Длина волн в А
Рентгеновские лучи 1 — 510
Ультрафиолетовые » . . 510 — 3600
Видимый свет 3800 — 7600
Инфракрасные лучи . . 7600 — 3 000 000(=3х 10е) Волны Герца (радиоволны) 107—1013
В этом отрезке спектра самыми энергичными являются лучи ультрафиолетовые и фиолетовые. Именно этот ничтожный отрезок электромагнитных колебаний, воспринимаемый глазом в виде разного цвета в зависимости от частоты колебаний и длины волны, представляет собой основу и возбудителя тех явлений в веществе, которые мы называем окраской. Таким образом, окраска является результатом соотношений, которые устанавливаются между падающей электромагнитной волной белого света и теми электрическими нолями, которые составляют основу самого вещества, играющего роль вибратора, перехватывающего колебания световой волны своими электронами, атомами или молекулами.
На приложенной таблице серий окрасок четыре серии цветов условно обозначены А, В, С, D. Природа этих серий объясняет нам очень многое в окраске минералов и гарных пород.
Начнем с серии D. Пропущенный через призму из стекла или кварца белый пучок солнечного луча дает нам эту гамму цветов, которую в природе мы наблюдаем в виде радуги; от границы с невидимыми ультрафиолетовыми короткими лучами цвета идут в следующем порядке:
Фиолетовый, синий, зеленый, н^олтый, оранжевый, красный
Красный цвет постепенно темпеет и скрывается в невидимой инфракрасной части солнечного спектра. Наибольшая химическая активность колебаний, связанная с повышенной энергией, присуща ультрафиолетовому копцу спектра, движения же тепловые и механические движения молекул, их атомов и частей атома характерны для длипных, ко энергетически более слабых, красных п инфракрасных световых волн.
Но в мипералогии эти цвета непосредственно, как таковые, нам почти не известны; изредка только сверкают пестрые изменчивые краски в алмазе или, особенно, в отшлифованном бриллианте; пногда яркие цвета разложенного солнечного спектра играют в пестрых опалах, но это все неверные, изменчивые окраски; стоит зайти солнцу или переместить глаз, как красочный мираж исчезает.
Цвета спектра D проходят перед нашими глазами, когда мы следим за плавкой металла.
Сначала черный металл начинает краснеть (при 525°); уже при 850° он делается вишнево-красным, при 950° — светло-красным, при 1100° — желто-оранжевым, а при 1500° — ослепительно белым. Следовательно, нагревание усиливает колебания и, сообщая больший запас энергии, постепенно повышает окраску нашего спектра снизу вверх.
Вторая серия спектра — С. Минералоги и петрографы хорошо знают спектр интерференции лучей света, который поражает чистотой своих цветов при изучении шлифов под поляризационным микроскопом. При сложении или погашении волн они складываются, увеличивая свои гребни, или погашают друг друга. Одни цвета спектра В уничтожаются, другие, наоборот, выигрывают в интенсивности. В результате таких наложений появляется пестрая окраска шлифов под поляризационным микроскопом. Однако явления интерференции не играют никакой роли в минералогии.
Но перейдем к самым главным для нас спектрам серий А и В, к спектрам дополнительных цветов при поглощении.
Белый цвет для нашего глаза белый потому, что, налагаясь друг на друга, ощущения лилового, синего, зеленого, красного вместе дают белый цвет. Но если искусственно в этом спектре гасить отдельные цвета, то мы получим закономерную гамму новых цветов. Если закрывать полоской бумаги, по очереди, каждый цвет спектра D сверху вниз, все остальные нам не смогут дать ощущения белого цвета; при исключении фиолетовых тонов глаз видит зеленовато-желтую окраску (1 спектра В); погасим теперь синие тона, получим желто-оранжевый цвет. Так постепенно дойдем до низа спектра D, когда после погашения красных лучей останется зеленый цвет (10 спектра В).
Значит, спектр В мы получаем путем последовательного погашения цветов спектра D, т. е. перемещения полос поглощения от фиолетового конца к красному.
Эти цвета спектра являются для нашего глаза реальными окрасками минералов. Каждый минерал поглощает определенные цвета спектра D, и мы видим его окрашенным в дополнительный цвет. Тон этих цветов дается положением широкой полосы поглощения, а интенсивность окраски зависит от степени поглощения (полного или частичного). Таким образом, по мере перемещения полос поглощения от фиолетового конца спектра к красному появляются следующие дополнительные цвета.
Этот ряд принято называть рядом углубления или понижения окраски (слева направо, а в цветной таблице — сверху вниз), а обратное движение — повышением е е (в таблице — снизу вверх).
Перейдем к последнему и наиболее важному для минералов спектру цветов — серии А.
Если, как и в предыдущем случае, в спектре появляется с верхнего конца полоса поглощения, но она не перемещается последовательно вниз, к красному концу, а постепенно расширяется и, подходя к красным лучам, совершенно уничтожает видимый спектр, то получается следующая последовательность дополнительных цветов.
