Ngọc khó vỡ vì nó dai chứ không phải vì nó cứng. Độ cứng là khả năng chống trầy xước, còn độ dai là khả năng chịu va đập mà không nứt gãy. Nephrite chỉ cứng khoảng 6 – 6,5 trên thang Mohs, thua thạch anh, nhưng nhờ những sợi tinh thể đan rối như nỉ, nó thuộc loại đá dai nhất mà con người biết; jadeite với các hạt khoá chặt vào nhau đứng ngay sau.
Cứng và dai: hai đại lượng hay bị nhập làm một
Trong đời thường, "cứng" và "bền" thường dùng lẫn. Với nhà khoáng vật học, chúng là ba đại lượng khác nhau:
- Độ cứng (hardness): chống lại việc bị vạch, trầy. Đo bằng thang Mohs, nơi kim cương đứng số 10, corundum số 9, thạch anh số 7.
- Độ dai (toughness): chống lại việc bị vỡ, nứt, sứt khi va đập hay bị bẻ. Không có thang số đơn giản như Mohs; giới đá quý thường xếp theo bậc từ kém, khá, tốt đến xuất sắc.
- Độ bền vững (stability): chịu được nhiệt, ánh sáng, hoá chất mà không đổi màu hay hỏng.
Kim cương là ví dụ kinh điển cho thấy cứng không đồng nghĩa với dai. Nó cứng nhất trong các khoáng vật tự nhiên, không gì vạch nổi trừ chính kim cương, nhưng có cát khai hoàn toàn theo bốn hướng. Một cú gõ đúng hướng có thể tách đôi viên kim cương, và thợ giác thời trước đã lợi dụng đúng tính chất này để chẻ đá thô.
Ngọc thì ngược lại. Nephrite và jadeite không có mặt cát khai nào chạy xuyên khối, vì khối ngọc không phải một tinh thể mà là tập hợp của vô số tinh thể nhỏ quay đủ mọi hướng.
Bí mật nằm trong kết cấu
Nephrite: tấm nỉ của những sợi tinh thể
Mỗi tinh thể tremolit – actinolit riêng lẻ trong nephrite thực ra có cát khai, nhưng nó mảnh như sợi và nằm rối với hàng triệu sợi khác. Khi một vết nứt bắt đầu, nó chạy được một đoạn rất ngắn thì đụng sợi nằm chéo, phải đổi hướng, tách sợi, rút sợi ra khỏi búi. Mỗi lần như thế năng lượng bị tiêu hao. Vết nứt mệt dần rồi dừng lại trước khi cắt ngang được khối đá.
Đó cũng là nguyên lý của một sợi dây thừng hay tấm vải bố: từng sợi tơ yếu, nhưng bện lại thì khó xé. Vật liệu composite sợi thuỷ tinh, sợi carbon hiện đại dựa trên cùng ý tưởng.
Jadeite: những viên gạch không có mạch vữa thẳng
Trong jadeite, các hạt pyroxen hình lăng trụ ngắn ép chặt và khoá vào nhau như những viên đá xếp khéo của một bức tường khô. Vết nứt phải luồn quanh từng hạt hoặc xuyên qua chúng, mất năng lượng ở mỗi ranh giới. Jadeite hạt mịn đều thường dai hơn loại hạt thô; khối có nhiều vết nứt sẵn từ trong mỏ thì kém dai rõ.
Dai đến đâu: những gì đã đo và quan sát được
Các phép đo cơ học trong phòng thí nghiệm từ thế kỷ 20, gồm thử nén, thử uốn và thử va đập trên mẫu đá cắt chuẩn, đều cho kết quả cùng một hướng: nephrite là một trong những vật liệu đá tự nhiên dai nhất, jadeite đứng ngay sau, và cả hai vượt xa phần lớn đá quý dạng đơn tinh thể. Con số cụ thể khác nhau tuỳ mẫu và phương pháp nên giới chuyên môn thường chỉ xếp bậc: GIA xếp độ dai của cả nephrite và jadeite vào loại "xuất sắc".
| Vật liệu | Độ cứng Mohs (khoảng) | Độ dai (xếp bậc định tính) | Điểm yếu |
|---|---|---|---|
| Kim cương | 10 | Tốt | Cát khai bốn hướng |
| Ruby, sapphire | 9 | Xuất sắc khi không có nứt | Mặt tách song tinh ở một số viên |
| Thạch anh | 7 | Tốt | Vết vỡ vỏ sò, dễ sứt mép |
| Ngọc lục bảo | 7,5 – 8 | Kém đến khá | Nhiều khe nứt và bao thể |
| Jadeite | 6,5 – 7 | Xuất sắc | Nứt sẵn từ mỏ |
| Nephrite | 6 – 6,5 | Xuất sắc, cao nhất bảng | Dễ trầy hơn so với thạch anh |
| Opal | 5,5 – 6,5 | Kém | Ngậm nước, dễ nứt khi khô |
Bảng trên cho thấy một nghịch lý đẹp: viên đá dễ trầy nhất trong nhóm dai lại là viên khó vỡ nhất. Vì vậy một chiếc vòng nephrite đeo lâu năm có thể mờ bề mặt vì bụi cát (bụi thường chứa thạch anh, cứng hơn nephrite) nhưng hiếm khi gãy, trong khi một viên ngọc lục bảo đẹp có thể nứt chỉ vì va vào cạnh bàn.
Độ dai đã định hình lịch sử loài người
Trước khi có kim loại, người ta cần một vật liệu vừa mài sắc được vừa không vỡ khi bổ vào gỗ. Ngọc đáp ứng đúng nhu cầu đó, và ở nhiều nơi trên thế giới, những chiếc rìu ngọc đầu tiên là công cụ thật chứ không phải đồ trang sức.
