Люминесценция (холодное свечение под действием облучения) — один из важных признаков вещества. Сущность люминесценции состоит в том, что многие минералы, поставленные на пути рентгеновских, катодных или ультрафиолетовых лучей, сами начинают излучать свет. У различных минералов люминесценция разная как по силе, так и по цвету. Известно также, что химически чистые вещества обычно не дают свечения. Необходимы примеси других веществ в минерале в количестве от тысячных долей процента до нескольких процентов, чтобы вызвать его свечение. Поэтому в зависимости от примесей один и тот же минерал в различных месторождениях светится разным светом.
Исследование люминесценции жемчуга ведется давно. Особый интерес к ней проявился в связи с необходимостью отличать выращенную жемчужину от природной, окрашенную (почерненную) — от искусственно выращенной. Оказалось, что под влиянием рентгеновского излучения выращенные жемчужины флюоресцируют сильнее, чем природные. Особенно сильно флюоресцирует перламутровое ядро выращенных жемчужин. Английский исследователь Б. Андерсон [1983] объясняет это тем, что ядро почти всегда изготовляется из перламутра пресноводной раковины и потому обычно содержит небольшую примесь солей марганца. При облучении рентгеновскими лучами ядро дает зеленую люминесценцию и, если оболочка не слишком толстая, передает свечение всей жемчужине. После прекращения действия рентгеновских лучей у выращенного жемчуга наблюдается непродолжительная фосфоресценция. Наиболее интенсивно люминесцирует в рентгеновских лучах, как отмечает Андерсон, культивированный пресноводный жемчуг, выращенный в Японии на озере Бива (бива — жемчуг).
Японские исследователи Г. Коматсу и Ш. Акаматсу установили, что окрашенный (почерненный) жемчуг в ультрафиолетовых лучах не флюоресцирует, тогда как выращенные жемчужины в этих же лучах отчетливо флюоресцируют в желто-красных тонах.
Пресноводный жемчуг люминесцирует примерно так же, как и выращенный. Детальное исследование люминесценции пресноводного жемчуга из водоемов Северо-Запада СССР провел Кораго. Он установил, что спектр люминесценции пресноводного жемчуга имеет широкую полоску, охватывающую весь видимый диапазон спектра от 360 до 700 нм. Максимум спектра зависит от характера жемчужины. Так, в белых (ювелирных) и серых жемчужинах он находится в области 485—495 нм, в коричневых — в области 525 нм. Спектр люминесценции японского культивированного жемчуга близок к спектру отечественного пресноводного жемчуга, но отличается большей интенсивностью.
Результаты проведенных исследований позволили Кораго заключить, что люминесценция жемчуга обусловлена только органическим веществом, различающимся по составу в призматических и пластинчатых слоях. Интенсивность люминесценции зависит от величины исследованной жемчужины — поверхности ее свечения и толщины прокладок органического вещества, разделяющих кристаллы и слои арагонита. Чем тоньше эти прокладки, тем меньше препятствий встретят ультрафиолетовые лучи при своем прохождении в глубь жемчужины и тем глубже проникнут в нее, вызывая люминесценцию встреченных на своем пути слойков органического вещества. В жемчужинах со значительными прокладками этого вещества интенсивность люминесценции небольшая. В коричневых жемчужинах люминесцируют лишь поверхностные слои. Морской жемчуг люминесцирует в ультрафиолетовых лучах голубоватым, белым, зеленоватым цветом.
Рентгеновское исследование. Рентгеновское изучение современного пресноводного и морского жемчуга подтвердило, что преобладает в нем арагонит. На всех дифрактограммах четко выявляются интенсивные рефлексы (3,36-3,38; 3,26-3,28; 2,71-2,72; 2,67-2,68; 2,46-2,47; 2,36; 2,31-2,33; 2,09-2,10; 1,965-1,967; 1,868-1,873; 1,805-1,806, 1,735-1,738; 1,717-1,720 Å), присущие этому минералу. Отличие дифракционной картины жемчуга от таковой синтетического арагонита заключается в присутствии на ней дополнительных рефлексов (3,54-3,55; 2,05; 1,847; 1,627-1,637; 1,610-1,614 Å), фиксирующих в составе жемчуга наличие каких-то других соединений.
Арагонитовый состав имеют также жемчужины 200- и 300-летней давности. Процессы выветривания, приведшие к изменению некоторых участков жемчуга до порошковатого состояния, не повлияли на их минеральный состав.
