Что бы можно было говорить о камнях дольше, стоит сначала опредилиться с терминами, чтобы говорить на понятном всем языке. 


Термины:

Карат (Carat) - мера веса. 1 карат = 0.2 грамма, 1 карат = 100 единиц.

Карат (Karat) - процент чистого золота в сплаве.

Включения - все, что есть в камне ( кристаллы, пузырьки воздуха и т.д.)

Синтетические камни - камни, котрые произведены человеком в лабораторных условиях. Как результат - тот же химический состав и кристалическое строение, физические и оптические свойства идентичны физическим и оптическим свойствам натурального камня.

Теперь определим, что же делает камень драгоценным.

В России пользуются несколькими классификациями, из них самые популярные составлены М.И.Пыляевым, А.Я.Цюрупой, Е.Я.Киевленко и др. В этой статье используется классификация GIA, которая делит камни на драгоценные, отвечающие приведенным далее критериям, алмазы и остальные. И все.

Критерии для определения, является ли камень драгоценным:
1. Красота.
2. Устойчивость 
- твердость - способность противостоять царапинам
- хрупкость - способность противостоять ударам
- устойчивость к воздействию внешней среды - способность переносить перепады температуры, воздействие кислоты, солнечных лучей, воды, и т.д.
3. Насколько часто встречается камень в природе (редкость).

Есть дополнительные условия, влияющие на определение камня как драгоценного:
1. Традиция
2. Мода
3. Эффекты - часть камней обладает оптическими эффектами, как результат их химического состава, кристалического строения, включений или огранки.
4. Политика (включает в себя также и бандитизм) - но об этом мы говорить не будем ;)  

В свободном доступе сейчас огромное количество информации о камнях, научные, околонаучные и просто недостоверные сведения. Влияние камней на организм человека изучено не достаточно, тем более, что современные технологии добычи и обработки камней постоянно развиваются. Но влияния никто не отрицает (например камни в почках). Постараюсь рассказать о некоторых аспектах немного подробнее.

Камни используемые в украшениях делятся на поделочные, полудрагоценные и драгоценные.  Признанные во всем мире главные характеристики - это правило "4С" - "carat, color,clarity, cut". Иными словами- вес, цвет,чистота и огранка и отдельной строкой изменения , которым подвергся камень в процессе обработки - отжиг, радиационное облучение, заливка стеклом, подкрашивание, дуплеты и триплеты и т.д. Наиболее ценными, разумеется, являются камни с наибольшей массой, наивысшей чистотой и правильной огранкой, не подвергнутые никакой обработке. Наиболее дорогими ,не только с позиций ценообразования, но и для магических операций. Таких камней среди драгоценных и полудрагоценных немного, поэтому большинству людей приходится довольствоваться тем, что предлагает ювелирный рынок.

А предлагает он немало:

1. Имитации камней из стекла, керамики, стеклокерамики, пластики, прессованной каменнй крошки. Взяв в руки, понятно, что стеклокерамика - не тот вес, да и жизни в них нет, но на витрине иллюзия камня полная.  Милые, недорогие, доступные. Для магии бесполезны.

2 .Синтетические камни. В отличии от крашенного стекла и пластика, должны обладать физическими и химическими характеристиками натуральных камней. Но никаких посторонних включений, кристаллические решетки правильные, структура безупречна. Производство не дешевое, было хорошо развито в СССР, так как искуственные рубины использовались в часах и лазерах. Дивно растут кристаллы кварцев всех цветов, лазуриты. Но в отличии от гидротермальных процессов в почвах, идущих столетиями, в лабораторных и производственных условиях процесс кристаллизации идет быстро, полученные кристаллы некрупные Видны под микроскопом. Во всем мире, и в Китае, и в Индии кристаллы выращивают ничуть не меньше и не хуже. Поэтому большинство их камней именно этого происхождения. Отсюда и цены. Для магических операций  синтетические камни вполне подходят, но только для определенных целей. Четко будут выполнять заложенную несложную программу, не принесут ничего своего. Работают за счет энергии владельца.

Любой процесс, кроме гранения, полировки и шлифовки, который улучшает цвет и чистоту камня, укрепляет его структуру и продлевает срок службы называется обработкой камня, и о нем необходимо сообщать покупателю.

Сейчас практически все камни проходят ту или иную обработку для улучшения цвета/чистоты/долговечности. Красивые, ценные камни потому так ценны, что встречаются редко. Камни не прошедшие обработку стоят (обычно) в несколько раз дороже, чем обработанные камни такого же качества.


Виды обработки делятся на "принятые" геммологическим сообществом и "не принятые".

Трещины в кварце.

Процесс выглядит так: сначала кристаллы кварца нагревают, а потом быстро остужают, чтобы образовались дополнительные трещины в кристалле. Свет преломляется в трещинах , они сияют всеми цветами радуги и добавляют красоту камню.

