Tán sắc trong đá quý: vì sao kim cương, demantoid, zircon tóe lửa cầu vồng

Tán sắc là hiện tượng chiết suất của viên đá khác nhau theo màu ánh sáng: ánh sáng tím bị bẻ cong nhiều hơn ánh sáng đỏ, nên khi đi qua viên đá mài giác, ánh sáng trắng tách thành những tia màu cầu vồng, người ta gọi là "lửa". Độ tán sắc được đo bằng hiệu chiết suất giữa hai bước sóng chuẩn ở vùng tím và vùng đỏ; kim cương có giá trị khoảng 0,044, thạch anh chỉ khoảng 0,013.

Lửa là thứ làm người ta nhìn mãi một viên kim cương dưới đèn. Nhưng nó không chỉ có ở kim cương: demantoid, zircon, sphene có tán sắc ngang hoặc cao hơn; ngược lại, nhiều vật liệu giả kim cương còn tán sắc mạnh hơn kim cương. Bài giải thích con số, những điều kiện để lửa hiện ra và cách đừng nhầm lửa với những hiệu ứng khác.

Vì sao ánh sáng tách màu khi đi qua đá

Chiết suất của một vật liệu không phải một con số cố định cho mọi màu. Với hầu hết vật liệu trong suốt, ánh sáng bước sóng ngắn như tím, lam đi chậm hơn ánh sáng bước sóng dài như đỏ, nên bị bẻ cong mạnh hơn khi đi qua ranh giới. Lăng kính thuỷ tinh tách ánh sáng mặt trời thành cầu vồng chính nhờ hiện tượng này.

Trong một viên đá mài giác, ánh sáng đi vào qua mặt trên, phản xạ qua lại ở đáy rồi đi ra qua các mặt giác vát. Mỗi lần đi qua ranh giới, các màu tách xa nhau thêm một chút. Nếu viên đá tán sắc mạnh và được mài đúng, tia trắng đi vào sẽ thoát ra thành những chùm màu riêng biệt; khi viên đá hoặc mắt người xem dịch chuyển, những chùm màu ấy loé lên rồi tắt, như những đốm lửa nhỏ.

Độ tán sắc mà tài liệu đá quý học hay dùng là hiệu chiết suất giữa hai vạch chuẩn của quang phổ mặt trời, một ở vùng lam tím và một ở vùng đỏ. Con số càng lớn, viên đá càng có tiềm năng cho lửa mạnh.

Độ tán sắc của một số đá và vật liệu

Giá trị lấy theo các bảng tra đá quý học phổ thông, làm tròn. Một số vật liệu nhân tạo được đưa vào để so sánh.

Bảng cho thấy một điều thú vị: lửa mạnh không phải dấu hiệu của độ quý. Một số vật liệu nhân tạo rẻ có lửa mạnh hơn kim cương nhiều lần. Người làm nghề còn kể tới rutile tổng hợp và strontium titanate, hai vật liệu từng được bán như đồ giả kim cương ở giữa thế kỷ 20, có lửa mạnh tới mức trông "quá đà".

Điều kiện để lửa hiện ra

Tán sắc cao chỉ là tiềm năng. Để lửa thật sự hiện ra trước mắt, cần thêm vài điều kiện. Thứ nhất là kiểu mài: phần trên viên đá phải có những mặt vát đủ dốc để ánh sáng thoát ra theo góc xiên, tách màu rõ. Kiểu mài tròn chuẩn của kim cương cân đối giữa độ sáng và lửa; mài đáy quá sâu hay mặt bàn quá rộng đều làm lửa giảm.

Thứ hai là nguồn sáng. Lửa rõ nhất dưới nguồn sáng điểm như đèn chiếu nhỏ, ngọn nến, mặt trời trực tiếp, vì mỗi tia sáng đi vào tách thành một chùm màu sắc nét. Dưới ánh sáng khuếch tán như trời âm u hay đèn huỳnh quang dải dài, các chùm màu chồng lên nhau thành trắng, lửa gần như biến mất.

Thứ ba là màu thân và kích thước. Đá màu đậm hấp thụ phần lớn các tia màu trên đường đi, che lửa. Viên quá nhỏ thì mỗi chùm màu quá nhỏ để mắt thường thấy rõ. Đó là lý do lửa nổi bật nhất ở đá không màu hoặc màu nhạt, cỡ vừa trở lên.

