الکساندریت: گوهر تغییر رنگ

مقدمه

الکساندریت (Alexandrite) یکی از عجیب‌ترین و جذاب‌ترین سنگ‌های قیمتی در دنیای گوهرشناسی است، زیرا توانایی تغییر رنگ چشمگیر دارد: در نور روز سبز دیده می‌شود و در نور مصنوعی مانند لامپ یا شمع به رنگ قرمز یا ارغوانی درمی‌آید. Geosciences LibreTexts+3GIA+3Nature+3
این پدیده به «اثر الکساندریت» مشهور است. Wikipedia+2ResearchGate+2

در این مقاله، ابتدا ترکیب شیمیایی و ساختار بلوری آن بررسی می‌شود، سپس مکانیزم تغییر رنگ، منابع جغرافیایی، ویژگی‌های فیزیکی و روش‌های تعیین منشأ معرفی می‌شوند.

ترکیب شیمیایی و ساختار بلوری

• الکساندریت در واقع یک variety از کانی کریزوبریل (Chrysoberyl) است که فرمول عمومی آن BeAl₂O₄ است. GIA+4GIA+4Geosciences LibreTexts+4
• وجه تمایز الکساندریت نسبت به سایر کریزوبریل‌ها، جایگزینی یون کروم (Cr³⁺) به‌صورت ریزنگی (trace) در ساختار بلوری است که باعث ایجاد جذب انتخابی نور و در نتیجه تغییر رنگ می‌شود. Nature+4ResearchGate+4GIA+4
• بلورشناسی آن در سیستم اورترومبیک (Orthorhombic) است. Geoscience World+3Geosciences LibreTexts+3GIA+3

مکانیزم تغییر رنگ (اثر الکساندریت)

پدیده‌ای که الکساندریت را معروف کرده، تغییر رنگ آن تحت نورهای مختلف است — این تغییر به دلیل تعامل بین طیف نور منبع، جذب نوری سنگ و پاسخ چشمی انسان است. ResearchGate+2Nature+2

مکانیزم کلی به شرح زیر است:

1. جذب انتخابی طیف نور توسط یون کروم
   کروم در ساختار بلوری باعث جذب قدرتمند نور در محدوده سبز – زرد طیف نور می‌شود، در حالی که بخش‌هایی از طیف آبی-سبز و قرمز نفوذ یا عبور می‌کنند. ResearchGate+2Nature+2
2. تغییر نسبت نور سبز به قرمز تحت منابع نوری مختلف
   در نور روز (یا منابع مشابه D65)، بخش سبز تا آبی طیف غالب است و سنگ در ظاهر سبز دیده می‌شود. اما در نور گرم مثل لامپ تنگستن یا شمع که نسبت نور قرمز بیشتر است، بخش قرمز طیف برجسته‌تر شده و سنگ به رنگ قرمز یا ارغوانی درمی‌آید. ResearchGate+2Nature+2
3. مکانیسم سازگاری رنگی (Color constancy) در چشم انسان
   در مقاله «Explanation of the Colour Change in Alexandrites»، نویسندگان با استفاده از مدل von Kries نشان داده‌اند که سیستم بصری چشم انسان تلاش می‌کند رنگ سفید را تراز کند؛ ولی با تغییر منبع نور، نسبت تحریک سه نوع مخروط (cones) چشم به طرز چشم‌گیری در الکساندریت تغییر می‌کند و این باعث می‌شود که سیستم تطبیق رنگ انسان «تصحیح» انجام داده و رنگ متفاوتی را تشخیص دهد. ResearchGate

به‌طور خلاصه، ترکیب جذب نوری توسط کروم، ساختار نوری خاص سنگ و پاسخ چشم انسان در کنار هم «اثر الکساندریت» را ایجاد می‌کنند. ResearchGate+1

ویژگی‌های فیزیکی و اپتیکی

در ادامه، برخی ویژگی‌های مهم الکساندریت از دید فیزیکی و اپتیکی:

• سختی: تقریباً ۸٫۵ در مقیاس موس، که آن را به یکی از سخت‌ترین گوهرها تبدیل می‌کند. Geology Science+3GIA+3Geosciences LibreTexts+3
• شاخص شکست (Refractive Index): بین حدود ۱٫۷۴۶ تا ۱٫۷۵۵ برای گونه‌های استاندارد گزارش شده است. GIA
• چگالی ویژه (Specific Gravity): معمولاً در حدود ۳٫۵ تا ۳٫۷۴ گزارش شده است. GIA
• پلئوکروئیسم (Pleochroism): الکساندریت به دلیل ساختار کریستالی دارای پلئوکروئیسم است، یعنی از زوایای مختلف ممکن است رنگ متفاوتی نشان دهد. Geosciences LibreTexts+2GIA+2
• رخ شیشه‌ای (Luster): غالباً دارای درخشش شیشه‌ای است. GIA

منابع جغرافیایی و تعیین منشأ

الکساندریت در ابتدا در کوه‌های اورال روسیه کشف شد و آن‌جا شهرت بسیار یافت. Nature+3Geosciences LibreTexts+3GIA+3
اما اکنون منابع مهم دیگری نیز شناخته شده‌اند: مثل برزیل، سریلانکا، تایلند، تانزانیا، هند و ماداگاسکار. GIA+4GIA+4International Gem Society+4

در مقاله «Geographic Origin Determination of Alexandrite» که توسط GIA منتشر شده، روش‌های تعیین منشأ این گوهر مورد بررسی قرار گرفته است:

• استفاده از تحلیل عناصر کمیاب (trace element chemistry) با روش LA-ICP-MS (Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry) به منظور شناسایی الگوهای شیمیایی متمایز محل‌های مختلف. GIA+2ResearchGate+2
• بررسی رفتار تغییر رنگ در نورهای مختلف و نوع شمولات (Inclusions) به عنوان فاکتورهای کمکی در تعیین منشأ. GIA
• طبق نتایج تحقیق، الکساندریت‌های روسیه و برزیل معمولاً ارزش بیشتری دارند و الگوهای شیمیایی آن‌ها قابل تمییز هستند. GIA+2ResearchGate+2

کاربردهای علمی و پژوهشی

الکساندریت علاوه بر کاربرد در جواهرسازی، در حوزه‌های علمی نیز جذابیت دارد:

• مطالعه طیف‌سنجی و جذب نوری برای درک بهتر مکانیسم اثر الکساندریت و ارتباط آن با چشمان انسان. (مثال بالا در مقاله «Explanation of the Colour Change in Alexandrites») ResearchGate+1
• بررسی حساسیت تابش تحریک شده (Stimulated luminescence) برای کاربردهای پرتوشناسی: اخیراً مقاله‌ای منتشر شده که نشان می‌دهد الکساندریت طبیعی حساسیت به تابش پرتو ایکس و تابش تحریک‌شده (TL و OSL) دارد؛ این پدیده ممکن است برای کاربردهای پرتویی مفید باشد. ScienceDirect
• کاربرد در لیزر: سنگ الکساندریت در ساخت لیزرهای خاص به کار رفته است (لیزر الکساندریت). arXiv

نتیجه‌گیری و پیشنهادات پژوهشی

الکساندریت، به‌عنوان یک سنگ نادر و منحصر به فرد، ترکیبی از شیمی، فیزیک، اپتیک و هنر را در خود دارد.
با وجود مطالعات متعدد، هنوز زمینه‌های پژوهشی جالبی باقی مانده‌اند:

• مطالعه جزئی‌تر مکانیسم پاسخ چشم انسان و مدل‌های بصری مختلف
• گسترش بانک داده‌های شیمیایی الکساندریت از منابع کمتر شناخته‌شده
• بررسی کاربردهای پرتویی آن در سنجش تابش یا لیزر
• توسعه روش‌های تشخیص بهتر بین نمونه‌های طبیعی و مصنوعی