"Аква Ора"

Кварц, который прошел специфический вид диффузии золотом. Золото, которое вводится в кварц, меняет цвет внешнего слоя камня на сиренево - синий с металлическим отливом. Существуют дополнительные оттенки, которые получают в процессе диффузии титаном и платиной. Эта обработка считается устойчивой и легитимной.

Диффузия (Diffusion Treatment)

Процесс диффузии заключается в прогреве камня в среде, "переполненной" краской при температуре близкой к температуре плавления камня. Таким образом верхний слой камня плавится и расплавленная краска проникает в верхние слои камня. Проникновение краски очень неглубокое, примерно 0.4 мм в глубину. Эту обработку делают камням после огранки, и после обработки камень проходит только легкую "очистку".Слабое место: не на всех гранях есть одинаковая глубина краски, а также на пересечениях граней есть больший слой краски, чем на гранях. Эта обработка - мошенничество.

Окрашивание с использованием магнетронного напыления тонких пленок.

Процесс покрытия тонкой пленкой - всего несколько секунд в магнетроне, и камень покрывается тонкой цветной пленкой, которая помогает имитировать любой камень. Результаты такой обработки непостоянны, тонкая пленка легко царапается и разрушается.Этот способ - мошенничество.

Обработка эпоксидной смолой - в отличие от масла, которое может выветрится, эпоксидная смола становится твердой, и результаты обработки более устойчивы. Она улучшает прозрачность камня также, как и промасливание, а также укрепляет камень, прорезинивая трещины.

Но и эпоксидная смола высыхает через какое-то время, и выглядит как белое или коричневое пятно на камне, что ухудшает внешний вид камня. В отличие от масла, эпоксидную смолу невозможно извлечь из трещин повторить обработку еще раз.

Заполнение трещин стеклом.

При этой обработке трещины, выходящие к поверхности камня, заполняют цветным стеклом. Применяется к сапфирам и рубинам.

Промасливание очень распространено и принято в торговле камнями, но обязательно нужно предупреждать покупателей о том, что камни прошли обработку. Более 90% изумрудов проходят промасливание или обработку эпоксидными смолами.

Обработка подкрашенным маслом - в отличие от промасливания бесцветным маслом , которое делает камень более прозрачным и однородным, промасливание маслом, которое содержит в себе также краску, улучшает окрас камня искусственным способом.

Смысл в том, что можно взять бледно - зеленый берилл, у которого недостаточно яркий цвет, чтобы называться изумрудом, или даже бесцветный берилл, и впрыснуть в его трещины масло с ярко - зеленой краской, которая характеризует изумруд.

Обработка подкрашенным маслом - мошенничество, и эта обработка не принята геммологами как легитимная! Обработку подкрашенным маслом можно опознать по скоплению краски только в трещинах.

Радиоактивное облучение - легитимный вид обработки камней, при котором камни облучаются потоками элементарных частиц с помощью атомных реакторов. Этот вид обработки устойчив и его можно различить с помощью спектроскопа.

Радиоактивное облучение вызывает очень много споров. Камень, обработанный таким способом, излучает радиацию. Не задумываясь, мы скажем что это плохо. А если задумаемся? Радиоактивность существует на Земле и окружаемом ее пространстве всегда. Это одно из свойств материи. Только если уровень радиации превышает допустимый - тогда это становится опасным.

Производители, которые занимаются добычей и обработкой камней легальным образом, заинтересованы в соблюдении законов и правил, поэтому процесс облучения будет контролируемым, а уровень радиации - допустимый. При нелегальной обработке камней процесс облучения будет любым, уровень радиации - соответственно - разным...

Как пример - сережки с голубыми топазами. В природе встречается очень немного голубых топазов достаточной насыщенности, и в большинстве случаев они проходят облагораживание.

Срок, на который топазы сохраняют остаточную радиацию, зависит от нескольких факторов - наличия примесей и особенностей месторождения. Для получения более насыщенного цвета требуется более интенсивная обработка, исследования показали, что после облагораживания топазы, достигшие голубого цвета (Sky Blue), сохраняют остаточную радиацию не более 2-3 дней. Топазы более насыщенных оттенков — London Blue и Swiss Blue могут сохранять остаточную радиацию от нескольких недель до года.

Обработка маслом - таким способом обрабатываются камни берилловой группы, в основном - изумруды.


С тех времен, как были огранены первые изумруды, пришли к выводу, что скрыть трещины, которые приходят к поверхности, можно с помощью промасливания. Во время этого процесса вытягивается воздух и влага из трещины и под давлением впрыскивается масло в пустую трещину. Масло, которым заполняют трещину, имеет примерно такой же коэффициент преломления, как и изумруд. Таким образом свет преломляется в камне и трещине с одним и тем же коэффициентом преломления и трещину намного меньше видно.


Результаты этой обработки не постоянны, камни требуют тщательного ухода (например, очень не рекомендуется мыть посуду моющими средствами, разьедающими масло, в кольце с изумрудом, средство разьедает и то масло, которым обработан камень). А также рекомендуется время от времени повторять процесс промасливания для сохранения камня.


