1. Khái quát chung

1.1. Bản chất của loài thân mềm sinh ngọc trai

Ngọc trai là sản phẩm của các loài trai, đôi khi là sản phẩm của các loài thân mềm khác. Giống trai quan trọng nhất được biết đến dưới các tên gọi khác nhau: Meleagrina, Margaritifera, Pteria và Pinctada. Tên gọi hiện nay được nhiều người sử dụng nhất là Pinctada. Ngọc trai nước ngọt do 4 loài trai thuộc giống này sinh ra là (theo thứ tự kích thước vỏ trai giảm dần): Pinctada maxima, Pinctada margaritifera, Pinctada vulgaris, và Pinctada martensii. Những khu vực có ngọc trai nước mặt chủ yếu trên thế giới đều có một hoặc vài thứ trai của các loài vulgaris hoặc margaritifera, là các loài sinh ngọc trai quan trọng nhất.

Thân của một con trai nằm gọn trong 2 vỏ được nối với nhau và có kích thước gần bằng nhau. Thông thường thì vỏ dưới dần dần được gắn với một vật thể nào đó, và chỉ có vỏ trên là mở ra mở vào. Việc đóng mở được điều khiển bởi một cặp cơ rất chắc, được gọi là cơ khép (adductors). Phần chủ yếu của thân con trai được ngăn cách với vỏ trai bằng lớp bì (mantle), là một màng bảo vệ gấp nếp thành 2 cánh.

Lớp ngoài của bì, tiếp xúc trực tiếp với hai vỏ trai, có tên gọi là lớp ngoại bì (epithelium). Nó gồm các tế bào có thể tiết ra vài chất khác nhau để tạo ra vỏ trai và lớp xà cừ (nacre). Các tế bào của ngoại bì tiết ra chất CaCO₃ dưới 3 dạng: các lăng trụ canxit thô, các lăng trụ aragonit thô, và các tấm được hình thành từ vô số các lăng trụ aragonit rất nhỏ, ngắn, dày. Chúng cũng tiết ra một chất hữu cơ, giống như móng tai người và có tên gọi là chất sừng hữu cơ conchiolin. Chất conchiolin này đóng vai trò là xi măng gắn kết các tinh thể CaCO₃ với nhau; nó cũng tạo thành lớp vỏ bảo vệ bên ngoài của vỏ con trai. Chỉ có các tế bào nằm ở phần ngoài của bì mới tạo nên phần sừng hữu cơ dai ở bên trong và các tinh thể lăng trụ thô, và chúng hình thành cấu trúc ổn định bên ngoài của vỏ con trai (một khi đã hình thành thì phần ngoài của vỏ con trai sẽ không bao giờ thay đổi). Trong khi đó thì các tế bào trong phần còn lại của bì lại tạo nên các lớp ngũ sắc từ một chất hữu cơ có tên gọi là:

– Chất sinh ngọc trai (mother of pearl), nếu chúng nằm ở phía bên trong của vỏ con trai; và

– Chất xà cừ (nacre), khi chúng nằm trong viên ngọc trai.

Như ta có thể thấy trên các mặt cắt của con trai, vỏ trai được cấu thành từ lớp vật chất conchiolin có mầu giống như mật ong ở bên ngoài, có tên gọi là lớp periostracum; một lớp hơi dày hơn có thành phần chủ yếu là các tinh thể canxit hoặc aragonit (b); và cuối cùng là lớp dày nhất ở bên trong, tạo thành từ vô số các lớp chất sinh ngọc trai (c). Các lớp b và c trên thực tế tạo thành từ rất nhiều lớp các tinh thể (CaCO₃) được ngăn cách với nhau bởi các lớp conchiolin. Lớp thứ 4 tạo nên từ các tinh thể (CaCO₃) dạng lăng trụ, có tên gọi là lớp hypostracum, và chỉ giới hạn ở phần bên trong gần bản lề (d).

1.2. Nguyên nhân hình thành ngọc trai

Người ta xác định được rằng khi có một chất kích thích lạ thâm nhập vào giữa vỏ trai và lớp bì, nó sẽ gây ra sự phát triển của các tế bào ngoại bì (epithelium) xung quanh nó. Chúng được hợp thành từ xà cừ, mà chủ yếu là cacbonat canxi (aragonit hoặc canxit) và chất sừng hữu cơ (conchiolin) và được hình thành theo các lớp đồng tâm quanh các vi tinh thể.

