книги из ГПНТБ / Стойбер, Р. Определение кристаллов под микроскопом

90 Глава 4

ти. Поскольку обломки не подвергались шлифованию, то в отличие от шлифа их верхняя поверхность (спайная) выглядит ровной и обыч­

но параллельна нижней поверхности, на которой зерна покоятся. Пря­ молинейные боковые границы зерен в препаратах обычно также пред­ ставляют собой поверхности спайности. В дробленых препаратах три вида спайности минералов кубической сингонии удается различить по форме обломков, лежащих на одной спайной поверхности и имею­

щих прямолинейные боковые поверхности. Поскольку боковые поверх­ ности лучше видны в условиях оптимального внутреннего отражения и преломления, их лучше всего наблюдать в жидкостях, в которых зерна имеют умеренный рельеф. У спайных обломков по кубу верти­ кальные боковые стороны образуют друг с другом прямые углы. Спайные обломки по октаэдру имеют треугольную или ромбическую форму. Обломки со спайностью по додекаэдру обычно представлены четырехсторонними полигональными формами с плоской верхней по­ верхностью. Однако обломки кристаллов с хорошей спайностью ред­ ко бывают полностью ограничены спайными поверхностями, а иногда в них и совсем не наблюдается признаков спайности. Поэтому само по себе отсутствие спайности в дробленом препарате еще не позво­ ляет делать заключения об отсутствии ее в кристалле, из которого получен этот обломочный материал.

Двойникование. 'Для минералов кубической сингонии характерно двойникование с плоскостью срастания двойников /1 1 1/. Поскольку все индивиды двойника имеют одинаковые оптические свойства, двой­ никование в зернах минералов кубической сингонии можно установить, лишь наблюдая их внешние формы.

ПРОЧИЕ ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Плотность мелких обломков кристаллов можно вполне точно оп­ ределить на микровесах Бермана. Имеются опубликованные таблицы плотности минералов /91/. Блосс /6, 4 4/ рекомендует определять плотность в иммерсионных препаратах, он указывает, что иммерсион­ ные среды для определения показателей преломления можно подбирать таким образом, что в них одновременно удается оценивать и плот­ ность минералов. При использовании таких сред наряду с определени­ ем светопреломления можно наблюдать, всплывает или погружается в них исследуемый минерал. Блосс предложил конкретную методику определения минералов в иммерсии с использованием плотности в ка­ честве важного дополнительного параметра1.

1 Оригинальная методика иммерсионного определения удельного ве­ са предложена В .П . Петровым еше в 1 9 4 9 г . (В .П . Петров, Иммерси-J онный метод в применении к дробленым породам, Госгеолиздат, 1 9 4 9 ) .-

Прим. ред.

Растворимость. При диагностике минералов дополнительным по­ лезным критерием является их растворимость в стандартных реак­ тивах - Н20 , Н СІ, HN03 и царской водке. Под микроскопом можно успешно изучать на мелких зернах степень растворимости, особен­ ности травления и способность к желатинизации минералов. Если р е­ актив интенсивно испаряется или как-либо иначе может повредить объектив, над препаратом следует поместить стеклянный экран. Дан­ ные по растворимости минералов обычно приводятся в справочниках по оптической минералогии, например в книге Ларсена и Бермана /74/.

Микрохимические реакции. Иногда для окончательного определения минерала полезно произвести специальное испытание на тот или иной компонент. В настоящее время такого рода определения, как прави­ ло, производятся на электронном микрозонде, спектроскопе, спектро­ графе, рентгеновском или атомно-абсорбционном спектрометрах. Од­ нако следует помнить, что микрохимические реакции осуществимы с чрезвычайно малыми количествами вещества, так что в ряде слу­

чаев они могут быть весьма полезными. Испытания можно произво­ дить с несколькими зернами или с порошком, отделенным от крупно­ го образца. Этот материал помещается в каплю растворителя на пред­ метном стекле, а затем добавляется капля соответствующего реакти­ ва. Реакция непосредственно наблюдается под микроскопом. Часто при этом образуется кристаллический осадок, форма и окраска кото­ рого имеют диагностическое значение. Методика проведения микро­ химических реакций с использованием микроскопа и описание продук­ тов этих реакций приведены Шортом' /103/.

Глава 5

ПРОХОЖДЕНИЕ СВЕТА ЧЕРЕЗ КРИСТАЛЛЫ.

ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА

В этой главе рассматриваются явления, происходящие в процессе прохождения света различных длин волн из одного и того же источ­ ника по одной и той же траектории. На этбй основе объясняются ок­ раски анизотропного вещества, располагающегося между двумя Нико­ лями и освещаемого белым светом. Такие окраски называются цвета­ ми интерференции.

МОНОХРОМАТИЧЕСКИЙ СВЕТ С КОЛЕБАНИЯМИ В ОДНОЙ ПЛОСКОСТИ

Интерференция. При прохождении двух лучай света с одинаковой длиной волн (одинаковой окраски) по одной траектории может про-

Ф и г. 5-1. Интерференция двух волн.