Со временем масло окисляется и могут появится коричневые или желтые пятна.

У части камней есть оптические эффекты, и от того, насколько этот эффект сильный и качественный, зависит и цена.

Существуют различные виды оптических эффектов: эффект звезды (STAR, ASTERISM EFFECT), эффект кошачьего глаза (CHATOYANCY) , авантюризация (AVENTURESCENCE) , эффект частичного поглощения света, эффект игры цветов (PLAY OF COLOR), лабрадоризация (LABRADORESCENCE), адуляризация (ADULARESCENCE)

Частичное поглощение света – изменение цвета в электрическом свете или свете свечи. 

ВАЖНО:
СОЛНЕЧНЫЙ СВЕТ – ХОЛОДНЫЙ СВЕТ (более зеленые и синие лучи).
ОГОНЬ – ТЕПЛЫЙ СВЕТ ( и только он, более красные лучи).
Из-за того, что у александрита есть равновесие между красным и зеленым цветом (два цвета, которые обусловлены присутствием хрома в камне) этот камень подвергается очень сильному влиянию того света, которым он освещен. 
Из-за синих и зеленых лучей при дневном свете нарушается равновесие и цвет камня приближается к сине - зеленому , при свете свечи нарушается равновесие в сторону красных лучей и камень выглядит красным.
Этот эффект также можно наблюдать в синтетической шпинели и синтетическом корунде, которые «копируют» александрит, но там цвет меняется от серо – зеленого до серо – сиреневого.
Это очень редкий эффект, но его можно наблюдать также у корундов, берилов и турмалинов.

Эффект звезды - отражение света в камне в форме звезды. У некоторых камней есть включения в форме тонких параллельных волокон, но не все включения направлены в одну сторону, и часть находится под постоянным углом относително остальных волокон. Например, у корунда волокна расположены под углом 120/60 относительно друг друга. Получается эффект полос света, которые пересекают друг друга. Обычно у звезды в корунде есть 6 лучей, но в очень редких случаях получается звезда с 12 лучами.
Сапфиры и рубины с эффектом звезды редки и очень дороги, и чем чище камень и ярче его цвет - тем лучше виден в нем эффект звезды, что очень сильно увеличивает его стоимость.
Также этот эффект можно увидеть у гранатов (звезда с 4 лучами), шпинели, берила, кварца и даже хризоберила. В этих камнях иногда можно увидеть звезду с 3, 5, 6 лучами - в зависимости от включений.

Авантюризация – поблескивание полупрозрачного материала. Обычно этот эффект создают мелкие включения, которые блестят на свету.
У Sun Stone этот эффект вызван включениями гематита.
У зеленого полупрозрачного и прозрачного авантюрина видны темные частички майки (MICA), иногда можно увидеть в белом кварце поблескивание зеленых частичек.

Кошачий глаз - обусловлен отражением света в форме кошачьего глаза. Если камень огранен кабошоном под правильным углом, можно увидеть полоску света, которая пересекает купол и двигается, если повернуть камень. Этот эффект вызывается мелкими многочисленными включениями, очень тонкими , расположенными параллельно друг другу, или длинными включениями, которые расположены параллельно основе и так получается полоса света. Обычно этот эффект лучше виден в средних или высоких кабошонах.
Самый дорогой и редкий эффект кошачьего глаза наблюдается у хризоберила (Chrysoberyl Cat's Eye), в полупрозрачных и прозрачных камнях. Еще можно увидеть эффект кошачьего глаза в кварце, но там он виден в непрозрачных камнях и эффект не настолько подчеркнут. Сейчас в продаже есть много камней, обладающих эффектом кошачьего глаза - турмалины, различные берилы (даже изумруды) , диопситы.
У хризоберила этот эффект очень дорогой, но у других камней он наблюдается намного чаще, поэтому ценится (и оценивается) меньше.

Камня с названием кошачий глаз не существует!

Тигровый глаз
В противовес эффекту кошачьего глаза, когда полоса света всего одна, есть материалы, которые содержат тонкие паралельные волокна, более или менее прилегающие друг к другу, и если камень огранен в плоскости, параллельной этим волокнам, можно увидеть волны света, которые "перетекают" по камню, если его поворачивать. Особенно хорошо этот эфект виден в кварце тигровый глаз, который легко окрашивается в различные цвета. В кварце этот эффект вызван присутствием очень тонких волокон асбеста, которые заменяют собой молекулы кварца.
Серо - голубой тигровый глаз в кварце называется соколиным глазом.


Теперь о физицеских свойствах драгоценных камней.


Твердость - сопротивление материала при вдавливании или царапании его другим телом. Твердость принято определять по шкале Мооса.

Шкала Мооса - набор эталонных минералов для определения относительной твёрдости методом царапания. В качестве эталонов приняты 10 минералов, расположенных в порядке возрастающей твёрдости.