- Châu Âu thời đồ đá mới: các nhà khảo cổ trong chương trình nghiên cứu JADE do Pierre và Anne-Marie Pétrequin dẫn dắt đã truy được nguồn của hàng nghìn lưỡi rìu jadeitite về các mỏ trên núi Monte Viso và Monte Beigua ở dãy Alps nước Ý. Những lưỡi rìu này, có niên đại khoảng thiên niên kỷ 5 trước Công nguyên, đã đi xa tới Anh, Ireland, Đan Mạch. Nhiều chiếc dài, mỏng, mài bóng, không có vết sử dụng: chúng đã từ công cụ chuyển thành vật biểu trưng quyền lực.
- New Zealand: người Maori dùng nephrite (pounamu) làm rìu toki, dao, đục chạm gỗ, và chày chiến mere. Một vật liệu chịu được va đập liên tục là thứ quý nhất với dân tộc đóng thuyền và chạm khắc bằng gỗ.
- Trung Hoa và Đông Á: rìu, lưỡi cuốc bằng nephrite xuất hiện từ thời đồ đá mới, trước khi chuyển dần sang vai trò lễ khí như rìu "việt", lưỡi "chương".
- Trung Mỹ: người Olmec mài những lưỡi rìu jadeite, về sau nhiều chiếc được chạm hình người – báo và chôn làm đồ cúng.
Một vật liệu khó vỡ cũng truyền đời được. Đồ ngọc là một trong những loại hiện vật còn nguyên vẹn nhiều nhất từ thời tiền sử, cùng với gốm và đá. Điều này góp phần làm ngọc mang ý nghĩa "bền lâu, bất biến" trong văn hoá nhiều dân tộc.
Cái giá của độ dai: thợ phải mài chứ không đục được
Tính chất giúp ngọc sống sót cũng làm khổ người thợ. Với đá giòn như đá lửa, người tiền sử ghè đẽo, mỗi cú đập tách ra một mảnh. Ngọc thì không chịu tách: đập vào chỉ bầm, dập mặt chứ không ra mảnh sắc. Vì vậy ngọc phải được cưa và mài bằng cát cứng hơn nó, từng chút một, có khi mất hàng tháng cho một món. Kỹ thuật này được kể kỹ ở bài về chế tác ngọc thủ công.
Cũng vì dai mà nephrite chạm được những chi tiết mỏng manh khó tin: chuỗi xích liền khối, nắp lư hương có vòng treo lủng lẳng, lá mỏng chạm thủng. Với đá giòn, những chi tiết đó sẽ gãy ngay khi đang mài.
Góc nhìn hôm nay: dai không có nghĩa là bất tử
Hiểu đúng độ dai giúp giữ đồ ngọc lâu hơn và nhìn hiện vật tinh tường hơn:
- Ngọc vẫn vỡ được: một chiếc vòng rơi xuống nền gạch đúng chỗ có vết nứt sẵn vẫn có thể gãy. Độ dai cao làm giảm xác suất, không xoá được nó.
- Ngọc vẫn trầy được: nephrite mềm hơn thạch anh trong cát bụi; cất riêng, lau bằng vải mềm ẩm, tránh để chung hộp với đá cứng hơn như sapphire hay kim cương.
- Ngọc qua xử lý có thể kém dai hơn: jadeite bị tẩy bằng axit rồi bơm nhựa (thứ thường gọi là ngọc loại B) có cấu trúc hạt đã bị phá một phần. Cách nhận biết thuộc lĩnh vực kiểm định, không bàn ở đây.
- Khi xem bảo tàng: hãy để ý các lưỡi rìu ngọc thời tiền sử. Lưỡi có vết mẻ, mòn cho thấy nó đã được dùng thật; lưỡi bóng hoàn hảo, quá mỏng để chặt cây thường là vật lễ nghi.
Câu hỏi thường gặp
Ngọc có cứng hơn kim cương không?
Không. Kim cương cứng 10 trên thang Mohs, ngọc chỉ khoảng 6 – 7. Nhưng ngọc dai hơn kim cương, nghĩa là chịu va đập tốt hơn, vì kim cương có cát khai còn ngọc là khối tinh thể nhỏ đan rối không có mặt yếu xuyên suốt.
Độ dai (toughness) khác độ cứng (hardness) thế nào?
Độ cứng là khả năng chống trầy xước, đo bằng thang Mohs. Độ dai là khả năng chống nứt vỡ khi va đập hay bị bẻ. Một vật có thể rất cứng mà giòn, như kim cương hay thuỷ tinh, hoặc không quá cứng nhưng rất dai, như nephrite.
Vì sao nephrite dai hơn jadeite?
Nephrite cấu tạo từ sợi tremolit – actinolit bện rối như nỉ, vết nứt phải đổi hướng và rút sợi liên tục nên tiêu hao nhiều năng lượng. Jadeite là các hạt lăng trụ khoá vào nhau, cũng rất dai nhưng ranh giới hạt cho vết nứt đường đi dễ hơn một chút.
Vòng ngọc rơi có vỡ không?
Có thể vỡ, nhất là khi rơi xuống nền cứng và vòng có vết nứt sẵn bên trong. Độ dai cao giúp ngọc sống sót qua nhiều va chạm mà đá quý khác không chịu nổi, nhưng không có vật liệu nào hoàn toàn không vỡ.
Rìu ngọc thời tiền sử dùng để làm gì?
Nhiều rìu ngọc là công cụ thật để chặt cây, đẽo gỗ, vì ngọc mài sắc được và không vỡ khi bổ. Một số rìu ngọc được mài mỏng, bóng, không có vết dùng, đóng vai trò vật biểu trưng hay đồ tuỳ táng.
