Corundum là gì: vì sao ruby và sapphire là cùng một khoáng vật

Corundum là khoáng vật oxit nhôm (Al₂O₃) kết tinh, cứng 9 trên thang Mohs, chỉ đứng sau kim cương trong các khoáng vật tự nhiên quen thuộc. Ruby và sapphire đều là corundum: corundum đỏ gọi là ruby, mọi màu còn lại, kể cả xanh lam, vàng, hồng, tím, không màu, đều gọi là sapphire. Phần lớn corundum trên đời là hạt đục, xám nâu, được dùng làm vật liệu mài; chỉ một phần rất nhỏ đủ trong và đủ màu để giác thành đá quý.

Một công thức hoá học, hai cái tên lớn

Về hoá học, corundum đơn giản đến bất ngờ: hai nguyên tử nhôm, ba nguyên tử oxy. Không có nước, không có silic, không có kim loại hiếm nào trong công thức gốc. Corundum tinh khiết tuyệt đối thì trong suốt không màu. Màu đến từ một lượng cực nhỏ nguyên tố lạ len vào chỗ của nhôm trong mạng tinh thể, thường chỉ vài phần nghìn hoặc ít hơn. Chuyện vì sao crom cho màu đỏ, sắt và titan cho màu lam là đề tài của ngành quang học màu sắc; ở đây chỉ cần nhớ: cùng một bộ khung, khác "hạt bụi" lọt vào.

Tên gọi có lịch sử riêng. Chữ corundum được cho là bắt nguồn từ tiếng Tamil kurundam, gốc từ tiếng Phạn kuruvinda, chỉ loại đá đỏ. Ruby đi từ tiếng Latin ruber, nghĩa là đỏ. Sapphire đi từ tiếng Hy Lạp sappheiros; nhiều nhà nghiên cứu cho rằng thời cổ chữ này có lẽ chỉ đá lapis lazuli xanh thẫm chứ chưa phải corundum. Tiếng Việt quen gọi ruby là hồng ngọc, sapphire là lam ngọc hay ngọc bích; chữ "ngọc bích" dễ gây nhầm vì cũng được dùng cho ngọc nephrite màu lục.

Phải tới khoảng cuối thế kỷ 18 – đầu thế kỷ 19, khi phân tích hoá học và đo tinh thể đủ chính xác, giới khoa học châu Âu mới chắc chắn ruby, sapphire và corundum thô dùng để mài là cùng một khoáng vật. Trước đó, người ta phân loại đá quý chủ yếu theo màu, nên ruby bị gộp chung với spinel đỏ và garnet đỏ.

Tinh thể corundum trông ra sao

Corundum thuộc hệ tinh thể ba phương (trigonal). Trong tự nhiên nó hay mọc thành ba dạng dễ nhận:

• Lăng trụ sáu cạnh hai đầu nhọn, trông như cái thùng phình giữa, gọi là dạng "thùng rượu" (barrel). Sapphire Sri Lanka và Kashmir hay có dáng này.
• Tấm dẹt sáu cạnh, mặt trên phẳng như bàn. Ruby trong đá hoa ở Myanmar hay có dạng tấm, nhiều khi còn thấy các vết tam giác nhỏ trên mặt.
• Tháp đôi sáu mặt thuôn nhọn hai đầu, gặp ở nhiều sapphire gốc bazan.

Điểm chung là đối xứng sáu (hay ba) quanh một trục dọc, gọi là trục c. Trục này quan trọng với cả nhà địa chất lẫn thợ giác. Màu của corundum thường đổi theo hướng nhìn: nhìn dọc trục c và nhìn ngang trục c cho hai sắc độ khác nhau, hiện tượng gọi là đa sắc (pleochroism). Một viên ruby nhìn dọc trục có thể đỏ hơi tía, nhìn ngang lại đỏ hơi cam. Người thợ giỏi luôn tìm trục c trước khi đặt viên đá lên đĩa mài để mặt bàn (table) nhận được sắc đẹp nhất.

Bộ thông số cơ bản của corundum

Đây là những con số mà sách đá quý nào cũng dẫn, và đáng thuộc nếu bạn mê đá:

Một điều ít người để ý: độ cứng 9 không có nghĩa là "không vỡ". Độ cứng là khả năng chống vạch xước. Corundum khá dai, không có cát khai nên khó bể theo mặt phẳng như kim cương hay topaz, nhưng viên có nhiều song tinh có thể tách dọc các mặt song tinh khi bị va mạnh. Đó là lý do một số viên ruby đá hoa có vết rạn thẳng như dao cắt.

Vì sao corundum hiếm ở dạng đá quý

Nhôm là kim loại phổ biến nhất trong vỏ Trái Đất, oxy càng phổ biến. Vậy sao oxit nhôm kết tinh đẹp lại hiếm? Câu trả lời nằm ở silic.

