Жемчуг
Шрифт:
Таким образом, рост призм арагонита многократно прерывается. Подобные остановки фиксируются маломощными прослойками органического вещества. Каждая призма арагонита состоит из небольших призмочек, разделенных между собой прокладками органического вещества. По существу, это минерально-органический агрегат. Рост такого агрегата имеет свои особенности. Строго унаследованная ориентировка нарастающей призмочки на ранее отложившуюся выдерживается не всегда. Совпадение элементов структуры двух рядом расположенных призмочек наблюдается только в том случае, если они разделены между собой тонкой прокладкой органического вещества. С увеличением толщины органической прокладки это условие может не соблюдаться. Количество призматических слоев достигает в жемчужине 50.
Характерная особенность призматических
Другая особенность призм арагонита — иногда наблюдаемое скручивание их вокруг оси, совпадающей с осью призмы. Раньше подобное скручивание описывалось в перламутре раковин [Wise, Villiers, 1971; Mutvei, 1980], в арагоните жемчуга его впервые отметил Кораго. По аналогии с деформированными кристаллами кокколитов [Голубев, 1981] такое явление можно объяснить кристаллизационным давлением аномально ориентированных призматических кристаллов арагонита.
Периферия жемчужин сложена пластинчатыми кристаллами арагонита, формирующими перламутровый слой, который придает жемчужине ценность. Рост пластинок арагонита, сменяющий призматический рост, наследует при этом кристаллографическую ориентировку призмы. Центрами зарождения пластинчатых кристаллов являются входящие углы между несколькими призмами у их вершин и точки на вершинах призм. От них происходит тангенциальное разрастание пластинок по всей поверхности затравки. Главная ось пластинок наследует ориентировку этой же оси призм арагонита. Бесформенные вначале пластинки по мере разрастания приобретают гексагональную или близкую к ней форму и затем сливаются в сплошную массу арагонитового слоя. Отложение арагонита прерывается кратковременным выделением моллюском органического вещества, покрывающего пленкой пластинки этого минерала. На нем нарастает новый слой пластинок арагонита. Процесс ритмически повторяется, пластинчатых слоев, как правило, всегда меньше, чем призматических.
Хорошо развитые призматические слои чаще обнаруживаются в речных жемчужинах. Многие из них образованы одними призматическими слоями. Бывают случаи, когда на одной стороне жемчужины откладываются перламутровые слои, а на другой формируются призматические кристаллы арагонита.
Скорость роста призматических кристаллов арагонита в различных направлениях определяет форму жемчужины. При одинаковой скорости роста во всех направлениях образуется правильная шаровидная жемчужина. Продолговатые жемчужины формируются при преобладании скорости роста в одном или двух противоположных направлениях. При неодинаковой скорости роста призматических слоев в разных направлениях возникают неправильные (уродливые) жемчужины. В срезах таких жемчужин на разных стадиях роста обнаруживаются дополнительные центры кристаллизации. Они выделяются в шлифе сгустками темного органического вещества, вокруг которых формируются сферолиты, сложенные призматическими кристаллами. Количество таких сферолитов в одной жемчужине может быть до 10 и больше.
В разрезе речной жемчужины хорошо видны слои роста, состоящие из лучистых призм (призматическая структура) и пластинок (пластинчатая структура) арагонита. Рост сезонный, и новые слои минерального вещества откладываются на слоях предыдущих лет. Рост первого года выше всех остальных — 2,3 мм в год. После этого он резко падает — до 0,38 мм в год [Смит, 1980] — и впоследствии становится примерно постоянным. Скорость роста жемчуга зависит от возраста жемчужницы, ее вида, характера окружающей среды и др. Так, при формировании жемчужины в моллюске «пожилого» возраста она никогда не достигнет значительных размеров. Детально этот вопрос не изучен. Если принять за годовое кольцо призматический слой, отделенный толстой прокладкой органического вещества от последующего слоя призм, то непонятно, когда и как отлагались слои призматических кристаллов, разделенные тонкими органическими прокладками.
