Sự hình thành đá quý từ trong thiên nhiên và nhân tạo

Đá quý có thể hình thành từ thiên nhiên hoặc được chế tạo nhờ công nghệ nhân tạo. Những viên đá quý tự nhiên được hình thành qua hàng triệu năm dưới tác động của nhiệt độ và áp suất. Do sự khan hiếm và chi phí khi khai thác đá quý tự nhiên, con người đã nghiên cứu và mô phỏng quá trình này để tạo ra đá quý nhân tạo với giá thành thấp hơn với vẻ đẹp không thua kém.

Đá quý là gì?

Đá quý là những khoáng vật hiếm và có giá trị cao, thường được dùng trong trang sức và các vật dụng trang trí. Các khoáng chất này có thể có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, luôn được đánh giá cao nhờ giá trị thẩm mỹ. Chúng nổi bật với màu sắc rực rỡ, đồng đều, độ tinh khiết cao và tính ổn định.

Đặc biệt, đá quý có khả năng chiết quang và phản quang mạnh mẽ, tạo nên vẻ đẹp lấp lánh cuốn hút. Với độ cứng đáng kể và khả năng chống ăn mòn, đá quý trở thành những vật phẩm quý giá và bền vững theo thời gian.

Có rất nhiều loại đá quý được tìm thấy và sử dụng trên khắp thế giới, mỗi loại đều mang những đặc điểm và giá trị riêng. Một số loại đá quý phổ biến như kim cương, ngọc lục bảo, hồng ngọc, ngọc bích, thạch anh…

Quá trình hình thành đá quý trong tự nhiên

Trái Đất được cấu tạo bởi nhiều lớp: vỏ, manti, nhân ngoài và nhân trong. Đa số các viên đá quý hình thành ở phần trên của manti (sâu khoảng 60km) và tập trung chủ yếu ở lớp vỏ.

Các loại đá quý được hình thành qua các quá trình địa chất tự nhiên phức tạp. Chúng chủ yếu xuất hiện trong quá trình hình thành và biến đổi của Trái Đất, thông qua chu trình tạo khoáng bao gồm ba quá trình tương ứng với các loại đá:

Đá hỏa sinh (Igneous) hình thành trong lớp Manti Trái Đất

Các loại đá quý hỏa sinh, hay đá magma, hình thành từ sự đông đặc của dung nham magma nóng chảy xuất phát từ sâu trong lòng Trái Đất. Khi dung nham này nguội đi, nó tạo ra các loại đá với các khoáng vật kết tinh. Quá trình này có thể diễn ra sâu trong lòng Trái Đất (được gọi là đá xâm nhập), hoặc gần hay trên bề mặt trái đất (gọi là đá phun trào). Tại phần rìa của khối đá xâm nhập, xuất hiện những tinh thể Pegmatit chứa các tinh thể đá quý và đá kích thước lớn.

Quá trình hình thành đá thủy nhiệt (Hydrothermal)

Đá thủy nhiệt được tạo ra từ các dung dịch nước giàu khoáng chất dưới lòng đất. Quá trình này giống nhất với việc làm kẹo đá. Nước bão hòa quá mức với nhiều khoáng chất khác nhau được đẩy lên các khoang và khe nứt trong lòng đất. Khi dung dịch này bắt đầu nguội, các khoáng chất khác nhau bắt đầu kết tinh.

Quá trình này thường xảy ra trong các khe nứt và hốc của đá, nơi dung dịch khoáng chất có thể tích tụ và kết tinh. Các mỏ đá quý thủy nhiệt phổ biến nhất nằm ở Colombia, đặc biệt là mỏ Emerald Muzo, vô cùng giàu Chromium.

