Bei den meisten Edelsteinen sind Fremdsubstanzen, die oft nur einen Bruchteil der eigentlichen chemischen Formel ausmachen, für die Farbgebung verantwortlich. Die häufigsten für Farbgebung verantwortlichen Spurenelemente sind: Chrom, Eisen, Kupfer, Nickel, Vanadium, Kobalt und Mangan. Diese Elemente absorbieren gewisse Wellenlängen des (weissen) Lichts – dadurch entsteht für das menschliche Auge der jeweilige Farbeindruck, basierend auf den 6 Spektralfarben rot, orange, gelb, grün, blau und violett. Farblose Edelsteine weisen diese Spurenelemente nicht auf, sie präsentieren sich in ihrer eigentlichen Ursprungsfarbe (Eigenfarbe) und das sie durchdringende Licht wird daher nicht absorbiert. Wenn alles Licht absorbiert wird, dann erscheint ein Mineral/Edelstein schwarz und opak. Lediglich beim Zirkon und Rauchquarz bedingt kein Spurenelement die Farbgebung, sondern eine Deformation des Kristallgitters dieser Edelsteine. Nur ganz wenige Minerale/Edelsteine kommen wirklich nur in einer einzigen Farbvarietät vor, das bekannteste Beispiel dafür ist der Peridot. Viele Edelsteine präsentieren sich in verschiedensten Farben, das breiteste Spektrum dabei wird von der Turmalin-Gruppe erreicht, wo tatsächlich alle nur denkbaren Farben vorkommen. Aufgrund der unterschiedlichen Zusammensetzung von Tageslicht und Kunstlicht besteht in der Farbwahrnehmung vieler Edelsteine im Vergleich zwischen beiden Lichtquellen eine beträchtliche Differenz. Einige Edelsteine weisen hier sogar einen mehr oder weniger ausgeprägten Farbwechsel auf, wobei beim Alexandrit (grün/rot) dieser Effekt am stärksten ausgebildet ist. Durch die verschiedenen Formen des Facettenschliffes kann der Eindruck der Farbintensität optisch noch deutlich verstärkt werden. Aber auch Unregelmäßigkeiten im Kristallgitter können zu unterschiedlichen Lichtreflexionen und Farben führen.
Je nachdem, wie das Licht in den Edelstein eindringt, können unterschiedliche Spektralfarben bzw. Farbwellen wieder austreten und durch unsere Augen als Farbe wahrgenommen werden. Die Vielfalt an Farben, die dabei entsteht, ist schier endlos.
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