【TED-Ed】どうやってオパールはできるのか？

from: TED-Ed 

地球上で最もカラフルな宝石

The most colorful gemstones on earth

1986年11月吉日 

On an auspicious day in November of 1986, 

５人の鉱夫が オーストラリアの ルナティック・ヒルという 近づいた者の精神状態を 表すような名の鉱山に登りました 

5 Australian miners climbed Lunatic Hill— so named for the mental state anyone would be in to dig there. 

他社は深さ２から５メートルで オパールを探しましたが 

While their competitors searched for opals at a depth of 2 to 5 meters, 

Lunatic Hill Syndicateで知られる彼らは 地下20メートルまで掘削しました 

the Lunatic Hill Syndicate bored 20 meters into the earth. 

この大胆さが功を奏し こぶし大の 記録的なオパールを掘り当て

And for their audacity, the earth rewarded them with a fist-sized, record breaking opal. 

 ハレー彗星オパールと名付けました 

They named it the Halley’s Comet opal, 

当時夜空に見えていた 巨大な氷天体である ハレー彗星にちなんでいます 

after the much larger rocky, icy body flying by the earth at that time. 

ハレー彗星オパールは驚異的な宝石ですが 

The Halley’s Comet opal is a marvel, 

そのユニークさとは裏腹に オパールの最も一般的な特徴を 示しています 

but its uniqueness is, paradoxically, the most usual thing about it. 

ダイヤモンド、ルビー、エメラルド などの宝石は それぞれ見分けがつかないほど 似ていますが 

While diamonds, rubies, emeralds, and other precious stones are often indistinguishably similar, 

オパールは全て見かけが異なります 

no two opals look the same, 

これは 「遊色効果」によるものです 

thanks to a characteristic called "play of color." 

このきらきらと 眩しく 躍るような光の発色は 

This shimmering, dazzling, dancing display of light 

化学・地質学・光学が織りなす現象で 

comes about from a confluence of chemistry, geology, and optics that define opals

地下深くで生まれた時に決まります 

 from their earliest moments, deep underground. 

その地中深くでオパールは 驚くほど豊富な「水」として誕生します 

It’s there that an opal begins its life as something surprisingly abundant: water.

水は 土や岩石の間に浸透し 

Trickling down through gaps in soil and rock, 

砂岩・石灰岩・玄武岩を通り 

water flows through sandstone, limestone, and basalt, 

二酸化ケイ素と呼ばれる 微小な化合物を取り込みます

picking up a microscopic compound called silicon dioxide. 

シリカを豊富に含んだ水が火山岩の隙間や 先史時代の川床や木 古生物の骨などに浸み込みます 

This silica-enriched water enters the voids inside pieces of volcanic rock, prehistoric river beds, wood and even the bones of ancient creatures. 

水は徐々に蒸発し 

Gradually, the water starts to evaporate, 

溶存していたシリカがゲル状になり 

and the silica-solution begins forming a gel, 

そこで数百万個のシリカ球が層をなして 一連の同心円状の殻を形成します 

 within which millions of silica spheres form layer by layer as a series of concentric shells. 

ゲルは最終的に固くなって ガラスのようになり 

The gel ultimately hardens into a glass-like material, 

球体が格子構造に落ち着いていきます 

and the spheres settle into a lattice structure. 

ほとんどのオパールは 格子構造が無秩序で 

The vast majority of the time, this structure is haphazard, 

特に優れたところのない低価値の コモンオパールとなりますが 

resulting in common, or potch, opals with unremarkable exteriors. 

ごくわずかな割合だけ存在する プレシャスオパールには 整った大きさのシリカ球が 整然と並ぶ領域があります 

The tiny, mesmerizing percentage we call precious opals have regions where silica beads of uniform size form orderly arrays. 

この構造がきらめく光を放つのは なぜでしょうか？ 

So why do those structures produce such vibrant displays? 

その答えは「干渉」という 波動物理学の原理にあります 

The answer lies in a principle of wave physics called interference. 