Cách hình thành đá quý trầm tích (Sedimentary)

Đá trầm tích được hình thành khi các loại đất đá khác nhau bị phong hóa, vỡ vụn do tác động của nhiệt độ, nước và các yếu tố hóa học. Những mảnh vụn này sau đó được gió và nước cuốn đi, lắng đọng lại thành từng lớp. Qua thời gian, các lớp lắng đọng này xếp chồng lên nhau tại các khu vực sông suối, cửa sông… tạo thành lớp đá trầm tích. Đá quý thường là những khoáng vật bền vững, nặng và có khả năng lắng đọng cùng lớp đá trầm tích. Ví dụ như Malachite, Azurite, Opal…

Quá trình hình thành đá biến chất (Metamorphic)

Đá biến chất là kết quả của sự biến đổi từ đá magma hoặc đá trầm tích dưới tác động của điều kiện vật lý và hóa học thay đổi. Nguyên nhân chính xảy ra có thể là do:

• Tác động của Magma nóng chảy, dung dịch nhiệt dịch khí và nước từ lò Magma trong lòng Trái Đất.
• Áp suất cao từ mọi phía (áp suất thủy tĩnh) khi đá lún sâu và bị nhiều lớp đá khác phủ lên, hoặc áp suất rất cao theo một hướng nhất định (áp suất định hướng) liên quan đến các chuyển động tạo núi, cũng có thể gây ra sự biến chất.

Quá trình hình thành đá quý có thể mất hàng triệu năm, tùy thuộc vào các điều kiện địa chất và môi trường cụ thể. Sự kết tinh và biến đổi của khoáng chất diễn ra rất chậm và đòi hỏi thời gian dài.

Yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành đá quý

• Nhiệt độ và áp suất: Hai yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự hình thành của đá quý. Chúng quyết định cấu trúc tinh thể và tính chất của các viên đá. Nhiệt độ và áp suất càng cao, đá quý càng hiếm và có giá trị cao.
• Thành phần hóa học: Của môi trường xung quanh cũng ảnh hưởng lớn đến quá trình hình thành đá quý. Các khoáng chất khác nhau sẽ tạo ra các loại đá quý khác nhau với màu sắc và đặc điểm riêng biệt.
• Thời gian và điều kiện địa chất: Đóng vai trò quan trọng trong quá trình này. Sự thay đổi của môi trường qua hàng triệu năm có thể tạo ra những viên đá quý với giá trị và vẻ đẹp độc đáo.

Sự hình thành đá quý nhân tạo trong phòng thí nghiệm

Các loại đá quý nhân tạo được chế tạo trong phòng thí nghiệm thông qua các công nghệ tiên tiến, tái tạo các điều kiện địa chất tự nhiên. Khác với đá quý tự nhiên cần hàng triệu năm để hình thành, đá quý nhân tạo chỉ mất một khoảng thời gian ngắn hơn nhiều. Dưới đây là các phương pháp chính để sản xuất đá quý trong phòng thí nghiệm:

Flame Fusion

Phương pháp Flame Fusion hay còn gọi là quy trình Verneuil, ra đời từ năm 1902. Quá trình này làm tan chảy các vật liệu tạo nên đá quý dưới ngọn lửa oxyhydrogen, sau đó cho chúng đông đặc lại thành tinh thể. Dù dễ thực hiện và tiết kiệm chi phí, nhưng đá quý từ phương pháp này thường có các đường tăng trưởng rõ ràng do quá trình làm nguội nhanh.

Czochralski

Phương pháp này được phát triển vào những năm 1910, thường được dùng để tạo ra đá quý đơn tinh thể chất lượng cao. Vật liệu được nấu chảy trong nồi nấu kim loại và làm lạnh dần. Tinh thể hạt giống được ngâm vào và kéo ra từ từ, cho phép vật liệu đông cứng thành cấu trúc tinh thể liên tục. Quá trình này tạo ra đá quý chất lượng cao nhưng yêu cầu thiết bị phức tạp và thời gian dài hơn.

