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Unter den verschiedenen Eigenschaften der Edelsteine nehmen die optische Erscheinungen eine herausragende Stellung ein.
Sie äussern sich in Farbe und Glanz, Feuer und Brillanz , Muster, Textur und Einschlüsse, Lumineszenz und Transparenz.
Das wichtigste Merkmal eines Edelsteins ist die Art und Weise, wie er auf Licht reagiert. Licht ist die Quelle seiner Schönheit, seiner Farbe uns seines Glanzes. Es dient auch seiner Identifizierung, da jeder Edelstein spezifische optische Eigenschaften besitzt. Es gibt z.B. mehr als ein Dutzend rote Edelsteinarten, die jeweils in zahlreichen Farbschattierungen auftreten. Die optischen Eigenschaften sind für die Identifizierung eines Edelsteines in der Regel nicht aussagekräftig genug. Eine Kategorie wie der Glanz unterliegt der subjektiven Beobachtung, die Brechungszahl eines Minerals ist hingegen ein objektiver Wert. Ein Gemmologe wird zur Identifizierung eines Steins immer mehrere Methoden und Instrumente anwenden. Die Untersuchung eines oder aller optischer Eigenschaften eines Steins zeigt, wie er Licht überträgt, ablenkt und reflektiert - einer dieser Werte allein kann zur Identifizierung genügen. Manche Steine erfordern jedoch eine komplexe Untersuchung ihrer physikalischen und optischen Eigenschaften.
Eine der wichtigsten Eigenschaften eines Edelsteins ist dessen Schönheit, und diese hängt ganz wesentlich von seiner Farbe ab. Diese entsteht, indem der Edelstein Licht absorbiert und ablenkt, sodass es auf dem Weg durch den Stein seine Richtung ändert. Weisses Licht besteht aus vielen Farben, wenn eine oder mehrere davon absorbiert werden, ist das restliche Licht, das aus dem Edelstein austritt, farbig. Die Absorption bestimmter Wellenlängen kann durch die Anwesenheit von Spurenelementen bedingt sein oder ihre Ursache in der chemischen Struktur eines Edelsteins haben. (s. unten).
Mehrfarbige Edelsteine
Edelsteine mit verschiedenen Farben innerhalb desselben Steins werden als mehrfarbig bezeichnet. Sie können bis zwölf und mehr Farben aufweisen. Die Farben können separat nebeneinander stehen oder fliessend ineinander übergehen. Die Ursache für Mehrfarbigkeit sind häufig Veränderungen im chemischen Medium, in dem der Kristall gewachsen ist.
Allochromatische Edelsteine
Die meisten Edelsteine sind in Chemisch reinem Zustand farblos und erhalten ihre Farbe durch eine geringe Beimengung von farbgebenden Elemente; man nennt sie deshalb allochromatisch oder fremdgefärbt.
Allochromatisch:
Andersgefärbt; von griech. chroma = Farbe und allo = anders
Idiochromatische Edelsteine
Diejenigen Edelsteine, bei denen das farbgebende Element aufbauender Bestandteil ist, nennt man idiochromatisch oder eigengefärbt. Diese Edelsteine kommen deshalb nur
in einer Farbe vor.
Idiochromatisch:
Eigengefärbt; von griech. idio = eigen, selbst, und chroma = Farbe
Pleochroitische Edelsteine
Dringt weisses Licht durch einen Edelstein, werden dei Farben in unterschiedliche Richtungen verschieden absorbiert. Infolgedessen kann ein Edelstein je nach Blickwinkel verschiedenfarbig sein. Dieser Pleochroismus genannte Effekt kann zur Identifizierung geschliffener Edelsteine beitragen.
Durch die Interaktion von Licht mit Edelsteinmaterial entsteht ein Farbenspiel. Abhängig von der inneren Struktur des Edelsteins werden Lichtwellen von unterschiedlichen Schichten zurückgeworfen, sodass eine Interferenz entsteht.
Als Ergebnis schillert die Oberfläche oder die Farbe im inneren des Steins. Streifenartige Lichtfiguren und Flächenschiller nennt man:
Adulareszenz - Asterismus - Aventureszenz - Chatoyance oder Katzenauge - Irideszenz - Labradorisieren - Farbwechsel - Opaleszenz - Dispersion - Fluoreszenz - Doppelbrechung - Einschlüsse - Pleochroismus - Tenebreszenz.
Wenn Licht in einen transparenten Edelstein eindringt, ändert es seine Ausbreitungs-Geschwindigkeit und seine Richtung. Das nennt sich Brechung. Der Brechungsindex gibt die Veränderung der Geschwindigkeit und den Eintrittswinkel des Lichts in den Edelstein gegenüber der Luft an. Der hohe Brechungsindex des Diamanten verursacht Lichtblitzte, wenn man den Edelstein bewegt - sein "Feuer". Je grösser die Streuung von weissem Licht, desto grösser das Feuer.
