Tajemný původ safírů byl konečně rozluštěn

Třpytivě modré safíry, které tak připomínají pronikavý chlad, mají pozoruhodně horký původ hluboko pod povrchem.

Safíry se již léta objevují ve vulkanických ložiscích, jako je například sopečný Eifel, kde magma ze zemského pláště po dlouhou dobu proniká do zemské kůry a vytváří taveniny bohaté na sodík a draslík. Jiné se nacházejí v říčních korytech, kde jsou robustní krystaly vymyté z výchozích hornin.

Ačkoli se zdá, že vulkanismus hraje určitou roli, přesný původ těchto safírů hluboko v pecích naší planety byl záhadou, protože geologové nedokázali s jistotou určit, zda vznikají výhradně v samotném plášti, nebo jsou vypáleny z jiných minerálů při výstupu magmatu.

Nový výzkum přinesl důkaz, že tyto azurové drahokamy mohou být ukovány v ohni a zuřivosti sopečných otřesů, kdy extrémní procesy zahřívají a stlačují oxid hlinitý v zemské kůře do krystalické formy zvané korund, hlavní minerál, který tvoří safíry. „Jedním z vysvětlení je, že safír v zemské kůře vzniká z dříve jílovitých sedimentů za velmi vysokých teplot a tlaků a stoupající magmata jednoduše tvoří výtah na povrch pro krystaly,“ vysvětluje geolog a petrolog Axel Schmitt z Curtin University v Austrálii.

Vědci chtěli zjistit, zda je to tak, že safíry vznikly ve svrchním plášti nebo ve spodní kůře a byly vyzvednuty a vyneseny vzhůru magmatem, které se zespodu prodírá k povrchu. K tomu museli studovat samotné safíry. Shromáždili 223 mikroskopických safírů z Eifelu a podrobili je hmotnostní spektrometrii sekundárních iontů. Sledovali dvě různé charakteristiky: inkluze rutilu a zirkonu zachycené v safírech při jejich vzniku a poměry izotopů kyslíku v oxidu hlinitém.

Safíry jsou nyní tvořeny převážně oxidem hlinitým ve formě korundu, ale mohou se do nich přimíchávat i jiné prvky. Sytě modrý odstín, kterým jsou safíry známé, pochází například z titanu a železa, které korund zabarvují. Železo samo o sobě vytváří žluté safíry a může nám také dát zelené kameny. Chrom mění korund na růžový nebo červený, a tak získáváme rubíny.

Navíc se v safírech mohou při jejich vzniku zachytit celé další minerály, například rutil (oxid titaničitý) a zirkon. Vědci pak mohou pomocí těchto minerálů určit, kdy krystal vykvetl. Je to proto, že při vzniku těchto rutilů a zirkonů se do nich dostává uran, který pak podléhá radioaktivnímu rozpadu známou rychlostí. Vědci mohou studovat poměry uranu a olova uvnitř hornin a určit, jak dlouho se tento uran rozpadal.

Kromě uranu zkoumal vědec i poměry izotopů kyslíku v safírech. Izotop je forma atomu s jiným počtem neutronů a pro studii byly relevantní dva izotopy. Kyslík 16 s 8 protony a 8 neutrony je lehčí izotop a nejrozšířenější forma kyslíku na Zemi. Těžší kyslík-18 má 8 protonů a 10 neutronů a je hojnější v minerálech z hluboké kůry než v minerálech z pláště.

Studiem poměrů těchto izotopů se vědcům podařilo zjistit, že eifelovské safíry mají poměr kyslíku, který lze vysledovat jak v plášti, tak v zemské kůře. Datování pomocí olova a uranu mezitím ukázalo, že vznikly ve stejné době jako vulkanismus, který je vynesl na povrch.

Dohromady to naznačuje, že safíry vznikly ve svrchní kůře, nejvýše 7 kilometrů pod povrchem. Část tohoto vzniku vznikla roztavením plášťového magmatu, které při svém pohybu horninou přenášelo poměry plášťových izotopů do korundu. Jiné safíry vznikly tak, že tavenina prostoupila okolní horninou, což vyvolalo vznik safíru působením tepla, a vznikly tak drahokamy s poměrem izotopů typickým spíše pro korundový původ. „V Eifelu hrály při krystalizaci safíru roli jak magmatické, tak metamorfní procesy, při nichž teplota změnila původní horninu,“ vysvětluje geolog Sebastian Schmidt z Heidelberské univerzity v Německu.

Autor: Lukáš Drahozal

Zdroj: link.springer.com, uni-heidelberg.de