矿物学

追随蓝色钻石的脚步

已知的最大蓝色钻石的光学和晶体学特征(在18世纪时消失了),这要归功于铅的周期性复制品。我们从中推断出它在地幔中的形状。

弗朗索瓦·法格斯 对于科学N°398
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1668年12月6日,巴黎。法国旅行家和商人让·巴蒂斯特·塔韦尼尔(Jean-Baptiste Tavernier)从第六次前往东方返回。他从波斯和印度带回的许多钻石中,有一块115.28克拉的蓝色钻石是从Golconda(印度东南部的一个小镇,建在花岗岩山上)周围开采的。切割后的蓝色钻石由路易十四(Louis XIV)收购,与他的那组钻石形成互补,然后由路易十五(Louis XV)选择以装饰他的会徽,金羊毛。但是在1792年,钻石与金羊毛和其他皇冠上的珠宝一起失窃了。很快就找到了所有大钻石,除了一个:路易十四的蓝色钻石。

盗窃发生二十年零两天后,即1812年,恰好在进攻时效期结束时,在伦敦出现了一颗较小的蓝色钻石“希望”。这颗钻石很暗且不是很光亮,似乎是匆匆切割或没有精湛的切割技巧。巧合?早在1858年,许多作者就提出了两颗钻石之间的联系,但没有一个能够提供正式证据。

2007年,在巴黎国家自然历史博物馆的藏品中,发现了“蓝冠钻石”的主要模型,这一情况改变了情况。通过这一主要复制品并使用计算机模拟,我们一方面证明了两颗钻石之间的相互影响,另一方面又重建了钻石消失之前的外观:珠宝路易十四真的比希望更辉煌吗? Sun King珠宝商在切割Tavernier钻石时是否考虑了光学方面的最新科学工作? Tavernier报告的钻石外观是什么?时光倒流的旅程使我们比我们想象的要远得多,达到了12亿年前地球地幔中钻石的结晶。

太阳王的钻石

Tavernier的蓝色钻石仍然是有史以来最大的蓝色钻石(信息流传有两枚120克拉和250克拉的蓝色钻石,但它们的存在不是官方的)。尽管比无色钻石稀有,但彩色钻石(尤其是蓝色,绿色和红色)直到最近才因其真实价值而受到赞赏,这可能是因为它们在毛坯中的亮丽外观较差。但是,路易十四以公允价值估算了它们。 1669年,太阳王从塔弗尼尔(Tavernier)手中购买了蓝色钻石,并委托皇冠珠宝商让·皮坦(Jean Pittan)(约于1617年至1676年)进行切割,以使其“与时俱进”:新钻石应闪耀一千火灾,即使其尺寸必须受到影响。 1673年,这项工作完成并支付了22,000英镑,这是当时的一笔巨款(相当于今天的350,000欧元,相当于一只鸡的价值2欧元)。为此,Pittan必须向国王提出一项非凡的设计,该国王已经从事凡尔赛宫的翻修。

路易十四(Louis XIV)戴着蓝色钻石作为胸针,镶在一根小金棍上,可能把它挂在花边围巾上,旁边还有镶有数千克拉宝石的钻石。蓝宝石死后,摄政王黯然失色。这枚无色钻石重140.5克拉,由路易十五世摄政王奥尔良公爵于1717年购得。这种兴趣的损失一直持续到路易斯十五决定用蓝色钻石装饰他的会徽“金羊毛”。这种标志鲜明的色彩被许多珠宝商认为是18世纪法国珠宝的绝对杰作。与大型蓝色钻石相连的是另一颗颜色较浅,约33克拉的蓝色钻石,以及一颗重约107克拉的龙形切割的红色尖晶石,即不列塔尼钻石。约有478颗钻石完成了约16厘米高的珠宝,国王在某些正式仪式上佩戴了该珠宝(见图5)。

1792年,这种非同寻常的珠宝与其他皇冠上的珠宝一起被盗,并可能在南特被拆除。他的小偷,最年轻的Guillot Lordonner,无疑将石头出口到了伦敦。来自伦敦的布列塔尼海岸于1797年在汉堡重新出现。它现在在巴黎的卢浮宫中,并且仍然是唯一幸存的宝石遗迹。蓝色的大钻石永远消失了。