Thủy nhiệt

Phương pháp thủy nhiệt sử dụng buồng áp suất cao và nhiệt độ cao để tái tạo các điều kiện tự nhiên, thường dùng để sản xuất ngọc lục bảo, aquamarine và các loại beryl khác. Quá trình này cho phép tinh thể phát triển chậm xung quanh hạt giống, tạo ra đá quý có độ trong và màu sắc giống với đá tự nhiên. Tuy nhiên, thời gian sản xuất kéo dài từ vài tuần đến vài tháng.

Phương pháp CVD

Phương pháp CVD (lắng đọng hơi hóa học) sử dụng khí hydrocarbon, thường là metan, trong buồng áp suất thấp để tạo ra kim cương nhân tạo. Khí được đốt nóng để tạo ra plasma, lắng đọng các nguyên tử carbon lên hạt kim cương từng lớp một. Phương pháp này cho phép tạo ra kim cương không thể phân biệt với kim cương tự nhiên và có thể điều chỉnh hình dạng theo yêu cầu.

Phương pháp thông lượng

Phương pháp Flux Fusion thường được sử dụng để tạo ra alexandrite, loại đá quý nổi tiếng với khả năng thay đổi màu sắc. Hóa chất cần thiết được hòa tan trong dòng nóng chảy và hạt giống được thêm vào, cho phép đá quý phát triển từ từ. Mặc dù có thể chứa các tạp chất hoặc vết nứt nhỏ, nhưng với công nghệ cải tiến, chất lượng của đá quý từ phương pháp này ngày càng được nâng cao.

Cách phân biệt đá quý thật hay giả chính xác

Giá trị của đá quý phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm độ hiếm, chất lượng, kích thước và màu sắc. Đá quý càng hiếm và hoàn hảo thì giá trị càng cao. Một số phương pháp và tips sau đây sẽ giúp bạn nhận biết được chất lượng đá quý thật giả nhanh chóng và chuẩn xác:

• Kiểm tra bằng mắt thường: Đá quý thật thường có màu sắc tự nhiên, không đều màu, có thể có vân hoặc tạp chất nhỏ bên trong. Đá giả thường có màu sắc đồng nhất và rực rỡ quá mức.
• Kiểm tra dưới kính hiển vi: Kiểm tra vết rạn nứt, tạp chất hoặc bọt khí bên trong đá. Đá quý thật thường có những dấu hiệu này do quá trình hình thành tự nhiên, trong khi đá giả thường không có hoặc có dấu hiệu nhân tạo.
• Kiểm tra độ cứng: Sử dụng thang đo độ cứng Mohs để kiểm tra. Đá quý thật thường có độ cứng cao hơn đá giả. Ví dụ, kim cương có độ cứng 10, trong khi nhiều loại đá giả chỉ có độ cứng từ 6 đến 7.
• Kiểm tra bằng các thiết bị chuyên dụng: Các thiết bị đo đạc và phân tích có thể giúp xác định thành phần hóa học và cấu trúc tinh thể của viên đá.

Ngành công nghiệp đá quý dự kiến sẽ tiếp tục phát triển trong tương lai, với sự gia tăng về nhu cầu và ứng dụng của đá quý trong đời sống. Sự kết hợp giữa công nghệ và kỹ thuật hiện đại sẽ mang lại nhiều cơ hội mới cho việc khai thác, sản xuất và sử dụng đá quý.

Hy vọng sau bài viết, bạn đã có cái nhìn tổng quan về sự hình thành đá quý. Việc hiểu rõ nguồn gốc của những viên đá quý này không chỉ giúp bạn biết thêm về sự kỳ diệu của thiên nhiên mà còn trang bị cho bạn kiến thức cần thiết để phân biệt và đánh giá giá trị thực sự của chúng trong cuộc sống hàng ngày.

Bài viết nên xem:

• Điểm danh 9 loại đá quý hiếm và đắt giá hơn kim cương
• Quá trình hình thành kim cương trong tự nhiên và trong phòng thí nghiệm