|
Taka zależność może sugerować niski jeszcze stopień kondensacji wielkocząsteczkowej struktury żywicy młodszej. Niestety parametr twardości według skali Mohsa nie może stanowić pomocy w identyfikacji i korelacji badanych żywic naturalnych bądź ich imitacji. Skala Mohsa pozwala jedynie na określenie twardości względnej.
Badania bezwzględnej twardości (mikrotwardości) sukcynitu prowadził S.S. Sawkiewicz (1970), stwierdzając duże wahania dla różnych próbek w zakresie od 17,66 do 38,40 kG/mm2. W pojedynczej próbce bursztynu niejednorodność struktury powodowała wahania stopnia twardości o + 5%. Natomiast w przypadku jednego z rodzajów sukcynitu zewnętrzna utleniona warstwa wykazywała wyższą twardość w stosunku do nieutlenionego bursztynu o 15-40%, zależnie od stopnia utlenienia.
Średnie wartości mikrotwardości wynosiły dla bursztynu "kościanego" 20 kG/mm2, dla "bastarda" 25 kG/mm2, dla bursztynu przezroczystego 26,2 kG/mm2, zaś dla bursztynu ukraińskiego 26 kG/mm2.
Wyniki pomiarów mikrotwardości szeregu próbek czarnego bursztynu, a także, dla porównania, gagatu przedstawili B. Kosmowska-Ceranowicz i Z. Mi-gaszewski (1988). Sukcynit i gagat wykazały identyczne wartości mikrotwardości - 29 kG/mm2 (290 MPa). Dla czterech próbek czarnej żywicy kopalnej: z Ukrainy, z Bitterfeldu (Niemcy, 2 próbki) i Bytowa, wyznaczono odpowiednio wartości: 7, 7, 28 i 21 kG/mm2. Mikrotwardość bursztynu prasowanego wyniosła 27 kG/mm2, niewiele różniąc się od wyznaczonej dla niepoddanego prasowaniu sukcynitu. Stantienit okazał się wyraźnie mniej twardy (23 kG/mm2) od sukcynitu.
Pomiary mikrotwardości wykonano dla 22 próbek żywic kopalnych oraz wybranych czterech polimerów sztucznych. Do badań użyto twardościomierza Hanemanna (firmy C. Zeiss) do mikropomiarów (rys.), współpracującego z mikroskopem metalograficznym Neophot 21. Do pomiaru mikrotwardości wykorzystano metodę Vickersa, polegającą na wciskaniu w płaską powierzchnię badanego materiału diamentowego czworokątnego ostrosłupa foremnego o kącie dwuściennym równym 136o. Obciążenie (F) musi być przy tym prostopadłe do powierzchni badanego przedmiotu. Następnie mierzy się przekątne d1 i d2 powstałego odcisku o brzegach w kształcie kwadratu. Twardością Vickersa HV w kG/mm2 nazwano stosunek obciążenia w kG do pola S w mm2 powierzchni bocznej otrzymanego odcisku (HV = F/S [kG/mm2]). Pole S powierzchni bocznej odcisku jest polem bocznym foremnego ostrosłupa czworokątnego S = d / 2sin(a/2) [mm2], gdzie d jest średnią arytmetyczną dwóch przekątnych d1 i d2. Wzór ogólny ma więc postać:
HV = 2 F sin (a/2) / d2,
a po podstawieniu wartości kąta a = 136o otrzymuje się
HV = 1,854 F / d2 [ kG/mm2].
Zastosowane w prowadzonych pomiarach obciążenie wynosiło 0,025 kG.
W przypadku bardzo małych próbek zatapiano je w sztucznej żywicy. Przed przystąpieniem do pomiaru wykonywano jednostronny szlif i polerowano jego powierzchnię, której część stanowiła badana próbka (por. fot. 1-4). Uzyskana w ten sposób wysoka zdolność odbicia światła umożliwiła otrzymanie dobrego mikroskopowego obrazu krawędzi odcisków diamentowej piramidy.
Wyznaczone wartości mikrotwardości w postaci średniej z 10 pomiarów oraz wartości skrajne przedstawiono w tabeli. Określa to błąd pomiaru i/albo niejednorodność powierzchni badanych próbek. Największą niejednorodność powierzchni wykazał zygburgit, dla którego też wykonano dwukrotnie więcej pomiarów, badając obszary różniące się odcieniem (jasnym i ciemnym) beżowego zabarwienia.
