Một số đá quý không sinh ra trong lửa hay dưới áp suất lớn mà ra đời ngay sát mặt đất, khi nước mưa thấm xuống làm phong hoá đá có sẵn. Turquoise, malachite, azurite và chrysoprase là những ví dụ tiêu biểu: chúng kết tủa từ nước ngầm mang đồng, niken, phốt pho hoà tan, trong đới vài chục mét trên cùng của vỏ Trái Đất. Nhà địa chất gọi đó là quá trình tạo khoáng ngoại sinh, hay đới oxy hoá.
Đới oxy hoá: tầng đá bị "gỉ"
Khi một thân quặng chứa khoáng vật sunfua, như chalcopyrit (sunfua đồng sắt) hay pyrit, lộ gần mặt đất, nước mưa giàu oxy thấm vào và oxy hoá chúng. Phản ứng này sinh ra axit sunfuric loãng, hoà tan đồng, sắt và các kim loại khác. Nước mang kim loại thấm xuống dưới, gặp đá có tính kiềm hoặc gặp điều kiện hoá học khác thì kết tủa thành khoáng vật mới.
Phần trên cùng của thân quặng, nơi sắt bị oxy hoá và ở lại, thành lớp đá xốp màu nâu đỏ như gỉ sét, thợ mỏ xưa gọi là "mũ sắt". Bên dưới là đới oxy hoá với những khoáng vật đồng màu sắc rực rỡ: lam của azurite, lục của malachite, lam lục của turquoise và chrysocolla. Thấy những màu này trên mặt đất từng là dấu hiệu tìm mỏ đồng của con người từ thời cổ đại. Chuyện mỏ đồng và luyện kim thuộc về một mảng khác; ở đây chỉ bàn những khoáng vật đẹp đến mức được dùng làm đá quý và đá trang trí.
Turquoise: viên đá của miền khô hạn
Turquoise là một phốt phát ngậm nước của đồng và nhôm. Để có nó, cần ba nguồn nguyên liệu gặp nhau gần mặt đất:
- Đồng: từ khoáng vật sunfua đồng bị oxy hoá.
- Nhôm: từ fenspat bị phong hoá thành sét.
- Phốt pho: từ khoáng vật apatit, một khoáng vật phụ có trong nhiều loại đá.
Nước ngầm hoà tan và mang những thành phần này, rồi để chúng kết tủa thành mạch mỏng, ổ nhỏ trong khe nứt đá. Turquoise thường là khối vi tinh thể, đục, không có tinh thể lớn trong suốt. Đá chủ đôi khi bị kẹt lại thành những đường gân nâu, đen chạy khắp viên đá, thợ gọi là "lưới nhện".
Hầu hết mỏ turquoise lớn trên thế giới nằm ở vùng khí hậu khô hạn hoặc bán khô hạn. Điều này có lý: ở vùng mưa nhiều, nước ngầm dồi dào sẽ rửa trôi đồng đi xa thay vì để nó đọng lại, và turquoise cũng dễ bị biến đổi tiếp.
Những vùng turquoise lịch sử
- Nishapur (Neyshabur), Iran: nguồn turquoise Ba Tư lâu đời, màu lam trong được coi là chuẩn mực trong nhiều thế kỷ.
- Bán đảo Sinai: người Ai Cập cổ khai thác turquoise ở đây từ rất sớm, với các khu mỏ và đền thờ ở Serabit el-Khadim còn dấu vết.
- Tây Nam nước Mỹ: Arizona, New Mexico, Nevada, gắn với truyền thống chế tác của nhiều cộng đồng bản địa.
- Hồ Bắc, Trung Quốc: nguồn turquoise lớn hiện nay.
Nhiều mỏ turquoise ở Mỹ nằm trong hoặc cạnh các mỏ đồng porphyry khổng lồ, nơi đới oxy hoá bên trên thân quặng cung cấp đúng hỗn hợp đồng, nhôm, phốt pho.
