Quầng ứng suất là vùng vết nứt nhỏ hoặc vùng mạng tinh thể bị căng quanh một bao thể, hình thành khi bao thể và đá chủ giãn nở hoặc co lại khác nhau, hoặc khi bao thể tự phồng lên theo thời gian. Nhìn dưới kính hiển vi, chúng hiện như vòng hào quang hay đĩa sáng bao quanh tinh thể hoặc giọt lỏng. Có loại hình thành tự nhiên, có loại gợi ý đá đã qua nhiệt độ cao.
Đây là một trong những bao thể khó đọc nhất, vì cùng một hình dạng có thể đến từ hai câu chuyện khác nhau. Bài giải thích cơ chế vật lý đằng sau, các kiểu quầng hay gặp, những đặc điểm giúp người giám định nghiêng về tự nhiên hay về xử lý nhiệt, và vì sao không bao giờ nên kết luận từ một quầng duy nhất.
Cơ chế: hai vật liệu dính nhau mà giãn nở khác nhau
Thử hình dung một hạt sỏi bị đúc chặt trong khối thuỷ tinh. Khi khối nóng lên, nếu hạt sỏi nở ra nhiều hơn thuỷ tinh, nó ép vào thuỷ tinh chung quanh; nếu áp lực vượt sức chịu, thuỷ tinh nứt thành những vết toả ra từ hạt sỏi. Trong viên đá quý cũng vậy: tinh thể bị nhốt và đá chủ có hệ số giãn nở khác nhau, và một thay đổi lớn về nhiệt độ hoặc áp suất có thể làm nứt đá quanh bao thể.
Có ba nguồn ứng suất chính. Thứ nhất là thay đổi nhiệt độ, như khi đá bị nung trong xử lý. Thứ hai là thay đổi áp suất, như khi đá được đưa từ sâu trong lòng đất lên gần mặt đất, áp suất bên ngoài giảm, bao thể có xu hướng phồng ra. Thứ ba là bao thể tự thay đổi thể tích theo thời gian, điển hình là zircon chứa nguyên tố phóng xạ bị phá huỷ dần mạng tinh thể và phồng lên.
Không phải lúc nào ứng suất cũng làm nứt. Nếu chưa đủ lớn, nó chỉ làm mạng tinh thể quanh bao thể bị căng. Vùng căng này không thấy được bằng mắt thường hay trường tối, nhưng hiện ra khi soi giữa hai kính phân cực dưới dạng vùng sáng có màu giao thoa, đôi khi hình chữ thập hay cánh bướm quanh bao thể.
Các kiểu quầng hay gặp và cách đọc
Bảng tóm tắt các kiểu được mô tả nhiều trong tài liệu ngọc học. Nghiêng về hướng nào chỉ là xu hướng; kết luận cần thêm bằng chứng.
| Kiểu quầng | Trông như thế nào | Thường nghiêng về |
|---|---|---|
| Quầng quanh zircon phóng xạ | Vết nứt toả ra hoặc vòng sẫm quanh tinh thể zircon nhỏ, đôi khi zircon có màu nâu đục | Tự nhiên, hình thành trong thời gian địa chất |
| Vết nứt căng do giảm áp | Vết nứt phẳng, mảnh, xếp gọn quanh tinh thể hoặc giọt lỏng, mặt nứt sạch | Tự nhiên, khi đá được đưa lên nông |
| Đĩa nứt có viền thuỷ tinh | Vết nứt hình đĩa phẳng toả quanh tinh thể, viền sáng như thuỷ tinh, tinh thể ở giữa tròn hoặc mờ đục | Đá đã qua nhiệt độ cao |
| Hốc lỏng bị nổ | Hốc cũ với vết nứt toả ra, rìa có giọt li ti mới xếp vòng | Đá đã qua nhiệt độ cao, đôi khi tự nhiên |
| Vùng căng chỉ thấy dưới phân cực | Vùng sáng, có màu giao thoa quanh bao thể khi soi giữa hai kính phân cực | Có thể tự nhiên hoặc do xử lý; cần đọc kèm dấu hiệu khác |
Chìa khoá thường nằm ở chi tiết của chính bao thể ở giữa: còn sắc cạnh và trong suốt, hay đã tròn lại, mờ đục, có dấu chảy một phần. Quầng là phần ngoài, bao thể ở tâm là phần trong của cùng một câu chuyện.
