Opal hình thành khi nước ngầm hoà tan silic từ đá, mang vào các khe nứt, hốc rỗng, rồi để lại một chất keo silica ngậm nước. Theo thời gian, chất keo đó cứng lại thành opal. Nếu các hạt silica cực nhỏ trong đó có kích thước đều nhau và xếp thành hàng lối, chúng làm nhiễu xạ ánh sáng và tạo ra những mảng màu chớp lóe gọi là hiệu ứng lửa. Phần lớn opal quý thế giới đến từ đá trầm tích ở Úc; phần còn lại từ hốc đá núi lửa ở Mexico, Ethiopia và vài nơi khác.
Opal không phải tinh thể
Hầu hết đá quý là tinh thể: nguyên tử xếp thành mạng lặp lại đều đặn theo ba chiều. Opal thì không. Nó là silica (SiO2) ngậm nước, ở dạng vô định hình hoặc kết tinh rất kém. Vì vậy, theo cách phân loại chặt chẽ, opal được xếp vào nhóm "dạng khoáng" (mineraloid) chứ không hẳn là khoáng vật.
Lượng nước trong opal thường khoảng vài phần trăm đến khoảng một phần mười khối lượng, có loại nhiều hơn. Nước này làm opal nhạy cảm: để khô quá nhanh, gặp nóng đột ngột, opal có thể rạn thành mạng nứt nhỏ. Độ cứng của opal chỉ khoảng 5,5 đến 6,5, thấp hơn thạch anh, nên dễ trầy.
Phần lớn opal trong tự nhiên là opal thường (thợ mỏ Úc gọi là potch): đục, trắng sữa, xám, nâu, không có lửa. Chỉ một phần nhỏ là opal quý có hiệu ứng lửa.
Bí mật của những mảng lửa
Suốt nhiều thế kỷ, người ta không giải thích được vì sao opal chớp màu khi xoay. Câu trả lời chỉ đến vào thập niên 1960, khi các nhà khoa học ở Úc soi opal dưới kính hiển vi điện tử. Họ thấy opal quý được tạo từ vô số khối cầu silica, mỗi khối có đường kính cỡ vài trăm nanomet, xếp khít như những quả cam chất trên sạp hàng.
Khoảng cách đều đặn giữa các lớp cầu có cùng cỡ với bước sóng ánh sáng nhìn thấy. Ánh sáng đi vào bị nhiễu xạ, giống như khi chiếu lên mặt đĩa CD, và tách thành màu. Cầu càng lớn, opal càng có khả năng cho màu đỏ, màu ứng với bước sóng dài; cầu nhỏ chỉ cho được lam và tím. Ở góc nhìn này, opal giống một cấu trúc quang học tự nhiên. Bài về màu sắc đá quý nói kỹ hơn về các cơ chế tạo màu; ở đây chỉ cần nhớ: màu lửa của opal đến từ cấu trúc, không đến từ chất nhuộm hay tạp chất.
Opal thường cũng gồm cầu silica, nhưng cầu to nhỏ lẫn lộn hoặc xếp lộn xộn, nên ánh sáng chỉ tán xạ thành màu sữa.
Từ nước ngầm đến opal: quá trình hình thành
Quá trình được các nhà địa chất mô tả, với nhiều chi tiết vẫn đang được nghiên cứu, gồm mấy bước chính:
- Hoà tan silic: nước ngấm qua đá, nhất là đá đang bị phong hoá mạnh, hoà tan một lượng nhỏ silic từ fenspat, tro núi lửa, thủy tinh núi lửa.
- Di chuyển và tập trung: dung dịch chảy theo khe nứt, lớp đá thấm, rồi dừng lại ở chỗ có hốc rỗng hoặc gặp một lớp không thấm nước.
- Tạo keo: khi nước bay hơi dần hoặc điều kiện hoá học thay đổi, silica tách ra thành các hạt cầu nhỏ lơ lửng, như một dung dịch keo.
- Lắng và xếp: nếu môi trường yên tĩnh và hạt đều cỡ, chúng lắng từ từ và tự xếp thành mạng đều. Đây là bước quyết định opal có lửa hay không.
- Đông cứng: thêm silica lấp kẽ giữa các cầu, khối keo cứng lại thành opal.
Mất bao lâu để thành opal là câu hỏi chưa có đáp án dứt khoát. Một số thí nghiệm và quan sát cho thấy keo silica có thể hình thành không quá chậm trong điều kiện thuận lợi, trong khi các ước tính địa chất cho opal Úc gắn với những giai đoạn phong hoá kéo dài hàng triệu năm. Cách nói an toàn là: opal cần một môi trường ổn định trong thời gian dài, còn tốc độ cụ thể còn tranh luận.