Vỏ Trái Đất giàu silic. Hễ có silic, nhôm sẽ "kết hôn" với silic để tạo ra fenspat, mica, sét, silimanit, kyanit… chứ không đứng riêng thành corundum. Corundum chỉ sinh ra ở những môi trường nghèo silic mà giàu nhôm. Nhà địa chất gọi đây là điều kiện "thiếu silic" (silica-undersaturated). Trong tự nhiên có vài kiểu như vậy:

• Đá hoa (marble): đá vôi bị biến chất ở nhiệt độ và áp suất cao. Đá vôi gần như không có silic, nếu xen kẹp lớp sét giàu nhôm thì khi biến chất có thể sinh ruby và spinel. Myanmar, Afghanistan, Tajikistan và vùng Lục Yên của Việt Nam thuộc kiểu này.
• Đá biến chất gốc mafic như amphibolit: nhiều ruby Mozambique, Madagascar, Kenya đến từ đây.
• Pegmatit đã mất silic: khi mạch pegmatit xuyên vào đá siêu mafic, silic bị hút sang đá vây quanh, phần còn lại giàu nhôm kết tinh corundum. Sapphire Kashmir là ví dụ kinh điển.
• Bazan kiềm: magma bazan đi lên từ sâu mang theo các tinh thể corundum đã kết tinh dưới sâu như những "vị khách", rồi phong hoá giải phóng chúng ra sa khoáng. Sapphire Thái Lan, Campuchia, Úc, Tây Nguyên thuộc kiểu này.

Gặp đủ điều kiện rồi còn phải đủ không gian và thời gian để tinh thể lớn, ít nứt, ít bao thể, rồi được đưa lên gần mặt đất mà không bị nghiền nát. Đá quý cỡ lớn, trong, màu đẹp là kết quả của một chuỗi may mắn dài.

Ruby hay sapphire hồng: ranh giới mờ

Định nghĩa "corundum đỏ là ruby" nghe gọn, nhưng màu là một dải liên tục. Corundum đỏ đậm thì ai cũng gọi ruby. Corundum hồng nhạt thì ai cũng gọi sapphire hồng. Ở giữa là vùng tranh cãi: đỏ nhạt, hồng đậm, hồng tía.

Các phòng giám định và các thị trường không thống nhất hoàn toàn. Ở châu Âu và Mỹ, viên hồng đậm thường được xếp là sapphire hồng; ở một số thị trường châu Á, người ta dễ gọi nó là ruby hơn. Một số phòng giám định đặt mẫu màu chuẩn để so, nhưng mẫu chuẩn của nơi này không giống nơi kia. Vì thế cùng một viên đá có thể mang hai cái tên tuỳ giấy của phòng nào. Đây không phải chuyện thật – giả, mà là chuyện quy ước gọi tên cho một dải màu liên tục.

Corundum có màu đổi theo nguồn sáng, xanh dưới ánh ngày và tía dưới đèn sợi đốt, cũng tồn tại và được gọi là sapphire đổi màu. Corundum hồng cam thì có tên riêng: padparadscha.

Corundum ngoài thế giới trang sức

Nếu tính theo khối lượng, phần lớn corundum mà con người dùng không nằm trên nhẫn. Nó nằm trên giấy nhám, đá mài, đĩa cắt, bột đánh bóng. Đá nhám (emery), hỗn hợp tự nhiên của corundum với magnetit hay hematit, đã được dùng để mài đá từ thời cổ đại, nổi tiếng nhất là mỏ trên đảo Naxos của Hy Lạp. Ngày nay hầu hết corundum mài là loại nhân tạo, nấu chảy bô-xít trong lò hồ quang điện.

Corundum tổng hợp trong suốt, gọi chung là sapphire tổng hợp, lại có mặt trong kính đồng hồ, cửa sổ quang học, đế chip LED. Ruby tổng hợp từng là trái tim của chiếc laser đầu tiên năm 1960 và vẫn là "chân kính" trong bộ máy đồng hồ cơ. Cùng một chất Al₂O₃, khi là đá quý, khi là vật liệu kỹ thuật.

Góc nhìn hôm nay: quan sát corundum ở đâu và thế nào

Muốn hiểu corundum, tốt nhất là nhìn tinh thể thô chứ không chỉ viên đã giác. Bảo tàng Địa chất Việt Nam ở Hà Nội có trưng bày mẫu khoáng vật và đá quý, trong đó có mẫu từ các vùng mỏ trong nước. Khi ra nước ngoài, phòng khoáng vật của Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Smithsonian (Washington) hay Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên London có các tinh thể ruby, sapphire thô rất đẹp.

Ba điều nên tập nhìn khi đứng trước một tinh thể corundum:

1. Tìm đối xứng sáu: nhìn đầu tinh thể xem có hình lục giác hay các vân sáu cạnh không.
2. Xoay chậm dưới một bóng đèn: để ý màu có đổi sắc khi đổi hướng nhìn không, đó là đa sắc.
3. Nhìn đá mẹ: viên ruby nằm trong khối đá hoa trắng cho biết nó sinh ra từ đá vôi biến chất; viên sapphire tròn cạnh lẫn trong sỏi cho biết nó đã đi một quãng dài theo dòng nước.

Nếu muốn đọc thêm, tài liệu tham khảo của GIA (Gemological Institute of America) về ruby và sapphire, cùng trang corundum trên Mindat.org, là hai nguồn tin cậy và cập nhật.