Világító ásványok bűvöletében – Pandora megelevenedik Magyarország alatt!

Lassan 10 éve, hogy bemutatták James Cameron nagysikerű sci-fijét, az Avatart. A Pandora bolygó színpompás, világító mesevilágában játszódó jelenetek első látásra merőben eltérnek az általunk ismert Univerzumtól. A sötétségben felbukkanó, foszforeszkáló, színgazdag világ azonban Földünkön is megtalálható, és még Új-Zéland híres, fluoreszkáló légylárvákkal teli barlangjaiig sem kell elrepülnünk: különböző hullámhosszúságú besugárzás mellett hazánk alatt is megcsodálhatók világító ásványok.

A színek a mindennapjaink részét képezik. Az emberi szem a napból érkező sugárzás egy szűk, 380–760 nanométeres tartományát észleli, amelyet látható fénynek nevezünk. A látható fény sugarait a minket körülvevő dolgok különbözőképpen nyelik el vagy verik vissza. Ennek, és a besugárzott energia hullámhosszának függvényében változik, hogy mit milyen színűnek látunk. Így van ez az ásványokkal is. Az azokat felépítő kémiai elemek (mind a fő komponensek, mind pedig a nyomokban beépülők) egymáshoz való viszonya, elhelyezkedésük a kristályszerkezetben, valamint annak hibái, a megfigyelés iránya és a fény hullámhossza adja az érzékelt színt.

Aktivátorok gerjesztése

No de, mi történik akkor, ha az ásványokat a látható fény tartományánál rövidebb hullámhosszú, tehát nagyobb energiájú besugárzás éri, mint amilyen a 100–400 nanométer tartományba eső UV-sugárzás?

Az esetek egy jelentős részében semmi, a látható fény hiányában az ásványok is láthatatlanok maradnak. Egy kisebb részük viszont ennek hatására fényt fog kibocsátani, aminek oka kevésbé az ásványok szerkezeti felépítésében, sokkal inkább az „aktivátorokban” keresendő. Ezek a kristályszerkezetbe épült olyan szerves vegyületek vagy szervetlen elemek, amelyek atomjainak elektronjai gerjesztve magasabb energiaszintű pályára képesek lépni. Miközben igyekeznek visszafoglalni eredeti, alacsonyabb energiaszintű pályájukat, alacsonyabb energiájú, tehát a látható fény tartományába eső fényt fognak kibocsátani.  Amennyiben ez csupán a besugárzás időtartamáig tart, fluoreszkálásról beszélünk.  Abban az esetben, ha az elektronok „csapdázódnak” a magasabb energiaszintű pályán, és visszatérésük hosszabb időt vesz igénybe, a foszforeszkálás jelenségének lehetünk szemtanúi. Ilyenkor a fényhatást akár másodpercekig (vagy tovább!) is észlelhetjük a besugárzás után. A két látványos fényjelenséget együttesen lumineszcenciának nevezzük.

Eredeti környezetben

A különböző energiájú sugarak az élő szervezetekre is eltérő hatással vannak. Míg az alacsonyabb energiájú UV-A-, illetve UV-B-sugárzással nap mint nap találkozunk, addig a nagy energiájú UV-C-sugárzást az ózonréteg szerencsénkre kiszűri. Mivel az utóbbi erős sejtkárosító hatással van az élő szervezetekre, jelenlétében nem jöhetett volna létre élet a Földön. Sok ásvány esetében viszont – a nagyobb besugárzási energia révén – intenzívebb fluoreszcencia jelenséget kapunk, mint a hosszú hullámhosszok alkalmazása következtében: vannak ásványok, melyik kizárólag ebben a tartományban aktívak.

Míg a gyűjtemények, kiállítások szemléletes részét képezik az UV-aktív ásványok sötét vitrinben való bemutatása, addig eredeti környezetükben kevésbé terjedt el ilyen módon megfigyelni a képződményeket. Magyarországon több mint 4100 kisebb-nagyobb barlangot tartanak számon, melyek egy jelentős része fővárosunk alatt található.

A barlangok befoglaló kőzetének és képződményeinek általános alkotója a kalcit, mely – cseppkő formájában is! – a kristályrácsba épült szennyeződései révén, UV-fény hatására akár másodpercekig képes látható fény kibocsátására. A lassan elhalványodó formák mintegy a filmbéli Pandora bolygó világát varázsolják körénk.

A hosszú hullámhosszú UV-fényt kibocsátó legelterjedtebb hétköznapi eszközök a különböző teljesítményű UV-lámpák vagy ledek. Ezek gyakorta sugároznak némi látható fény tartományába eső ibolya színt is, „valótlan” színben feltüntetve ezáltal a megvilágított felületet. Az itt bemutatott fotókhoz egy hagyományos rendszervakut használtam, melyből házilag ki lett szerelve az UV-fényt blokkoló szűrő, ami egy, csak ezt a tartományt átengedő másikkal lett helyettesítve.  Az ily módon átalakított felszerelésem barlangi tesztelése előtt jó szolgálatot tett számomra a miskolci Herman Ottó Múzeum ásványtára. Itt található a Magyarországi ásványok legnagyobb és legteljesebb gyűjteménye, melyekbe számos barlangi ásványt is beleltároztak. Így a gyűjteményi példányok tesztelése után céltudatosan kezdődhetett a barlangi fotók elkészítése.

