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

в круге, представляющем поле интерференционной фигуры, показана форма сечений индикатрисы, перпендикулярных трем направлениям распространения волн света. Аналогичными свойствами обладают и остальные части поля фигуры. Поскольку индикатриса симметрична относительно оси с, любые сходящиеся направления лучей, наклонен-

Ф и г- 8-2. Схема прохождения света и возникновения интерференционной фи­ гуры на примере четырех волн.

Внизу - вертикальный разрез; вверху - план поля зрения с интерференцион­ ной фигурой; D —направление пропускаемых колебаний.

ные под одинаковым углом к оптической оси, должны быть перпенди­ кулярны аналогичным сечениям индикатрисы. Следовательно, соответ­ ствующие сечения индикатрисы можно располагать и по остальным радиусам в поле зрения микроскопа, как это сделано на фиг. 8 - 3 . Соотношения направлений колебания в поле фигуры интерференции и в поляризаторах определяют положение изогир. Свет, колеблющийся

тех участках поля интерференционной фигуры, на которых располага­ ются сечения индикатрисы с направлениями колебаний север - юг и восток - запад, возникнут темные изогиры.

Цветные кривые. Все участки поля зрения, на которых направле­ ния колебаний не совпадают с направлениями север - юг и восток - запад, будут окрашены цветами интерференции. У центра фигуры воз­

ления наклона световых лучей (правильнее нормалей). Из этих двух факторов наиболее важная роль принадлежит двупреломлению. На фиг. 8 - 4 количественно иллюстрируется характер роста двупреломления по мере увеличения наклона световых нормалей. На схеме 8 - 4 , а приведено сечение индикатрисы одноосного положительного кристалла. В этом сечении проходят две световые нормали 1 и 2 .

У обеих волн света имеется один общий вектор колебания, соответ­ ствующий лучу о по направлению и No по величине и ориентиро­ ванный перпендикулярно плоскости чертежа. Другой вектор колебания располагается в плоскости рисунка. Величина его зависит от накло-

Л - INe'i - No I t

a

Ф и г. 8-4. Сечения оптической индикатрисы одноосного кристалла.

а —сечение по оси вращения, в котором видно, что две косо ориентированные волновые нормали (W N , и IV N 2) имеют неодинаковую разность хода. Волны имеют общий вектор колебания (перпендикулярный плоскости рисунка), по ве­ личине соответствующий No. Другой вектор колебания, располагающийся в

для каждой волновой нормали в перпендикулярных им сечениях индикатрисы. Видно, что разность хода больше у более косо ориентированной волновой нор­

мали WN2 .

рост двупреломления в связи с увеличением наклона световых нор­ малей. Напомним, что рассматриваемые векторы в индикатрисе по величине соответствуют показателям преломления. Таким образом,

Эта разность имеет незначительную величину для световой нормали 1, ориентированной почти перпендикулярно круговому сечению инди­ катрисы и субпараллельно оптической оси. Наоборот, та же разность весьма значительна для световой нормали 2 , ориентированной еше более косо. Поскольку для световых нормалей, ориентированных суб­ параллельно оптической оси, двупреломление становится исчезающе малым, то относительное возрастание разности хода и соответствен­ но двупреломления для косых световых нормалей может достигать многопорядковой величины. Возрастание разности хода за счет увели­ чения пути прохождения света в зерне по мере усиления наклона лу­ чей не может быть больше чем в 5 раз.

окраска, концентрически располагающаяся относительно центра фигу­ ры и прерываемая изогирами на участках погасания. У зерен одина­ ковой толщины число цветных кривых или вид интерференционных ок­ расок определяется природой изучаемых зерен. При большем двупреломлении минерала на интерференционных фигурах соответственно по­ являются и более высокие окраски.

Направления колебаний света в интерференционной фигуре и в зерне.

не. По всем радиусам в фигуре, центрированной перпендикулярно оп­ тической оси, располагаются направления колебания необыкновенного луча, а перпендикулярно к ним ориентированы направления колебаний обыкновенного луча, соответствующие, как это показано на фиг. 8 - 3 , показателю преломления, Wo. Точно в центре фигуры любые направле ния имеют характер радиальных, в том числе и нормальные к ради­ альным в других местах поля. В этой точке, следовательно, все на­ правления имеют природу обыкновенного луча и соответствуют пока­ зателю преломления No. Направления колебаний, существующие в цен­ тре поля, связаны со светом, распространяющимся перпендикулярно разрезу, т .е . точно так же, как и при ортоскопических наблюдениях. Таким образом, направления колебаний в центре любой интерферен­ ционной фигуры такие же, как и проявляющиеся во всех частях зер­ на, рассматриваемого ортоскопически. Соответственно у зерен, даю­ щих центрированные интерференционные фигуры, показатель преломле­ ния Wo существует при всех положениях вращения столика.