Предложена в 1811 году немецким минералогом Фридрихом Моосом.

Значения шкалы от 1 до 10 соответствуют 10 достаточно распространённым минералам от талька до алмаза. Твёрдость минерала измеряется путём поиска самого твёрдого эталонного минерала, который он может поцарапать; и/или самого мягкого эталонного минерала, который царапает данный минерал. Например, если минерал царапается апатитом, но не флюоритом, то его твёрдость находится в диапазоне от 4 до 5.

Эта шкала предназначена для грубой сравнительной оценки твёрдости материалов по системе мягче-твёрже.

Испытываемый материал либо царапает эталон и его твёрдость по шкале Мооса выше, либо царапается эталоном и его твёрдость ниже эталона. Таким образом, шкала Мооса информирует только об относительной твёрдости минералов. 

Шкала Кнопа - Кноп использовал 10 эталонных минералов Мооса и проверил соотношение твердостей шкалы Мооса. Для этого он укрепил в приборе каждый из 10 минералов и подсчитал сколько ударов требуется, чтобы получить отверстие определенной глубины. 

Самый мягкий минерал - тальк, 1 удар.
Самый твердый минерал - алмаз, 8000 ударов.
Например, корунд (значение 9 по шкале Мооса) в 2 раза твёрже топаза (значение 8 по шкале Мооса), но при этом почти в 4 раза менее твёрдый, чем алмаз (значение 10 по шкале Мооса). 

Мягкость:
О мягкости материала говорят, когда его можно сжать с приложением небольшой силы или процарапать другим материалом.

Вязкость:
Под вязкостью понимают способность материала под воздействием изгибных, ударных и толчковых нагрузок хотя и поддаваться, но при этом не разрушаться.

Хрупкость:
Под хрупкостью понимают свойство материала под воздействием изгибающих, ударных и толчковых нагрузок не изменять свою форму, а сразу разрушаться.
К хрупким материалам относится, например, стекло и природные камни. Хрупкость материалов считается недостатком.

Упругость:
Упругость — это свойство материала позволять себя сжимать или растягивать, а после снятия нагрузки — возвращаться к первоначальной форме.

Пластичность:
Пластичность — это свойство материала под воздействием нагрузки изменять свою форму и сохранять эту новую форму после снятия нагрузки

Цвет камня - один из важных диагностических признаков. 
Различают идиохроматическую, аллохроматическую и псевдохроматическую окраску.

Идиохроматическая – своя окраска, связанная с элементами состава, зафиксированными химической формулой.
Как пример - перидот

Аллохроматическая - посторонняя окраска, вызванная присутствием тонкорассеянных механических примесей (агаты, яшмы, авантюрин и др.).
Как пример - яшма

Псевдохроматическая - вызванная возникновением цветовых эффектов, связанных с отражением и рассеянием света (кошачий глаз, звездчатый, эффект лунных камней и др.).
Как пример - лунныйх камень

Прозрачность(светопроницаемость) - способность камня пропускать свет. 
Прозрачный - материал, сквозь который можно ясно видеть другие объекты.

Просвечивающий - когда сквозь материал нельзя ясно различать предметы, а лишь смутно общие очертания.

Непрозрачный - материал, не пропускающий свет. 

Иногда используют термины полупрозрачный, полупросвечивающий.

Светопреломление - отклонение направления светового луча при вхождении в другую среду. Светопреломление характеризуется отношением скорости света в воздухе к скорости света в камне (показателем преломления). Показатель преломления является одним из важнейших признаков диагностики и колеблется от 1,434 (у флюорита) до 3,14 (у гематита). Показатель преломления алмаза 2,418. 
Чем выше показатель преломления камня, тем сильнее его блеск.

Блеск - внешний вид камня в отраженном свете. Различают стеклянный, алмазный, полуметаллический, металлический блеск. Принято считать, что стеклянным блеском обладают камни с показателем преломления в диапазоне 1,3...1,9 (основное количество самоцветов); алмазным - с показателем 1,9...2,6; полуметаллическим 2,6...3,0; металлическим - свыше 3,0. Блеск зависит еще и от характера поверхности камня и определяется как жирный, восковой, шелковистый, перламутровый, матовый, смолистый.
Различные примеры:

Нагрев или отжиг - этот вид обработки применялся издавна, еще в 9 веке в Индии отжигали корнеолы (сердолики).

Сегодня более 90% рубинов и сапфиров прогреваются. Далеко не всегда можно распознать, что камень был прогрет искусственно в лаборатории или в природных условиях.

При прогреве в среде без кислорода синий цвет сапфира усиливается. При прогреве рубина в среде, насыщенной кислородом, синева "уходит" из камня и получают более яркий красный цвет.

Прогрев для улучшения чистоты камня: прогрев в среде без кислорода и быстрое охлаждение частично разрушает тонкие включения (Silk) и рутиловые иглы (Rutile needles).