这就是发现的最大的蓝色钻石的奢侈故事,直到2005年为止,没人知道模型,除了1889年由王室珠宝商Germain Bapst的继承人出版的版画外,他的家人一直钻石的印记(找不到的印记)。但是从2006年开始,一切都匆匆忙忙。蓝色钻石表面的雕刻,来自一个私人收藏:可追溯至1749年,路易十五金羊毛的彩色雕刻,中间以蓝色钻石雕刻,证实了巴普斯特的雕刻。在2007年,国家自然历史博物馆发生了翻天覆地的变化:在矿物学和宝石学收藏中,我们发现了一种领先的钻石模型,其形状和小面的几何形状均非同寻常。

虚拟重生

该铅芯与两个雕刻的比较表明,它是表冠蓝钻的模型:其尺寸(30.38 3 25.48 3 12.88毫米)与蓝钻相似革命前发表的王冠上的钻石(31.00 3 24.81 3 12.78毫米),其重量相当于68.30克拉的钻石,虽然重量略低,但与在1787年(69.03克拉)和1791年(68.97克拉)的蓝色钻石。铅芯模型还展现出非凡的形状:将三角形钻石切成七个部分。这种尺寸非常复杂-第一次尝试将三角比萨切成相等的七个部分!背面的刻面围绕中心刻面形成七瓣玫瑰的玫瑰花,称为“巴黎玫瑰”,这是让皮坦(Jean Pittan)伟大的蓝色钻石技术发明。

通过与安特卫普的Diamond Matrix Technologies公司合作,我们使用适合切割毛坯钻石的激光扫描仪在计算机上以三维方式重建了潜在顾客模型(见图1和2)。我们的第一个目标是将蓝色钻石的重建与希望钻石进行比较,该钻石于1812年在伦敦出现,被认为是切工蓝色钻石。在此之前,还没有人能正式证明自己的真实身份,因为冠上蓝色钻石的三维模型不见了。

2005年,由华盛顿史密森学会(Smithsonian Institution)管理的美国国家自然历史博物馆进行了首次尝试,但由于当时可用的文件很少而受到限制。最重要的是,主要的工作文件-1889年的雕刻-非常不精确:钻石在这里以较小的比例(根据1787年在真实钻石上测量的尺寸)表示,并且仅在上下表面上显示。钻石的侧面缺少厚度。因此,史密森学会的研究人员必须外推以获得三维模型。后者是切割蓝色氧化锆(氧化锆)中蓝色钻石的第一个复制品的基础,该晶体模仿钻石的火焰,但不模仿其颜色。

结果并不十分令人信服:根据这种重建,表冠上的蓝色钻石本来会特别暗且光泽不高,换言之,就像切开的希望一样严重,希望的光从侧面漏出(参见方框)第58页)。我们的模拟澄清了这种情况:通过将蓝冠钻石与Hope的三维数字重建进行比较,我们表明,后者在各个空间方向上都完美地包含在蓝冠钻石中。 (见图2)。希望的非常不对称,使其呈现椭圆形外观,似乎继承了法国皇家钻石的三角形形状。

其次,我们试图确定路易十四的蓝色钻石是什么样的。是否像美国研究表明的那样亮度不佳,优化不佳,几乎没有效果?此外,它的颜色是什么?蓝色的强度取决于钻石的切割方式。 1787年,某个布里森(Brisson)谈到了宝蓝色的外观,但英国矿物学家约翰·莫(John Mawe)在1823年将其描述为淡蓝色。