Hullámhossz és energia

Ásványok esetében a fluoreszencia eléréséhez általában UV-, azaz ultraibolya sugarat használnak. Ennek három típusát különböztetjük meg a hullámhossza és az energiája függvényében. Tekintve, hogy az ásvány lumineszcenciája függ a besugárzott fényforrás energiájától is, más-más hullámhosszokon eltérő színű és erősségű lumineszcenciát fogunk tapasztalni ugyanazoktól az ásványoktól. Az eltérő ásványfajok különböző hullámhossz-tartományokon mutatnak intenzívebb lumineszenciát. UV-A-sugárzás: 315–400 nanométeres, azaz a hosszú hullámhossz; UV-B-sugárzás: 315–280 nanométeres, azaz a közép hullámhossz és UV-C-sugárzás: 100–280 nanométeres, vagyis a rövid hullámhossz.

A József-hegyi-barlang

A budai barlangokat – eltérően például az Aggteleki-karszt vagy a Bükk barlangjaitól – a föld mélyéről feltörő melegvizek alakították. Egész más formakincset és változatosabb ásványtársulásokat létrehozva ezáltal, mint egy hagyományos cseppkőbarlangban.

Mind közül az egyik legsérülékenyebb, páratlan szépségű ásványkiválásokat rejtő üregrendszer a budai Rózsadomb alatt található József-hegyi-barlang. Az 1984 év végén felfedezett, összesen mintegy 6 kilométeres hosszúságú rendszer adottságai révén kiváló célpontja lett az UV-technika adta lehetőségek kibontakoztatásának. A barlang kőzettani felépítése változatos, a 200 millió éves mészkőtől a fedőt alkotó, nem egészen 40 millió éves márgáig terjed. Az üregrendszer képződése melegvizes eredetű, ásványkiválásainak egy része víz alatt, mások a melegvizek fölötti légtérben és a felszín felől beszivárgó oldatokból váltak (és válnak) ki.

Más barlangok leggyakoribb ásványa, a kalcit mellett itt a gipsz az, amely Magyarországon egyedülálló formagazdagságban és méretekben jelenik itt meg. A kalcit polimorf, vagyis azonos vegyi összetételű, de más rendszerben kristályosodó módosulata, az aragonit is nagy felületeket borít, látványos formákat alkotva. Gyakori a barit, a vas- és mangán-oxidok, a huntit és a hidromagnezit is.

A változatos ásványtársulás egyazon ásványfajai (és látható fénnyel világítva homogénnek tűnő felületei) is eltérő lumineszcens tulajdonságokat mutatnak a hosszú hullámhosszú UV-vaku fényében, a szerkezetükbe beépült aktivátorok jelenlétének (vagy épp nemlétének), illetve fajtájának függvényében

Érkitöltések felfedése

A beépülő szerves vagy szervetlen „szennyezőanyagok” sokfélesége, valamint gyakran a színért felelős többféle aktivátor egyidejű jelenléte végett önmagában a lumineszcencia barlangi környezetben nem az ásványfajok vagy szennyezőanyagaik mibenlétének meghatározására irányul. Sokkal inkább érdekes lehet az egyazon körülmények között és egyidőben képződött, így azonos aktivátorokat tartalmazó ásványfázisokra való „rávilágítás”, mely a nappali fényben sokszor homogénnek tűnő felületeket alkotva rejtve marad, UV-fényben viszont a fázisok markánsan elkülönülnek egymástól.

Az UV-fénnyel való fotózáskor tehát a látványos formák helyett az eltérő ásványfajokat és ezek érdekes alakzatokba való rendeződését, kőzetek érkitöltéseit érdemes keresni, a néha földöntúli (de semmiképpen sem barlangi környezetben megszokott) világ megjelenítéséért. A technika legfőbb értéke számomra jelenleg az, hogy segítségével eddig egyedülálló képi világban tudom bemutatni a hazai barlangokat és képződményeiket.

A cikk végén meg kell említenem azokat a személyeket, akiknek különösen hálás vagyok a projektemben nyújtott segítségéért: Spéder Ferenc természetfotós barátomnak, aki elindított az UV fotózás rögös útján, Borka Pálnak, a József-hegyi-barlang egyik feltáró kutatójának, aki minden alkalommal segítségemre volt helyismeretével, lelkesedésével és tudásával, s nem utolsósorban Leél-Őssy Szabolcsnak, a barlang kutatásvezetőjének, aki lehetőséget biztosított számomra a barlangban végzett tevékenységre.

További, barlangi környezetben készült UV fotók, frissülő felülettel itt elérhetők: https://caveandart.com

Fotók: Berentés Ágnes