Волны колеблются в одной плоскости (плоскости чертежа) и распространяют­ ся в одном направлении. Одна волна отстает от другой на величину Д = А/8

(пунктирные линии). Жирной кривой показана волна, возникшая в результате интерференции двух волн, показанных пунктиром. Векторами показаны суммы

амплитуд двух слагающих волн.

изойти их сложение в единую волну, амплитуда которой в любой точ­ ке будет представлять векторную сумму исходных волн. Подобная комбинация волн называется интерференцией. На фиг. 5 -1 это явле­ ние показано схематически. Результирующая волна имеет ту же дли­ ну, что и две исходные, но другую амплитуду.

Р азн о ст ь хода ВОЛН. Если в некоторый момент гребни двух волн, распространяющихся по одной траектории, не достигают одновремен­ но одной и той же точки, то говорят о разности их хода. Такая раз­ ность хода, обычно обозначаемая символом А , показана на фиг. 5 -1

Особый интерес представляют две специфические величины раз­ ности хода.

1 . Разность хода равна целому числу длин волн используемого света, т .е .

А = л Л, где п —целое число.

2 . Разность хода равна нечетному числу полуволн, т .е .

А = п А + А/2 , где п - целое число.

Эти два случая соответственно иллюстрируются фиг. 5 -2 и 5 - 3 ,

Ф и г . 5-2. Интерференция двух волн с разностью хода в целое число длин волн (?|А).

Эти две волны имеют одинаковую длину и амплитуду и совпадают друг с дру­ гом по линии, показанной пунктиром. Возникшая в результате их интерферен­ ции волна показана сплошной кривой. Направления распространения двух ин­ терферирующих и результирующей волн совпадают.

Случай А = п\ . При разности хода н\ (фиг. 5 -2 ) две волны налагаются ("лучи в одной фазе"), и у возникающей результативной волны амплитуда удваивается по сравнению с исходными. Свет в этом

волны гасят друг друга ("лучи в разных фазах"), и амплитуда ре­ зультирующей волны равняется нулю. Происходит полное погасание света.

&=пХ + А/2

Фиг . 5-3. Интерференция двух волн с разностью хода пА + А/2 .

Длины и амплитуды волн и направления их распространения одинаковые. Амп­ литуда колебания в результате сложения векторов двух волн становится рав­

ной нулю, возникает темнота.

МОНОХРОМАТИЧЕСКИМ СВЕТ

СКОЛЕБАНИЯМИ В ДВУХ ПЛОСКОСТЯХ

Разн о сть хода м онохром атического св ет а , вызванная пластинкой анизотропного кристалла. Поступив в анизотропную среду, свет раз­

лагается на два луча с взаимно перпендикулярными плоскостями ко­ лебаний. У этих двух поляризованных лучей в процессе распростране­ ния в анизотропном веществе возникает разность хода. Она обуслов­ лена различным расположением атомов в разных направлениях крис­ талла, что приводит и к различиям в скорости распространения этих двух лучей. Величина разности хода зависит от различия показателей преломления кристалла для двух поляризованных лучей света и от длины их пути в пластинке. Если свет падает нормально к поверхнос­ ти пластинки, оба луча проходят один и тот же путь, поскольку на­ правления их распространения совпадают. Это расстояние равно тол­ щине пластинки. Соотношения между толщиной пластинки ( г ), дву­ мя показателями преломления ( N : и /у2 ) и разностью хода ( Д ) определяются принципом Фермата

В этом выражении важна лишь абсолютная величина разницы показа­ телей преломления, поскольку для определения величины разности хо­ да не имеет значения, какой из двух показателей преломления боль­ ше. Так как двупреломление некоторого сечения определяется урав­ нением (1 -1 1 ):

В = ( /Ѵ2 -/V,),

где /Ѵ2 и /V, - наибольший и наименьший показатели преломления сечения, разность хода можно охарактеризовать следующим простым выражением:

того, чтобы определить двупреломление, остается измерить лишь разность хода. Если же известно двупреломление (как для боль­ шинства мин.ералов), то Д « і и определение разности хода по­ зволит очень точно оценить толщину пластинки. Для оценки тол­ щины зерен минералов, аккуратно пришлифованных в препарате на бакелите, следует использовать разность хода в зернах кварца. По установленной таким образом толщине можно затем с исполь­

зованием уравнения (5-2.) определять двупреломление двух мине­ ралов, измеряя разность хода для их зерен /56/. Двупреломле­ ние не имеет самостоятельного диагностического значения, одна­ ко по его величине, зная один показатель преломления, можно легко рассчитать другой.

