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

роста обыкновенного луча и наиболее отличается от последней в на­ правлении, перпендикулярном оптической оси. Соответствующий по­ следнему крайнему случаю показатель преломления необыкновенного

тики той или иной его конкретной величины необходимо упоминать ориентировку сечения, перпендикулярного направлению распростране­

По определению Флетчера /40/, индикатриса одноосных кристал­ лов представляет собой геометрическую фигуру, основанную на пока­ зателях преломления21. Она строится в определенном масштабе, так что по ней можно определить величину показателей преломления и направления колебаний в любой плоскости кристалла. Как это пока­ зано на фиг. 7 —1, индикатриса одноосного кристалла представляет собой эллипсоид вращения. Ось вращения этой фигуры имеет длину

Любой вектор из центра эллипсоида к его поверхности соответству­ ет некоторому показателю преломления определенной величины. Луч света, для которого показатель преломления будет иметь в кристал­ ле такую величину, колеблется параллельно данному вектору и рас­ пространяется нормально к нему. Подчеркнем особенно, что величи­ ны показателей преломления откладываются в индикатрисе по направ­

2 Для построения индикатрисы показатели преломления откладыва­ ются в направлении колебаний (перпендикулярно лучу). - Прим. ред.

тических свойств кристаллов используют не менее семи других гео­ метрических поверхностей, рассмотрение которых здесь создало бы лишь излишнюю путаницу. Уравнения, описывающие эти поверхности в удобной группировке,можно найти в работе А .В . Шубникова /104/.

Плоскости симметрии . 1Круговое сечение - уникальная плоскость в индикатрисе одноосных кристаллов. Кроме нее, существует беско­ нечное число вполне идентичных друг другу плоскостей симметрии, располагающихся перпендикулярно круговому сечению и проходящих через ось вращения. Эти общеизвестные истины повторены здесь для

того, чтобы лучше усваивались представления о симметрии более слож­ ных индикатрис, которые необходимы при рассмотрении фигур интер­

ференции и оптических свойств двуосных кристаллов.

Соотношения индикатрисы и кристаллографических направлении .

Одноосные кристаллы относятся к тетрагональной и гексагональной кристаллографическим сингониям. Следует запомнить, что ориентиров­ ка оптических направлений (индикатрисы) в кристаллах всегда зако­ номерно связана с морфологической их симметрией, поскольку пара­ метры этих групп представляют собой проявление внутренней струк­ туры симметрии. Так, оптическая ось одноосного кристалла (ось вращения эллипсоида индикатрисы) вместе с тем представляет и

отношение служит основой для подразделения одноосных кристаллов на две группы в соответствии с их оптическим знаком:

/Ѵе > Not положительные кристаллы; N e < No , отрицательные кристаллы.

У положительных кристаллов ось вращения индикатрисы наиболь­ шая. Индикатриса имеет форму вытянутого эллипсоида. У отрицатель­ ных кристаллов ось вращения индикатрисы более короткая; индикат­ риса имеет форму сплющенного эллипсоида. На фиг. 7 - 4 и 7 -5 при­ ведены индикатрисы оптически положительных и отрицательных од­ ноосных кристаллов. Как у положительных, так и у отрицательных кристаллов по оси вращения индикатрисы располагаются направления колебаний луча с-

Если двупреломление одноосного кристалла определять выраже­ нием В = /V е —N o , а не уравнением ( 1 - 1 1 ) , то положительная или отрицательная величина правой части выражения будет определять

оптический знак кристалла, или знак двупрело мления, как предпочи­ тают говорить некоторые авторы.

'Соотношения оптического знака с внутренней структурой кристаллов.

