in numerose altre pietre preziose, in particolare nell’opale comune, nel quarzo rosa e nell’agata.
Tuttavia, a causa delle inclusioni in queste altre pietre, l'effetto viene visualizzato in modo diverso.
Effetto Shiller: L'effetto Schiller (dalla medesima parola tedesca che significa “risplendere di molti colori”) è causato dall'interferenza dei vari fasci di luce riflessi su minuscole impurità - simili a dischi di rame o piccole particelle di ferro - e “costretta” a brillare all'interno della gemma.
Gemme: pietra di luna (conosciuta anche come hecatolite), che può essere di due tipi: comune (ortoclasio) o plagioclasio (a cristalli triclinici, talora iridescente); opale comune, quarzo rosa, labradorite, pietra del sole, e agata.
L'asterismo (dal greco astēr e Asterismos, “disporre in costellazioni”), noto anche come l’effetto "a stella", viene apprezzato comunemente in zaffiri e rubini stellati (per la presenza di particelle di rutilo), ma può essere presente in numerose altre gemme.
Questo fenomeno è causato nuvole di minuscole inclusioni parallele – chiamate aciculari- simili ad aghi (paralleli e disposti in gruppi con relazioni di angoli precisi, normalmente di 45°-60°) che riflettono la luce sulla superficie della pietra.
Queste pietre vengono tagliate "a cabochon" per mostrare questa qualità ottica. Possono esibire da quattro a dodici raggi, che si irradiano verso l'esterno da un punto centrale.
Esso è maggiormente distinguibile quanto la pietra viene illuminata da una sorgente di luce diretta, a fascio singolo, come una lampadina a incandescenza, una luce a fibre ottiche, una torcia, ma è anche ben visibile alla luce del sole.
Esistono due tipi di Asterismo, l’epiasterismo e il diasterismo.
L'epiasterismo è creato dal riflesso della luce diretta su inclusioni disposte parallelamente all'interno del cristallo.
Il diasterismo è invece creato dalla trasmissione della luce attraverso la pietra (cioe’ da dietro), vista principalmente nel quarzo rosa.
Per vedere questo effetto è essenziale uno sfondo luminoso.
Gemme: rubino, zaffiro, granato, spinello, diopside, quarzo (ametista ecc.), pietra di luna, pietra del sole. Più raramente nel topazio, berillo (smeraldo, acquamarina ecc. molto raro), tormalina ed anche nelle imitazioni in vetro.
Questo effetto di scintillio viene causato dalla luce riflessa su piccole inclusioni piatte all'interno di una pietra preziosa.
La pietra da cui questo effetto prende il nome è l’avventurina, una varietà di quarzo semitrasparente, ricca di inclusioni di mica (verde) che ne provocano il caratteristico aspetto.
Il nome, dall'italiano avventura, passato attraverso il termine francese aventurine, indicava la limatura di ottone o di rame che veniva fatta cadere nel vetro fuso, per creare degli oggetti particolari nei laboratori di Murano, un’isola di Venezia.
Gemme: pietra del sole, avventurina, ossidiana lucente
Il cambiamento di colore è un fenomeno tipicamente riscontrato nell’alessandrite (che prese il nome dallo zar russo Alessandro II, quando venne scoperta), il tipo di crisoberillo più conosciuto.
Questa caratteristica si manifesta come uno stretto equilibrio tra rosso e verde, dovuta dalla presenza di cromo.
La gemma esibisce l’uno o l’altro colore a seconda del tipo di luce da cui viene colpita: verde quando illuminata da quella (fluorescente) solare, ma rosso se vista sotto la luce incandescente, tipica delle vecchie lampadine.
A causa di questa peculiarità, questa pietra viene descritta, in maniera un po’ romantica, come "smeraldo di giorno, rubino di notte".
Anche se non famose come l’alessandrite, esistono diverse altre gemme che possiedono questa peculiarità.
Gemme: zaffiro, granato, alessandrite, spinello, diaspore o diaspora (csarite o zultanite), andesina, fluorite, imitazioni in vetro.
