Feltbaserede og eksperimentelle undersøgelser af faktorer som kontrollerer in-situ elementfordelingen og ædelstenskvalitet af korund (rubin) fra Grønland Controls on in-situ element partitioning and gemstone quality of corundum – comparing fieldbased and experimental studies on ruby from Greenland

PhD’nngorniaq:
Majken Poulsen

Sammivik:
Pinngortitaq

Qulequtaq:
Feltbaserede og eksperimentelle undersøgelser af faktorer som kontrollerer in-situ elementfordelingen og ædelstenskvalitet af korund (rubin) fra Grønland
Controls on in-situ element partitioning and gemstone quality of corundum – comparing fieldbased and experimental studies on ruby from Greenland

Allaatigisaq:
Mineralet korund (Al2O3) bliver anvendt i industrien for dens optiske, mekaniske og kemiske egenskaber, men er bedst kendt for ædelstensvarianterne rubin og safir. Ren korund er farveløs, ædelstenenes farve skyldes små mængder (spor) af andre grundstoffer såsom Fe, Ti, V, Ga og Cr i stenenes krystalstruktur. Rubiners røde farve skyldes et forhøjet indhold af sporelementet Cr i modsætning til pink safirer, som indeholder mindre mængder af Cr, mens den blå farve i safirer skyldes indhold af sporelementerne Fe og Ti. Andre kombinationer af sporelementer giver safirer i varierende farver fra grøn til pink og orange. Farven og klarheden er de vigtigste parametre, når rubiner og safirers kvalitet skal vurderes. Klarheden af ædelstenene afhænger af mængden af urenheder i korunden, også kaldet inklusioner. Inklusioner kan være mineralkorn, små gasbobler eller en lille mængde fluider (væsker), som blev inkorporeret i korund-mineralerne mens de voksede. Inklusionerne er forskellige alt efter det geologiske miljø de er dannet i, samt de tryk og temperaturer de har været udsat for under deres dannelse.

Dannelsen af korund er ofte relateret til store pladetektoniske begivenheder såsom kontinentale sammenstød, bjergkædedannelser og riftdannelser i kontinenterne. De tryk og temperaturforhold de dannes i ligger ved temperaturer over 500° C og tryk på mere end 3 kbar (svarende til trykket i ca. 10 km’s dybde i jorden). Korund bliver dannet i miljøer med lavt Si indhold og forhøjet Al indhold, for eksempel i bjergarter som marmor, mafiske til ultramafiske bjergarter, metamorfe (omdannede) bjergarter og Al-holdige skifre.

De fleste rubiner og safirer der udvindes ved minedrift stammer fra sedimentære aflejringer og er såkaldte sekundære forekomster, dvs. at de er blevet udvasket fra deres oprindelige dannelsessted og afsat i bunden af floder og vandløb. Der findes kun begrænset viden omkring rubiner og safirer der sidder i deres værtsbjergarter (primære forekomster). Alle rubin- og safirforekomster i Grønland findes i deres værtsbjergarter og er derfor ideelle til undersøgelser af primære korundforekomster.

Processer, der påvirker farvning af korund i ædelstenskvalitet og dannelse af inklusioner, er kendt, men er ikke undersøgt grundigt i forhold til de geologiske processer på lille skala (temperatur, tryk, kemisk miljø) og i større målestok (regional metamorfose, bjergkædedannelse eller vulkanske processer). De udløsende faktorer for rubin-dannende reaktioner er endnu ikke fuldstændigt forstået mht. de fluider der danner reaktionerne og oprindelsen af disse fluider.

I dette projekt vil prøver indsamlet i sommeren 2014 og 2015 fra Nattivit-området i Sydøstgrønland undersøges. Der vil primært fokuseres på rubiner og pink safirer, da størstedelen af korund fra Grønland er af disse typer.

Det geologiske miljø vil blive studeret, hvilket indebærer analyser på rubinforekomsten, dens værtsbjergarter og bjergarter i nærheden af rubinerne. Sporelementernes fordeling og mobilitet vil blive undersøgt ud fra prøver fra felten. Ved brug af en massespektrometer vil Pb, Sr og O isotoper blive analyseret, hvilket kan hjælpe til at forstå mængden af mobilisering af grundstoffer i mellem de kemisk forskellige bjergarter, der findes omkring rubinforekomsten.

Efter feltundersøgelserne og for at opnå en forøget forståelse af det geologiske miljø, vil der blive udført eksperimentelle forsøg ved McGill University i Canada. Smelteeksperimenterne vil prøve at danne rubiner under kontrollerede forhold med varierende tryk, temperatur, pH, forskellige gasser og kemiske grundstoffer, hvilket vil hjælpe til at forstå, hvilke specifikke dannelsesforhold der skabte korund ved Nattivit.

Rubiners indhold af sporelementer og andre særlige kendetegn, såsom inklusioner, kan kaldes rubinernes fingeraftryk og anvendes til genkendelse af oprindelsessteder for rubiner og safirer. Dette kan være vigtigt for prissætning af ædelstenene, for eksempel kan nævnes rubiner fra Mogok i Myanmar, der har meget højere pris end rubiner fra andre lande, fordi de har den rette røde farve ”pigeon blood” som svarer til en blodrød farve, og indhold af små rutil (TiO2) inklusioner der danner en silkeagtig glans, der gør dem specielle og eftertragtede. Det kan derfor vise sig at være vigtigt at kunne genkende de særlige kendetegn for de grønlandske rubiner.

Rubiner og safirer bliver ofte varmebehandlede for at forbedre farve og klarhed inden de bliver solgt. Korund har et smeltepunkt på over 2000°C. Varmebehandling sker ved temperaturer op til 1850°C, men afhænger af formålet med behandlingen. Naturlige og ubehandlede rubiner med fin kvalitet bliver solgt til de højeste priser på markedet. Varmebehandlede sten er mindre værdifulde end de ubehandlede sten, men en rubins kvalitet og dens værdi kan øges ved varmebehandling og sælges til højere pris end uden varmebehandling.

I dette projekt vil der blive lavet forsøg med varmebehandling på rubiner, for at undersøge dens effekt. Varmebehandlingen vil blive udført i samarbejde med gemmologiske laboratorier i udlandet, og en kortlægning af sporelementers fordeling i rubiner før og efter varmebehandlingen vil blive udarbejdet for at se, hvilken effekt varmebehandlingen har på sporelementerne, samt undersøge om det er muligt at varmebehandle rubinerne fra Østgrønland.