اسفین (Titanite / Sphene)

مقدمه

اسفین، که در ادبیات علمی گاهی با نام Titanite نیز شناخته می‌شود، یک کانی نسبتا رایج در سنگ‌های آذرین، دگرگونی و هیدروترمال است، اما نمونه‌های با کیفیت جواهرات (gem-grade) در آن به ندرت یافت می‌شود.
در تحقیقات اخیر، نمونه‌هایی از اسفین جواهری منطقه مرکزی اتلس مراکش بررسی شده‌اند تا ویژگی‌های گوهرشناسی، ترکیب شیمیایی و سن دیرینه‌سنجی آن‌ها تعیین شود. 

ساختار کانی‌شناسی و ترکیب شیمیایی

• فرمول شیمیایی اصلی اسفین به صورت CaTiSiO₅ است. 
• اسفین در سیستم بلوری مونوکلینیک (Monoclinic) قرار دارد و از گروه «نسوسلیکات» (nesosilicate) است، یعنی واحدهای SiO₄ جداگانه هستند و به یکدیگر زنجیره‌ای متصل نیستند. 
• در ساختار اسفین، یون کلسیم (Ca²⁺) در یک سایت بزرگ جای دارد و یون تیتانیوم (Ti⁴⁺) در فضاهای هشت‌وجهی (octahedral) قرار می‌گیرد. 
• سایت‌های اکسیژن (O) نیز ممکن است به صورت جزئی توسط یون‌های F⁻ یا OH⁻ جایگزین شوند، یعنی O ↔ (F, OH) در ساختار اسفین رخ می‌دهد. 
• در بسیاری از نمونه‌ها، عناصر فرعی و عناصر کمیاب مانند آلومینیوم (Al)، آهن (Fe³⁺)، وانادیم (V)، نئودیوم، دیگر لانتانیدها (REE) و حتی اورانیوم و توریم نیز ممکن است داخل ساختار کانی وارد شوند. 
• این جانشینی‌های یونی (Substitutions) باعث تغییراتی در خواص اپتیکی، رنگ و پایداری ساختار بلور می‌شوند. 

ویژگی‌های فیزیکی و اپتیکی

• سختی اسفین در مقیاس موس حدود ۵ تا ۵٫۵ گزارش شده است، که آن را نسبت به بسیاری از گوهرهای رایج نرم‌تر می‌کند. 
• چگالی ویژه (Specific Gravity) برای نمونه‌های جواهری گزارش شده در مطالعات مراکشی در حدود ۳٫۵۲ تا ۳٫۵۴ است. 
• شاخص شکست نور (Refractive Index) در بسیاری از نمونه‌های جواهری بالاتر از حد قابل اندازه‌گیری با رفرکتومتر معمولی گزارش شده است (بیشتر از ~۱٫۷۸) 
• اسفین دارای دوشکستی (birefringence) قوی است که باعث ایجاد اختلاف شکست نور در جهات بلوری مختلف می‌شود. 
• یکی از مشخصه‌های چشمگیر اسفین، پراکنش نوری (dispersion) بسیار بالا است؛ در واقع، پراکنش آن از الماس نیز بیشتر خوانده شده است. این ویژگی در درخشندگی رنگیِ نور سفید به رنگ‌های زیبا و چشم‌گیر مؤثر است. 
• اسفین می‌تواند دارای چندرنگی (pleochroism / trichroism) باشد؛ یعنی در زوایای مختلف، رنگ متفاوتی از خود نشان دهد. مثلاً از بی‌رنگ به زرد-سبز تا نارنجی در جهات مختلف بلور دیده می‌شود. 
• برخی نمونه‌ها دچار «آمورفیزاسیون رادیواکتیو» (metamictization) شده‌اند، به دلیل حضور عناصر پرتوزا مانند توریم یا اورانیوم در ساختار. در چنین مواردی، ساختار بلوری آسیب می‌بیند و خصوصیات اپتیکی کاهش می‌یابد. 