Kiểu mài quyết định lửa nhiều hơn người ta nghĩ

Lửa được tạo ra chủ yếu ở phần trên của viên đá, nơi ánh sáng đã phản xạ ở đáy đi ngược ra qua các mặt vát quanh mặt bàn. Nếu các mặt vát này dốc vừa đủ, tia sáng ra khỏi đá với góc xiên, màu tách rõ. Nếu phần trên quá dẹt, ánh sáng đi ra gần thẳng góc, tách màu ít, viên đá sáng trắng mà ít lửa. Ngược lại, mặt bàn nhỏ và phần trên cao thường cho nhiều lửa hơn nhưng có thể giảm độ sáng tổng thể.

Kiểu mài cũng tạo khác biệt lớn. Kiểu giác tròn nhiều mặt nhỏ, gọi chung là kiểu brilliant, sinh ra nhiều tia ra theo nhiều hướng nên lửa lấp lánh dày. Kiểu bậc thang với các mặt dài song song, như kiểu thường dùng cho emerald, cho những mảng sáng tối rộng như hành lang gương, đẹp theo cách tĩnh lặng nhưng ít lửa hơn hẳn.

Vì vậy khi so lửa của hai loại đá, cần so ở cùng kiểu mài. Một viên zircon kiểu bậc thang có thể trông ít lửa hơn một viên CZ kiểu brilliant, dù chênh lệch độ tán sắc giữa hai vật liệu không lớn như vậy.

Phân biệt lửa với những hiệu ứng ánh sáng khác

Độ sáng. Là lượng ánh sáng trắng phản xạ ngược lên mắt nhờ phản xạ toàn phần. Độ sáng cao làm viên đá rực trắng; lửa là phần màu tách ra từ ánh sáng ấy.

Độ lấp lánh. Là những đốm sáng tối nhấp nháy khi viên đá hoặc người xem chuyển động. Lấp lánh có thể trắng hoặc có màu; khi có màu, đó là lửa đang tham gia.

Lửa màu của opal. Tiếng Việt hay gọi chung là "lửa", nhưng màu của opal quý đến từ nhiễu xạ trên lưới hạt cầu silic, không phải tán sắc. Opal có độ tán sắc thấp; lửa của nó là một hiện tượng khác hẳn.

Ánh màu do vết nứt. Vết nứt mỏng chứa không khí có thể tạo cầu vồng nhỏ bên trong viên đá theo kiểu giao thoa màng mỏng. Màu này nằm cố định tại vết nứt, không loé lên rồi tắt khắp viên đá như lửa, và là dấu hiệu cần chú ý về độ bền.

Ánh màu trên lớp phủ. Một số đá được phủ màng mỏng tạo ánh cầu vồng trên bề mặt. Màu này nằm trên mặt đá, đổi theo góc nhìn kiểu váng dầu, khác với lửa xuất phát từ bên trong.

Demantoid, sphene và zircon: những đá màu có lửa

Demantoid, biến thể lục của garnet andradite, được giới mê đá đánh giá cao chính vì có độ tán sắc cao hơn kim cương. Ở viên màu lục vừa, dưới đèn điểm, những tia lửa cam đỏ nổi trên nền lục tạo vẻ rất riêng. Viên quá đậm thì màu thân che lửa; viên nhạt hơn lại kém sắc lục. Người chọn demantoid thường phải cân giữa hai thứ ấy.

Sphene, tên khoáng vật là titanite, có độ tán sắc còn cao hơn và lưỡng chiết lớn, nên trông vừa rực lửa vừa hơi "nhoè" ở cạnh mặt giác. Sphene mềm, khoảng 5 – 5,5 theo Mohs, nên hợp làm đá sưu tầm hơn là đeo hằng ngày.

Zircon không màu có độ tán sắc gần kim cương và từng được dùng thay kim cương trong trang sức; chữ "zircon" vì vậy hay bị nhầm với CZ, một vật liệu tổng hợp khác hẳn. Zircon tự nhiên là khoáng vật có tuổi đời rất lâu trong vỏ Trái Đất, và zircon lam phổ biến trên thị trường thường là zircon đã nung.