Simile all'asterismo, il Gatteggiamento è un altro tipo di fenomeno gemmologico.
Le pietre gatteggianti o ad "occhio di gatto" (dal francese "œil de chat", da cui anche il termine inglese chatoyant), mostrano una linea dritta di luce riflessa sulla loro superficie quando vengono tagliate a cabochon.
Il crisoberillo è forse la gemma più tipicamente associata a questo fenomeno, tuttavia, come per l'asterismo, esistono molte varietà di pietre preziose che possono esibirlo.
Anche in questo caso, l'effetto è causato da piccole inclusioni tubolari o aghiformi parallele.
Gemme: crisoberillo, apatite, tormalina, berillo (acquamarina, smeraldo ecc.), quarzo, occhio di tigre granato, scapolite, rubino (raro), zaffiro, pietra di luna, ossidiana, taaffeite (rara), kornerupina, diopside, sinhalite, sillimanite, phenakite, actinolite (giada), pietersite, imitazioni in vetro.
Il Gioco di Colori si riscontra esclusivamente nell’opale (sostantivo maschile o femminile) ed è, secondo l’Istituto Gemmologico Americano (GIA), l’effetto ottico più famoso al mondo.
Esso si riferisce ai lampi di colore, esibiti da queste gemme, che risultano dalla scomposizione della luce in distinti colori spettrali, tramite processi di diffrazione e interferenza.
I colori percepiti visivamente dipendono dalle dimensioni delle sfere di silice (comprese tra 1500 e 3500 angstrom - 1 angstrom equivale a 1 decimilionesimo di 1 millimetro) che si sono disposte, in strati ordinati, nel corso della formazione di questi minerali.
Le sfere più piccole producono colori dal blu al verde, mentre quelle più grandi si traducono in emissione di rosso.
Questa proprietà può verificarsi in molte delle diverse varietà di opali - nero, bianco e di fuoco - ciascuno denominato a seconda del colore di base della pietra.
Gli esemplari più rari e quindi più preziosi sono quelli che mostrano tutti i colori dell'arcobaleno, in particolare il rosso, contro un colore di base nero.
Gli opali possono, tuttavia, anche non mostrare alcun Gioco di Colore; in questo caso sono chiamati comuni.
L'opale è un minerale dalla composizione chimica simile a quella del quarzo (SiO2), ma è amorfo, cioè senza una struttura cristallina.
Al suo interno, piccole quantità di acqua (+ nH2O), sono intrappolate negli spazi tra le microscopiche sfere di silice.
Tale quantità di acqua può variare dal 3% al 21% (normalmente tra il 5 e il 6% in quelli australiani, variabile per quelli etiopi).
Gli opali venivano estratti in Europa già migliaia di anni fa, mentre le famose miniere australiane sono state aperte quasi due secoli or sono (nel 1849).
La scoperta di nuovi giacimenti in Etiopia, nel 2008, ha portato alla luce un nuovo tipo di opale chiamato idrofano, per la sua capacità di assorbire (o perdere) acqua e quella di passare da semitrasparente a traslucida o trasparente quando viene immerso in essa.
Gli opali etiopi vengono anche chiamati Welo e sono più porosi di quelli provenienti dalla terra dei canguri.
Gemme: opale prezioso
L'iridescenza (da iride, arcobaleno) anche nota come goniocromismo (dalle parole greche gonia- angolo e chroma colore), è un fenomeno per cui la superficie di un materiale mostra diversi colori al variare dell'angolo di visione.
Questa caratteristica ottica può essere facilmente notata per esempio nel collo di un piccione, nelle bolle di sapone, nelle ali di farfalla, nella madreperla ecc.
Questo effetto si verifica quando la luce passa attraverso un materiale o una pellicola sottile e trasparente che ha un RI (o indice di rifrazione, vedi sopra) diverso dal materiale circostante.
Talvolta questa qualità può anche essere attivata da processi di ossidazione, dal rivestimento di strati microscopici di metalli come oro, titanio o cobalto, o da piccole crepe, fessure e fenditure (all’interno delle gemme) che producono lo stesso scintillante gioco di colori.
