Fluorescerende mineraler og klipper: De gløder under UV-lys!

Indhold

• Hvad er et fluorescerende mineral?
• Fluorescens mere detaljeret
• Hvor mange mineraler fluorescerer i UV-lys?
• Fluorit: Den originale "fluorescerende mineral"
• Fluorescerende geoder?
• Lamper til visning af fluorescerende mineraler
• Andre luminescensegenskaber

Fluorescerende mineraler: En af de mest spektakulære museumsudstillinger er et mørkt rum fyldt med fluorescerende klipper og mineraler, der er oplyst med ultraviolet lys. De lyser med et fantastisk udvalg af livlige farver - i skarp kontrast til klippernes farve under normale lysforhold. Det ultraviolette lys aktiverer disse mineraler og får dem til midlertidigt at udsende synligt lys i forskellige farver. Denne lysemission er kendt som "fluorescens." Det vidunderlige fotografi ovenfor viser en samling af fluorescerende mineraler. Det blev oprettet af Dr. Hannes Grobe og er en del af Wikimedia Commons-samlingen. Billedet bruges her under en Creative Commons-licens.

Fluorescerende mineralnøgle: Denne skitse er en nøgle til de fluorescerende sten og mineraler i det store farvebillede øverst på denne side. De fluorescerende mineraler i hver prøve er: 1. Cerussite, Barite - Marokko; 2. Scapolite - Canada; 3. Hardystonit (blå), Calcite (rød), Willemite (grøn) - New Jersey; 4. Dolomit - Sverige; 5. Adamit - Mexico; 6. Scheelite - ukendt lokalitet; 7. Agat - Utah; 8. Tremolite - New York; 9. Willemite - New Jersey; 10. Dolomit - Sverige; 11. Fluorit, Calcite - Schweiz; 12. Calcite - Rumænien; 13. Rhyolit - ukendt lokalitet; 14. Dolomit - Sverige; 15. Willemite (grøn), Calcite (rød), Franklinite, Rhodonite - New Jersey; 16. Eukryptit - Zimbabwe; 17. Calcite - Tyskland; 18. Calcite i en septisk knude - Utah; 19. Fluorit - England; 20. Calcite - Sverige; 21. Calcite, Dolomit - Sardinien; 22. Dryppesten - Tyrkiet; 23. Scheelite - ukendt lokalitet; 24. Aragonit - Sicilien; 25. Benitoite - Californien; 26. Quartz Geode - Tyskland; 27. Dolomit, Iron Ore - Sverige; 28. Ukendt; 29. Syntetisk korund; 30. Powellite - Indien; 31. Hyalite (opal) - Ungarn; 32. Vlasovite i Eudyalite - Canada; 33. Spar Calcite - Mexico; 34. Manganocalcite? - Sverige; 35. Clinohydrite, Hardystonite, Willemite, Calcite - New Jersey; 36. Calcite - Schweiz; 37. Apatite, Diopside - USA; 38. Dolostone - Sverige; 39. Fluorit - England; 40. Manganocalcite - Peru; 41. Hemimorphite med Sphalerite i gangue - Tyskland; 42. Ukendt; 43. Ukendt; 44. Ukendt; 45. Dolomit - Sverige; 46. ​​Chalcedony - ukendt lokalitet; 47 Willemite, Calcite - New Jersey. Dette billede er produceret af Dr. Hannes Grobe og er en del af Wikimedia Commons-samlingen. Det bruges her under en Creative Commons-licens.

Hvad er et fluorescerende mineral?

Alle mineraler har evnen til at reflektere lys. Det er det, der gør dem synlige for det menneskelige øje. Nogle mineraler har en interessant fysisk egenskab kaldet "fluorescens." Disse mineraler har evnen til midlertidigt at absorbere en lille mængde lys og et øjeblik senere frigive en lille mængde lys med en anden bølgelængde. Denne ændring i bølgelængde medfører en midlertidig farveændring af mineralet i en menneskelig observatørs øje.

Farveændringen på fluorescerende mineraler er mest spektakulær, når de er oplyst i mørke af ultraviolet lys (som ikke er synligt for mennesker), og de frigiver synligt lys. Fotografiet ovenfor er et eksempel på dette fænomen.

Sådan fungerer fluorescens: Diagram, der viser, hvordan fotoner og elektroner interagerer for at producere fluorescensfænomenet.

