A lo largo de la historia las gemas han capturado la imaginación y el deseo de las personas. Su belleza intrínseca, expresada a través de su brillo y sus vibrantes colores, evoca una sensación de asombro y admiración. En muchas culturas, cada gema adquiere un significado específico. Cada pieza cuenta una historia única y ofrece un deleite visual que trasciende el tiempo y las modas. Pero ¿sabemos de dónde provienen?, ¿qué es lo que da valor a las joyas?, ¿cómo podemos saber si son auténticas?
Para responder a estas preguntas, el pasado viernes 30 de agosto, en el marco del 15º aniversario de la Noche de museos del Instituto de Geofísica de la UNAM, el doctor Giovanni Sosa Ceballos, director del Laboratorio de Microanálisis, Unidad Morelia de dicho instituto, condujo a su audiencia desde las profundidades del centro de la Tierra, hasta su laboratorio en Morelia, Michoacán, a través de la charla virtual Minerales que se transforman en joyas.
La fascinante ciencia detrás de los minerales y sus colores
¿Por qué un corindón puede ser rojo o azul? ¿Por qué los cuarzos pueden tener colores verdes, violetas, naranjas, azules, o incluso pueden ser translúcidos? ¿Por qué los minerales tienen diferentes colores?
El doctor Sosa señaló que la respuesta radica en la interacción de la luz con la estructura atómica de los minerales. Cuando toda la luz que conocemos en el espectro electromagnético visible es reflejada por un mineral, lo vemos blanco o translúcido, como en el caso de la nefelina. En contraste, cuando la radiación electromagnética interactúa con la materia y esta absorbe parte del espectro, nosotros vemos el color que refleja. Así como las manzanas rojas absorben todas las longitudes de onda de la luz visible excepto la roja, que es la que reflejan, de la misma manera sucede con los minerales; los diversos colores que pueden presentar son producto de los elementos que contienen en estado de inclusiones atómicas en su estructura cristalina.
El también profesor en la Escuela Nacional de Estudios Superiores (ENES) de Morelia explicó que en el núcleo de la Tierra, compuesto mayormente por hierro y níquel, hay muy poco oxígeno, razón por la cual el hierro es metálico o hierro cero, es decir, no presenta ningún estado de oxidación. Un poco más arriba del núcleo hacia el manto terrestre, la presencia de cierta cantidad de oxígeno permite que el hierro se oxide y se presente como Fe+2. Otro poco más arriba, al llegar a la corteza que se encuentra debajo de nuestros pies, el oxígeno, y consecuentemente el grado de oxidación, se incrementan, por lo que ahí podemos encontrar Fe+3.
Cuando los minerales contienen Fe+2 y Fe+3, se genera una banda de absorción entre estos dos átomos de hierro que solo refleja el color azul. Sin embargo, existen también elementos como cromo, titanio, cobalto, manganeso, vanadio, entre otros, llamados cromóforos. Estos pueden estar presentes en la estructura de un mineral, sin ser parte de su fórmula. Por ejemplo, los átomos de berilo, aluminio, silicio y oxígeno, los cuales son colorados, dan origen a un mineral llamado berilo; pero entre esos átomos hay también litio, cobre, hierro y manganeso. Aunque estos últimos elementos no pertenecen a la fórmula del berilo, tienen un juego electrónico donde su abundancia, estado de oxidación y los «elementos vecinos» dictan su color.
Para comprender la importancia de los «elementos vecinos», Sosa Ceballos habló sobre el corindón: un óxido de aluminio que puede encontrarse completamente blanco en zafiros incoloros, lo que indica que no tienen elementos cromóforos en abundancia. Cuando se obtienen zafiros azules, es porque en el corindón hay presencia de titanio, hierro y vanadio; en el caso de los rubíes, hay presencia de cromo, níquel y algo de cobalto. Así, en función de qué tipo de elementos, abundancia y estado de oxidación tiene el mineral, pueden obtenerse zafiros rosas, amarillos, verdes, u otros. Esto quiere decir que el color de los minerales es dictado por los elementos vecinos con que se relacionan.
Por otra parte, explicó que también hay minerales cuyos colores se deben a los propios elementos o átomos que forman su estructura o fórmula química. Por ejemplo, la malaquita, un carbonato de cobre que podemos apreciar en algunas estatuas de Europa o incluso de México. Este posee un color verde muy especial, producto de la oxidación y de un proceso de carbonatación provocado por la lluvia, que es un ácido carbónico. Estos carbonatos de cobre también pueden ser azules, como en el caso de la azurita.
Cómo determinar la autenticidad de las gemas
Determinar si una gema es auténtica puede ser complicado, especialmente con la creciente presencia de gemas sintéticas y falsificaciones en el mercado. En el pasado, los gemólogos evaluaban las gemas mediante el análisis visual de sus inclusiones y colores. Hoy en día, la tecnología ha avanzado significativamente, proporcionando herramientas más precisas para su identificación.