Adularescenza, Labradorescenza, Oriente e Gioco di Colori sono tipi particolari di iridescenza.
Gemme: Agata iridescente, agata di fuoco, calcite, topazio, ammolite (conchiglia fossile dai colori sgargianti, da non confondere con l’ammonite), pietra di luna, pietre ricoperte artificialmente da un processo noto come Aqua Aura.
I lampi di colore su uno sfondo scuro rendono la labradorite (da Labrador, una regione del Canada), feldspato del gruppo plagioclasio, immediatamente riconoscibile.
I bagliori, tipicamente blu, verdi e dorati, sono talmente distintivi di questa gemma da aver dato il nome al fenomeno: labradorescenza.
Essa è dovuta all'alternanza di strati di due feldspati (Albite, al 50-70% e Anortite al 30-50%) con diverse composizioni chimiche.
Agli esemplari dai colori eccezionali viene spesso dato il nome di "spettrolite".
Gemme: labradorite
A causa della loro struttura, la perla e la madreperla spesso mostrano caratteristici riflessi multicolori.
Entrambi sono costituite da due materiali diversi: aragonite e conchiolina. Ognuno di essi ha un RI diverso.
L'iridescenza viene prodotta quando parte della luce che passa attraverso gli strati sottili di questi due materiali e si combina con raggi di luce riflessi.
Il termine specifico per indicare l'iridescenza della perla è Oriente.
Queste gemme organiche hanno in genere un colore di base, tipicamente bianco o crema e spesso una sfumatura secondaria rosa, blu, viola o verde.
Oriente è il termine descrittivo dato a una perla con un carattere iridescente o multicolore.
Gemme: perla, madreperla
Altri effetti ottici, normalmente non inclusi nella lista di quelli “fenomenali”.
La tenebrescenza (da tenebra, oscurità) è una proprietà incredibilmente rara ed è nota anche come foto-cromismo reversibile (funziona un po’ come le lenti fotocromatiche di certi occhiali).
Questo termine è utilizzato per denotare minerali o pietre preziose che cambiano colore se esposti alla luce solare (raggi UV, raggi X, raggi catodici o altre fonti di alta energia) ma torna lentamente al suo colore originale quando viene riportata in un ambiente buio.
Questo effetto può essere innescato indefinitamente, ma un trattamento termico lo può eliminare completamente.
Gemme: Diamante (raro), zircone, scapolite, hackmanite, spodumene e tugtupite
L'effetto Tyndall (dal nome del fisico britannico del XIX secolo, John Tyndall, che lo teorizzò) è la diffusione della luce causata da particelle molto fini in un materiale trasparente o stralucente.
I bei colori di molte pietre preziose e vetri opalescenti, lo scintillio delle stelle e la visibilità delle code delle comete sono altri esempi di tale proprietà.
Attraverso lo studio di questa caratteristica, chiamata in inglese “scattering of Willis-Tyndall”, si e’ scoperto come l'intensità della luce diffusa sia inversamente proporzionale alla quarta potenza della lunghezza d'onda.
In altre parole, ciò significa che la luce blu viene diffusa molto più fortemente di quella rossa.
Questa proprietà è caratteristica degli zaffiri del Kashmir (la miniera originale a 4327 m, venne esaurita nel 1887).
Si pensa che gli strati lattiginosi di queste gemme blu contengano particelle microscopiche e submicroscopiche, normalmente dissoluzioni di rutilo, che danno quella speciale apparenza vellutata così apprezzata nel mondo dei gioielli.
Gemme: Zaffiri del Kashmir
La fluorescenza nei minerali si verifica quando un campione viene illuminato con specifiche lunghezze d'onda della luce.
La luce ultravioletta (UV), i raggi X e i raggi catodici sono i caratteristici fasci luminosi che innescano questo genere di luminescenza (termine più generale).
Questi tipi di luce hanno la capacità di eccitare gli elettroni sensibili all'interno della struttura atomica di un minerale.