Malachite và azurite: hai anh em màu lục và lam
Malachite và azurite đều là cacbonat đồng ngậm nhóm hydroxyl, khác nhau ở tỷ lệ đồng, cacbonat và nước. Chúng sinh ra khi nước mang đồng hoà tan gặp đá vôi hoặc nước giàu cacbonat. Đá vôi trung hoà axit, đồng kết tủa lại.
Malachite nổi tiếng với những vân đồng tâm xanh lục đậm nhạt xen kẽ, như vân gỗ cắt ngang. Mỗi vân là một lớp kết tủa, ghi lại sự thay đổi điều kiện của dung dịch theo thời gian, giống vòng sinh trưởng của thạch nhũ. Azurite có màu lam đậm, đôi khi kết tinh thành tinh thể rõ. Azurite kém bền hơn malachite trong không khí ẩm và có thể chuyển dần thành malachite; nhiều mẫu khoáng vật cho thấy tinh thể azurite bị malachite thay thế một phần mà vẫn giữ hình dạng cũ.
Vùng Katanga ở Cộng hoà Dân chủ Congo là nguồn malachite lớn hiện nay. Ở dãy Ural của Nga, những khối malachite lớn khai thác trong thế kỷ 18–19 được dùng để ốp cột, bàn và cả gian phòng trong cung điện, như Phòng Malachite ở Cung điện Mùa đông, Saint Petersburg.
Một lưu ý an toàn: malachite và azurite chứa đồng. Mài, cắt chúng sinh ra bụi chứa đồng, hít phải có hại. Thợ chế tác thường mài ướt, đeo khẩu trang lọc bụi mịn và làm ở nơi thoáng.
Chrysoprase: màu lục của niken từ đất phong hoá
Chrysoprase là chalcedon, tức thạch anh vi tinh thể, có màu lục táo do niken. Niken đến từ đá siêu mafic, như serpentinit, bị phong hoá sâu trong khí hậu nóng ẩm. Quá trình phong hoá kéo dài tạo ra lớp vỏ đất đá giàu sắt, niken gọi là vỏ phong hoá laterit. Silica hoà tan từ đá gốc di chuyển theo nước ngầm, đọng lại thành mạch chalcedon và mang theo niken tạo màu.
Nguồn chrysoprase nổi tiếng gồm vùng Marlborough ở Queensland (Úc), Szklary ở Ba Lan, và một số mỏ ở Tanzania. Cơ chế này cho thấy phong hoá nhiệt đới, thứ quen thuộc với Việt Nam qua đá ong và đất đỏ, cũng có thể tạo ra đá quý.
So sánh các đá quý ngoại sinh
| Đá | Thành phần chính | Nguyên tố tạo màu | Môi trường | Độ cứng Mohs |
|---|---|---|---|---|
| Turquoise | Phốt phát đồng nhôm ngậm nước | Đồng (lam), sắt (ngả lục) | Đới oxy hoá, khí hậu khô | 5–6 |
| Malachite | Cacbonat đồng | Đồng (lục) | Đới oxy hoá gặp đá vôi | 3,5–4 |
| Azurite | Cacbonat đồng | Đồng (lam) | Đới oxy hoá gặp đá vôi | 3,5–4 |
| Chrysocolla | Silicat đồng ngậm nước | Đồng (lam lục) | Đới oxy hoá | 2–4 |
| Chrysoprase | Chalcedon (silica) | Niken (lục táo) | Vỏ phong hoá đá siêu mafic | 6,5–7 |
Bảng cho thấy điểm chung: đá ngoại sinh phần lớn mềm và xốp hơn đá quý sinh ra sâu trong lòng đất. Chúng kết tủa ở nhiệt độ thấp, từ dung dịch loãng, nên thường là khối vi tinh thể, đục, đẹp nhờ màu và vân chứ không nhờ độ trong. Độ xốp cũng khiến turquoise dễ thấm dầu, mồ hôi và đổi màu theo thời gian.