Результаты рентгеновского исследования речного жемчуга из золотого браслета (I в. до н. э.—I в. н.э.), найденного в районе Симферополя, иные. Оказалось, что речной жемчуг 20-вековой давности представлен в основном кальцитом с весьма небольшим количеством арагонита. Межплоскостные расстояния морского жемчуга из мидии, выловленной в Феодосийской бухте, свидетельствуют, что он сложен арагонитом. Согласно проведенному Шнюковым и Деменко [1983] рентгеновскому исследованию черноморского жемчуга, он состоит из арагонита с небольшой примесью глинистого вещества монтмориллонитового состава. В перламутровом слое раковин обнаружена примесь кальцита; в наружном слое раковин кальцит преобладает.
Образование и рост жемчуга
Рождение жемчужины — явление уникальное независимо от того, происходит ли оно естественным путем или при участии человека. Возникновение жемчуга сходно с процессом образования раковины. Поэтому рассмотрению условий образования жемчуга следует предпослать краткое ознакомление с особенностями строения раковины. Существует специальный раздел зоологии — конхиология, изучающая строение раковин современных и ископаемых моллюсков. Еще в 50-х годах прошлого века большую монографию о моллюсках написал немецкий зоолог Т. Геслинг, изучивший биологию пресноводной жемчужницы. Детальное строение раковины рассмотрено в работах советских зоологов Н. А. Чельцова, С. В. Попова и др.
Моллюски строят свои дома-раковины с помощью мантии — складки мышечной ткани, покрывающей спину и бока животного. Мантия насыщена множеством пор. Это открытые концы трубочек, через которые моллюск выделяет частицы известкового вещества. Оно откладывается слой за слоем и быстро затвердевает. На эту хрупкую покрышку накладывается вторая, потом третья, и в конечном итоге возводится все здание раковины — персональная ее броня.
Раковины современных моллюсков характеризуются яркой и многоцветной окраской, сложными формами и значительной прочностью. Как говорили древние, «раковины объединяют в себе твердость стекла и нежность розы». К. Г. Паустовский сравнивал раковину моллюска с окаменевшей пеной нежнейшего розового цвета. Многим из них человек присвоил имена: «Слава моря», «Слава Индии», «Фарфор утренней зари», «Гребень Венеры», «Кубок Нептуна», «Шлем императора», «Архимедова спираль» и др. Некоторые из этих удивительных раковин описаны в прекрасно иллюстрированной книге «О чем поют ракушки». Ее автор — калининградский ученый Р. Н. Буруковский собрал более 8,5 тыс. почти не повторяющих друг друга раковин.
При рассмотрении в микроскоп видно, что раковины моллюсков состоят из трех слоев: внешнего органического (периостракума), среднего призматического и внутреннего пластинчатого (перламутрового). Все слои формируются мантией — особой складкой кожи, прилегающей к внутренней стороне раковины. Процесс образования их происходит непрерывно, одновременно с ростом моллюска. Органический слой сложен рогоподобным конхиолином коричневого или черного цвета. Мощность слоя 0,1—0,2 мм.
Призматический слой состоит из призматических кристаллов арагонита, разделенных пленками органического вещества и вытянутых перпендикулярно поверхности створки. Кристаллы распространены на всю мощность призматического слоя, у наружного края они мельче, чем на глубине. Длина их достигает 1 мм, толщина — 0,01— 0,02 мм. Призмы имеют пяти- или шестиугольное сечение, по длине разделены прослойками органического вещества шириной 1—5 мкм. В раковинах двустворок каждая большая призма (первого порядка) состоит из мелких призм (второго порядка). Призмы первого порядка расположены горизонтально, а призмы второго порядка расходятся от середины призм первого порядка к их краям. Призмы имеют квадратное и округлое (или многоугольное) сечения диаметром 1—5 мкм. Они разделены пленками органического вещества толщиной около 0,2 мкм. Состав призм кальцитовый или арагонитовый.
Разрез через раковину и мантию речной раковины (а — е) с тремя стадиями (1—3) развития жемчужины (по: [Strunz, Wachsen, 1978])
а — периостракум; б — призматический слой; в — перламутровый слой; г — внешняя сторона мантии; д — внутренняя сторона мантии; е — связывающая ткань мантии, в которой образуется жемчужина
Пластинчатый слой покрывает внутреннюю поверхность раковины. Он состоит из пластинчатых кристаллов арагонита, ориентированных параллельно внутренней поверхности раковины. Кристаллы имеют гексагональный, квадратный или ромбический облик, примерно равную толщину (0,3—0,5 мкм), величину от 3 до 30 мкм. Они одинаково удалены друг от друга и склеены органическим веществом толщиной до микрона и менее. Органический компонент перламутра состоит из параллельных листочков, связанных неправильными поперечными листочками.
