Thạch anh tím (amethyst) tên xuất phát từ tiếng Hy Lạp "α-μεθηστos" có nghĩa là "không say". Hoàng đế La Mã xa xưa thường sử dụng các ly uống rượu làm từ amethyst và họ tin tưởng rằng chúng có tác dụng khử độc tố trong rượu và giúp cho người uống không bao giờ bị say. Người xưa cho rằng thạch anh tím khác với thạch anh, họ cho rằng thạch anh là nước đã được đóng băng và trở thành cứng rắn đến mức không bao giờ tan chảy, còn bản thân thạch anh tím thì không liên quan gì đến thạch anh cả.
Amethyst là một biến thể có màu tím của thạch anh và chúng có các tính chất cơ bản giống nhau. Có thành phần hóa học cơ bản giống nhau, cấu trúc nguyên tử và tính chất vật lý giống nhau (độ cứng 7, tỷ trọng 2,65, chiết suất 1.54,…).
Kinh Thánh đề cập đến thạch anh tím là một trong mười hai loại đá trong tấm giáp che ngực của các linh mục cấp cao và do đó nó đại diện cho một trong 12 bộ tộc của Israel.
Khi tinh thể thạch anh tím đang được hình thành, dung thể cung cấp các chất dinh dưỡng cho tinh thể phát triển được hoà tan một lượng sắt nhất định (Fe3+), và chúng tham gia vào cấu trúc của các tinh thể đang phát triển, khi đó chúng sẽ hình thành các "tâm màu". Bức xạ ion hóa tự nhiên trong lòng đất làm dịch chuyển các điện tử của nguyên tử Fe3+, kích hoạt các tâm màu này và tạo ra màu tím cho amethyst. Điều đó có nghĩa là các tâm màu hấp thụ tất cả các bước sóng khác, ngoại trừ những bước sóng trong vùng màu tím được truyền qua và phản ánh mắt người. Cường độ và màu sắc của amethyst phụ thuộc vào hàm lượng sắt, và vị trí mà nó nằm trong cấu trúc nguyên tử của thạch anh.
Thạch anh tím được tìm thấy ở đâu?
Amethyst được phát hiện nhiều nơi trên thế giới. Vùng Thunder Bay, Ontario Canada với các tinh thể thạch anh tím nhỏ. Tại Nam Carolina gần thị trấn Due West, khai thác được các mẫu thạch anh tím có kích thước rất lớn. Mexico nổi tiếng đối với giới sưu tập đá với địa danh gần thành phố Veracruz và Guerrero có thể khai thác được các tinh thể thạch anh tím đẹp dạng lăng trụ hoàn hảo. Hầu hết các bang và các tỉnh ở Bắc Mỹ, Nam Mỹ đều được biết đến có thể khai thác được tinh thể thạch anh tím. Việt Nam có thể gặp amethyst ở Chư Sê, nhưng thường với kích thước nhỏ và là các tinh thể rời. Có thể nói không ngoa rằng hầu hết các quốc gia trên thế giới đều có thạch anh tím ở các mức độ và kích thước khác nhau.
Đâu là nơi khai thác nhiều thạch anh tím nhất trên thế giới?
Khu vực khai thác nhiều thạch anh tím nhất trên thế giới và bao gồm cả agat là ở Rio Grande do Sul, bang miền nam của Brasil. Lượng thạch anh tím được khai thác ở đây lớn gấp hàng chục lần lượng thạch anh tím được khai thác ở các khu vực khác cộng lại. Nhiều nơi ở Rio Grande do Sul khai thác thạch anh tím và agats, nhưng ngày nay các khu vực khai thác nhiều tập trung xung quanh thị trấn Amethista do Sul, gần thành phố Irai. Khu vực này nằm gần biên giới Argentina và cách Porto Alegre, thủ đô và thành phố lớn nhất ở Rio Grande do Sul khoảng 500km về phía Tây Bắc (bản đồ google). Việc khai thác thạch anh tím và agat ở đây được bắt đầu từ nửa cuối thế kỷ 19 và trong thế kỷ 20. Tổng sản lượng của khu vực này có thể được đo bằng hàng triệu tấn. Mỗi cơ sở khai thác ở đây có thể khai thác được 2-3000 tấn/ năm. Trước khi thạch anh tím được phát hiện và khai thác ở Amethista do Sul thì thạch anh tím trên thị trường có giá trị rất cao, nhưng khi việc khai thác ồ ạt ở Amethista và cung cấp cho thị trường thế giới thì giá trị của thạch anh tím chỉ còn bằng 1/10 trước đó.