Fluorescens mere detaljeret

Fluorescens i mineraler forekommer, når en prøve er oplyst med specifikke bølgelængder af lys. Ultraviolet (UV) lys, røntgenstråler og katodestråler er de typiske lystyper, der udløser fluorescens. Disse typer lys har evnen til at begejse modtagelige elektroner inden for mineralens atomstruktur. Disse ophidsede elektroner springer midlertidigt op til en højere orbital inden for atomernes struktur. Når disse elektroner falder tilbage til deres oprindelige orbital, frigives en lille mængde energi i form af lys. Denne frigivelse af lys er kendt som fluorescens.

Bølgelængden af ​​lys frigivet fra et fluorescerende mineral er ofte tydeligt forskellig fra bølgelængden af ​​det indfaldende lys. Dette giver en synlig ændring i mineralets farve. Denne "glød" fortsætter, så længe mineralet er oplyst med lys med den rette bølgelængde.

Hvor mange mineraler fluorescerer i UV-lys?

De fleste mineraler har ikke en mærkbar fluorescens. Kun ca. 15% af mineraler har en fluorescens, der er synlig for mennesker, og nogle eksemplarer af disse mineraler vil ikke fluorescere. Fluorescens forekommer normalt, når specifikke urenheder kendt som "aktivatorer" er til stede i mineralet. Disse aktivatorer er typisk kationer af metaller, såsom: wolfram, molybdæn, bly, bor, titan, mangan, uran og krom. Sjældne jordelementer som europium, terbium, dysprosium og yttrium er også kendt for at bidrage til fluorescensfænomenet. Fluorescens kan også være forårsaget af krystalkonstruktionsdefekter eller organiske urenheder.

Ud over "aktivator" urenheder har nogle urenheder en dæmpende virkning på fluorescens. Hvis jern eller kobber er til stede som urenheder, kan de reducere eller eliminere fluorescens. Hvis aktivatormineralet endvidere er til stede i store mængder, kan det reducere fluorescenseffekten.

De fleste mineraler lysstofrør en enkelt farve. Andre mineraler har flere farver af fluorescens. Calcite har været kendt for at fluorescere rød, blå, hvid, lyserød, grøn og orange. Nogle mineraler er kendt for at udvise flere farver af fluorescens i en enkelt prøve. Disse kan være båndede mineraler, der udviser flere vækststadier fra moderopløsninger med skiftende kompositioner. Mange mineraler fluorescerer en farve under UV-lys med kort bølge og en anden farve under UV-lys i lang bølge.

Fluorite: Tommel-polerede prøver af fluorit i normalt lys (øverst) og under kortbølget ultraviolet lys (bund). Fluorescensen ser ud til at være relateret til mineralernes farve og båndstruktur i almindeligt lys, hvilket kan være relateret til deres kemiske sammensætning.

Fluorit: Den originale "fluorescerende mineral"

En af de første mennesker, der observerede fluorescens i mineraler, var George Gabriel Stokes i 1852. Han bemærkede fluoritens evne til at producere en blå glød, når den blev oplyst med usynligt lys "ud over den violette ende af spektret." Han kaldte dette fænomen "fluorescens" efter mineralet fluorit. Navnet har fået bred accept inden for mineralogi, gemologi, biologi, optik, kommerciel belysning og mange andre områder.

Mange eksempler på fluorit har en stærk nok fluorescens til, at observatøren kan tage dem uden for, holde dem i sollys, derefter flytte dem i skygge og se en farveændring. Kun nogle få mineraler har dette niveau af fluorescens. Fluorit lyser typisk en blå-violet farve under kortbølger og langbølgelys. Nogle eksemplarer er kendt for at gløde en creme eller hvid farve. Mange prøver fluorescerer ikke. Fluorescens i fluorit menes at være forårsaget af tilstedeværelsen af ​​yttrium, europium, samarium eller organisk materiale som aktivatorer.

Fluorescerende Dugway Geode: Mange Dugway-geoder indeholder fluorescerende mineraler og producerer et spektakulært display under UV-lys! Prøve og fotos af SpiritRock Shop.

Fluorescerende geoder?