Hạt trai được hình thành do phản ứng của con vật chống lại một vật thể lạ thâm nhập vào cơ thể: khi có vật lạ thâm nhập vào lớp ngoại bì, con vật sẽ tiết ra chất xà cừ và bao bọc vật thể lạ tạo nên hạt trai. Như ta thấy trên hình a.4, phản ứng bình thường của con trai là các tế bào ngoại (epithelium) sẽ bao lấy vật lạ và bắt đầu tích các chất xà cừ xung quanh nó. Nừu vật kích thích xuất hiện vào giai đoạn đầu của đời sống con trai, viên ngọc trai sẽ phát triển hoàn chỉnh, kích thước của nó sẽ được qd bởi kích thước của con trai, bởi nhiệt độ của nước nơi loài trai sống và thời gian sống của con trai. Ở vùng nước tương đối lạnh của Nhật Bản, các chất xà cừ sẽ tích tụ theo bán kính của viên ngọc trai với tốc độ khoảng 0,15 mm/1 năm trong loài trai nhỏ Pinctada mactensii. Ở những vùng nước ấm gần xích đạo, tốc độ này có thể 20 lần hơn.

Trường hợp vật kích thích bám vào vỏ con trai thì sẽ hình thành một loại ngọc trai có tên là ngọc trai bám vỏ (blister pearl) và thường có dạng bán cầu.

1.3. Đặc điểm cấu trúc của ngọc trai tự nhiên

Để hình thành viên ngọc hình tròn, con trai sẽ lắng đọng vật chất thành các lớp đồng tâm xung quanh nhân như trên hình a.6 (trong thực tế số các lớp nhiều hơn nhiều). Các lớp này có thể tương ứng với một số hoặc tất cả các lớp của vỏ con trai; chúng có thể hầu hết tạo thành từ xà cừ, từ các tinh thể canxit hoặc aragonit dạng lăng trụ, hoặc kết hợp cả hai loại

Tuy nhiên, nếu các lớp ngoài cùng không phải là các lớp xà cừ thì loại tích tụ vật chất đó không gọi là ngọc trai. Ngoài sự bị kìm hãm về kích thước, sự phát triển còn có những giai đoạn ngừng theo mùa. Chúng được thể iện ở những vòng đồng tâm khi ta quan sát mặt cắt ngang của một viên ngọc hoặc khi dùng kính lúp nhìn vào lỗ khoan của chúng. Ở đây ta có thể các tinh thể và các tấm xà cừ phân bố rất không đều đặn, tạo nên các đường song song lượn sóng rất đặc trưng cho ngọc trai thật. Chúng là ranh giới của các lớp tạo thành viên ngọc. Chính cấu tạo bề mặt này đã dẫn đến sự nhiễu xạ và giao thoa ánh sáng, gây ra hiện tượng ngũ sắc rất đẹp (được gọi là orient). Ánh xà cừ điển hình này được tạo ra nhờ sự phủ chồng lên nhau của các lớp aragonit và vỏ conchiolin sát bề mặt của hạt trai. Không một viên ngọc giả nào cho dù tốt nhất lại có được nét đặc trưng cơ bản của cấu trúc này.

Sự khác nhau về số lượng và độ dày của các lớp này quyết định chất lượng bề mặt viên ngọc trai và độ trong suốt của nó. Nói chung, số lượng các lớp xà cừ càng lớn thì viên ngọc trai càng đẹp.

Sự khác biệt duy nhất của các loài thân mềm không sinh ngọc trai so với các loại sinh ngọc là ở chỗ các tề bào của vỏ ngoài không thể tạo ra được các tinh thể (các tấm tinh thể) aragonit mỏng, bán trong suốt, rất cần để hình thành chất sinh ngọc trai hoặc xà cừ. Chúng chỉ có thể tạo ra các tinh thể canxit và aragonit thô và chất conchiolin.

Cấu trúc của viên ngọc trai thể hiện các giai đoạn trưởng thành theo một trật tự nhất định trong vỏ con trai. Mỗi một lớp vô cùng mỏng lúc đầu như là một màng lưới mỏng, chúng được hình thành từ chất sừng conchiolin, sau đó được làm dầy bởi những tinh thể nhỏ li ti của aragonit. Các khung hữu cơ này nhỏ đến nỗi ta khó có thể phân biệt được chúng, ngay cả ở độ phóng đại lớn. Chỉ khi hạt trai đã bị khử khoáng hoàn toàn bởi axit ta mới quan sát được cấu trúc của khung.

Trên đây mới chỉ miêu tả quá trình hình thành của một lớp, nhưng để tạo nên ngọc trai cần có sự hình thành của hàng ngàn lớp như vậy bao phủ chồng lên nhau.

