Цвет и плеохроизм минералов.

Все минералы по отношению к проходящему свету делятся на прозрачные и непрозрачные, последние выглядят с одним николем черными. Прозрачные минералы могут быть бесцветными и окрашенными. Цвет обычно менее интенсивный, чем в штуфе, и не всегда с последним совпадает, что связано главным образом с тонким срезом и избирательным поглощением света внутри минерала. Окрашенные анизотропные минералы (средней и низшей категорий) в анизотропных сечениях в той или иной мере плеохроируют. Только явление это заметно глазу человека далеко не всегда.

Плеохроизм – свойство кристаллов изменять окраску в зависимости от направления колебаний световой волны, проходящей через них или неодинаково поглощать свет разных частей спектра по различным направлениям. Свойство это проявляется при изучении окрашенных минералов под микроскопом при одном николе.

У одних минералов плеохроизм выражается в изменении цвета (разные части спектра), у других – в изменении интенсивности окраски (в пределах одной части спектра), у третьих – в изменении и цвета, и интенсивности окраски.

Для полного определения плеохроизма необходимо знать: направление колебаний света в поляризаторе, ориентировку осей индикатрисы минерала. При качественной характеристике явления указывается степень проявления (едва заметно, заметно, резко выражено) плеохроизма и спектральные характеристики.

При повороте столика микроскопа с плеохроирующим минералом мы меняем положение зерна относительно плоскости поляризации поляризатора. Последовательно совмещаются с плоскостью колебаний поляризатора два взаимно перпендикулярных направления в минерале, отвечающие направлениям наибольшего и наименьшего поглощения света.

Для оптически одноосных минералов цвет определяется в двух направлениях – по Ng и Np, для оптически двуосных минералов – по трем направлениям – Ng, Nm, Np. Причем, в двуосном минерале сечение с максимальным плеохроизмом характеризует окраску по осям Ng и Np. Сечение с практически не изменяющейся окраской – перпендикулярно к оптической оси и характеризует окраску по Nm. Записав цвет по осям индикатрисы, составляем схему абсорбции, т.е. схему поглощения света (таблица 2).

Таблица 2

Схема абсорбции плеохроирующих минералов

Роговая обманка	Биотит
по Nр (или X) бледно-желтая по Nm (Y) желто-зеленая по Ng (Z) зеленая Nр < Nm < Ng	по Nр (или X) желтая по Nm (Y) темно-коричневая по Ng (Z) темно-коричневая Nр < Nm = Ng

Для некоторых минералов плеохроизм является важнейшим диагностическим признаком (гиперстен, эгирин, различные амфиболы, эпидот и др.).

При изучении плеохроизма следует помнить, что зерна одного и того же минерала, с различными сечениями в шлифе, могут обладать разным характером изменения цвета, а в некоторых случаях не менять окраску при вращении столика микроскопа. Наиболее интенсивно плеохроизм проявляется в главном сечении оптической индикатрисы. В разрезе, перпендикулярном оптической оси, плеохроизм отсутствует, в косых разрезах – заметен слабее, чем в главном сечении.

Явление плеохроизма биотита используется для определения направления колебания света в поляризаторе. В шлифе выбирается кристалл биотита с наиболее четко выраженной спайностью и резким плеохроизмом. Без анализатора направление трещин спайности максимально густо окрашенного биотита указывает направление колебаний света в поляризаторе.

Это связано с тем, что в моноклинном биотите ось Np почти перпендикулярна спайности, плоскость оптических осей параллельна (010). По Np цвет слабый, почти бесцветный, по Ng или Nm цвет густой, бурый или зеленый. Схема абсорбции Ng Nm Np – рисунок 23 .

Рисунок 23. Положение осей индикатрисы в биотите.

Задание: а) наблюдение полоски Беке, рельефа у следующих минералов: кварца, полевых шпатов, биотита, оливина, пироксенов, роговой обманки, граната; б) шагреневой поверхности у оливина, граната, циркона, эпидота, в) псевдоабсорбции у карбонатных минералов.

Цвет и плеохроизм минералов изучить на примере пироксенов, роговой обманки, биотита, турмалина, хлорита.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

Изучение оптических свойств минералов в скрещенных николях

(с анализатором)

Цель работы: 1) Научиться определять основные оптические константы (двупреломление, характер погасания и угол погасания, знак удлинения) с включенным анализатором.

Основные сведения

Прохождение света в системе «поляризатор – кристалл – анализатор».

1. Минералы кубической сингонии и изотропные сечения анизотропных минералов (перпендикулярные оптической оси). Плоскополяризованная волна, выйдя из поляризатора, при прохождении через изотропную среду сохранит плоскость колебаний. При включенном анализаторе эта волна не будет пропущена (николи расположены взаимно перпендикулярно) и такое зерно будет темным.

2. Анизотропные сечения минералов. Известно, что колебания световых волн в анизотропных сечениях анизотропных кристаллов взаимно перпендикулярны и параллельны осям индикатрисы. При совмещении поворотом столика микроскопа направлений колебаний света в поляризаторе (направление нитей окуляра) с осями индикатрисы (4 положения через 90⁰) волны из поляризатора беспрепятственно пройдут через минерал, сохраняя направление колебаний, и как в изотропном сечении будет погашены анализатором, соответственно 4 раза минерал будет черным при включенном анализаторе (рисунок 24).