Uzyskane wyniki wskazują, iż badane próbki sukcynitu przezroczystego (fot. 5), najczęściej wykorzystywanego w jubilerstwie bursztynu, charakteryzuje stosunkowo wąski zakres mikrotwardości: 26-28 kG/mm2. Podobne wartości uzyskano także dla krancytu (26,1 kG/mm2, fot. 2 i 6) i gedanitu (28,3 kG/mm2, fot. 7). Nieprzezroczysty sukcynit o białym zabarwieniu zwany "kościakiem" wykazuje niższą mikrotwardość. Dla dwóch badanych próbek tego typu uzyskano 24 kG/mm2 (fot. 4) i 16 kG/mm2, przy czym wartość ta maleje ze wzrostem stopnia porowatości próbek. Warto zwrócić uwagę, iż w kawałku bursztynu (sukcynit, Stogi) stanowiącym naturalne połączenie bursztynu przezroczystego i "kościaka" oznaczono dwie znacznie różniące się wartości mikrotwardości, odpowiednio: 26,9 i 15,9 kG/mm2.
 Badany kopal kolumbijski okazał się porównywalny z sukcynitem, natomiast mikrotwardość kopalu kauri (fot. 8) jest nieco niższa niż próbek sukcynitu przezroczystego.
Analiza mikrotwardości próbek o różnym wieku geologicznym wskazuje, że rośnie ona od kopalu kauri aż do najstarszych badanych próbek z okresu kredowego (próbki żywic kopalnych z Hiszpanii, fot. 9 i Jordanii, fot.10). Ma to niewątpliwie związek ze zmianami struktury żywic naturalnych postępującymi w procesach diagenezy. Można się tu spodziewać m.in. rosnącego stopnia kondensacji struktury. Brak jednak wyraźnych granic, które pozwoliłyby na wykorzystanie mikrotwardości jako parametru pozwalającego na jednoznaczną ocenę wieku żywicy.
Stosunkowo wysoka mikrotwardość próbek kopalnej żywicy meksykańskiej (fot. 11), dominikańskiej (fot. 12) oraz glessytu (fot. 1) może być natomiast konsekwencją pochodzenia tych żywic z drzew liściastych (Kosmowska-Ceranowicz 1999, 2000) w przeciwieństwie do innych badanych żywic z tego samego okresu geologicznego (trzeciorzędu) mających swe źródło w drzewach iglastych. W przypadku zaś rumenitu wysoka mikrotwardość może być rezultatem zmian struktury żywicy spowodowanych podwyższoną temperaturą albo ciśnieniem w złożu w okresie postsedymentacyjnym.
Najniższe wartości mikrotwardości, największy rozrzut wyników oraz wyraźne ich zróżnicowanie w zależności od odcienia (jasny i ciemny) beżowego zabarwienia żywicy uzyskano dla zygburgitu - naturalnego polistyrenu (fot. 3, tab.). Natomiast polistyren powstały w wyniku polimeryzacji czystego styrenu wykazuje wyraźnie wyższą mikrotwardość.
Badane dla porównania próbki tworzyw sztucznych cechują stosunkowo niskie wartości mikrotwardości, niższe niż wyznaczone dla przezroczystego sukcynitu, co może być wykorzystane do rozpoznania ewentualnych imitacji.
Fotografie: Ewa Teper
Autorzy dziękują Pani prof. dr hab. Barbarze Kosmowskiej-Ceranowicz za udostępnienie do badań próbek żywic kopalnych z rejonu Bitterfeldu, a także rumenitu oraz sukcynitu sambijskiego, jak również Panu prof. dr hab. Janowi Kotei za próbkę kopalu kolumbijskiego.
Literatura:
S. Błażewski, J. Mikoszewski: Pomiary twardości metali. WNT, Warszawa 1981.
B. Kosmowska-Ceranowicz: Bursztyn i inne żywice świata. Glessyt. "Polski Jubiler" 1999 nr 1(6), 30-33.
B. Kosmowska-Ceranowicz: Bursztyn i inne żywice kopalne. Oywice kopalne Ameryki arodkowej. "Polski Jubiler" 2000 nr 1(9), 18-20.
B. Kosmowska-Ceranowicz, Z. Migaszewski: O czarnym bursztynie i gagacie. "Przegląd Geologiczny" 1988 nr 7, 413-421.
S.S. Sawkiewicz: Jantar. Wyd. Niedra, Moskwa 1970.
*Aniela Matuszewska, adiunkt w Katedrze Geochemii, Mineralogii i Petrografii Wydziału Nauk o Ziemi Uniwersytetu aląskiego. Tematyka badawcza: geochemia organiczna kaustobiolitów, w tym liptobiolitów, do których należą także żywice kopalne.
**Adam Gołąb, adiunkt w Katedrze Materiałoznawstwa Zakładu Badań Warstwy Wierzchniej Wydziału Techniki Uniwersytetu aląskiego. Specjalista z zakresu materiałoznawstwa.
***Anna Salomon, absolwentka Wydziału Nauk o Ziemi Uniwersytetu aląskiego; wykonała pracę dyplomową z zakresu badań fizykochemicznych żywic kopalnych, uczestniczyła w realizacji prezentowanych badań w ramach planowych zajęć pracowni magisterskiej.
|