Совпадение с оптической осью ( осью с) кристаллов направ­ ления колебания света с большим или меньшим показателем прелом­ ления определяется типом атомов и их расположением в кристалли­ ческой решетке. По этому вопросу можно высказать несколько об­

щих положений. К числу одноосных ми­ нералов с отрицательным оптическим знаком относятся карбонаты, кристалли­ зующиеся в ромбоэдрическом виде тригональной сингонии. Соотношения кристал­ лической структуры с легкостью осущест­ вления колебаний, а следовательно, и с показателем преломления у этих мине­ ралов рассматривал Брэгг /7 /. Карбо­ натные анионы, состоящие из трех ато­ мов кислорода, располагающиеся в од­ ной плоскости с окруженным ими атомом углерода, ориентированы перпендикуляр­ но оси с . В этой плоскости происходят колебания луча о . В плоскости карбо­ натного аниона осуществляется значитель­ но более интенсивное противодействие колебаниям, чем в направлении, перпен­ дикулярном к ней. В связи с этим раз­ ность хода у луча о больше (выше по­ казатель преломления), чем у луча е> который колеблется перпендикулярно плос-

Ф и г. 7-3. Ориентировка оптикостям карбонатных анионов. Таким об­ ческой индикатрисы в тетрагоразом, карбонаты приобретают отрица-

нальном кристалле. тельный оптический знак.

На величину показателей преломле­ ния влияют и другие атомы, входящие

в структуру карбонатов, однако главная роль принадлежит карбонат­ ным анионам. Сходный эффект вызывает и нитратный анион. Эти, так­ же плоские, группы, ориентирующиеся в натровой селитре ( NaN03) перпендикулярно оси с, обусловливают отрицательный оптический знак этого минерала. Таким образом, оптический знак в рассмотренных случаях определяется ориентировкой асимметричных (плоских) групп атомов.

Среди силикатов отрицательный оптический знак имеют минералы, у которых кремнекислородные тетраэдры образуют кольцевую струк­ туру (берилл и турмалин). Каждый тетраэдр порознь практически изотропен по отношению к электромагнитным колебаниям, однако комбинация тетраэдров в плоскостной кольцевой структуре, ориенти­ рованной перпендикулярно оси с , обусловливает возникновение у крис­ таллов отрицательного оптического знака.

И ндикат риса

Г о р и з о н т а л ь н о е с е ч е н и е

Глава 8

ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЕ ФИГУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

В первой части этой главы рассматриваются общие свойства интерференционных фигур одноосных и двуосных кристаллов, а во вто­ рой - их специфические особенности у одноосных минералов. Интер­ ференционные фигуры двуосных кристаллов обсуждаются отдельно в гл. 1 1 .

Интерференционную фигуру 1получают при коноскопическом осве­ щении, которое достигается включением откидной линзы (линзы Ла­ зо) конденсорной системы и линзы Бертрана. Коноскопическое изо­ бражение, возникающее в задней фокальной плоскости объектива, мож­ но наблюдать и без увеличения, не включая линзу Бертрана, но вы­ нув окуляр. Интерференционная фигура возникает в результате про­ хождения сильно сходящегося света сквозь двупреломляющий крис­ талл при наблюдении в скрещенных николях. Направления колебаний

вцентре фигуры обусловлены светом, проходяшим перпендикулярно

кплоскости препарата, и, следовательно, аналогичны наблюдающимся при ортоскопическом наблюдении. Все остальные части интерферен­ ционной фигуры освещаются сильно сходящимся светом, проходящим косо через кристалл. Направления колебаний в этих частях фигуры, следовательно, представляют собой проекции направлений колебания, возникших у каждого луча при прохождении сквозь кристалл.

Для получения интерференционной фигуры пользуются объективом с большой численной апертурой /уравнение (2 -2 )/ с тем, чтобы за­ хватить конус косых лучей с возможно большим углом. Обычно для

этой цели берется объектив большого увеличения ( х 5 О ) с численной апертурой 0 ,8 5 . Изображение в задней фокальной плоскости объекти­ ва наблюдается или без увеличения при удаленном окуляре, или с уве­ личением с вдвинутой линзой Бертрана.