Прогрев часто применяется к кристаллам кварца. При прогреве аметист становится цитрином, усиливается цвет у роз кварца, а также золотистый тигровый глаз становится красным.

Большинство турмалинов нагревают для их "осветления" - от природы турмалины довольно темные. Также термообработке подвергаются практически все танзаниты, так как в натуральном виде они коричнево-желто-зелено-непонятного цвета.

Как примеры - тензанит и турмалины:

Методы измерения цвета.

Инструментальное определение цвета огранённого камня является очень непростой задачей. Особенные трудности связаны с дихроизмом большинства природных кристаллов. Опытный огранщик так выбирает параметры камня (размер, орнамент граней и углы их наклона) и ориентирует его при огранке, чтобы представить окраску камня и использовать её неравномерность наилучшим способом. При этом камень, как правило, имеет оптимальный цвет при наблюдении его со стороны площадки, так как именно такое направление является наиболее вероятным при наблюдении оправленного камня. В других направлениях цвет камня оказывается другим и, если только огранщик не ошибся, худшим. Не вдаваясь сейчас в тонкости оптимизации формы ограняемого камня, отметим только, что в некоторых случаях знание спектров поглощения минерала необходимо для правильного выбора параметров его огранки. В огранённом камне мы видим изображения источников света, цвет которых определяется длиной оптического пути луча через камень и направлениями, которыми этот луч идет. Если хоть немного передвинуть источник света, изменится распределение световых бликов на поверхности камня и их цвет. Следовательно, цвет огранённого камня зависит от конкретного расположения источника света. Таким образом, для точного определения цвета необходимо сначала стандартизировать пространственное распределение освещения, отвечающее усреднённому освещению характерному для камня закреплённого в ювелирном изделии (конечный потребитель будет любоваться именно закреплённым камнем). После этого измерить цвет огранённого камня можно тремя способами:

  1. Измерение спектра пропускания. При этом световой луч должен проходить через камень (с учётом всех возможных переотражений) именно так, как это происходит при разглядывании камня. Так как камень обычно представляет собой мозаику бликов различной окраски, одного единственного измерения недостаточно. Это самый трудный способ, но, однажды полученный спектр (или их набор), позволяет рассчитать цвет камня для любого источника света с произвольным спектральным распределением излучения.
  2. Определение цвета с помощью визуального или электронного колориметра. Для этого камень освещают стандартным источником света. Необходимо отметить, что точное воспроизведение любого из стандартных источников излучения является весьма сложной задачей. Для визуального определения наблюдатель сравнивает цвет камня с цветом смеси трёх излучений различных, по возможности насыщенных, цветов. Такой прибор может измерять только те цвета, которые попадают внутрь треугольника, построенного на цветностях трёх опорных цветов. Измерение некоторых наиболее насыщенных цветов оказывается невозможным. В электронном колориметре, вышедшее из камня излучение (в идеале – от отдельного блика) разделяется с помощью красного, зелёного и синего светофильтров на три световых потока, которые анализируются отдельными фотоприёмниками. Чтобы получить адекватные результаты для любых камней, спектры пропускания светофильтров с учётом спектральной эффективности приёмников, должны совпадать с кривыми спектральной чувствительности цветовых рецепторов глаза человека (рис. 2). И визуальный и автоматический методы требуют точного воспроизведения спектрального распределения одного из стандартных источников света для освещения камня. Полученные результаты легко пересчитываются в любую стандартную систему, например XYZ, но только для того источника освещения, при котором и производилось измерение. На принципе визуального колориметра основан хорошо известный прибор «Color master» разработанный Gem Instruments Corporation. К сожалению, прибор весьма громоздок и его авторам не удалось обеспечить высокой точности измерений из-за нестабильности спектрального состава источников излучения. В руководстве по эксплуатации отсутствует привязка к международной системе XYZ, что, по-видимому, связано с недостаточной точностью прибора.
  3. Сравнение цвета аттестуемого камня с набором цветовых эталонов. В этом случае, как и в предыдущем, необходимо освещение только одним стандартным источником света. Возможно сравнение цвета камня с эталонами цвета из любого цветового атласа, кроме того, делались попытки создания специальных атласов, в том числе и с красителями, нанесёнными на прозрачную плёнку. Универсальные цветовые атласы имеют два существенных недостатка:
    1. Спектры отражения красителей атласа отличаются от спектра пропускания природного камня. Их физические механизмы оптического поглощения в принципе не могут совпадать. Поэтому, такая оценка цвета возможна только для одного фиксированного спектрального состава источника света. Для другого источника результаты измерения будут другими и непредсказуемыми. Для правильного определения цвета недостаточно соблюсти эффективную цветовую температуру эталонного источника, необходимо точно воспроизвести его спектральный состав, а это технически очень трудно осуществить.
    2. Недостаточная точность, обусловленная дискретностью образцов. Хорошие цветовые атласы содержат лишь от 1000 до 3000 образцов цвета, по мнению же специалистов , даже нетренированный человек надёжно различает больше 20000 цветов. Вспомните, для такого обычного человека все бриллианты белее шестого цвета кажутся одинаково белыми. Опытный же эксперт может не только определить, к какой из ступеней цвета относится бриллиант, но и указать его место внутри цветового диапазона, относимого к данному цвету. Необходимость такой точности обусловлена чрезвычайно высокой стоимостью некоторых драгоценных камней.