Фигуры сечения, наклоненного к оптической оси. В разрезах одно­ осных кристаллов, ориентированных косо к оптической оси, соответ­

ственно наблюдается интерференционная фигура с нецентрированной оптической осью. Поскольку нормаль к такому разрезу не совпадает с осью врашения индикатрисы, интерференционная фигура перемеша­

ется при повороте столика. Центр креста фигуры не совпадает с цент­ ром поля зрения. В разрезах, почти перпендикулярных оси с, центр черного креста описывает при вращении небольшие круги, перемеща - ясь в том же направлении, в котором поворачивают столик. Цвет­ ные кривые фигуры утрачивают форму правильных окружностей. Чем сильнее оптическая ось отклоняется от перпендикуляра к разрезу, тем окружность большего радиуса описывается центром фигуры при вращении. При достаточно большом отклонении центр темного креста вообще не появляется в поле зрения и в нем при вращении лишь по­ очередно перемешаются параллельно линиям креста нитей две балки фигуры. При положениях погасания в ортоскопическом свете изогиры совпадают с линиями креста нитей (фиг. 8 - 5 ) . Положение точки вы -

Ф и г- 8-5. Нецентрированная фигура разреза, ориентированного косо к опти­

ческой оси, в нескольких позициях при повороте столика.

Столик и центр креста вращаются совместно по часовой стрелке.

хода оптической оси, фокусируемое центром темного креста, можно мысленно представить себе вне поля зрения, наблюдая последователь­ ность смены позиций балок фигуры интерференции при вращении сто­ лика. Если присутствуют цветные кривые, то, наблюдая за ними, так­ же можно определить положение центра темного креста. Вогнутой стороной они всегда обращены в направлении этого центра.

Если фигура оптической оси расцентрирована еще сильнее, чем это показано на фиг. 8 - 5 , то изогиры при вращении столика стано­ вятся вполне параллельны линиям креста нитей, лишьсовпадая с ними.

Обломки, дающие фигуру косого (к оптической оси) разреза, при ортоскопических наблюдениях по цветам интерференции занимают сред­ нее положение между наиболее яркими и наиболее темными (конечно, при условии примерно одинаковой их толщины).

располагаются радиально, а перпендикулярно к ним помещаются на­ правления колебаний обыкновенного луча, которому соответствует показатель преломления No. В тех случаях, когда при повороте сто­ лика изогиры совпадают с линиями креста нитей, по одной из них располагается направление колебаний необыкновенного луча, а по другой - обыкновенного. Соответственно в зерне, рассматриваемом при ортоскопическом ходе лучей света, в этих двух положениях по­ гасания показатели преломления зерна соответствуют Ne и No.Ти­ пичные фигуры интерференции разрезов, расположенных косо по от­ ношению к оптической оси, можно наблюдать у спайных обломков кальцита и NaN03.

Фигура "СХОДЯЩИЙСЯ к р ест ". • Интерференционную фигуру с двумя плоскостями симметрии дают все разрезы, параллельные оптической

лельно максимуму эллиптичности индикатрисы, в связи с чем их при ортоскопических наблюдениях можно отличить от других обломков равной толщины по более высоким цветам интерференции.

При положениях погасания таких зерен и ортоскопическом ходе лучей в коноскопе изогиры образуют размытый серый или черный крест. При вращении столика этот крест распадается на две ветви гиперболической формы, которые уходят4из поля зрения в противоле­ жащие квадранты после поворота всего лишь на несколько градусов. При дальнейшем вращении они вновь появляются в поле зрения и об­ разуют через 90 опять широкий крест (фиг. 8 - 6 ) . В интервале по­ ворота на следующие 90 изогиры снова исчезают и появляются, но уже в двух других квадрантах. Как сами изогиры, так и направления, в которых они исчезают из поля зрения, труднее различаются в фи­

ры располагаются направления колебаний обыкновенного и необыкно­ венного лучей, соответствующих показателям преломления No и Ne. Аналогично расположены в этой точке соответствующие направления колебания и при ортоскопических наблюдениях. Эта фигура интерфе­ ренции одноосного кристалла замечательна появлением в ее центре направления колебания, соответствующего главному показателю пре­ ломления Ne. Отсюда следует, что только у зерен с такой фигурой можно определить показатель преломления Ne. При слиянии изогир

в размытый крест направления обыкновенного и необыкновенного лу­

нии направление колебаний необыкновенного луча располагается под 4 5 ° к линиям креста нитей в тех квадрантах, в которых изогиры удалились из поля зрения. Это же направление совпадает с осью с зерна. Только что изложенное важное общее положение лучше всего проверяется на спайных призматических обломках канкринита, вытя­ нутых параллельно оси с .