分かりやすく 単色の光を使って説明します 

For the sake of simplicity, let’s look at what happens when a single color of light—

波長500ナノメートルの緑色の光が プレシャスオパールに当たると 

green, with a wavelength of 500 nanometers— hits a precious opal. 

緑色の光が宝石全体で散乱し さまざまな強度で反射します 

The green light will scatter throughout the gemstone and reflect back with varying intensities— 

ほとんどの角度で光り輝きますが 

from most angles suffused, 

全く光らない角度もあれば 

from some entirely dimmed, 

眩しく輝く角度もあります 

and others dazzlingly bright. 

どのような仕組みかというと 

What’s happening is, 

表面の層で反射する緑色の光もあれば 

some of the green light reflects off of the top layer. 

その下の層や その次の層で 反射するものもあります 

Some reflects off of the layer below that. And so on. 

ある層から次の層に入り 反射して戻るまでの往復の距離が 

When the additional distance it travels from one layer to the next, and back, 

500と1000ナノメートルといったように (緑色の光の)波長の倍数である場合

is a multiple of the wavelength— such as 500 or 1000 extra nanometers— 

 (１つ目の層で反射する)光の波と 山や谷が一致します 

the crests and valleys of the waves match each other. 

これは建設的干渉と呼ばれる現象で 

This phenomenon is called constructive interference, 

波が増幅され 色が明るくなります 

and it amplifies the wave, producing a brighter color. 

そのため 正しい角度からオパールを見ると 

So if you position your eye at the correct angle, 

多重の層から反射した緑色の光が 強め合います 

 the green light reflecting from many layers adds together. 

視点をわずかにずらすと 

Shift the angle just a bit, 

光が層と層の間を 通過する距離が変わります 

and you change the distance the light travels between layers. 

ちょうどよい位置に視点を変えると 

Change it enough, 

波の山が谷と重なり 

and you’ll reach a point where the crests match the valleys, 

波がお互いを打ち消す 相殺的干渉現象が見られます

making the waves cancel each other out— that’s destructive interference. 

色によって波長が異なるため 

Different colors have different wavelengths, 

建設的干渉現象に必要な移動距離も 変わります 

which translates to varying distances they have to travel to constructively interfere.

色が およそシリカ球の大きさと 対応しているのはそのためです 

That’s why colors roughly correspond to silica bead sizes. 

210ナノメートル球の場合の間隔は 青色の光を増幅するのに最適です 

The spaces between 210 nanometer beads are just right to amplify blue light. 

赤色の光の場合 波長が長く 300ナノメートル近い大きさの シリカ球が必要です 

For red light, with its long wavelengths, the silica beads must be close to 300 nanometers. 

この大きさのシリカ形成には 非常に長い時間がかかるため 

Those take a very long time to form, 

オパールでは赤が最も希少な色です 

and because of that, red is the rarest opal color. 

ゲルの格子配置は オパールごとに異なるため 配色は非常に多様です 

The differences in the arrangements of the gel lattices within a particular stone result in a wide range of color patterns— 

ブロードフラッシュやピンファイヤー 極めて稀なハーレクインなどがあります 

 everything from broad flash to pin-fire to the ultra-rare harlequin. 

プレシャスオパールが形成される条件は 非常に珍しく 

The circumstances that lead to the formation of precious opal are so uncommon 

わずかな場所に限られています 

that they only occur in a handful of places. 

プレシャスオパールの95%が オーストラリア産で 

About 95% come from Australia, 

古代の内海に完璧な条件がそろっていました 

where an ancient inland sea created the perfect conditions. 

ハレー彗星オパールも まさにそこで 約１億年前に形成されました 

It was there that the Halley’s Comet opal formed some 100 million years ago. 

ここで疑問がわきます 

Which raises the question: 

これから１億年の間に 

in the next 100 million years, 

シリカを豊富に含んだ水が 人類文明の廃棄された人工物の隙間に 浸透していくと 

silica-rich water will percolate through the nooks and crannies of some of the discarded artifacts of human civilization. 

人類が暗闇に忘れ去った遺物から いつの日か オパールのどんな遊色効果が 放たれるのでしょうか？ 

What opalescent plays of light will one day radiate from the things we forget in the darkness?