Очевидно, что вначале наша серия А будет мало чем отличаться от серии В, но постепенно поглощение будет усиливаться, дополнительный спектр приобретет общее побурение, красные тона будут смешиваться с бурыми и черными, появится черная окраска с красным оттенком, оранжевая просвечиваемость; густые черные соединения, не пропускающие лучей, сменятся еще более непроницаемыми, от которых, как от переходного барьера, большая часть света будет отражаться,— черные тела получат металлический блеск, появятся непрозрачные металлические соединения. От прозрачных светлых тонов серии А мы приходим к непрозрачным металлам. Но и они в тонких, тончайших пластинках просвечивают, одни красным цветом (5 или 6 схемы А), другие — синим (серебро), третьи — ярко-зеленым (как золото).
Таким образом, когда солнечный луч падает на электромагнитную постройку кристалла, состоящую из сочетания электронов, ионов, атомов, молекул, одни волны проходят беспрепятственно, другие превращаются в колебания этих частиц, играющих роль вибраторов. Могут заколебаться и запульсировать электронные облака, сами атомы или молекулы; первые поглотят и используют для своих колебаний короткие волны — ультрафиолетовые и фиолетовые, вторые для своих менее частых колебаний — видимые, третьи для еще менее частых колебаний — красные и инфракрасные и, следовательно, тепловые лучи. Но все эти колебания, как показал В. Анри (Бельгия), связаны между собой, как колесики в часах. Эти колебания как бы заведут наши часы, но энергия света будет израсходована и соответственные колебания самого видимого света погаснут.
Судьба таких возбужденных колебаний в кристалле разная: они могут остаться без особого влияния на молекулу и только несколько усложнить равновесие электростатической системы, переместить на более высокие уровни энергии электроны; они могут вызвать нагревание частиц или же химическую реакцию, разрядившись в виде фотохимического процесса; при известпых условиях они могут вновь излучить свет, но более длинной волны. Эти явления, открытые математиком и физиком Эйнштейном, связывают спектры поглощения с ходом химических процессов и с их энергией!
Для создания науки о цвете необходимо прежде всего научиться точно определять и измерять цвет соединений.
Известный химик Вильгельм Оствальд к 1916 г. предложил каждый цвет рассматривать как сочетание белого, черного и некоторого цветного тона, причем б + ч + цветн. = 1. На особых таблицах им было нанесено 680 определенных цветов; цвет каждого минерала можно выразить по таблице определенной формулойНо в каждом тоне есть еще свои оттенки, неуловимые при таком методе сравнения: к цвету примешивается еще блеск, матовость и ряд тончайших признаков, которые нельзя выразить формулами и даже описать словами. Так, тонкий знаток драгоценного камня говорит без ошибки: «этот алмаз из Южной Африки, а этот — из Индии; вот бирюза персидская, а вот — из Северной Америки». Но когда его спросишь, почему он так определяет, он не сможет ответить! Точный глаз и огромный опыт в наблюдениях делают чудеса. Поэтому мы призываем минералогов, разведчиков, геохимиков, ювелиров, гранильщиков и камнерезов смотреть и смотреть па минералы, тренировать и совершенствовать свой глаз и учиться искать и понимать!
Но не всегда можно полагаться на глаз, так как не все люди правильпо различают цвета. Поэтому необходим точный метод изучения цвета, который заключается в определении кривых поглощения световых лучей самоцветов; однако явление поглощения носит сложный характер и известны разные типы поглощения. Иногда кривая спокойно падает от фиолетового к красному, значит погашены фиолетовые, отчасти синие и, еще меньше, зеленые тона — мы видим предмет оранжево-красным; иногда мы наблюдаем максимум поглощения в середине видимого спектра, тогда достаточно небольшого его перемещения, чтобы предмет вместо красного казался зеленым. Поглощение света дает то резкие полосы, то целые поглощенные области, вызывая великое многообразие цветов, которые мы наблюдаем в природе. Характер этих кривых зависит прежде всего от освещения и источника света: солнца или луны, лампочки накаливания или вольтовой дуги, натриевой электрической лампочки или газоцветных трубок с неоном, аргоном или гелием. Поэтому знатоки и исследователи самоцветов и ювелиры пользуются особыми лампочками — «Tage.slarn.pe», в свете которых сохраняются истинные тона.
Минералог и специалист камня знает очень хорошо зти перемены: александрит на солнце темно-зеленый, а при вечернем электрическом освещении малиново-красный; аметист Среднего Урала загорается кроваво-красными тонами при электричестве, а рубеллит — розовый турмалин — теряет при зтом всю свою красоту, тускнеет, темнеет. Осветите картину ярким натриевым светом, и красные, синие и фиолетовые тона превратятся в грязно-черные, все почернеет, а желтое покажется белым!
Я хотел бы закончить эту главу словами нашего известного физика проф. А. Глаголевой-Аркадьевой: «В величественной картине безбрежного океана электромагнитных волн различной длины, которую представляет собой электромагнитный спектр, непосредственному восприятию человека доступна лишь чрезвычайно узкая полоска в ней — всего только в одну октаву Эту узкую область в спектре представляют световые и видимые лучи. За исключением этой области видимых лучей, весь спектр электромагнитных волн остается невидимым человеку, не воспринимается ни одним из органов его чувств. Однако развитие науки и техники дает возможность расширять пределы чувств человека созданием искусственных дополнительных органов чувств, каковыми можно назвать чувствительнейшие и точнейшие физические приборы; с их помощью «увидел» человек весь океан незримых электромагнитных волн и покорил их своей воле».