Атласы цветов используются в тех случаях, когда нет необходимости в большой точности, но сам процесс измерения надо выполнить быстро и просто. Одной из таких систем определения цвета камня, является предложенный GIA набор цветовых эталонов Gem Set. Полный набор содержит 324 образца цвета, которые представляют собой окрашенные пластмассовые имитации огранённых камней. Набор очень красив, компактен и удобен в работе. К сожалению, этим его преимущества и ограничиваются. Дробность цветов в наборе недостаточна для его использования в торговле самоцветами. Низка так же и точность изготовления отдельных образцов (погрешность цвета иногда превышает дробность цветов в наборе). Создатели набора декларируют соответствие его системе Манселла, принятой в США, что не соответствует действительности, так как число градаций по цветовому тону (Hue), светлоте (Tone) или насыщенности (Saturation), как и названия цветов и сами цвета не соответствуют атласу Манселла. Авторы набора не привязывают цвета своих образцов (по-видимому, по причине низкой точности) к цветам атласа Манселла или международной системе XYZ. Недостатки набора Gem Set, очевидно, являются следствием его универсальности. Он, безусловно, хорош в образовательных целях, но совершенно не пригоден для цветовой аттестации дорогих камней.

Излучения с разными длинами волн производят совершенно разные ощущения и их трудно сравнивать между собой. Тем не менее, можно говорить о визуальном восприятии их яркости и сравнивать именно по этому параметру. С этой целью МКО-31 утвердила значения относительной спектральной световой эффективности для стандартного фотометрического наблюдателя V() (рис. 6). Чтобы рассчитать относительную яркость сложного излучения F, имеющего спектральный состав P(), нужно сложить (проинтегрировать) вклад всех составляющих его длин волн, видимых глазом:

С помощью этого выражения светлоту уже можно рассчитать количественно. По рекомендации МКО-31 суммирование производится с шагом 10 или 5 (более точно) нанометров по длинам волн. В качестве основных цветов колориметрической системы координат можно выбрать любые, в том числе и нереальные цвета, поэтому МКО-31 приняла очень удобную для расчётов систему XYZ, основанную на совершенно абстрактных основных цветах. В этой системе за светлоту отвечает только координата Y, совпадающая с относительной спектральной световой эффективностью для стандартного фотометрического наблюдателя (рис. 6). Ординаты кривых сложения системы XYZ получаются пересчётом кривых RGB по формулам аналогичным (3). Отметим, что для точного определения цвета в любой из этих систем необходимо знать спектральный состав попадающего в глаз излучения или одновременно спектр пропускания камня и спектральный состав источника света. Из спектрального состава излучения однозначно рассчитывается его цвет. Определить же спектр излучения, если известен его цвет, невозможно, более того, разные спектральные составы иногда могут создавать ощущения одного и того же цвета. Излучения различные по спектральному составу, но тождественные по цвету, называются метамерными.

Цветовой тон как ощущение и недостатки системы цветовой тон – светлота – насыщенность.

Если колориметрические параметры двух излучений совпадают, то и ощущения их цветов для наблюдателя с нормальным цветовым зрением будут неразличимы. Таким образом, колориметрия точно и объективно определяет равенство цветов, но, к сожалению, не может определить, как и насколько сильно ощущается различие двух разных цветов. Рассмотрим, для примера, два излучения: А – близкое к спектрально чистому с длиной волны  и В – излучение с той же доминирующей длиной волны  и с той же светлотой, но с меньшей насыщенностью цвета. Эти излучения имеют разные цвета и создают разные ощущения. Как визуально определить, как именно цвет излучения В отличается от А? Мы определили выше цветовой тон как отличие от серого цвета. Будут ли ощущения цветовых тонов излучений А и В одинаковы? Рецепторы в нашем глазу могут непосредственно определять светлоту цвета (частота импульсов передаваемых по нейронам из сетчатки в мозг наблюдателя пропорциональна логарифму яркости излучения), но у нас нет никаких органов, измеряющих непосредственно цветовой тон или насыщенность цвета! Сигналы трёх рецепторов поступают в мозг и там обрабатываются. Алгоритмы этой обработки сформировались в процессе биологической эволюции организма человека и ориентированы на поиск пищи и защиту от врагов. Ни одна из этих целей не требует раздельного и точного определения цветового тона или насыщенности цвета, поэтому наш мозг плохо справляется с такой задачей. Кроме того, мозг является адаптивной системой, легко тренируемой и подстраивающейся под решение нужных задач. Например, если человеку надеть специальные очки, переворачивающие изображение вверх ногами, то мозг довольно быстро справится с проблемой и всё повернёт обратно! Так и с цветом, создадим систему классификации цвета, в которой в ряду цветов, приписываемых одному цветовому тону, по мере разбавления цвета серым, цвета меняются, для примера, от зелёного к желтовато-зелёному и жёлтому. Предложим её для использования людям, и вскоре (уже в процессе обучения пользования системой) они адаптируются и, действительно будут искренне считать, что это образцы цвета различной насыщенности, но одного цветового тона. Если определить цветовой тон только как ощущение, то они будут абсолютно правы. Точно так же будет права другая группа людей, которых научили, что цвета с уменьшением насыщенности изменяются от зелёного, через голубовато зелёный к голубому!