Việc phát hiện ra thạch anh tím ở đây cũng hết sức tình cờ, ban đầu những người nông dân trong khu vực phát hiện thấy thạch anh tím và agat nằm lẫn trong đất đồi núi của họ. Sau đó thạch anh tím và agat được khai thác trong các tầng đất aluvi. Khi mà những khu vực khai thác trong các tầng đất phong hoá bị cạn kiệt, người ta bắt đầu khai thác trong đá gốc bazan bằng cách khoan nổ mìn và đào các đường hầm dài vào bên trong để khai thác.
Bản đồ vùng Ametista với vị trí các mỏ đang khai thác (màu đỏ) và nơi đặt Bảo tàng (màu tím)
Cấu trúc địa chất của khu vực được bao phủ bởi một tầng bazan dày bao gồm nhiều lớp khác nhau, trên bề mặt hiện tại chúng bị phong hoá tạo thành các lớp phủ màu mỡ nơi người dân địa phương canh tác ngô và một số cây lương thực khác. Các lớp phủ bazan được hình thành do các hoạt động phun trào của núi lửa tại một thời gian nào đó trong quá khứ. Mỗi lần phun trào như vậy chúng tạo thành một lớp phủ có chiều dày từ vài mét cho đến hàng trăm mét và chúng bao phủ trên một diện tích hàng nghìn km2, giống như một tấm chăn bao trùm lên toàn bộ khu vực. Các hoạt động phun trào xảy ra nhiều lần, tạo nên tầng bazan hiện tại có chiều dày tổng cộng hàng nghìn mét, điều này giống như các lớp phủ bazan ở các tỉnh Tây Nguyên của Việt Nam.
Khi các dòng dung nham bazan sôi sùng sục di chuyển, trong quá trình nguội lạnh sẽ xuất hiện các bong bóng (túi) khí, kích thước của các bong bóng (túi) khí này từ nhỏ như quả bóng tennis cho đến vài chục cm đường kính với chiều cao từ vài chục cm cho đến vài mét, đó chính là các hốc làm tiền đề cho việc kết tinh các tinh hốc sau này. Các hốc này thường có dạng thân tròn, phần phía dưới thường bằng phẳng và rộng hơn, phần ngọn phía trên thường vót lại tạo thành một đỉnh hẹp như hình nón. Các hình nón này thường bị vuốt về một phía hoặc nhiều phía, đôi khi một túi khí như vậy ở phía trên có thể tạo thành nhiều đỉnh hình nón và do vậy tạo thành các tinh hốc có nhiều đỉnh.
Một dạng tinh hốc tím có nhiều đỉnh
Các tinh hốc amethyst hình thành như thế nào?
Đá bazan thường có độ xốp lớn, theo thời gian các dòng nước ngấm từ trên bề mặt khi di chuyển qua các lớp bazan dày chúng đã hoà tan một lượng lớn khoáng chất, trong đó với thành phần chủ yếu là SiO2, các hợp phần khác ít hơn như Fe2O3, CaO, MgO,…Dòng dung dịch này khi di chuyển trong lớp phủ bazan nếu như gặp các bong bóng (mà lúc này là các hốc trống rỗng), các khoáng chất sẽ kết tinh dần dần bắt đầu từ thành của các hốc, hiện tượng này giống như hiện tượng tạo thành các thạch nhũ trong các hang động đá vôi. Tuỳ thuộc vào thành phần của dung dịch khoáng mà chúng sẽ tạo thành các tinh hốc khác nhau. Khi các hốc có kích thước bé, không đủ lớn cho các tinh thể phát triển chúng sẽ bị lấp đầy bởi keo silit tạo thành các nodule agat, thành phần của dung dịch thay đổi liên tục tạo nên cấu trúc phân đới đặc trưng của agat. Khi thành phần của dung dịch SiO2 giàu thành phần Fe2O3 chúng sẽ tạo thành các tinh hốc amethyst (điều này chiếm chủ yếu, bởi các thành tạo bazan ở đây thường giàu sắt). Khi nồng độ CaO đủ lớn chúng cũng tạo thành các tinh thể canxit phát triển cùng amethyst trên thành của tinh hốc. Đôi khi ta có thể gặp các tinh hốc mà thành phần chủ yếu của chúng là các tinh thể canxit. Hoặc hiếm hơn ta có thể gặp các tinh hốc của khoáng vật gibsit.