Quầng quanh zircon: một câu chuyện của thời gian
Zircon là khoáng vật hay gặp trong sapphire, ruby và nhiều đá khác. Zircon thường chứa một lượng nhỏ nguyên tố phóng xạ như uran, thori. Qua hàng triệu năm, bức xạ từ chính những nguyên tố này phá huỷ dần mạng tinh thể của zircon, khiến nó phồng lên và có thể chuyển sang trạng thái gần như vô định hình. Khi tinh thể zircon bị nhốt phồng lên, nó ép vào đá chủ chung quanh và gây ra vết nứt toả ra.
Quầng quanh zircon vì vậy có thể hình thành hoàn toàn tự nhiên, không cần ai nung đá. Trong sapphire từ một số vùng mỏ, người giám định gặp những tinh thể zircon nhỏ có quầng nứt như vậy khá thường xuyên. Bức xạ còn có thể làm vùng đá chủ sát zircon đổi màu nhẹ, tạo vòng sẫm.
Vấn đề là khi đá có zircon bị nung, quầng có thể to ra, viền nứt chảy một phần thành dạng thuỷ tinh, zircon trở nên mờ đục hoặc trắng. Người giám định phải phân biệt quầng tự nhiên với quầng đã bị nhiệt biến đổi, chủ yếu nhờ trạng thái của zircon ở tâm và bề mặt của vết nứt.
Dấu hiệu người giám định xem để nghiêng về đá đã nung
Bao thể ở tâm bị biến đổi. Tinh thể trở nên tròn, mờ đục, trắng như tuyết, mất cạnh sắc; có khi chỉ còn một hốc với cặn ở trong.
Viền vết nứt như thuỷ tinh. Mặt vết nứt hình đĩa có viền sáng bóng hoặc vùng chảy, cho thấy vật chất đã nóng chảy một phần rồi đông lại.
Đồng loạt nhiều bao thể. Không chỉ một mà nhiều tinh thể trong cùng viên đá đều có quầng tương tự, cùng mức độ biến đổi, phù hợp với việc cả viên đá chịu cùng một nhiệt độ.
Đi kèm dấu hiệu khác. Lụa đứt khúc, hốc lỏng bị nổ, cặn trong vân tay, thay đổi trên phổ phát quang hoặc hồng ngoại. Nhiều dấu hiệu độc lập cùng hướng làm kết luận vững hơn.
Không có dấu hiệu ngược lại. Nếu trong cùng viên đá còn những bao thể lỏng nguyên vẹn với bọt khí rõ, hoặc lụa còn sắc nét, người giám định phải cân nhắc lại vì những bao thể này khó sống sót qua nhiệt độ cao.
Vết nứt căng tự nhiên khi đá đi lên từ sâu
Đá quý thường mọc ở độ sâu nhất định, rồi được các quá trình địa chất đưa dần lên nông, có khi theo dòng magma như sapphire trong đá bazan, có khi qua quá trình nâng và bào mòn kéo dài. Trên đường đi lên, áp suất bên ngoài giảm, các giọt lỏng và tinh thể bị nhốt chịu áp suất bên trong lớn hơn bên ngoài. Nếu chênh lệch đủ lớn, đá chung quanh nứt.
Những vết nứt này thường phẳng, mảnh, mặt sạch, không có viền thuỷ tinh hay vùng chảy, và bao thể ở tâm vẫn trong suốt, sắc cạnh. Hốc lỏng có thể bị rò một phần chất lỏng ra vết nứt, tạo vân tay nhỏ quanh hốc. Hình ảnh này dễ bị nhầm với bao thể nổ do nung, nhưng thiếu dấu hiệu nóng chảy.
Với sapphire hình thành trong vùng đá bazan, môi trường mang đá lên vốn đã nóng, nên một số đặc điểm trông giống dấu nung có thể có nguồn gốc tự nhiên. Đây là lý do việc xét dấu nung ở sapphire từ các vùng này đặc biệt khó, và các phòng lab thường dựa nhiều vào phổ bên cạnh bao thể.
Một ví dụ giả định giúp hình dung: hai viên sapphire cùng có một tinh thể nhỏ với vết nứt hình đĩa toả quanh. Ở viên thứ nhất, tinh thể ở tâm trong suốt, cạnh sắc, mặt vết nứt phẳng và sạch, gần đó còn một giọt lỏng nguyên vẹn có bọt khí. Ở viên thứ hai, tinh thể ở tâm trắng đục, tròn lại, viền vết nứt sáng bóng như men, lụa chung quanh đứt khúc. Hai quầng nhìn từ xa gần như giống hệt, nhưng câu chuyện của hai viên khác hẳn nhau.