Đọc thời gian và khí hậu qua đá ngoại sinh
Vì sinh ra gần mặt đất và phụ thuộc vào nước mưa, khoáng vật ngoại sinh là bản ghi khí hậu cổ. Sự có mặt của turquoise gợi ý một vùng từng khô; vỏ phong hoá laterit dày gợi ý một thời gian dài nóng ẩm. Các nhà địa chất kinh tế dùng hiểu biết này để đoán nơi thân quặng đồng chôn sâu bên dưới, vì đới oxy hoá nằm phía trên thân quặng nguyên sinh.
Với đá quý, điều đó có nghĩa là một viên turquoise hay malachite chứa trong nó câu chuyện về mưa, nắng và nước ngầm của một vùng đất suốt hàng vạn đến hàng triệu năm, khác hẳn với câu chuyện lửa và áp suất của ruby hay kim cương.
Góc nhìn hôm nay
- Nhìn vân malachite: các dải đồng tâm cho biết khối khoáng vật lớn dần từ một tâm, lớp này phủ lên lớp kia. Đếm vân và xem chỗ vân bị cắt ngang là một cách đọc lịch sử tăng trưởng.
- Tìm "mũ sắt" ngoài thực địa: lớp đá nâu đỏ xốp trên đồi có thể là dấu vết thân quặng bị oxy hoá. Việc thăm dò, đào lấy mẫu khoáng sản cần giấy phép theo Luật Địa chất và Khoáng sản.
- Bảo tàng: Cung điện Mùa đông (Hermitage) với Phòng Malachite; các bảo tàng khoáng vật lớn trưng bày mẫu azurite chuyển thành malachite.
- Đọc thêm: tài liệu GIA về turquoise, mục malachite và azurite trên Mindat.org, tài liệu USGS về mỏ đồng porphyry và đới oxy hoá.
Turquoise được nhiều nền văn hoá coi là bùa hộ mệnh; đó là giá trị văn hoá và lịch sử, khoa học không xác nhận tác dụng của đá đối với sức khoẻ hay vận mệnh.
Câu hỏi thường gặp
Turquoise hình thành như thế nào?
Turquoise hình thành gần mặt đất khi nước mưa thấm xuống hoà tan đồng từ khoáng vật sunfua, nhôm từ fenspat và phốt pho từ apatit, rồi kết tủa trong khe nứt đá. Phần lớn mỏ turquoise nằm ở vùng khô hạn, thường gần các mỏ đồng.
Malachite là gì?
Malachite là khoáng vật cacbonat đồng màu lục, có vân đồng tâm đậm nhạt xen kẽ. Nó sinh ra trong đới oxy hoá của mỏ đồng khi nước mang đồng hoà tan gặp đá vôi. Malachite mềm, độ cứng chỉ khoảng 3,5 đến 4, dùng làm đá trang trí và trang sức.
Malachite và azurite khác nhau thế nào?
Cả hai đều là cacbonat đồng nhưng khác tỷ lệ thành phần. Malachite màu lục, azurite màu lam đậm. Azurite kém bền hơn và có thể chuyển dần thành malachite trong không khí ẩm, nên hai khoáng vật thường mọc chung.
Chrysoprase có màu xanh do đâu?
Chrysoprase là chalcedon có màu lục táo do niken. Niken đến từ đá siêu mafic bị phong hoá sâu trong khí hậu nóng ẩm, silica hoà tan đọng lại thành mạch và mang niken vào. Nguồn nổi tiếng là Queensland (Úc) và Szklary (Ba Lan).
Đới oxy hoá là gì?
Đới oxy hoá là phần trên của thân quặng, gần mặt đất, nơi nước mưa giàu oxy đã làm biến đổi khoáng vật sunfua thành oxit, cacbonat, phốt phát. Đây là nơi sinh ra malachite, azurite, turquoise và là dấu hiệu tìm mỏ đồng từ thời cổ.