Gli elettroni eccitati saltano temporaneamente su un orbitale superiore (una zona più esterna dell’atomo) all'interno della struttura atomica del minerale.
Quando questi elettroni ricadono/ritornano nel loro orbitale originale, una piccola quantità di energia viene rilasciata sotto forma di luce.
Questo rilascio di luce è noto come fluorescenza.
Questo effetto si verifica di solito quando all'interno del minerale sono presenti impurità specifiche, note come "attivatori".
Gli attivatori sono tipicamente cationi di metalli come: tungsteno, molibdeno, piombo, boro, titanio, manganese, uranio e cromo.
Anche gli elementi delle terre rare come l'europio, il terbio, il disprosio e l'ittrio sono noti per contribuire al fenomeno della fluorescenza.
La fluorescenza può anche essere causata da difetti strutturali cristallini, impurità o particolari oligoelementi (come nei diamanti, per esempio).
La presenza di ferro invece, in alcune specifiche configurazioni atomiche, può inibire tale proprietà.
Gemme: la lista è molto lunga; qui di seguito ci sono solo alcune delle gemme che mostrano questa caratteristica: diamanti (circa un terzo del totale), opale, rubini (alcuni), spinelli, benitoite, topazio, sfalerite, kunzite, agata, hackmanite, willemite, wernerite, calcite, calcedonio, calcite, apatite, calcite, aragonite, fluorite, molte pietre sintetiche.
Nella fluorescenza, gli elettroni eccitati dai fotoni caricati da fonti di luce UV salgono a un livello di energia più elevato e vi rimangono per una minuscola frazione di secondo prima di tornare allo stato fondamentale ed emettere luce.
Nella fosforescenza, gli elettroni rimangono nello stato orbitale eccitato per un periodo di tempo maggiore prima di cadere.
I minerali fluorescenti smettono di brillare quando la sorgente luminosa è spenta, mentre quelli dotati di fosforescenza possono brillare per un breve periodo dopo che la sorgente di luce è stata spenta.
Gemme: diamanti (il Diamante Hope, ha fosforescenza rossa, per esempio), calcite, celestite, colemanite, fluorite, sfalerite e willemite.
I diamanti “camaleonte” (dal nome dell’animale che ha la capacità di camuffarsi con l’ambiente circostante) cambiano effettivamente colore.
Alcuni passano da un verde giallastro grigiastro a giallo verdastro grigiastro.
Questo cambiamento di colore può essere osservato mantenendo il diamante al buio, per almeno 24 ore, o riscaldandolo fino ad una temperatura compresa tra i 120 e i 150°C circa.
L'effetto camaleonte può essere visto in tutti e quattro i tipi di diamanti (Ia, Ib, IIa, IIb da leggersi come “uno A” ecc.), e che sia dovuta alla presenza di idrogeno nella struttura reticolare di alcuni diamanti.
Gemme: diamanti (raro)
Il pleocroismo (dal greco pléōn, "più’" e khrôma, "colore") è non è considerato tra gli effetti “fenomenali”, ma piuttosto una qualità di molte gemme normalmente in commercio.
Esso è presente quando una gemma mostra un colore differente se vista da direzioni diverse.
Esistono gemme che mostrano 3 colori (tricroiche) ed altre che ne mostrano solo 2 (dicroiche).
Diamanti, granati, fluorite e spinelli non hanno questa proprietà e sono definiti come isotropiche o singolarmente refrattive.
In queste pietre un raggio luminoso viene rifratto (rallentato e piegato) in maniera non dipendente dalla direzione in cui il raggio entra nella gemma.
Gemme dicroiche: Smeraldo, tormalina, ametista, rubini e zaffiri e molte altre.
Le pietre cosiddette fenomenali offrono delle peculiarità che forse meriterebbero maggiore visibilità nel mondo dei gioielli.
Articolo di: Dario Marchiori
Fonti: gemsociety.org, berganza.com, mochisgifts.com, gia.edu. britannica.com, gemstoneuniverse.com, geologyin.com, gem-a.com, esperimentanda.com, geology.com, ganoksin.com