2) При косом положении осей индикатрисы относительно поляризатора, выйдя из минерала, обе плоскополяризованные волны с разностью хода дельта ∆ будут перемещаться с одинаковыми скоростями, сохраняя разность хода и направления колебаний, которые они приобрели в кристалле. Величина разности хода измеряется в миллимикронах и прямо пропорциональна длине пути, пройденного в анизотропной среде, то есть толщине шлифа и величине двупреломления данного кристалла. ∆ = d (ng – np). Наличие определенной разности ходе при прохождении лучей сложного белого света через анализатор вследствие усиления одних волн и ослабления других обусловливает их интерференцию, вследствие чего зерна минералов при изучении их под микроскопом в белом свете с включенным анализатором приобретают интерференционные окраски. Каждому значению разности хода соответствует своя интерференционная окраска (рисунок 25).

Рисунок 24. Четырехкратное погасание анизотропного минерала с включенным анализатором при повороте столика микроскопа на 360^о. Левая часть – причина явления, правая – четырехкратное погасание при повороте на 360^о.

Явление

интерференции волн

Анализатор

Сечение кристалла

Поляризатор

Рис. 25. Прохождение света через систему «поляризатор – кристалл – анализатор».

Сила двойного лучепреломления (двупреломление) – величина переменная. Она изменяется от нуля, когда луч направлен вдоль оптической оси кристалла, до какого-то максимума, когда луч направлен перпендикулярно к оптической оси (в одноосных кристаллах) или к плоскости оптических осей (в двуосных кристаллах). За истинную величину двупреломления (n_g-n_p) принимают максимальное значение; только оно является константой минерала. Величина двупреломления для разных минералов варьирует в широких пределах: для нефелина – 0,005-0,006, для сидерита – 0,240.

Определение двупреломления (силы двойного лучепреломления) минералов основано на изучении явления интерференции световых волн, проходящих через кристалл в шлифе при включенном анализаторе. При этом каждому значению разности хода соответствует своя интерференционная окраска. В конечном итоге, определение силы двойного лучепреломления минерала сводится к определению интерференционной окраски.

При определении двупреломления минералов пользуются таблицей Мишель-Леви (рисунок 26). По горизонтальной оси этой таблицы нанесены величины разности хода (в нм) с соответствующей им интерференционной окраской (в виде вертикальных полосок соответствующих цветов). При увеличении разности хода цвета периодически повторяются. Это позволяет разбить их на порядки.

В первый порядок входят цвета: серый, белый, желтый, оранжевый и красный, постепенно переходящие друг в друга. Второй и третий порядки начинаются с фиолетового цвета, далее следуют синий, зеленый, желтый, оранжевый и красный. В первом порядке имеются отсутствующие в других порядках серый и белый цвета, но нет синего и зеленого.

Во втором и третьем порядках цветные полоски наиболее яркие. Дальше они постепенно бледнеют, цвета сливаются и образуют интерференционную окраску, называемую белой высшего (четвертого) порядка. Слева по оси ординат на таблице отложена толщина шлифа. Из нижнего левого угла таблицы веерообразно вверх и вправо расходятся прямые линии, на концах которых указаны значения силы двупреломления.

Для практического определения двупреломления необходимо под микроскопом найти зерно минерала с наивысшей интерференционной окраской этого минерала и точку пересечения ее на таблице Мишель-Леви с горизонтальной линией, соответствующей толщине шлифа. Оценка толщины шлифа обычно проводится по кварцу или по плагиоклазу в сечениях, близких к главному.

При изучении интерференционной окраски минерала необходимо определить ее порядок. Для этого пользуются правилом каемок.

Определение двупреломления по цветным каемкам в зернах.

Зерна минералов утончаются к краям, но большая площадь зерна имеет плоскую поверхность, параллельную нижней поверхности зерна, где толщина минерала составляет 0,03 мм. Следовательно, в направлении от центра к периферии зерна уменьшается разность хода лучей.

В зависимости от этого интерференционная окраска зерна понижается к самым краям зерна, на которых наблюдаются различия в интерференционных окрасках, так, что нередко можно различать цвета первых порядков.

Рисунок 26. Монограмма Мишель-Леви.

Наблюдая от края к центру зерна полоски интерференционных цветов можно выяснить, к какому порядку относится интерференционная окраска зерна в его центральной части. Надо иметь в виду, что некоторые цветные каемки выпадают, но целый порядок цветов интерференции никогда не отсутствует (рисунок 27). После определения порядка цветов интерференции и толщины шлифа необходимо, используя номограмму Мишель-Леви, определить величину двупреломления минерала (кристалла).

Рисунок 27. Определение порядка цветов интерференции в зерне минерала.

Интерференция бесцветных минералов наблюдается отчетливо. В окрашенных минералах, собственная окраска хотя и не влияет на цвета интерференции, но просвечивая через цвета интерференции, как бы «загрязняет» их. У интенсивно окрашенных минералов с низким двупреломлением цветные каемки по краю зерна отсутствуют.

Некоторые минералы в скрещенных николях имеют аномальные интерференционные окраски, отсутствующие в таблице Мишеля-Леви. Такие окраски обусловлены значительной дисперсией двупреломления – в разных частях спектра возникает различное двупреломление, вследствие чего происходит наложение интерференционных окрасок. Аномальные интерференционные окраски наблюдается у везувиана, цоизита (группа эпидота), хлоритов и служат их диагностическим признаком.