我们将铅模型的三维仿真加载到了软件中,该软件根据光学折射和色散定律在三个维度上重新生成钻石火。该软件还计算宝石中光束的路径及其色散。

默认情况下,该软件会生成无色的钻石模拟。为了获得表冠的蓝色菱形的颜色,我们在仿真中使用了希望菱形的“颜色轮廓”,也就是说,它的光吸收光谱是其长度的函数。由史密森学会(Smithsonian Institution)策展人杰弗里·波斯特(Jeffrey Post)提供。结果令人惊讶:一方面,钻石以“一千盏灯”发光,这意味着铅制副本是光学优化钻石的忠实副本,而不是存储器或远程副本。另一方面,正如布里森在1787年指出的那样,钻石是明亮的蓝宝石蓝。莫夫怎么能将其视为“天蓝”宝石?这个问题仍然存在,因为光学定律不能解释这种颜色。

根据光学定律切割

模拟还证明,Pittan创造了非常出色的钻石。它是否合并了笛卡尔,斯内尔,费马和牛顿的主要光学发现?毫无疑问,由于获得非常发光的宝石的可能性很低,因此必须完美地计算角度以获得最大亮度。因此,有必要在三个维度上设计它们之间的一百个相干角度,以获得尽可能发光的宝石。对钻石切割技术性质的研究证实,它只能是由光学定律得出的精确计算结果。

首先,钻石具有双重奇数对称性:不仅具有当时罕见的三角形形状(3阶对称性),而且由其背面刻面形成的七瓣玫瑰使它具有对称度为7。在当时(马扎林钻石,摄政王等)和今天,钻石优选按照4阶均匀对称性进行切割,也就是说,正方形或矩形截面,对渲染光泽更为有效,因为钻石中的光线路径相对于包含钻石轴的平面对称。另一方面,奇数对称不会促进钻石中光的对称反射,因此需要进行复杂的计算才能确保光不会从具有这种几何形状的物体中逸出。

接下来,Pittan钻石铅模型的信息图表模拟表明,钻石的光彩比以前想象的要大得多。此外,根据大量计算机研究,Pittan进行的切割与今天推荐的用于璀璨钻石的切割比例相差不远。例如,宝石学家最近建议,大的前切面(桌子)的尺寸应为钻石宽度的53%至59%,平均为56%。 Pittan蓝色钻石的价值为55%。围绕上刻面的刻面冠部厚度(3毫米,即宝石宽度的百分之十)略小于当前标准(此宝石为14-19%,即4.2毫米) ,但误差不超过百分之四-当时的准确性极高。

因此,皮坦发现了妥协方案,使他在增加更多光辉的同时又充分利用了塔弗尼尔和最近在光学领域的发现带回的未加工钻石。换句话说,要么皮坦(Pittan)熟悉了这些发现,要么他借鉴了根据这些法律发布的图表,以经验的方式应用了这些发现。在他所参与的新教文化圈中,经常讨论来自北欧的最新科学发现,其中可能包括笛卡尔,斯内尔和牛顿的著作。

双重奇数对称构成一项重大的艺术创新,但又复杂又危险:如果钻石被严重切割,人们将无法退缩……尤其是当涉及法国国王最大的钻石时。为什么皮坦让自己变得如此困难?

这位珠宝商似乎想在他的出色作品中增加象征意义。路易十四的钻石镶入金条中。钻石的背面覆盖有金或银叶子以增强宝石的光泽并不少见。在蓝色钻石的情况下,只有中央的玫瑰才能穿透金色,因为其刻面的角度小于钻石的临界角,并且到达其上的光线(因此也到达金)上返回观察者(请参见图1和第58页的方框)。因此,在金色的棍子中,玫瑰的中央变成了七支分支的金色的太阳,周围是光和色彩丰富的区域(明亮的亮点)和黑暗的区域,由于光的多次散射而产生干扰。钻石。从那里可以看到,在这颗钻石中,代表着皇家太阳的表象,当时被七个已知的行星(水星,金星,地球,月球,木星和土星)所包围,位于散布着恒星的宇宙中心,但并没有只有一步。皮坦会象征太阳王的至高无上吗?这可以解释他作品的高昂价格。