Lửa và chuyện đá mô phỏng kim cương

Vì lửa là dấu hiệu dễ thấy của kim cương, những vật liệu giả kim cương thường được chọn hoặc chế tạo sao cho có lửa. Kết quả là nhiều vật liệu này có lửa mạnh hơn kim cương. CZ có lửa hơi nhiều hơn; moissanite có lửa gấp đôi về độ tán sắc. Người có kinh nghiệm thấy những viên này "rực màu quá", nhất là dưới ánh nắng.

Thuỷ tinh giả kim cương lại có lửa yếu hơn, ánh mềm hơn. Thạch anh không màu mài giác gần như không có lửa, chỉ có độ sáng trắng nhẹ.

Tuy vậy, lửa chỉ là gợi ý ban đầu, vì tay nghề mài, độ sạch và nguồn sáng đều làm lửa thay đổi. Kim cương mài kém có thể ít lửa hơn CZ mài tốt. Phân biệt kim cương với các vật liệu mô phỏng là việc cần dụng cụ chuyên dụng và đã có nội dung riêng ở các trang về kim cương trong cùng hệ thống.

Ngắm lửa của một viên đá cho đúng

Muốn thấy và so sánh lửa, vài mẹo nhỏ dưới đây giúp kết quả rõ ràng hơn.

• Dùng nguồn sáng điểm: đèn pin nhỏ, đèn bàn bóng nhỏ, hoặc nắng trực tiếp; tránh đèn dải dài khuếch tán.
• Đặt viên đá trên nền tối không phản chiếu để các tia màu nổi bật.
• Lau sạch viên đá; dầu và bụi làm giảm cả độ sáng lẫn lửa.
• Đứng yên, xoay viên đá chậm, hoặc giữ viên đá yên và nghiêng đầu; lửa là thứ "động".
• So sánh hai viên ở cùng cỡ, cùng kiểu mài, cùng nguồn sáng; khác điều kiện thì so sánh không có ý nghĩa.
• Chụp ảnh lửa rất khó; video ngắn dưới đèn điểm cho thấy rõ hơn ảnh tĩnh.

Ngắm lửa là một thú vui riêng của người mê đá. Nó cũng là bài tập tốt để mắt quen với khác biệt giữa độ sáng, lửa và độ lấp lánh, ba thứ người mới hay lẫn vào nhau.

Câu hỏi thường gặp

Tán sắc và lửa có phải một không?

Tán sắc là tính chất vật liệu: chiết suất khác nhau theo màu. Lửa là hiệu ứng nhìn thấy được khi viên đá tán sắc được mài và chiếu sáng phù hợp. Đá có tán sắc cao nhưng mài kém hoặc màu đậm có thể gần như không có lửa.

Đá màu có lửa không?

Có, nhưng thường bị màu thân che bớt. Demantoid, sphene, zircon và garnet màu nhạt có thể cho lửa rõ. Ruby, sapphire, emerald có độ tán sắc thấp đến vừa, lại thường có màu đậm, nên lửa hiếm khi là điểm nổi bật.

Vì sao kim cương dưới đèn văn phòng ít lửa?

Đèn văn phòng thường là nguồn sáng khuếch tán, chiếu từ nhiều hướng, nên các chùm màu chồng lên nhau thành trắng. Dưới đèn điểm hoặc nắng trực tiếp, mỗi tia sáng đi vào tách thành chùm màu rõ, lửa hiện lên nhiều hơn.

Lửa của opal có phải do tán sắc không?

Không. Opal có độ tán sắc thấp. Các mảng màu đổi theo góc nhìn của opal quý đến từ nhiễu xạ ánh sáng trên lưới hạt cầu silic xếp đều. Tiếng Việt gọi chung là lửa, nhưng cơ chế khác hẳn tán sắc.

Đá có nhiều lửa hơn kim cương thì có phải đá giả không?

Không nhất thiết là giả, vì demantoid, sphene tự nhiên cũng có tán sắc cao hơn kim cương. Nhưng một viên không màu được bán là kim cương mà lửa quá mạnh là dấu hiệu nên kiểm thêm, vì CZ và moissanite đều có tán sắc cao hơn kim cương.

Kích thước viên đá ảnh hưởng tới lửa thế nào?

Viên lớn hơn cho các chùm màu lớn hơn, dễ nhìn hơn bằng mắt thường. Viên rất nhỏ vẫn tán sắc, nhưng mỗi tia màu quá nhỏ nên mắt cảm nhận như lấp lánh trắng. Đó là lý do lửa thường được nhắc với viên cỡ vừa trở lên.