Ф и р . 8-6. Ортоскопические и коноскопические изображения зерна, дающего размытый сходящийся крест в коноскопе.

Ось с зерна располагается параллельно поверхности столика микроскопа. Стрелками указаны направления, в которых изогиры уходят из поля зрения.

Цветные кривые. Цветные кривые в фигуре со сходящимся крес­ том в одноосных кристаллах не имеют большого диагностического значения. Они имеют форму гипербол, располагаются симметрично По отношению к центру фигуры, как-это показано на фиг. 8 - 7 , и вра­ щаются относительно центра при повороте столика. Сливаясь в ши­ рокий крест, изогиры затрудняют их наблюдение. При повороте из этого положения на 4 5 ° в некоторых благоприятных случаях, напри­ мер на спайных обломках канкринита, можно наблюдать, что окраска кривых ниже в тех квадрантах, в которых изогиры удалились из по­

ля зрения, т .е . в направлении колебаний необыкновенного луча. Иног­ да такого рода наблюдения помогают определить квадранты, в кото­ рых изогиры удалились из поля зрения. Однако в фигурах минералов с большим двупреломлением все окраски имеют настолько высокий порядок, что различать их довольно трудно.

Заключение . 1в табл. 8 -2 кратко суммируются сведения о трех типах интерференционных фигур одноосных кристаллов. Все эти фигу­ ры позволяют определить направление колебаний обыкновенного луча

Идентификация направлений колебания поляризованного света вна­ чале на фигуре интерференции, а затем при переключении системы на ортоскопическое изображение в большинстве случаев представля-

Ф и г. 8-7. Интерференционная фигура "размытый сходящийся крест , повер­ нутая на 45° из положения погасания.

Видны цветные кривые, затеняемые темным крестом в положении погасания. Кривые имеют более высокие окраски в квадрантах ЮВ и СЗ по сравнению с квадрантами С$ и ЮЗ. Изогиры ухобят из поля зрения в направлениях Со и too. Это означает, что оптическая осъ также ориентирована в направлении СВ —IUJ

Кальцит, натровый свет.

ет основу определения многих оптических констант одноосных ве­ ществ. Так, можно оценить абсорбцию и плеохроизм, связанные с каж­ дым из главных направлений колебания. Определением относительной величины. No и Ne устанавливается оптический знак минерала. Де­ тали, касающиеся измерения этих и других свойств одноосных ве~ цеств, рассматриваются в следующей главе.

Глава 9

ДИАГНОСТИКА ОДНООСНЫХ КРИСТАЛЛОВ

СВОЙСТВА, и с п о л ь з у е м ы е п р и д и а г н о с т и к е

Рассматриваемые в этой главе особенности одноосных кристал­ лов относятся к двум группам - оптические и кристаллографические, Главную роль среди оптических свойств, используемых при работе с иммерсионными препаратами, помимо показателей преломления, иг­

рают связанные с ними оптический знак и цвета интерференции. В шли­ фах наибольшее диагностическое значение приобретают рельеф, двупреломление и оптический знак. Из кристаллографических свойств наиболее полезны спайность и двойникование, связанные с габитусом кристаллов.

ОПТИЧЕСКАЯ ОСЬ

У одноосных кристаллов имеется только одна оптическая ось — единственное направление, в котором свет проходит с одинаковой ско­ ростью. Одноосные кристаллы относятся к тетрагональной и гексаго­ нальной сингониям. В оптическом справочнике искусственных соеди­ нений А . Винчелла и Г. Винчелла /130/ около 25% веществ отно­ сятся к одноосным. Ларсен и Берман /74/ указывают, что из 1 7 0 0 прозрачных минералов в их таблицах к числу одноосных относится 2 0,6% . Одноосными являются некоторые важнейшие породообразую­

щие минералы - кварц, ромбоэдрические карбонаты, некоторые фельцшпатоиды, а также многие акцессорные минералы горных пород, в частности циркон, апатит, рутил, корунд и турмалин. К одноосным минералам относятся некоторые представители группы хлоритов и некоторые биотиты.

Одноосный характер зерна однозначно определяется интерферен­ ционными фигурами. Однако единственная фигура, которую нельзя спутать с коноскопическими картинами двуосных кристаллов, - это крест изогир с не смещающимся из поля зрения центром при полном повороте столика. Эта фигура получается в разрезах, центрирован­ ных или почти центрированных перпендикулярно оптической оси. Зер­ на, в которых можно найти нужный для получения фигуры перпенди­ кулярный оптической оси срез, удается различать при ортоскопических наблюдениях в скрещенных николях. При вращении столика они остаются все время темными или равномерно слабо просветленными, или, наконец, обладают очень низкими цветами интерференции по срав­ нению с другими зернами того же вещества одинаковой толщины.