国家自然历史博物馆的目录将揭示第三个秘密。铅制模型的日期为1850年,被列为“钻石的模型,其清晰度非凡,属于伦敦的霍普先生”。有问题的所有者只能是希望蓝钻的第一位正式所有者亨利·菲利普·霍普(Henry Philip Hope,1774-1839年)。捐赠者是查尔斯·阿查德(Charles Achard),他是1770年至1850年间著名的巴黎修道院,根据博物馆的其他档案资料,其中一位客户是……希望。

为什么在盗窃事件发生数年后,无法处理皇家钻石的单身人士仍然有演员表?毫无疑问,阿哈德知道霍普拥有被盗的,未切割的蓝色皇冠钻石。博物馆目录现在提到了该会员资格,这确认了该信息-尽管在1850年提供给博物馆-早于1812年,即希望钻石的出现日期。

标签上说这颗钻石“清晰可见”,就像阿查德(Achard)在霍普(Hope)的收藏中见过该宝石一样。实际上,自从博物馆直到1822年担任博物馆矿物学收藏家的馆长René-JustHaüy以来,所有这些小矮人就彼此认识了。他不仅感谢“阿卡德先生”在其1817年珍贵宝石专着中的表现,还感谢他的希望阅读这本书,以及……向博物馆捐赠宝石。

1850年,当首席模特儿被列入博物馆时,霍普已经去世11年了,他的侄子正在就包括霍普在内的遗产展开争论。在“希望与希望”审判程序中,我们看到叔叔对自己的宝石产地保持谨慎态度,正式是为了避免缴纳过多税款...

塔弗尼尔的钻石是什么样的?

一旦解决了希望钻石的难题,我们就会对塔弗尼尔发现的钻石感兴趣:它看起来像什么?为什么印度-莫卧儿王让这颗宝石割让?这是整个钻石还是更大的钻石晶体的一部分?通过对三维空间的Tavernier钻石进行数字化重建并寻找与这种形状兼容的晶体学特征,我们不仅回答了这些问题,而且还追溯了蓝色钻石在地幔中生长的历史。 。

为了对Tavernier的蓝色钻石进行建模,我们结合了他在旅行书中提供的信息,包括从三个角度显示钻石的雕刻以及来自Hope钻石的光谱数据。因此,我们获得了中等蓝色的钻石,其外观取决于光源(通过应用相应的光谱进行模拟)变化很大:Tavernier在日光下显得更蓝。观察宝石-仅靠烛光-印第安人观看钻石的来源(见图3)。这些美学差异可以解释为什么印第安人看不到石材的潜力,而是将其出售给塔弗尼尔。

钻石生长的建模通常基于钻石的晶体学特征,尤其是蓝钻石。钻石是“天然”族的矿物,也就是说基本上由纯化学元素(如金或硫)组成。像Lavoisier在1793年所展示的,无色钻石是由碳制成的。但是,氮和硼杂质可以赋予它各种颜色(黄色,绿色,红色,蓝色,紫色,橙色,棕色,黑色... )。

根据宝石学家的说法,蓝色来自硼杂质。除了这些微量的硼外,印度钻石通常非常清晰纯净:它们的“水”非常清晰,也就是说,它们含有很少的杂质(或“蟾蜍”) ”)。戈尔康达钻石是如此的典型和独特,甚至在今天,以至于有些非常纯净的钻石实际上被描述为“戈尔康达”或“戈尔康德类型”。

钻石在立方体系中结晶:晶体的网状结构(其基本元素)形成一个立方体,每个顶点和每个面的中心都被碳原子占据。每个立方体进一步由四个四面体组成,每个四面体由四个碳原子形成(见图4)。通过新的碳原子在第一个晶化网格形成的立方体周围的聚集,钻石通常会形成一个八面体:在初始立方体的每个顶点处,都会出现面并以立方体的牺牲为代价来构建面,直到它们满足形成一个八面体。

碳原子的这种紧凑排列使钻石具有非凡的硬度-最高的天然矿物质。这种晶体如何在自然界出现?自1866年发现南非的钻石矿床以来,据了解,即使在砾石中发现了钻石,这些钻石也来自地球上地幔中极为稀有的岩石,即“金伯利岩”。在地下140至230公里之间形成,突然上升到地面(请参见第60页的方框)。

实际上,坚硬致密的石头只有在高压(4.5至6吉帕斯卡)和高温(1,100-1,400°C)下(即深达140公里深的地方)才能形成。地幔或剧烈撞击时,例如地球上或超新星或白矮星内部的陨石。因此,半人马座恒星BPM 37093似乎由一颗钻石核组成,估计不低于一万亿兆万亿公斤! (今天,生产了10克拉的工业和珠宝合成钻石,或两克,明亮的直径约13毫米,厚7.7毫米。)

本来是钻石的三倍?