Soi quầng ứng suất trong phòng lab
Quầng là cấu trúc ba chiều quanh một điểm, nên phải nhìn từ nhiều hướng và với nhiều kiểu chiếu sáng.
- Tìm bao thể ở tâm ở trường tối, xác định vị trí và độ sâu.
- Dùng đèn sợi quang chiếu chếch để làm sáng mặt vết nứt, xoay đá cho tới khi đĩa nứt quay mặt về phía mắt.
- Tăng phóng đại, xem viền vết nứt có sáng bóng như thuỷ tinh không, có vùng chảy không, mặt nứt sạch hay có cặn.
- Quan sát bao thể ở tâm: trong suốt hay mờ, sắc cạnh hay tròn, còn nguyên hay bị chảy.
- Soi giữa hai kính phân cực để thấy vùng căng không nứt quanh bao thể.
- Nếu cần, đo Raman vào bao thể ở tâm để gọi tên và xem cấu trúc của nó có bị biến đổi không.
Ảnh chụp quầng nên có cả ảnh nhìn thẳng mặt đĩa nứt và ảnh nhìn nghiêng, vì hai góc nhìn cho hai loại thông tin khác nhau về hình dạng và viền.
Những điều nên nhớ về quầng ứng suất
Quầng là bằng chứng có giá trị nhưng dễ bị dùng sai. Vài điểm dưới đây giúp đọc mô tả hoặc trao đổi với phòng lab cho đúng mức.
- Quầng tự nó không chứng minh đá đã nung; có quầng hoàn toàn tự nhiên, nhất là quanh zircon.
- Trạng thái của bao thể ở tâm thường quan trọng hơn bản thân vết nứt.
- Viền thuỷ tinh và dấu chảy là dấu hiệu nghiêng mạnh về nhiệt độ cao.
- Đá chỉ nung ở nhiệt độ thấp có thể không để lại quầng rõ, nên không có quầng cũng không chứng minh đá chưa nung.
- Nhiệt từ việc hàn sửa trang sức có thể tạo vết nứt quanh bao thể, đây là chuyện xảy ra sau, không phải xử lý cố ý.
- Quầng là điểm yếu cơ học; đá có nhiều quầng lớn nên tránh va đập và thay đổi nhiệt độ đột ngột.
Người mua không cần tự đọc quầng. Điều quan trọng là biết rằng chữ "có dấu hiệu nung" hay "không có dấu hiệu nung" trên phiếu thường dựa trên việc đọc nhiều chi tiết như thế này, cộng với phổ.
Câu hỏi thường gặp
Quầng ứng suất có phải dấu hiệu chắc chắn đá đã nung không?
Không. Có quầng hình thành tự nhiên, ví dụ quanh tinh thể zircon phóng xạ phồng lên theo thời gian, hoặc khi đá được đưa lên từ sâu. Người giám định nghiêng về đá đã nung khi thấy bao thể ở tâm bị biến đổi, viền nứt như thuỷ tinh và các dấu hiệu khác đi kèm.
Vì sao zircon trong đá hay có quầng?
Vì zircon thường chứa một lượng nhỏ nguyên tố phóng xạ. Qua thời gian dài, bức xạ phá huỷ mạng tinh thể zircon, khiến nó phồng lên, ép vào đá chủ và gây nứt. Bức xạ còn có thể làm vùng đá chủ sát zircon đổi màu nhẹ.
Quầng có làm đá dễ vỡ không?
Có thể. Vết nứt quanh bao thể là điểm yếu cơ học, nhất là khi lớn hoặc gần bề mặt. Đá có nhiều quầng nên tránh va đập mạnh và tránh thay đổi nhiệt độ đột ngột, chẳng hạn khi thợ hàn sửa trang sức gần ổ đá.
Có thể thấy quầng bằng kính lúp không?
Quầng lớn có thể thấy bằng kính lúp 10x dưới đèn chiếu chếch, hiện như đĩa sáng quanh một chấm. Để đánh giá viền nứt có dấu chảy hay không, và trạng thái bao thể ở tâm, cần kính hiển vi với độ phóng đại cao hơn.
Vùng căng dưới kính phân cực là gì?
Là vùng mạng tinh thể quanh bao thể bị căng nhưng chưa nứt. Soi giữa hai kính phân cực, vùng này hiện sáng với màu giao thoa, đôi khi hình chữ thập hay cánh bướm. Nó cho thấy có ứng suất nhưng chưa đủ để kết luận nguồn gốc của ứng suất.