Opal Úc: món quà của biển nội địa cổ
Úc cung cấp phần lớn opal quý của thế giới. Các mỏ nằm trong vùng Bồn trũng Artesian Lớn ở trung và đông nước Úc, nơi từng là một biển nội địa nông thời kỷ Phấn trắng. Biển rút đi để lại lớp trầm tích dày. Về sau, khí hậu thay đổi, đất đá bị phong hoá sâu, nước ngầm hoà tan silic từ phần trên rồi đọng lại ở các khe nứt, hốc phía dưới, sinh ra opal.
| Vùng mỏ | Bang | Loại opal đặc trưng |
|---|---|---|
| Coober Pedy | Nam Úc | Opal trắng (nền sáng); thị trấn nổi tiếng với nhà ở dưới lòng đất |
| Lightning Ridge | New South Wales | Opal đen (nền tối, lửa nổi rõ) |
| Vùng Winton, Quilpie | Queensland | Opal boulder: opal lấp kẽ trong khối đá sắt nâu |
| Andamooka | Nam Úc | Opal trắng, opal matrix (lửa lấm tấm trong đá nền) |
Điều kỳ diệu nhất của opal Úc là opal hoá thạch. Khi xác vỏ sò, vỏ ốc, xương bò sát biển và cả xương khủng long bị vùi trong trầm tích rồi tan dần, dung dịch silica lấp vào khoảng trống, giữ lại nguyên hình dáng. Một số hoá thạch khủng long ở Lightning Ridge và vỏ sò opal ở Coober Pedy là những mẫu vật vừa có giá trị cổ sinh vật học vừa đẹp như đá quý.
Opal núi lửa: Mexico và Ethiopia
Ở Mexico, đặc biệt vùng Querétaro, opal hình thành trong các hốc khí của đá núi lửa rhyolit. Silica đến từ chính đá núi lửa giàu silic bị dung dịch nóng hoặc nước ngầm hoà tan. Loại nổi tiếng là opal lửa màu cam đỏ, trong suốt, có hoặc không có hiệu ứng lửa màu.
Ethiopia nổi lên như nguồn opal lớn từ cuối thập niên 2000, khi phát hiện mỏ ở vùng Wollo, miền bắc nước này. Opal Wollo nằm trong các lớp đá núi lửa. Nhiều viên thuộc loại hydrophane: ngâm nước thì hút nước, trở nên trong hơn hoặc mất lửa tạm thời, khô lại thì trở về như cũ. Đây là minh hoạ trực tiếp cho cấu trúc xốp, ngậm nước của opal.
Silica ngậm nước cũng đã được tàu thăm dò phát hiện trên Sao Hỏa, gợi ý nơi đó từng có nước hoạt động. Opal vì vậy là một chỉ dấu quan trọng trong nghiên cứu hành tinh.
Góc nhìn hôm nay: giữ và quan sát opal
- Xoay dưới một nguồn sáng: opal quý cho thấy mảng màu đổi theo góc nhìn. Mảng to hay nhỏ, đổi nhanh hay chậm phụ thuộc vào kích thước các vùng cầu silica xếp đều.
- Tránh sốc nhiệt và khô: opal nên tránh nắng gắt, đèn nóng, máy sấy. Thợ kim hoàn mài opal thường làm ướt liên tục, vừa giữ đá vừa hạn chế bụi.
- Bảo tàng: Bảo tàng Nam Úc ở Adelaide và Bảo tàng Úc ở Sydney trưng bày opal hoá thạch; Smithsonian (Washington) có bộ sưu tập opal lớn.
- Đọc thêm: tài liệu của GIA về opal, các ấn phẩm của Cơ quan Địa chất Úc về Bồn trũng Artesian Lớn.
Opal đôi khi được gán với điềm may rủi trong văn hoá phương Tây, có giả thuyết cho rằng nỗi sợ "opal xui" lan rộng sau một tiểu thuyết thế kỷ 19. Đây là chuyện văn hoá, không liên quan gì đến tính chất của đá.
Câu hỏi thường gặp
Opal hình thành như thế nào?
Opal hình thành khi nước ngầm hoà tan silic từ đá, mang vào khe nứt hoặc hốc rỗng, rồi silica tách ra thành keo gồm những hạt cầu cực nhỏ. Keo này cứng lại dần thành opal. Nếu các cầu đều cỡ và xếp ngay hàng, opal có hiệu ứng lửa.
Vì sao opal có nhiều màu khi xoay?
Opal quý được tạo từ những cầu silica cỡ vài trăm nanomet xếp thành lớp đều. Khoảng cách giữa các lớp gần bằng bước sóng ánh sáng nên ánh sáng bị nhiễu xạ, tách thành màu đổi theo góc nhìn. Màu này do cấu trúc tạo ra, không do tạp chất.
Opal có phải là khoáng vật không?
Theo phân loại chặt chẽ, opal là dạng khoáng (mineraloid) vì nó là silica ngậm nước vô định hình hoặc kết tinh rất kém, không có mạng tinh thể đều như khoáng vật thực sự. Trong ngọc học, opal vẫn được xếp chung với các đá quý.
Opal nhiều nhất ở đâu?
Úc cung cấp phần lớn opal quý của thế giới, từ các mỏ trong Bồn trũng Artesian Lớn như Coober Pedy, Lightning Ridge, Andamooka và vùng Queensland. Ethiopia và Mexico là các nguồn quan trọng khác, opal ở đó nằm trong đá núi lửa.
Opal hoá thạch là gì?
Opal hoá thạch hình thành khi vỏ sò, xương động vật bị vùi trong trầm tích rồi tan dần, dung dịch silica lấp vào chỗ trống và giữ lại hình dáng ban đầu. Úc có nhiều mẫu nổi tiếng, kể cả xương khủng long hoá opal ở Lightning Ridge.