Недостатки системы классификации цвета – светлота – цветовой тон – насыщенность легче всего проследить на примере цветового атласа Манселла принятого в США в качестве государственного стандарта . На рубеже XIX – XX веков Манселл создал серию цветовых таблиц, цвета в которых расположены по различию в цветовом тоне, светлоте и насыщенности и представляют собой смеси красящих пигментов нанесённых на бумагу. Таблицы предназначались для обучения в художественных школах и для спецификации цвета. Так как эта работа проводилась за 30 лет до утверждения международных колориметрических стандартов, Манселл мог опираться только на свои личные ощущения. Он разбил весь цветовой круг на 40 цветовых тонов, визуально равноотстоящих друг от друга. Ряды образцов с постоянным цветовым тоном, но разной насыщенности Манселл определял, устанавливая образец цвета на быстро вращающемся диске, на который были добавлены белый и чёрный сектора необходимых угловых размеров. Полученные таким образом ряды цветов воспроизводились пигментами. Очевидно, что для таких рядов понятие цветового тона совпадает с доминирующей длиной волны. Однако, после смерти автора таблиц, его цветовой атлас неоднократно изменялся. После утверждения МКО –31 колориметрических стандартов была создана специальная комиссия для объективного измерения цветовых параметров образцов цвета системы Манселла. В результате обнаружилось, что цветности образцов имеют очень сильные отклонения в произвольные стороны (нарушения гладкости и монотонности цветового пространства). Это говорит о трудности и ненадёжности определения параметров цветовой тон и насыщенность только на основании ощущений человека. В результате бОльшая часть образцов цвета были скорректированы и все они аттестованы в международной системе XYZ. Одновременно обнаружилось, что в результате ранее внесённых «улучшений», цвета в ряду одинакового цветового тона имеют немного разные доминирующие длины волн. Для сравнения, когда в 50-х годах ХХ века в германии разрабатывались цветовые таблицы DIN 6164, их авторы уже использовали все достижения колориметрии и понятие цветового тона у них совпадает с доминирующей длиной волны. Таким образом, различие понятий цветовой тон и доминирующая длина цветов свойственно только системе Манселла. Необходимо так же развеять миф о равноконтрастности (равноудаленности по восприятию цветовых образцов друг от друга) системы Манселла. В цилиндрической системе координат равноконтрастность недостижима по тем же причинам, по которым у долек апельсина толщина возрастает от центра к краю. Тем не менее, несмотря на архаичность, система Манселла является настоящим стандартом, так как для каждого её цвета в Национальном Бюро Стандартов США хранится специальный эталон, цветовые характеристики которого документированы в международной системе XYZ.

Атлас цветов, основанный на системе светлота – цветовой тон – насыщенность, был разработан и у нас в стране в НПО «ВНИИ метрологии им. Менделеева» . В отечественной системе цветовой тон совпадает с доминирующей длиной волны и стандартизированы не только цветовые координаты образцов в системе XYZ, но даже рецептура приготовления красителей!

Хотя создание универсальной системы цветовых эталонов одновременно для всех огранённых камней технически невыполнимо (а, скорее всего, и ненужно), для отдельных, экономически наиболее важных минералов давно разработаны и успешно используются наборы эталонов, созданные специально для них. Например, различные системы определения цвета бриллиантов или отечественный набор эталонов цвета для изумрудов, фотография которого приведена на следующем рисунке.

Эталоны цвета изумрудов.