En el Laboratorio de Microanálisis de la Unidad Michoacán del Instituto de Geofísica de la UNAM, se cuenta con equipos avanzados para ello. Uno de los instrumentos especializados es la microsonda electrónica, la más eficiente que hay en México, dedicada a la investigación y a brindar servicios comerciales. Esta máquina permite determinar la composición química de fragmentos tan pequeños como la punta de un cabello, que es de apenas 5 micras.
Otro equipo esencial es el espectroscopio Raman, el cual utiliza láseres monocromáticos para analizar la interacción de la luz con la materia. Cada material tiene una «huella digital» única en el espectro Raman, lo que permite distinguir entre gemas auténticas y falsas.
«A nuestro laboratorio ha venido gente del Instituto Nacional de Antropología e Historia (INAH) con quienes hemos analizado el ajuar de Caltzontzin, uno de los reyes purépechas. Raman nos ha permitido ver de qué están formadas las máscaras, los bezotes, las orejeras que usaban nuestros antepasados», compartió el doctor Sosa.
Adicionalmente, el Laboratorio de Microanálisis cuenta con microscopios electrónicos de barrido y un difractómetro de Rayos X.
Por qué los diamantes son tan preciados
Indudablemente, una de las joyas más preciadas son los diamantes. Pero ¿de dónde provienen? ¿Cómo sabemos si son auténticos?
El titular del Laboratorio de Microanálisis explicó que fue en Kimberley, una zona de Sudáfrica, en donde se encontraron y describieron por primera vez las rocas portadoras de los diamantes: las kimberlitas. Dado que estas rocas son muy escasas y que el precio comercial de las joyas y de los metales preciosos está en función de la abundancia de los materiales en el planeta, los diamantes suelen ser muy costosos.
Los diamantes son una forma cristalina de carbono, uno de los materiales más duros de nuestro planeta. Los expertos han podido determinar que estos provienen de profundidades de entre 120 y 200 km, gracias a las inclusiones de pequeños cristales que presentan, los cuales se estabilizan a esas profundidades.
Se calcula que en una kimberlita de 24 millones de toneladas de volumen solo hay tres toneladas de diamante, lo que equivale a 0.125 partes por millón. Esto quiere decir que el volumen de diamantes que se puede encontrar en la superficie terrestre es relativamente bajo, y aun así, «es una anomalía en nuestro Sistema Solar, si consideramos que hay otros lugares en el Universo donde se cree que hay diamantes en abundancia debido a la presión a la que se pudieron formar», aseguró el experto.
Una de las características que hace tan especiales a los diamantes radica en la dificultad para rayarlos. Si intentáramos rayar una de sus caras con un clavo, una moneda o incluso con una navaja filosa, no lo lograríamos. La única manera de rayar la cara de un diamante es con otro diamante.
¿Cómo sabemos si un diamante es auténtico?
El doctor Sosa explicó que los diamantes tienen un sistema cúbico con enlaces covalentes. «Si analizamos un grafito, vemos que tiene una estructura hexagonal con enlaces de tipo Van der Waals; por eso podemos pintar con un lápiz, porque los enlaces que unen sus cristales son sumamente débiles. Pero eso no lo podríamos hacer con un diamante, a pesar de que ambos son carbono. En Raman podemos ver que cada uno tiene una firma digital diferente, la cual advertimos en los diferentes picos que dibuja el espectrómetro».
Más adelante, el doctor Sosa aseguró que, de acuerdo con su experiencia, cuando los diamantes son muy chiquitos, de cien, 98 suelen ser falsos. Esto lo ha podido determinar porque actualmente existe un mercado de diamantes sintéticos a los que les meten inclusiones que pueden escapar al ojo, a la lupa, e incluso a los gemólogos experimentados, pero no así a Raman. Los materiales que utilizan para sintetizar, fundir y presurizar el material del carbono dejan una huella inocultable para el espectrómetro. De esta manera, al comparar los resultados que Raman dibuja para un diamante original y para un diamante falso, la diferencia se puede advertir con gran claridad.
Otro valor de las técnicas analíticas utilizadas en el Laboratorio de Microanálisis es que no son destructivas. El Raman es un láser y la microsonda electrónica es un haz de electrones muy potente que no dejan ningún daño en los minerales. «Son técnicas no destructivas y por eso son, por excelencia, las que se utilizan para analizar piezas arqueológicas o históricas que deben preservarse intactas», enfatizó el académico.
A manera de conclusión, el doctor Sosa pidió a su audiencia considerar lo siguiente: «Colores vemos, elementos y su estado de oxidación sabemos. Compren y regalen la gema que sentimentalmente signifique algo para ustedes y no dejen de maravillarse por el color que refleja y por cómo la formó la naturaleza. Siempre investiguen, documéntense y si quieren saber si su gema es auténtica, contacten al Instituto de Geofísica de la UNAM».
