Ένα μπλε θαύμα: Πώς σχηματίστηκαν τα ζαφείρια στα ηφαίστεια

Ένα ζαφείρι από ίζημα στο Kyll, ένα ποτάμι στο δυτικό Eifel. Ο κρύσταλλος έχει διάμετρο περίπου 0,9 mm.Από: Sebastian Schmidt.

Τα ζαφείρια είναι από τα πιο πολύτιμα πετράδια, ωστόσο αποτελούνται αποκλειστικά από χημικά «μολυσμένο» οξείδιο του αλουμινίου ή κορούνδιο. Θεωρείται ευρέως ότι αυτοί οι κρύσταλλοι με το χαρακτηριστικό μπλε χρώμα τους προέρχονται από βαθιά πετρώματα φλοιού και κατά λάθος κατέληξαν στην επιφάνεια της Γης καθώς το μάγμα ανέβαινε. 

 Σε όλο τον κόσμο, αυτοί οι κρύσταλλοι με το χαρακτηριστικό μπλε χρώμα βρίσκονται κυρίως σε συνδυασμό με ηφαιστειακά πετρώματα φτωχά σε πυρίτιο. Αυτή η σύνδεση θεωρείται ευρέως ότι προκύπτει από ζαφείρια που προέρχονται από βαθιά πετρώματα φλοιού και καταλήγουν κατά λάθος στην επιφάνεια της Γης καθώς το μάγμα ανέρχεται. Μέσω γεωχημικών αναλύσεων, γεωεπιστήμονες στο Πανεπιστήμιο της Χαϊδελβέργης έδειξαν ότι οι κόκκοι ζαφείρι σε μέγεθος χιλιοστού που βρέθηκαν στο Eifel (Γερμανία) σχηματίστηκαν σε συνδυασμό με τον ηφαιστειακό κόσμο.

Το Eifel είναι μια ηφαιστειακή περιοχή στο κέντρο της Ευρώπης όπου το μάγμα από τον μανδύα της Γης διεισδύει στον υπερκείμενο φλοιό για σχεδόν 700.000 χρόνια. Τα τήγματα είναι φτωχά σε διοξείδιο του πυριτίου αλλά πλούσια σε νάτριο και κάλιο. Τα παρόμοια σε σύνθεση μάγματα παγκοσμίως είναι γνωστά για την αφθονία τους σε ζαφείρια. Το γιατί αυτή η εξαιρετικά σπάνια παραλλαγή του κορουνδίου βρίσκεται συχνά σε αυτό το είδος ηφαιστειακής αποθέσεως ήταν ένα μυστήριο μέχρι τώρα. 

«Μια εξήγηση είναι ότι το ζαφείρι στον φλοιό της Γης προέρχεται από προηγουμένως αργιλώδη ιζήματα σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες και πίεση και τα μάγματα που ανεβαίνουν απλώς σχηματίζουν τον ανελκυστήρα προς την επιφάνεια για τους κρυστάλλους», εξηγεί ο καθηγητής Δρ Άξελ Σμιτ, ερευνητής στο Πανεπιστήμιο Curtin στο Περθ (Αυστραλία) που ερευνά τη γεωλογία και τη πετρολογία των ισοτόπων ως επίτιμος καθηγητής στο Ινστιτούτο Επιστημών της Γης στο Πανεπιστήμιο της Χαϊδελβέργης - το πρώην ίδρυμά του.

Για να ελέγξουν αυτή την υπόθεση, οι ερευνητές εξέτασαν συνολικά 223 ζαφείρια από το Eifel. Βρήκαν ένα μέρος αυτών των κρυστάλλων μεγέθους χιλιοστού σε δείγματα πετρωμάτων που συλλέχθηκαν από ηφαιστειακές αποθέσεις στα πολυάριθμα λατομεία της περιοχής. Τα περισσότερα από τα ζαφείρια, ωστόσο, προέρχονται από ιζήματα ποταμών. «Όπως ο χρυσός, το ζαφείρι είναι πολύ ανθεκτικό στην αποσάθρωση σε σύγκριση με άλλα ορυκτά. Σε παρατεταμένες χρονικές περιόδους, οι κόκκοι ξεπλένονται από το βράχο και εναποτίθενται σε ποτάμια. Λόγω της υψηλής πυκνότητάς τους, είναι εύκολο να διαχωριστούν από ελαφρύτερα συστατικά ιζήματος χρησιμοποιώντας το κοσκίνισμα», εξηγεί ο Sebastian Schmidt, ο οποίος πραγματοποίησε τις σπουδές στο πλαίσιο του μεταπτυχιακού του στο Πανεπιστήμιο της Χαϊδελβέργης.

Οι ερευνητές προσδιόρισαν την ηλικία των ζαφειριών από το Eifel χρησιμοποιώντας τη μέθοδο ουρανίου-μόλυβδου σε εγκλείσματα ορυκτών στο ζαφείρι χρησιμοποιώντας ένα δευτερεύον φασματόμετρο μάζας ιόντων που θα μπορούσε επίσης να προσδιορίσει τη σύνθεση των ισοτόπων οξυγόνου. Οι διαφορετικές σχετικές αφθονίες του ελαφρού ισοτόπου Ο-16 και του βαρέως ισοτόπου Ο-18 παρέχουν πληροφορίες για την προέλευση των κρυστάλλων σαν δακτυλικό αποτύπωμα. Τα πετρώματα με βαθύ φλοιό έχουν περισσότερο Ο-18 από τήγματα από τον μανδύα της Γης. Όπως δείχνουν οι ηλικιακοί προσδιορισμοί, τα ζαφείρια στο Άιφελ σχηματίστηκαν ταυτόχρονα με τις ηφαιστειακές διεργασίες. Εν μέρει, κληρονόμησαν την ισοτοπική υπογραφή των λιωμένων του μανδύα, τα οποία είχαν μολυνθεί από θερμαινόμενο και μερικώς λιωμένο πέτρωμα φλοιού σε βάθος περίπου 5 έως 7 χιλιομέτρων. Άλλα ζαφείρια προήλθαν σε επαφή με τα υπόγεια τήγματα, όπου αυτά διαπέρασαν τον παρακείμενο βράχο και έτσι προκάλεσαν το σχηματισμό ζαφειριού. «Στο Άιφελ, τόσο οι μαγματικές όσο και οι μεταμορφικές διεργασίες, στις οποίες η θερμοκρασία άλλαξε τον αρχικό βράχο, έπαιξαν ρόλο στην κρυστάλλωση του ζαφειριού», δηλώνει ο Sebastian Schmidt.

Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Contributions to Minerology and Petrology. Υποστήριξη για το έργο προήλθε από τον Δρ. Eduard Gübelin Association for Research and Identification of Precious Stones στην Ελβετία καθώς και από το Γερμανικό Ίδρυμα Ερευνών.

Γεωδίφης με πληροφορίες από την σελίδα sciencedaily.com

περισσότερα,

Sebastian Schmidt, Andreas Hertwig, Katharina Cionoiu, Christof Schäfer, Axel K. Schmitt. Petrologically controlled oxygen isotopic classification of cogenetic magmatic and metamorphic sapphire from Quaternary volcanic fields in the Eifel, Germany. Contributions to Mineralogy and Petrology, 2024; 179 (6) DOI: 10.1007/s00410-024-02136-x