オパールの科学：色の遊びと貴石の形成の理解

要約

オパールは、他のどの宝石にも似たもののない、きらめくような色彩の遊びを示すユニークな貴石です。その形成は、化学、地質学、光学の複合によるものです。オパールは、地下深くで水がシリカと混ざり、土壌や岩石の隙間を通って滴り落ち、ゼラチン状の物質を形成し、硬化してガラス状の物質になる過程で形成されます。オパール内のシリカビーズのユニークな配置は、波動物理学の原理である干渉により、鮮やかな色を生み出します。オパールは豊富ですが、貴重なオパールの形成につながる状況は、オーストラリアなどのごくわずかな場所でしか起こりません。

オパールの形成

オパールは、地下深くで水とシリカの混合物から形成されます。水は土壌や岩石の隙間を通って滴り落ち、微小な量の二酸化ケイ素を取り込みます。このシリカ濃縮水は、火山岩、史前の河床、古代生物の骨などの空洞に入ります。時間が経つにつれて、水が蒸発し、ゼラチン状の物質が残り、数百万個のシリカ球が同心円状に層を成して形成されます。このゼラチンは、やがてガラス状の物質に硬化し、球体は格子構造に落ち着きます。

貴石オパールと普通のオパール

すべてのオパールが同じというわけではありません。ほとんどのオパールは、無秩序な格子構造を持ち、目立たない外観の普通のオパールやポッチオパールになります。私たちが魅了される貴石オパールには、均一なサイズのシリカビーズが秩序立った配列を形成する領域があります。この秩序立った構造が、オパールを定義する鮮やかな色の表示を生み出します。

色の遊びの科学

オパール内の鮮やかな色の表示は、干渉という波動物理学の原理に基づいています。光がオパールに当たると、宝石内を散乱し、さまざまな強度で反射します。光が一層から次の層へ、そして戻ってくるまでの追加距離が波長の倍数である場合、例えば500または1000ナノメートルの余分な距離がある場合、波の山と谷が互いに一致します。この現象を構成的干渉と呼び、波を増幅してより明るい色を生み出します。異なる色には異なる波長があり、構成的干渉をするためには異なる距離を移動する必要があります。210ナノメートルのビーズの間隔は青色の光を増幅するのに適している一方、波長が長い赤色の光に対しては、シリカビーズは300ナノメートルに近く配置される必要があります。