مطالعات موردی: اسفین جواهری مراکش

مطالعه‌ای جدید بر دو نمونه اسفین جواهری (نام‌گذاری شده MA-1 و MA-2) از منطقه High Atlas مراکش انجام شده است که به بررسی دقیق گوهرشناسی، طیف‌سنجی، ترکیب شیمیایی و سن دیرینه‌سنجی آن پرداخته است. 

ویژگی‌های گوهرشناسی:

• هر دو نمونه زرد رنگ، شفاف تا نیمه شفاف و با جلای روغنی گزارش شده‌اند. 
• واکنش فلورسانس (تحت اشعه فرابنفش) برای این نمونه‌ها “بی‌اثر” (inert) بوده است. 
• در برخی موارد، رفرکتومتر قادر به اندازه‌گیری شاخص شکست آن‌ها نبود، چون ارزش آن خارج از بازه معمول رفرکتومترهای استاندارد بوده است (> ~1.78).

ترکیب شیمیایی و عناصر ردیابی:

• آنالیز عناصر اصلی با استفاده از روش SEM-EDS انجام شد. در نمونه‌ها مقادیر قابل توجهی از Al، Fe، V به عنوان جانشین Ti دیده شدند که باعث همبستگی منفی بین Ti و (Al + Fe + V) است؛ یعنی افزایش Ti با کاهش این عناصر همراه است. 
• آنالیز عناصر کمیاب از طریق روش LA-ICP-MS نشان داد که مجموع عناصر نادر خاکی (REE) در نمونه‌ها بین حدود ۸۰۲ تا ۴۰۸۸ ppm است.
• نمونه‌ها دارای آنومالی‌های مثبت در Eu و Ce هستند که به معنای غنابخشی غیرمعمول این عناصر است، و نشان‌دهنده شرایط تشکیل خاص (مثلاً محیط هیدروترمال با اکسیژن کم) هستند. 
• مقادیر U و Th نیز اندازه‌گیری شد؛ با استفاده از نسبت‌ها و داده‌های Pb، سن دیرینه‌سنجی U–Pb تعیین گردید. 

دیرینه‌سنجی:

• تحلیل‌های U–Pb با استفاده از روش LA-ICP-MS انجام شد و روی نمودار Tera–Wasserburg نقاطی برای هر نمونه تعیین شد.
• سن خروجی برای نمونه MA-1 حدود ۱۵۲٫۳ ± ۲٫۰ میلیون سال و برای MA-2 حدود ۱۵۰٫۷ ± ۳٫۲ میلیون سال گزارش شده است. این مقادیر با سن برون‌زدهای آتشفشانی منطقه همخوانی دارند. 
• نتایج نشان می‌دهد که هر دو نمونه در دوره ژوراسیک دیرینه تشکیل شده‌اند. 

کاربردها، محدودیت‌ها و اهمیت در گوهرشناسی

• به‌دلیل پراکندگی نوری بسیار زیاد اسفین، در نمونه‌های شفاف و با تراش مناسب، جلوه‌ای از رنگین‌کمانی (fire) قابل توجه ایجاد می‌شود که آن را از بسیاری از گوهرها متمایز می‌کند. 
• اما به دلیل محدودیت سختی نسبی (۵–۵٫۵)، اسفین به‌راحتی خراشیده می‌شود؛ بنابراین استفاده در جواهرات بزرگ و پر مصرف دشوار است و معمولاً در جواهرات ظریف یا به صورت نگین مرکزی محافظت‌شده کاربرد دارد. 
• در گوهرشناسی، تشخیص اسفین از سنگ‌های مشابه بر اساس شاخص شکست بالا، دوشکستی قوی، پراکنش، چندرنگی و بررسی نقص‌های داخلی (inclusions) انجام می‌شود.  
• اسفین به دلیل حضور اورانیوم و توریم در ساختارش، در دیرینه‌سنجی (خصوصاً روش U–Pb) به‌عنوان یک ژئوکورنومتر (geochronometer) مفید به شمار می‌آید.