Những lớp màng ấy nằm càng sát nhau thì ánh của viên ngọc càng mạnh.

Mặc dù không biết về bản chất của quá trình sinh ngọc trai, ngay từ thế kỷ 13 người Trung Quốc đã biết rằng nếu cấy một vật lạ vào giữa lớp vỏ và lớp bì của con trai, sau này vật lạ này sẽ bị bao phủ bằng các lớp xà cừ. Ngay đến nay các tượng phật nhỏ bằng kim loại cũng vẫn được người Trung quốc xử lý bằng cách này. Vào nửa cuối của thế kỷ 19, người Nhật đã phát triển và hoàn thiện công nghệ này. Họ gắn các viên được làm từ chất sinh ngọc trai vào thành bên trong của của con trai, sau đó thả con trai này về với biển, sau vài năm bắt lên thì các viên này đã được bọc bằng bằng các lớp xà cừ ở phần bị lộ ra (không bám vào vỏ). Cái gọi là ngọc trai mabe này thực chất là loại ngọc trai bám vỏ đã đề cập đến ở phần đầu.

Mãi đến năm 1921, sau vài năm nghiên cứu thực nghiệm, nhóm các nhà khoa học Nhật Bản dưới sự lãnh đạo của Mikimoto đã nuôi cấy thành công loại ngọc trai hoàn chỉnh mà ta biết ngày nay. Sau đó kĩ thuật nuôi cấy ngọc trai theo phương pháp này đã được áp dụng rộng rãi để nuôi ngọc trai ở rất nhiều nơi trên thế giới. Hiện nay ngọc trai nuôi đang chiếm hầu hết trên thị trường ngọc trai của thế giới.

Quá trình nuôi ngọc trai như sau: Trai được bắt vào khoảng thời gian 3 năm đầu của đời sống con trai. Một nhân được cấy vào lớp bì của con trai, sau đó được thả xuống nước. Quá trình hình thành viên ngọc trai thường diễn ra trong vòng từ 3 đến 7 năm, thường là 5 năm. sau đó các con trai được vớt lên để lấy ngọc ra.

Ngọc trai nuôi có cấu trúc hoàn toàn khác hẳn. Đối với ngọc trai tự nhiên thường có nhân, không lớn hoặc hoàn toàn không có nhân, trong khi những viên ngọc trai nuôi có nhân bằng hạt ốc xà cừ, trên đó được bao phủ lên nhiều lớp hơi uốn cong hoặc dẹt.

1.3. Đặc điểm cấu trúc của ngọc trai tự nhiên

Để hình thành viên ngọc hình tròn, con trai sẽ lắng đọng vật chất thành các lớp đồng tâm xung quanh nhân (trong thực tế số các lớp nhiều hơn nhiều). Các lớp này có thể tương ứng với một số hoặc tất cả các lớp của vỏ con trai; chúng có thể hầu hết tạo thành từ xà cừ, từ các tinh thể canxit hoặc aragonit dạng lăng trụ, hoặc kết hợp cả hai loại..

Theo một số tài liệu, để thay thế cho nhân người ta đã đặt vào những mẫu ngọc trai thật, nhưng trong phần lớn các mẫu do người sáng tạo chỉ chứa những nhân bình thường bằng ốc xà cừ. Cũng có trường hợp sử dụng thuỷ tinh làm nhân và thậm chí cả steatit. Độ dày của lớp bao phủ nhân ngọc trai ở những hạt ngọc nuôi rất khác nhau. Những viên ngọc trai rẻ tiền hơn thì lớp bao phủ mỏng và qua lớp màng mỏng này có thể nhìn thấy sự phản xạ của nhân bên trong và đường nét về cấu tạo của nó khi nhìn viên ngọc trước một nguồn sáng. Thông thường, độ dày của lớp bao bọc là 0,5 mm và trong trường hợp tốt nhất thì độ dày của lớp bao bọc là > 2 mm và có 3 lớp, những viên ngọc như vậy là rất hiếm gặp.

CÁC TÍNH CHẤT CỦA NGỌC TRAI

1. Màu sắc ngọc trai

1.1. Ngọc trai tự nhiên

Màu sắc của hạt ngọc trai phụ thuộc vào loài trai sinh sản ra nó và vùng nước mà loài trai đó cư ngụ cũng như vào màu sắc của lớp conchilin trên cùng. Nừu conchiolin phân bố không đồng đều, hạt trai sẽ có các vết đốm.

