Если взять ультрафиолетовую лампу, например такую, как у кассиров в банках, и рассматривать в ее невидимых лучах образцы различных минералов и горных пород, можно узнать много любопытного. Некоторые минералы "откликаются" свечением красного или синего, зеленого, желтого цвета - это люминесценция. Свечение, которое, после того как лампа выключена, мгновенно прекращается, называют флюоресценцией. А если идет медленное затухание - секунды, минуты или даже часы, то это - фосфоресценция.
Способностью к флюоресценции обладают очень многие органические вещества из классов циклических соединений (бензоловые смолы, ароматические вещества и другие) и сравнительно небольшая часть неорганических веществ. Так, например, в лучах ультрафиолетовой лампы флюоресцируют органические красители в защитных метках, надписях, волосках на денежных купюрах. Голубое свечение дают бумага и белые ткани, содержащие отбеливатели. Красное - хлорофилл в листьях растений. Горные породы часто содержат рассеянные органические примеси, дающие голубовато-белесый фон. Такие флюоресцентные "метки" помогают в поиске нефти и битумов.
Геологов особенно интересует способность к флюоресценции самих минералов. Она обусловлена тем, что в их кристаллической решетке присутствуют химические элементы-люминогены. Обычно ими бывают некоторые из металлов, имеющих недостроенные электронные оболочки. Это, прежде всего, металлы из группы железа - хром, марганец, трехвалентное железо, группа лантаноидов (редкоземельные элементы), а также молибден, вольфрам, уран.
В рубине и шпинели содержатся ионы трехвалентного хрома. Они дают красное свечение. Ионы трехвалентного железа в полевых шпатах тоже светятся красным. Ионы двухвалентного марганца дают желто-оранжево-красное свечение в апатите, кальците, во многих других минералах, в которые марганец вошел на место кальция или магния (фото 1). Примеси лантаноидов светятся главным образом в кальциевых минералах: например, церий - фиолетовым цветом в апатите; европий двухвалентный - фиолетово-синим во флюорите; европий трехвалентный - красным в шеелите из кварцевых жил. А еще красное свечение трехвалентного европия мы видим каждый день на экранах своих цветных телевизоров. Синее и зеленое свечение экранов связано с сульфидом цинка (аналог сфалерита) и различными примесями в нем - алюминия, серебра, меди, кадмия и другими. Из красного, синего и зеленого цветов формируются любые оттенки цветного изображения.
В геологии известно несколько ярких историй, связанных с проявлениями люминесценции. Само это явление впервые было описано итальянским алхимиком Кашиароллой в 1602 году. Он пытался получить золото из тяжелого шпата - барита и обратил внимание на то, что после прокаливания барит приобретает удивительную способность "запасать" солнечные лучи, а затем "возвращать" их в виде свечения - фосфоресценции - в течение нескольких часов. В 1935 году советский геолог Н. А. Смольянинов впервые с помощью люминесцентной лампы открыл рудное месторождение. Он просматривал образцы каменного материала, привезенного из Таджикистана, из местечка Чорух-Дайрон, и заметил в этих кусках скопления шеелита, который простым глазом обнаружить чрезвычайно трудно (фото 2).
Другой случай. До второй мировой войны в США не были известны свои месторождения вольфрама, и его привозили из Китая. Когда началась война и торговые связи нарушились, страна стала испытывать острейший дефицит этого металла, применяемого для производства брони. Тогда было решено наладить выпуск полевых ламп-люминоскопов и дать широкую рекламу: "Ищите вольфрам". Тысячи людей бросились на поиски шеелита в выработанных штольнях и карьерах цветных металлов. (Вольфрам получают из вольфрамитовых или шеелитовых руд.) И очень скоро в одном из отработанных месторождений сурьмы было открыто крупнейшее месторождение шеелита - Иеллоу Пайн.
Зеленое свечение минералов урана уже более 50 лет используется как поисковый признак этого стратегического сырья (фото 3). Мельчайшие зерна и пылинки урановых соединений хорошо видны в темноте под ультрафиолетовыми лучами.
Флюоресценция урана надежно служит еще и при проверках уровня загрязнений территорий, транспортных путей, помещений предприятий, ведущих переработку руд урана.
Желтое свечение циркона, почти всегда присущее этому минералу (фото 4), позволяет сразу увидеть его зерна в песках или пробах измельченной породы. Так светится, например, циркон пляжей Австралии, где его добывают в больших количествах.
Фиолетово-синее свечение флюорита (фото 6) характерно для многих жил с промышленными содержаниями крупнокристаллического плавикового шпата. Это свечение используется как сигнал при автоматическом отборе кусков флюорита из руд.
Люминесцентные электронные сепараторы используют при извлечении алмазов из дробленой руды. Мощные импульсы рентгеновского излучения возбуждают в алмазах синее свечение. Этот специфический отклик драгоценного минерала улавливают фотоэлектронные системы, и тогда механические устройства отбирают только те куски руды, в которых есть алмаз. Такая технология, разработанная в России, теперь применяется во всех алмазодобывающих странах.
Свечение кальцита используют при поиске геохимических аномалий - гидротермальных жил и тел, в которых могут накапливаться редкие и благородные металлы, минералы, кристаллы самоцветов - шпинель, рубин, берилл, аквамарин, изумруд, турмалин.
Апатит с фиолетово-синей флюоресценцией считается важнейшим поисковым признаком алмазоносных кимберлитовых трубок и редкометалльных пород. Зерна такого апатита бывают рассеяны вокруг месторождений на расстоянии до двух километров.