毛坯钻石的小面反映了碳原子的堆积,而不反映其光学特性(因此,天然钻石的光泽低)。考虑到钻石以立方和八面体之间的中间形式结晶,并在Tavernier钻石中寻找这种形式的特征角度,我们得出的结论是,钻石已在其生长和生长之间分裂。采购。

更准确地说,Tavernier钻石的每个面的稳定性都是在Bravais-Friedel-Donnay-Harker理论的框架内计算的,该理论以为晶体形态预测模型做出贡献的晶体学家命名;该理论使确定最稳定的面成为可能,并表明在结晶过程中仅保留了这些面。因此,我们能够估算出最稳定的晶体形状:它是一个菱形八面体(立方和八面体之间的结构,见图4),重约300克拉。换句话说,Tavernier钻石可能只是12亿年前在地幔中结晶的较大晶体的中心部分(放置年龄印度的钻石烟囱),此后已分为三部分。

围绕着塔弗尼尔钻石的其他两本书在哪里去了?它们分裂成使宝石接近地球表面的喷发吗?他们是在采矿勘探期间被印度-莫卧儿王朝收复的吗?他们被卡在地壳里了吗?还是由印度矿工将原始水晶切成三块并出售给三个不同的客户?可能有几种候选人:1660年左右,将35克拉颜色相似的蓝色钻石出售给西班牙国王;玛丽·安托瓦内特(Marie-Antoinette)会拥有5.6克拉的蓝色钻石;不伦瑞克公爵家族的13.5克拉钻石来自印度。更不用说Tereschenko,这是一颗重达43克拉的印度蓝色钻石。他们来自同一颗水晶吗?对宝石本身的调查在这里有其局限性,但莫卧儿的记录可能会提供一些信息。

蓝色是从哪里来的?

因此,在国家自然历史博物馆的矿物学保护区中,铅模型在170年以来一直未被发现,因此发现了皇冠上神话般的蓝色钻石,这是法国摄政王最精美的皇冠珠宝。 , 在巴黎。也要归功于这种先导模型和Tavernier的描述,我们能够找到旅行者购买的钻石的特征,然后再回溯到在Golconde地幔中形成的晶体,超过12亿年前,才被投影到地面。

这个领导模型来自哪里?最合乎逻辑的假设是,阿哈德认识伦敦的裁缝(根据历史学家伯纳德·莫雷尔的说法,吉恩·弗朗西隆),因为他们都是法国新教徒。在重新切割钻石之前进行铅铸是伦敦有据可查的传统,尤其是在摄政时期。阿哈德(Ahard)为什么以这种谨慎的方式将这种主导模式提供给博物馆?我们对此一无所知,只不过今天仍然盛行着大珠宝商的“专业保密”。可以肯定的是:通过仿真检测到的钻石的光学性质,铅制副本证明,它是法国蓝钻石的继承人,远胜于Hope钻石。

但是,调查尚未结束。我们目前正在从掺杂硼的碳结构中重新计算蓝色钻石的颜色。宝石学家认为硼使钻石具有金属蓝色,但我们没有正式和直接的证据。使用繁琐的计算机辅助计算,我们可以估算掺硼钻石吸收的波长,以验证硼是否是蓝色钻石中颜色的来源。历史调查也在继续,尤其是涉及此故事的珠宝商:Pittan和Achard。已经找到了几份文件,这些文件揭示了两位珠宝商的个性,这些珠宝商在当时受到称赞,而现在却被不公正地遗忘了。

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