Doppelbrechung
Edelsteinminerale im kubischen System brechen Licht gleichmässig in alle Richtungen. Kristallsysteme anderer Art brechen Licht in zwei Richtungen, d. h., die Kristallstruktur bedingt, dass Licht in zwei verschiedenen Winkeln abgeleitet wird. Das nennt sich die Doppelbrechung.
Zu den ganz wichtigen Bestimmungshilfen gehören Absorptionsspektren. Das sind in Spektralfarben auseinandergezogene Bänder des Lichts, das aus den farbigen Edelsteinen austritt. Die Untersuchung der Wellenlänge von Lichtstrahlen heisst Spektroskopie. Spektroskope sind Geräte, die in Edelsteine eintretende Lichtwellen zerlegen. Das Spektroskop hat einen schmalen Spalt für den Lichtdurchtritt. Platziert man einen Edelstein zwischen eine Lichtquelle und den Spalt, entsteht ein Lichtspektrum. Wo bestimmte Wellenlängen vom Stein absorbiert werden, zeigen sich dunkle streifen. Diese sind charakteristisch für verschiedene Elemente und ermöglichen die Identifizierung der chemischen Zusammensetzungen eines Edelsteins. Die drei Spektren (siehe unten) verraten viel über die Zusammensetzung der beiden Edelsteine.
Spektren
Die einfache Struktur des Rubins erzeugt nur wenige dunkle Streifen oder Linien. Almandin mit seiner komplexen Struktur weist zahlreiche Linien auf. Glas besteht nur aus zwei Elementen und zeigt nur zwei Absorptionsbereiche.
Glanz bezeichnet den Effekt, der entsteht, wenn eine Fläche Licht reflektiert. Man unterscheidet zwei Arten von Glanz: metallischen und nichtmetallischen Glanz. Kostbare Metalle haben einen metallischen, Edelsteine bis auf einige wenige wie Hämatit und Pyrit einen nichtmetallischen Glanz. Bei Edelsteinen unterscheidet man u. a. Glas-, Wachs-, Perlmutt-, Seiden-, Harz-, Fett-, Erd-, Metall- und Diamantglanz. Glanz ist subjektiv - und wird mehr anhand von Optik und Haptik statt anhand wissenschaftlicher Kriterien beurteilt.
Der Begriff "Feuer" bezeichnet das Glitzern, das ein Edelstein erzeugt, wenn man ihn bewegt. Wie ein Prisma zerlegt er das einfallende Licht in seine Farbbestandteile: Je grösser diese sogenannte Dispersion, desto grösser ist das Feuer. Diamanten haben eine hohe Dispersion und werden aufgrund ihrer Brillanz geschätzt. Edelsteine mit einem niedrigen Brechungsindex können jedoch aufgrund anderer Eigenschaften begehrt sein.
Manche Edelsteine wachsen in Mustern, die eine natürliche Schönheit besitzen und vo einem geschickten Edelsteinschleifer perfekt zur Geltung gebracht werden können. Besonders berühmt sind die dekorativen Qualitäten der zahlreichen Quarzvarietäten, darunter Achate und Chalcedone wie Jaspis. Andere Edelsteinarten besitzen eine ungewöhnliche Oberflächentextur oder Einschlüsse, die dem Stein Schönheit verleihen.
Für eine Untersuchung der Edel- und Schmucksteine ist vornehmlich die Luminenz bei ultravioletter Strahlung (UV), die sog. Fluoreszenz, von Interesse. Ursache sind gewisse Störfaktoren (Verunreinigungen oder Baufehler) in Kristallgitter. Das Phänomen wurde erstmals 1824 bei Fluorit beobachtet. Gelegentlich bietet die Fluoreszenz eine gewisse Hilfe beim Erkennen eines Fundorts, denn manchmal zeigt sie typische Erscheinungsbilder für eine ganz bestimmte Lagerstätte. Lumineszenzerscheinungen von Röntgenstrahlen ermöglichen echte Perlen von Zuchtperlen zu unterscheiden. Für eine Bestimmung von Edel-und Schmucksteinen ist die Fluoreszenz im Allgemein nicht geeignet. Es ost unvorhersehbar, denn manche Aggregate eines Minerals fluoreszieren, andere, selbst von derselben Lokalität, tun es nicht. UV-Licht kann lang- oder kurzwellig sein, und Minerale können in dem einen oder in beiden fluoreszieren. Bei der Diagnostik von synthetischen Edelsteinen dagegen hat sich die Fluoreszenz bewährt, weil Synthesen unter UV häufig anders reagieren als natürliche Edelsteine. Auch geklebte Edelsteine lassen sich unter UV zuweilen identifizieren, wenn nämlich der Kitt allein oder anders fluoresziert als die übrigen Teile.
Für die meisten Edelsteine ist die Transparenz (Durchsichtigkeit) ein Wertfaktor.