На самом деле, это копия эталонной коллекции ГОХРАНа России разработанной для ТУ 95.335 – 88 «Изумруды природные обработанные», изготовленная на фирме ЛАЛ с помощью специалистов ГОХРАН. На фотографии не представлен первый цвет, а насыщенность второго занижена. Это связано с ограничениями цветовой системы sRGB, являющейся де-факто стандартом для изображений, выкладываемых в Интернет. Камни на фотографии представляют собой образцы низа каждого цвета, т.е. если испытуемый камень хоть чуть светлее эталонного образца, он относится уже к более низкому (светлому) цвету. Камни светлее образцов 5-го цвета изумрудами не считаются, а относятся к бериллам. Обратите внимание, что образцы представлены парами. Верхний камень чуть "голубее", нижний чуть "желтее". Для изготовления образцов использованы камни Малышевского месторождения (Урал) и эти два цветовых тона отражают возможные колебания его для уральских изумрудов. Два эталона для каждого цвета (кроме первого) сделаны не для того, чтобы подразделять камни на "голубоватые" или "желтоватые", а для того, чтобы более точно определять светлоту и насыщенность цвета: "голубоватые" камни должны сравниваться с "голубоватым" эталоном, а желтоватые с "жёлтоватым" эталоном. Названия отклонений цветового тона заключены в кавычки, так как на самом деле, уральские камни очень однородны по цветовому тону. Эта фотография приведена лишь в качестве примера одной из практически действующих систем классификации цвета. Недопустимо аттестовывать природные камни по этой фотографии. Аттестация изумрудов должна производиться ТОЛЬКО сравнением с эталонами цвета изготовленными из изумрудов.

Для бриллиантов и изумрудов используются цветовые эталоны из природных материалов, соответствующих аттестуемым камням по природе окраски. Для построения набора цветовых эталонов для отдельного минерала, необходимо исследовать физические механизмы, определяющие его окраску. Чаще всего, окраска прозрачного минерала вызвана некоторой примесью (либо радиационными центрами окраски), концентрация которых отвечает за интенсивность окраски. Даже если цвет обусловлен минералообразующим элементом (альмандин, хризолит), интенсивность окраски зависит от других примесей и, конечно, от размера камня и соответствующей ему длины пути светового луча в нём. В любом случае, отдельные образцы сильно различаются интенсивностью окраски. При увеличении количества красящей примеси и густоты окраски увеличивается поглощение света на некоторых длинах волн и, как следствие, уменьшается светлота камня. Светлота камня определяется человеком надёжнее других параметров цвета, поэтому, прежде всего, нужно выстроить образцы по их светлоте. Однако с концентрацией красителя неразрывно связаны все три параметра цвета. Так, при уменьшении светлоты окраски одновременно, как правило, возрастает её насыщенность и несколько изменяется цветовой тон (доминирующая длина волны). Хорошей иллюстрацией последнего факта может служить медицинский спиртовой раствор «зелёнки». В тонком слое, или при сильном разбавлении, она изумрудно зелёная, а при толщине слоя более 3 мм (нужен очень яркий источник света!) раствор становится тёмно красным.

Зависимость цвета от толщины пластинки граната из Шри-Ланки.

Аналогичный эффект наблюдается в гранатах с эффектом изменения цвета с острова Шри-Ланка. Если из одного кусочка сделать два камня: один диаметром менее 2 мм, а другой более 15 мм, то, независимо от источника света, первый камень будет светло зелёным, а второй очень тёмно красным. Рассчитанные значения насыщенности и цветового тона в зависимости от светлоты, соответствующей различным размерам камня, огранённого из такого граната для стандартного источника света А приведены на рис. 8. Из рисунка видно, что данный материал может иметь не любые значения цвета, а только те, что обусловлены характерным для него механизмом поглощения. Обычно эти цвета расположены вдоль некоторой кривой в цветовом пространстве. Остаётся только выбрать пороги светлоты, которые бы соответствовали равномерным для данного ограночного материала ступеням привлекательности цвета. Цветовые эталоны соответствующие этим порогам точно и однозначно разделяют разные цветовые ступени, являясь образцами верха или низа каждого цвета.

Обычно, наиболее привлекательный цвет минерала обусловлен только одним механизмом оптического поглощения, например, примесь хрома в изумруде и рубине, или сапфировые центры окраски (пара Ti и Fe2+) в сапфире рис. 9.

Спектры поглощения сапфиров и рубина.

 Другие примеси или радиационные центры окраски могут добавлять свои механизмы оптического поглощения. В этом случае цвет камня изменяется. Однако это изменение не может быть произвольным, а определяется только теми, ограниченными наборами окрасок, которые характерны для данного минерала и соответствуют геологическим условиям роста его кристаллов. Так, например, рубин может приобретать коричневатые оттенки, обусловленные примесью железа, и сиреневые, связанные с сапфировыми центрами окраски. Дополнительные механизмы поглощения снижают светлоту камня и, как правило, понижают насыщенность окраски. Чтобы описать такие отклонения (если это необходимо), к эталонным образцам светлоты следует добавить образцы, ограничивающие отклонения цветового тона и насыщенности цвета от оптимальных для данного минерала значений. В любом случае, все возможные для выбранного минерала цвета занимают весьма небольшой объём внутри цветового тела, поэтому для практической аттестации цвета отдельного минерала достаточно небольшого числа эталонных образцов. Выбор конкретных эталонов требует тщательного и кропотливого сравнения и анализа цвета большого количества образцов огранённых камней.