Farbige Edelsteine erhalten ihre faszinierenden Farbtöne durch Spurenelemente, die während ihrer Entstehung in ihre Kristallstruktur eingearbeitet werden. Diese Verunreinigungen, die oft in ppm (parts per million) vorhanden sind, interagieren mit Licht auf eine Weise, die leuchtende Farben erzeugt. Zu den einflussreichsten Spurenelementen gehören Eisen (Fe), Vanadium (V), Chrom (Kr) und Titan (Ti). Dieser Artikel untersucht ihre geologischen Ursprünge, Farbmechanismen und ihre Rolle in bestimmten Edelsteinen.
Inhalte
- 1. Chrom (Cr): Der Meister der Rot- und Grüntöne
- Geologisches Vorkommen
- Rolle bei der Edelsteinfärbung
- Bemerkenswerte Einlagen
- 2. Eisen (Fe): Der vielseitige Farbstoff
- Geologisches Vorkommen
- Rolle bei der Edelsteinfärbung
- Bemerkenswerte Einlagen
- 3. Vanadium (V): Das Chamäleon-Element
- Geologisches Vorkommen
- Rolle bei der Edelsteinfärbung
- Bemerkenswerte Einlagen
- 4. Titan (Ti): Der Blau- und Sterneffekt-Erzeuger
- Geologisches Vorkommen
- Rolle bei der Edelsteinfärbung
- Bemerkenswerte Einlagen
- Fazit
- Weiterführende Literatur
1. Chrom (Cr): Der Meister der Rot- und Grüntöne
Geologisches Vorkommen
Chrom ist ein Übergangsmetall, das häufig vorkommt in ultramafisch Felsen (z. B. Peridotite, Serpentinite) und hydrothermale VenenEs ersetzt Aluminium (Al) in Kristallgittern aufgrund ähnlicher Ionenradien.
Rolle bei der Edelsteinfärbung
- Rubin (Korund, Al₂O₃): Cr³⁺ ersetzt Al³⁺ und erzeugt intensive Rottöne. Die elektronischen Übergänge innerhalb von Cr³⁺ absorbieren gelbgrünes Licht und lassen Rot durch.
- Emerald (Beryll, Be₃Al₂Si₆O₁₈): Cr³⁺ (und manchmal V³⁺) erzeugt ein tiefes Grün. Die Anwesenheit von Fe kann den Farbton verändern.
- Alexandrit (Chrysoberyll, BeAl₂O₄): Cr³⁺ verursacht aufgrund selektiver Absorptionsbänder einen dramatischen Farbwechsel (grün bei Tageslicht, rot bei Glühlampenlicht).
- Rosa Sapphire (Korund): Niedrigere Cr-Konzentrationen ergeben Rosa statt Rot.
Bemerkenswerte Einlagen
- Rubine: Myanmar (Mogok), Madagaskar, Tansania.
- Smaragde: Kolumbien (Muzo), Sambia, Brasilien.
2. Eisen (Fe): Der vielseitige Farbstoff
Geologisches Vorkommen
Eisen ist in der Erdkruste allgegenwärtig und kommt in mafisch und Metaphorische FelsenEs existiert in zwei Oxidationsstufen:
- Fe²⁺ (Eisen) – erzeugt typischerweise Blau/Grün.
- Fe³⁺ (Eisen) – tendiert zu gelb/braun.
Rolle bei der Edelsteinfärbung
- Blauer Saphir (Korund): Fe²⁺ + Ti⁴⁺-Ladungsübertragung (Intervallübergang) absorbiert rotes Licht, was zu Blau führt.
- Aquamarin (Beryll): Fe²⁺ in oktaedrischen Positionen ergibt einen blauen Farbton.
- Peridot (Olivine, (Mg,Fe)₂SiO₄): Fe²⁺ ergibt Olivgrün bis Gelbgrün.
- Citrine (Quartz, SiO₂): Fe³⁺-Verunreinigungen erzeugen gelbe bis orange Farbtöne.
Bemerkenswerte Einlagen
- Saphire: Kaschmir (Indien), Sri Lanka, Montana (USA).
- Aquamarin: Brasilien, Nigeria, Pakistan.
3. Vanadium (V): Das Chamäleon-Element
Geologisches Vorkommen
Vanadium wird oft in Verbindung gebracht mit Schiefergestein Ablagerungen und Pegmatite. Es ersetzt Al³⁺ oder Cr³⁺ in Kristallstrukturen.
Rolle bei der Edelsteinfärbung
- Grüner und blaugrüner Beryll („Vanadischer Smaragd“): V³⁺ erzeugt ein reines Grün, das oft gesättigter ist als Cr-basierte Smaragde.
- Tansanit (Zoisite, Ca₂Al₃(SiO₄)₃(OH)): V³⁺ (mit geringen Mengen Fe) führt zu pleochroitischen blau-violetten Farbtönen. Wärmebehandlung verstärkt das Blau.
- Einige synthetische Alexandrite: V³⁺ kann eine durch Cr verursachte Farbänderung nachahmen.
Bemerkenswerte Einlagen
- Tansanit: Nur in Merelani Hills, Tansania.
- Vanadischer Beryll: Brasilien, Afrika.
4. Titan (Ti): Der Blau- und Sterneffekt-Erzeuger
Geologisches Vorkommen
Titan ist häufig in Magmatische Gesteine (z.B, Rutil in Pegmatiten) und bildet häufig Auslösungslamellen.
Rolle bei der Edelsteinfärbung
- Blauer Saphir (mit Fe²⁺): Ti⁴⁺ ist am Ladungstransfer beteiligt, der für tiefes Blau unerlässlich ist.
- Sternsaphir/Rubin: Herausgelöste Rutilnadeln (TiO₂) verursachen durch Lichtstreuung Asterismus.
- Rosa und violette Saphire: Ti-Fe-Wechselwirkungen können neben Cr die Farbe verändern.
Bemerkenswerte Einlagen
- Sternkorunde: Sri Lanka, Thailand.
- Blaue Saphire: Madagaskar, Australien.
Fazit
Spurenelemente wie Cr, Fe, V und Ti sind grundlegend für die Farbgebung von Edelsteinen durch elektronische Übergänge, Ladungstransfers und Kristallfeldeffekte. Ihre Einbindung hängt ab von geologische Bedingungeneinschließlich Druck, Temperatur und Chemie des Wirtsgesteins. Das Verständnis dieser Prozesse hilft Gemmologen dabei, natürliche von synthetischen Steinen zu unterscheiden und steigert die Wertschätzung für die mineralogische Kunstfertigkeit der Erde.
Weiterführende Literatur
- Nassau, K. (1983). Die Physik und Chemie der Farbe.
- Giuliani, G., et al. (2019). „Edelsteinbildung, Geologie und Exploration.“ Elements Magazin.