Скорость образования речных и морских жемчужин разная. Морская жемчужина растет почти вдвое скорее, чем
Жемчужина, возникнув в одном участке тела моллюска, может со временем переместиться в другую его часть. Предполагают, что такие «путешествия» происходят в результате выталкивающего действия средних жемчужин и каких-то других факторов.
Биохимические процессы, приводящие к образованию жемчуга, исследованы все еще недостаточно. Биогенные кристаллы, к которым относится и арагонит жемчуга, представляют собой обычные ионные кристаллы, выпавшие из минералообразующих растворов не в земной оболочке, а внутри организмов. Форма их зависит от тесного взаимодействия внутреннего строения и внешних условий роста и может существенно изменяться с изменением этих условий. Биогенные кристаллы из минерализованных скелетных структур рассматриваются в качестве реальных кристаллов. Они содержат в себе различные дефекты (вакансии, примеси, дислокации и др.), которые отличают реально существующий кристалл от его идеализированной схемы. Ряд свойств реального кристалла объясняется именно его дефектной структурой, без ее знания не могут быть поняты многие проблемы биоминерализации.
Заслуживает внимания вопрос: почему жемчуг обычно сложен не кальцитом — стабильной модификацией углекислого кальция, а метастабильным арагонитом? При рентгеновском изучении арагонита жемчуга отмечено, что его дифракционная картина в основном соответствует эталонным значениям этого минерала. Однако на многих дифрактограммах обнаруживаются дополнительные, несвойственные арагониту отражения 0,354—0,355; 0,204—0,205 и 0,184—0,1847 нм, которые, видимо, следует связывать с присутствием в жемчуге примеси другого минерала. Эти отражения вместе с рефлексом 0,338 нм (наиболее интенсивным в арагоните жемчуга) отвечают базальным рефлексам карбоната стронция — стронцианита, кристаллическая структура которого аналогична структуре арагонита.
Отдельно выделить фазу стронцианита из материала жемчуга оказалось невозможным. Однако при просмотре коллекции жемчуга в Архангельском краеведческом музее мы обнаружили в ней жемчужину, почти целиком состоящую из стронцианита (меньший показатель преломления карбоната 1,520). Жемчужина отличалась своим серебристым цветом от остальной массы жемчуга. Эти данные подтверждают факт существования самостоятельной фазы стронцианита в жемчуге. К тому же в жемчуге постоянно обнаруживаются довольно высокие количества стронция.
Роль стронцианита в жемчуге генетическая: стронций даже в небольших количествах (1 атом на 4000 элементарных ячеек арагонита) стабилизирует арагонитовую фазу в зародышах кристаллизующегося карбоната кальция [Strunz, Wachsen, 1978]. Твердые растворы стронцианита в арагоните имеют меньшую свободную энергию, чем чистые минеральные фазы. Такие растворы более выгодны, чем кальцит.
Обособление минеральной фазы в организме моллюска сопровождается повышением в минералообразующем растворе энзимов, вводимых разными путями в органическую и неорганическую составляющие жемчуга. Эпителиальные клетки «жемчужного» мешка, являющиеся клеточной основой секреторной деятельности, выделяют ионы кальция и карбонат-ионы в жидкость, формируя тем самым минералообразующий раствор. Осаждение арагонита из раствора происходит в том случае, когда он будет пересыщен указанными ионами. Доступ ионов к кристаллизующемуся арагониту облегчается обширной и закрученной поверхностью стенок «жемчужного» мешка.
Минералообразование внутри организма структурно тесно связано с органическими молекулами матрицы. Определение зародышевых центров происходит только в отдельных, строго упорядоченных ее точках, обогащенных белковым веществом.. Это свидетельствует о достаточно сильном специфическом взаимодействии органического и минерального компонентов. Минеральный уровень такого взаимодействия исследован недостаточно. Вероятнее всего, в основе его лежит принцип комплексообразования: отдельные участки матрицы образуют с Ca 2+и CO 3 2-специфические комплексы. В зависимости от аминокислотного состава матрицы и от ряда других факторов кристаллизующийся арагонит принимает форму призм или пластинок.