Mầu sắc của hầu hết ngọc trai là kết quả của 2 thành phần riêng biệt: mầu bên trong hay màu nền (body color) và sắc mầu (overtone). Khi có mặt, sắc mầu sẽ phủ chồng lên màu nền. Mầu nền có thể dễ dàng phân biệt với sắc mầu bằng cách quan sát trong ánh sáng khuyếch tán dịu: Sắc mầu là mầu phản chiếu từ bề mặt của viên ngọc, còn phần còn lại sẽ là mầu nền. Sắc màu bao gồm các mầu hồng (rose), lơ và lục (càng về cuối càng ít được ưa chuộng).

Dựa vào màu nền, ngọc trai có thể phân ra thành 3 nhóm chính: nhóm mầu nhạt, nhóm mầu đen và nhóm có mầu.

a. Ngọc trai màu nhạt

Trong nhóm này có những loại ngọc trai có mầu nền hồng, trắng hoặc màu kem. Tiếp đó chúng lại được phân nhỏ thành:

• Hồng: Mầu nền hồng không kèm theo sắc mầu.
• Hồng Rosé: Nền mầu hồng kèm theo sắc mầu rosé, cũng có thể kèm theo sắc mầu lơ hoặc lục.
• Trắng: Mầu nền trắng h gần như trắng không kèm theo một sắc mầu nào rõ rệt, thường là có chút phớt hồng, xám hoặc lơ.
• Trắng rosé: Nền mầu trắng hoặc gần như trắng với sắc mầu rosé.
• Kem: Mầu nền kem nhạt đến đậm không có sắc mầu.
• Kem Rosé: Mầu nền kem kèm theo sắc mầu rosé. Loại ngọc trai này có giá hơn ngọc trai kèm không có sắc mầu rosé.
• Ngọc trai da màu: Luôn có 3 mầu. Mầu nền là mầu kem, sắc mầu là mầu rosé (mầu thứ hai). Mầu thứ 3 là sắc mầu khác, có thể là lơ hoặc lục.

Trong nhóm ngọc trai nhạt mầu thì có giá nhất là hồng, hồng rosé và trắng rosé.

b. Ngọc trai đen

Nhóm này gồm những loại ngọc trai đen thực sự cũng như những viên có mầu xám tối, ngoài ra còn cả các loại ngọc trai lơ tối, lơ lục tối, lục tối và ngọc trai mầu đồng với sắc mầu kim loại rõ ràng. Loại ngọc trai đắt tiền nhất của nhóm này là loại có mầu nền đen và có sắc mầu kim loại. Mầu phải đậm và đều, mầu nhạt giá thấp hơn nhiều.

c. Ngọc trai mầu

Là những viên ngọc trai không thể xếp vào 2 nhóm trên, có mầu nền thuộc một gam mầu rõ ràng, thường là vàng, lục, lơ, tím hoặc xám (nhạt đến đậm). Những loại ngọc trai này thường là ngọc trai nước ngọt hơn là ngọc trai nước mặn.

1.2. Ngọc trai nuôi

Mầu sắc của ngọc trai về cơ bản cũng giống như ngọc trai tự nhiên.

2. Hình dạng và các kiểu ngọc trai

2.1. Ngọc trai tự nhiên

Các hình dạng thường gặp của ngọc trai tự nhiên là:

1. Tròn (round)
2. Dạng quả lê (pear)
3. Dạng quả trứng (egg)
4. Dạng giọt lệ (drop)
5. Dạng cúc áo (button)
6. Hình dạng kì dị (baroque): tất cả các hình khác trừ các hình trên.
7. Bán ngọc trai (hlà-pearl): Tên thương trường chỉ những viên ngọc trai được chế tác thành hình bán cầu hoặc hình vòm có đáy phẳng; thực tế chúng là nửa viên ngọc trai.
8. Ngọc trai 3/4: 3/4 viên ngọc trai bị cắt góc.
9. Ngọc trai mầm (seed pearls): Những viên ngọc có kích thước 2 mm hoặc có trọng lượng < 1 grain. Chúng có hình dạng không đối xứng.
10. Ngọc trai bụi (dust pearls): Là những viên ngọc trai có trọng lượng < 1/25 grain. Chúng quá nhỏ không thể sử dụng làm hàng trang sức.
11. Ngọc trai bám vỏ (blister pearls): viên ngọc trai bám vào sườn của vỏ.

2.2. Ngọc trai nuôi

Hình dạng thường gặp của ngọc trai nuôi là tròn, dạng cúc áo, oval, quả lê, quả trứng và baroc.

3. Các tính chất cơ lý và quang học

Kích thước của hạt trai có thể bằng từ đầu kim cho đến quả trứng chim bồ câu.