ОБЩИЕ СВОЙСТВА ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫХ ФИГУР

Изогиры. Все интерференционные фигуры состоят из одной или нескольких темных полос (балок), называемых изогирами. Остальная часть поля зрения бывает окрашена цветами интерференции, очень

Фотографии интерференционных фигур приведены на фиг. 8 -1 , 8 - 7 , 1 1 - 2 , 1 1 -8 , 1 1 -1 2 и 1 1 -2 3 .

часто серыми или белыми. Изогиры представляют собой полосы по­ гасания в фигуре интерференции. Они возникают в таких участках поля зрения, в которых направления колебания света в фигуре и николях, т .е . обычно в направлениях С - Ю и В - 3, оказываются па­ раллельными, форма и положение изогир в интерференционной фигуре зависят от ориентировки зерна и расположения в нем осей. При вра­ щении зерна (совместно со столиком микроскопа) форма изогир обыч­ но изменяется, поскольку в общем случае при таком вращении меня­ ется взаимная относительная ориентировка направлений колебаний в испытуемом зерне и николях.

Цветные кривые. 'При достаточной толщине препарата или повы­ шенном двупреломлении кристалла интерференционные окраски у ин­ терференционной фигуры выше белой или серой и могут распределять­ ся в цветные кривые или кольца (изохроматические кривые, цветные полоски, изохромы). Окраска в каждой точке цветной кривой обуслов­ лена разностью хода (различием фаз) двух илоскополяризованных лу­ чей света, распространяющихся по одному и тому же косому направ­ лению. Каждая цветная кривая в интерференционных фигурах представ­ ляет собой геометрическое место точек с равной разностью хода.

Так же как это происходит с изогирами, форма и положение цветных кривых обычно меняются при вращении столика.

Природа изогир и цветных кривых детальнее обсуждается ниже при рассмотрении конкретных интерференционных фигур.

Влияние ориентировки кристалла. При разной ориентировке облом­ ков анизотропных кристаллов возникают несколько различные фигуры интерференции. Некоторые фигуры специфичны, хорошо распознаются и могут непосредственно использоваться для определения ориентиров­ ки индикатрисы в пространстве. В одноосных кристаллах оптическая

что, установив ориентировку индикатрисѣ, мы получаем также и не­ которую информацию о кристаллографической ориентировке зерна в пространстве.

Многие интерференционные фигуры имеют формы, не позволяющие однозначно связывать наблюдаемые разрезы с ориентировкой индикат­ рисы. Их можно лишь отнести к той или иной категории, однако и также фигуры нередко позволяют получить некоторые сведения об ис­ следуемом минерале. В одноосных кристаллах фигуры этой группы возникают во всех разрезах, не параллельных и не перпендикулярных оси с .

Классификация интерференционных фигур. 'Интерференционные фи­ гуры можно классифицировать в соответствии с плоскостями симмет­ рии индикатрисы. Каждая фигура в такой классификации заслуживает самостоятельного названия. Для упрощения дальнейшего обсуждения приведем сразу же общую классификацию интерференционных фигур,

хотя она в основном и понадобится нам лишь при рассмотрении дву­ осных кристаллов. Некоторые интерференционные фигуры двуосных кристаллов до сих пор не имели специальных наименований, и в рас­ сматриваемой ниже систематической классификации названы впервые.

Т а б л и ц а 8-1

Классификация интерференционных фигур

Наименование интерференционных фигур может иметь как общий, так и частный характер. В табл. 8 -1 приведены все возможные ин­ терференционные фигуры. Основным классификационным признаком яв­ ляется количество плоскостей симметрии индикатрисы, перпендикуляр' ных изучаемому разрезу. Например, фигура с одной плоскостью сим­ метрии получается в разрезах, перпендикулярных этой плоскости, ко­ торая, таким образом, оказывается параллельной оси микроскопа и перпендикулярной его столику. Специфические направления индикат­ рисы обычно представляют собой ее оси, по которым пересекаются две или более плоскостей симметрии.