Разность хода, вызванная пластинкой анизотропного кристалла при наблюдении в скрещенных николях. В предыдущем разделе разность хода упоминалась лишь в самом общем виде. Р ас­ смотрим теперь две взаимно перпендикулярные плоскости ко­ лебаний поляризованного света в кристалле. В случае коле­ баний в двух плоскостях соотношения между разностью хода и ам­ плитудой проходящего света, которые были установлены при обсуж­ дении фиг. 5 -2 и 5 - 3 , не остаются в силе. Возникают прямо проти­ воположные наблюдающимся при колебаниях в одной плоскости соот­ ношения, а именно амплитуда результирующей волны становится рав­

объясняется тем, что теперь мы имеем дело с фазовыми соотношени­ ями и векторными суммами в двух взаимно перпендикулярных плос­ костях. Рассмотрим каждый из этих двух предельных случаев разнос­

новременно направлены либо вверх, либо вниз (на север или на ю г), но никогда не ориентируются в боковые стороны совместно (на вос­ ток или на запад). Рассмотрим, например, векторы двух гребней волн, расположенных в правом конце фиг. 5 - 4 . На фиг. 5 -5 эти век-

Ф и г. 5-4. Две волны с взаимно перпендикулярными плоскостями колебания и разностью хода А = п А .

Если колебания, пропускаемъLe первым поляризатором, ориентированы в нанаправлении С-Ю, то векторная сумма этих двух волн будет ориентирована на север или на юг. D ^ и D —плоскости колебания света в кристалле.

торы изображены во взгляде назад вдоль направления распростране­

но видеть, повернуты относительно плоскости колебаний поляризато­ ра, Кроме того, на этой схеме нанесено и направление колебаний ана­ лизатора. чем подчеркиваются условия наблюдений в скрещенных николях. На фиг. 5 - 4 анализатор не учтен, но подразумевается, что он расположен правее схемы. Фигура 5 -5 свидетельствует, что как к северу (соответствует фигуре), так и к югу от направления распро­

странения лучей равнодействующие волны в плоскостях колебаний кри­ сталла не равны нулю при Д = п А- Однако в направлении В - 3 , т.е.

в плоскости колебаний анализатора, равнодействующие равны нулю, а следовательно, свет не проходит сквозь анализатор. Таким образом, в этом случае поле зрения будет темным.

Случай Д = лА +А/2. Разность хода волн в двух плоскостях ко­ лебаний кристалла по существу составляет половину волны (фиг. 5 - 6 ) .

торы колебаний* двух волн одновременно направлены либо на восток, либо на запад, но никогда не ориентируются совместно на север или на,

вдоль направления распространения волн фиг. 5 - 6 . Здесь также по-

костях и распространяющихся в одном направлении.

Взгляд назад вдоль направле­ ния, в котором распространяют­

ся волны. Схема поясняет поло­ жение о том, что, если плоскость колебания,пропускаемого пер­ вым поляризатором, ориентиро­ вана в направлении С-Юг.товек- торы, представляющие направле­ ния колебания в кристалле сум­

мируются в северном, или юж­ ном направлениях. D, и D2 —

направления колебания света в кристалле.

казано направление колебаний анализатора В - 3 .' Равнодействующие векторы в восточном или западном направлениях не равны нулю, а в северном и южном направлениях нулевые. Результирующий широт­

ный луч света проходит через анализатор, и поле зрения оказывает-

Ф и г . 5-6. Две волны с взаимно перпендикулярными плоскостями колебания и разностью хода пЛ + А/2.

Если плоскость колебания, пропускаемого первым поляризатором, ориентиро­

вана в направлении С —Ю, то векторная сумма этих двух волн будет ориенти­ рована на восток или запад. D, и D 2 —плоскости колебания света в кристалле.

ся освещенным. Такая освещенность и носит название цвета интерфе­ ренции; в данном случае это будет цвет использованного монохрома­ тического света.

амплитудой света и разностью хода имеет синусоидальный характер. Подобная природа этой кривой, показанной здесь графически, была

Ф и г. 5-7. Векторы колебания С двух волн с разностью хода

Д = п\ + А/2, колеблющихся в двух взаимно перпендикулярных плос­

костях и распространяющихся в одном направлении •

Взгляд назад вдоль направления,

в котором распространяются вол­ ны. Схема поясняет положение о том, что если плоскость колеба­ ния, пропускаемою первым по­ ляризатором, ориентирована в направлении С -Ю , то сумма век­ торов колебания света в кристал­ ле в направлении В -3 больше ну­ ля. D 1 и D 2 —направления коле­

бания света в кристалле.

алгебраически обоснована Джохенсеном /63/. Амплитуда возраста­ ет от нуля при Д = 0 до максимальной величины при Д =А/2, затем вновь уменьшается до нуля при Д = А и так до бесконечности. Близ-

Ф и г . 5-8. Изменения амплитуды колебания результирующей волны по мере изменения разности хода двух интерферирующих волн.

кая к синусоидальной зависимость от разности хода проявляется и у интенсивности света (фиг. 5 - 9 ) , которая пропорциональна квадрату амплитуды.

Разность хода обычно выражают не в долях длин волн, а в аб­ солютных единицах длины, например в нанометрах или ангстремах. Это делается для удобства сопоставления интенсивностей света, свя­ занного с волнами различной длины (фиг. 5 - 1 0 ) .