Du kan blive overrasket over at høre, at nogle mennesker har fundet geoder med fluorescerende mineraler inde. Nogle af Dugway-geoderne, der findes nær samfundet i Dugway, Utah, er foret med chalcedony, der producerer en kalkgrøn fluorescens forårsaget af spormængder af uran.

Dugway geodes er fantastiske af en anden grund. De dannede sig for flere millioner år siden i gaslommerne i en rhyolittseng. Derefter blev de for omkring 20.000 år siden eroderet af bølgeforhandlinger langs kysten af ​​en islys sø og transporteret adskillige mil til hvor de endelig hvilede i søsedimenter. I dag graver folk dem op og tilføjer dem til geode- og fluorescerende mineralsamlinger.

UV-lamper: Tre ultraviolette lamper i hobbyklasse, der bruges til fluorescerende mineralvisning. Øverst til venstre er en lille "lommelygte" -lampe, der producerer langbølget UV-lys og er lille nok til let at passe i en lomme. Øverst til højre er en lille bærbar kortbølgelampe. Lampen i bunden producerer både langbølgelys og kortbølgelys. De to vinduer er tykke glasfiltre, der eliminerer synligt lys. Den større lampe er stærk nok til at tage i fotografering. UV-blokerende briller eller beskyttelsesbriller skal altid bæres, når du arbejder med en UV-lampe.

Lamper til visning af fluorescerende mineraler

Lamperne, der bruges til at lokalisere og studere fluorescerende mineraler, er meget forskellige fra de ultraviolette lamper (kaldet "sorte lys"), der sælges i nyhedsforretninger. De nye butikslamper er ikke egnede til mineralundersøgelser af to grunde: 1) de udsender langbølget ultraviolet lys (de fleste fluorescerende mineraler reagerer på kortbølger ultraviolet); og 2) de udsender en betydelig mængde synligt lys, der griber ind i nøjagtig observation, men ikke er et problem til nyhedsbrug.

Lamper af videnskabelig kvalitet produceres i en række forskellige bølgelængder. Ovenstående tabel viser de bølgelængdeområder, der oftest bruges til fluorescerende mineralundersøgelser og deres almindelige forkortelser.

To fremragende introduktionsbøger om fluorescerende mineraler er: Samle fluorescerende mineraler og The World of Fluorescent Minerals, begge af Stuart Schneider. Disse bøger er skrevet på let at forstå sprog, og hver af dem har en fantastisk samling farvefotografier, der viser fluorescerende mineraler under normalt lys og forskellige bølgelængder af ultraviolet lys. De er gode til at lære om fluorescerende mineraler og fungerer som værdifulde opslagsbøger.

Andre luminescensegenskaber

Fluorescens er en af ​​flere luminescensegenskaber, som et mineral kan udvise. Andre luminescensegenskaber inkluderer:

morild

I fluorescens springer elektroner, der er ophidset af indkommende fotoner, op til et højere energiniveau og forbliver der i en lille brøkdel af et sekund, før de falder tilbage til jordtilstanden og udsender lysstofrør. Ved phosphorescens forbliver elektronerne i eksiteret tilstand i kredsløb i en større mængde tid, før de falder. Mineraler med fluorescens holder op med at glødes, når lyskilden er slukket. Mineraler med phosphorescens kan gløde i en kort tid, efter at lyskilden er slukket. Mineraler, der undertiden er phosphorescerende, inkluderer kalcit, celestit, colemanit, fluorit, sphalerit og willemite.

termoluminiscensdatering

Termoluminescens er et minerals evne til at udsende en lille mængde lys efter opvarmning. Denne opvarmning kan være til temperaturer så lave som 50 til 200 grader celsius - meget lavere end glødetemperaturen. Apatit, kalsit, klorofan, fluorit, lepidolit, scapolit og nogle feltspat er lejlighedsvis termoluminescerende.

TRIBOLUMINESCENCE

Nogle mineraler udsender lys, når mekanisk energi tilføres dem. Disse mineraler lyser, når de bliver ramt, knust, ridset eller ødelagt. Dette lys er et resultat af, at der brydes bindinger i mineralstrukturen. Mængden af ​​udsendt lys er meget lille, og omhyggelig observation i mørke kræves ofte. Mineraler, der undertiden viser triboluminescens, inkluderer amblygonit, kalsit, fluorit, lepidolit, pectolit, kvarts, sphalerit og nogle feltspat.