2. Orígenes de los materiales gemológicos

2.1. Yacimientos de gemas naturales

Se entiende por yacimiento el lugar donde se encuentra de forma natural una concentración de minerales, en este caso de materiales gemológicos, económicamente rentable para su explotación.

Los yacimientos pueden ser de dos tipos:

• Primarios. Cuando los minerales se encuentran en la roca donde se formaron.
• Secundarios. Cuando han sido objeto de procesos de erosión, disgregación de minerales y sedimentación, que han producido la acumulación en zonas fuera de la roca madre.

Existen numerosos tipos de yacimientos primarios asociados a distintos procesos geológicos. Los tipos de yacimientos más importantes para las gemas son los siguientes:

• Vetas de pegmatitas. Cuerpos de rocas ígneas formados por cristales muy grandes y normalmente de composición granítica, formadas a partir de las porciones del magma que más han tardado en cristalizar, y enriquecidas en componentes volátiles y determinados elementos químicos. En este tipo de yacimientos se forman, por ejemplo, berilo, turmalina, topacio, espodumena...
  
• Vetas hidrotermales. El agua a altas presiones y temperaturas en el interior de la Tierra es capaz de disolver minerales que en la superficie se presentan insolubles. Circulando por cavidades y fracturas, los fluidos termales pueden precipitar su carga mineral formando vetas hidrotermales. Son importantes en la formación de cuarzo cristal de roca, amatista, calcedonia, jaspe, esfalerita, fluorita, etc.
  
• Yacimientos metamórficos. proceso que implica cambios en la composición y estructura de un material ya existente por cambios en las condiciones externas. Los dos más importantes en gemología: metamorfismo de contacto (aumentos de temperatura por la intrusión de un material más caliente) e hidrotermalismo.

• Chimeneas diamantíferas. Ciertas rocas volcánicas (kimberlitas y lamproítas) llegan a la superficie en forma de chimeneas volcánicas, arrastrando minerales formados en grandes profundidades en el manto terrestre en condiciones de alta presión y alta temperatura. Constituyen los yacimientos primarios del diamante.
  

Yacimientos secundarios. Las rocas en la superficie terrestre sufren procesos de meteorización, que provocan la erosión y disgregación de los minerales que las constituyen. Los minerales más resistentes ante este proceso pueden acumularse dando lugar a yacimientos secundarios.

Pueden ser de dos tipos:

• Eluviales, por erosión y alteración de yacimientos primarios y acumulación en el mismo lugar donde se separaron de la roca original.
• Aluviales (placeres), cuando tras separación de la roca original han sufrido un transporte y sedimentación. Podemos encontrar asociado a estos yacimientos; por ejemplo, corindón (rubí y zafiro) y diamante.

Además de los yacimientos de materiales gemológicos, las gemas naturales pueden tener origen biológico. De esta manera se forman, por ejemplo, las perlas, el ámbar, el marfil y el carey.

2.2. Procesos de síntesis

Los procesos que se utilizan para fabricar las piedras sintéticas son muy diversos. Los más importantes, bajo el punto de vista gemológico, son aquellos que se emplean para obtener compuestos semejantes a ciertas gemas con las que tratan de competir, y también aquellos otros que dan lugar a productos que no se presentan en la naturaleza, pero que por su aspecto o por alguna de sus propiedades, pueden imitar a algunas gemas de gran valor. Los principales métodos de síntesis son:

• Métodos de sustancia fundida
• Métodos de mezcla fundida (flux)
• Método hidrotermal
• Altas presiones y temperaturas (HPHT)
• Deposición química de vapor (CVD)
• Métodos cerámicos
• Técnica de ópalo

2.2.1. Métodos de sustancia fundida

Procesos de síntesis donde se funde el material original con la composición química de la gema a sintetizar y colorante con calor. Al enfriarse, el fundido cristaliza el material sintético.

Se utilizan para fabricar alejandrita, zirconita, fluorita, rubí y zafiro (también con efecto estrella), corindón para imitación de alejandrita, espinelas de varios colores, YAG, GGG, etc.

Ejemplar de YAG. James St. John, CC BY 2.0 <https://creativecommons.org/licenses/by/2.0>, via Wikimedia Commons

Existen varios métodos que se basan en esta técnica. Uno de los más utilizados es el método Verneuil, en el que el colorante y el material en polvo son colocados en un depósito superior del que van cayendo regularmente. El calor necesario para fundir el polvo lo produce un soplete formado por dos tubos concéntricos. En el extremo la llama, que alcanza 2.200ºC, funde el polvo. Éste gotea sobre un soporte móvil dotado de movimiento descendente y de rotación, que lleva adosada en su parte superior una semilla cristalina para dirigir el crecimiento. La masa funde, se enfría y comienza a cristalizar sobre la semilla. Se obtiene de esta forma una bola con aspecto de pera alargada.

2.2.2. Métodos de mezcla fundida (flux)

Se utilizan los componentes del producto a sintetizar y un fundente de punto de fusión más bajo que el de todos los componentes que intervienen en el proceso. La mezcla se introduce en un crisol de platino, y se calienta hasta que el material utilizado como fundente pasa a estado líquido. Los componentes del material a sintetizar se disuelven en la sustancia fundida y luego cristalizan sobre una semilla colocada en el crisol en una zona de temperatura más baja.

Se utiliza para esmeralda, rubí, zafiro, alejandrita, espinela.

2.2.3. Método hidrotermal

El método de crecimiento hidrotermal lleva implícito el uso de agua, calor y altas presiones. Se utiliza para materiales de baja solubilidad, que se incrementan en un medio ácido o alcalino, con temperaturas no muy altas (400-700ºC) y altas presiones (500-1.500 atmósferas, según los compuestos a obtener). Se utiliza un autoclave, de gruesas paredes de acero, normalmente recubierto de un metal noble.

Utilizado fundamentalmente para producir esmeralda, cuarzo, berilo, aguamarina, cuarzo citrino y también rubí.

2.2.4. Alta presión y alta temperatura (HPHT)

Método utilizado para sintetizar el diamante industrial y gema a partir de carbono, en presencia de metales utilizados como fundentes. Para realizar este proceso son necesarias presiones de alrededor de 55 kbar y temperaturas de unos 1400 ºC.

2.2.5. Deposición química de vapor (CVD)

Método de síntesis de diamante a baja presión, consistente en la ionización por plasma de mezcla de gases metano e hidrógeno, para llevar al estado libre los iones de carbono y depositarlo en una semilla de diamante, o superficies de otro tipo.

2.2.6. Métodos cerámicos

La tecnología cerámica emplea compuestos inorgánicos reducidos a polvo que se calientan, a veces con presión, para producir un fino granulado de sólido policristalino. Utilizado para turquesa y lapislázuli.

2.2.7. Técnica del ópalo

El procedimiento es utilizado por P. Gilson y consta de tres fases: primeramente es necesario producir esferas de sílice, todas del mismo tamaño. En segundo lugar, estas esferas deben de empaquetarse ordenadamente. Por último, hay que rellenar los espacios que quedan vacíos entre las esferas y aplicar presión, para compactar al ópalo y que se vuelva consistente.