Типы фигур интерференции распознаются по поведению изогир при вращении столика микроскопа. Ниже кратко характеризуются некото­ рые общие свойства каждого типа интерференционных фигур.

кулярного оптической оси, наблюдается лишь у одноосных кристал­ лов) получаются в разрезах, перпендикулярных бесконечному числу плоскостей симметрии, т .е . нормальных к оси вращения одноосной индикатрисы. Эта фигура представляет собой крест, центр которого остается в кресте нитей во время полного поворота столика. На фи­ гуре отражается выход оптической оси одноосного кристалла.

лельного оптической оси) получаются в разрезах, перпендикулярных одновременно двум плоскостям симметрии. Представляют собой две изогиры, сходящиеся в центре креста нитей четыре раза при полном повороте столика. В промежуточных положениях они совсем уходят

представлены одной или двумя изогирами, из которых одна при пол­ ном повороте столика четыре раза совпадает с центром креста ни­ тей. В одноосных кристаллах фигуры этого типа характеризуют раз­ резы, ориентированные косо к оптической оси (фигура нецентрирован­ ной оси). К этому типу относятся все разрезы одноосных кристал­ лов, кроме перпендикулярного и параллельного оси с , поскольку лю­ бое сечение через центр эллипсоида вращения нормально по крайней мере к одной плоскости симметрии.

Фигуры без плоскостей симметрии (встречаются лишь у двуосных кристаллов) состоят из одной или двух изогир, не совмещающихся с центром креста нитей при вращении столика. Появление таких фи­

гур возможно лишь у двуосных кристаллов, индикатриса которых име­ ет только три плоскости симметрии.

ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЕ ФИГУРЫ ОДНООСНЫХ КРИСТАЛЛОВ

Центрированная фигура разреза, перпендикулярного оптической

ОСИ (при л плоскостях симметрии), показанная] на фиг. 8 - 1 ', пред­ ставляет собой темный крест, перекладины которого образованы изо­ гирами, совпадающими с линиями креста нитей. В четырех квадран—1

1 Эта и несколько других фотографий интерференционных фигур заимствованы из атласа Хаусвальдта 1 9 0 2 г . Прекрасные фотогра­ фии Хаусвальдта в большинстве случаев сделаны для более тостых пластинок, чем нормальные петрографические шлифы. В связи с этим в них присутствует большее, чем это обычно наблюдается, число цветных колец, а изогиры значительно шире (ср. фиг. 1 1 - 2 ) . Тем не менее эти фигуры хорошо иллюстрируют форму цветных кривых.

тах, оЬразованных крестом фигуры, могут присутствовать цветные кривые (кольца, лемнискаты ), располагающиеся концентрически от­ носительно центра фигуры. Форма и положение фигуры не изменяют­ ся при вращении столика микроскопа. Фигура возникает в зернах, в которых круговое сечение индикатрисы располагается параллельно поверхности столика. Такие срезы ориентированы перпендикулярно

оси с кристаллов и представляют собой их базальные сечения. Сре­ зы, в которых получается подобная фигура, можно различить при ортоскопических наблюдениях, поскольку в скрещенных николях во всех положениях они темные или однородно серые.

Фи г1. 8-1. Центрированная фигура разреза, перпендикулярного оптической оси

сцветными кривыми.

На фигурах кристаллов с незначительным двупреломлением концентрические цветные кривые могут совершенно отсутствовать, так что сохраняются лишь изогиры, образующие темный крест. Кальцит, толщина зерен 0,5 мм, натровый

свет.

Изогиры. Форму изогир и цветных кривых в центрированных фи­ гурах разрезов, перпендикулярных оптической оси одноосного крис­ талла, можно объяснить исходя из ориентировки индикатрисы. На фиг. 8 -2 приведена схема прохождения в кристалле и оптической сис­ теме трех характерных сходящихся лучей. В верхней части фигуры.