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

ОКРАСКА, АБСОРБЦИЯ И ПЛЕОХРОИЗМ

У большинства окрашенных одноосных минералов проявляется разная абсорбция проходящего сквозь них света, обусловленная на­ правлениями колебаний, соответствующими Ne и No. Если в раз­ ных направлениях прохождения и колебания света он будет неравно­ мерно абсорбироваться, то и интенсивность света в этих направле­ ниях будет изменяться. Различие интенсивности света в двух глав­

руется свет различных длин волн, то при наблюдениях порознь за эти­ ми направлениями колебаний мы обнаружим различную окраску зерен. Такое различие окраски и ее интенсивности в разных направлениях

нято выражать в виде формул, связывающих окраску с направления­ ми колебаний, соответствующими двум главным показателям прелом­ ления. Для дравита, например, формула плеохроизма: No - бурый, Ne - светло-бурый.

Характер абсорбции и плеохроизма определяется интенсивностью окраски, которая в свою очередь зависит от толщины среза. Эти дан­ ные для минералов обычно приводятся применительно к толщине стан­ дартных петрографических шлифов (0 ,0 3 м м ), если только не указы­ вается специально иная толщина препаратов. При работе с обычным петрографическим микроскопом ни абсорбцию, ни плеохроизм не уда­ ется оценивать количественно. Методы количественной оценки этих свойств описаны Бернсом /9 3 j 9 Ь/ и Мэндарино /77/.

Методика определения. Для определения плеохроизма и абсорб­ ции необходимо установить направления колебаний света, соответству­

ются в плоскостях срезов, в которых наблюдается сходящийся крест

140 Глава 9

в коноскопе. Направление Ne определяется по квадрантам, в кото­ рые из поля зрения уходят изогиры1, Затем выявленные направления /Ѵе и No последовательно совмещаются с направлениями колеба­ ния света в поляризаторе. Зерно наблюдают при одном нижнем николе и фиксируют проявляющуюся при этом окраску. Исходя из этих наблюдений, записывают формулы плеохроизма и абсорбции. Для оп­ ределения интенсивности и окраски света, связанных с направлени­ ем No, можно также использовать и любые другие интерференцион­ ные фигуры, допускающие выявление этого направления. Однако ок­ раска, связанная с направлением Ne, может быть установлена лишь на зернах, дающих сходящийся крест.

Ф и г. 9-1. Дихроичные зерна в нескольких положениях при одном николе.

Формула дихроизма: No - белый, Ne - черный. Формула абсорбции: абс. Ne > No.

Определение без использования фигур интерференции . Фиг. 9 -1

иллюстрирует простой метод определения плеохроизма и абсорбции одноосных кристаллов без использования интерференционных фигур. К этому способу можно прибегать в том случае, если в препарате имеется большое количество различно ориентированных зерен плеохроичного минерала. Эти зерна наблюдаются с одним поляризатором

1 Определение ориентировки по направлению ухода изогир недос­ таточно точно. Лучше пользоваться компенсаторами. - Прим. ред.

с помощью интерференционной фигуры, так и без нее, поскольку у обоих соединений отсутствует спайность, которая могла бы обусло­ вить предпочтительную ориентировку зерен в иммерсионных препаратах.

ДВУПРЕЛОМЛЕНИЕ

Двупреломление одноосных кристаллов можно определить точнее по сравнению с анизотропными веществами вообще /уравнение (1 -1 1 )/:

Различается слабое, умеренное, сильное, очень сильное и чрезвы­ чайно сильное двупреломление. В табл. 9 -1 приведены количествен­ ные границы для них по Ларсену и Берману /74/. Несколько иное подразделение принято Винчеллом /127 /. Приведенные в таблице в качестве характерных примеров минералы нередки в обычных гор­

ных породах. В общем двупреломление сильнее у одноосных веществ,

в структуру которых входят асимметричные группы атомов (карбо­ наты ), чем у минералов с атомными группами почти равносторонней конфигурации (сульфаты).

Оценка В иммерсионных препаратах. 1Двупреломление минерала оп­ ределяется в зернах, ориентированных на столике параллельно опти­ ческой оси, в которых одновременно проявляются оба направлении

No и Ne. В настоящем разделе обсуждаются преимущественно спосо­ бы определения двупреломления конкретных минеральных видов, а не зерен неизвестной ориентировки. Двупреломление сечений кристал­ лов неясной ориентировки рассматривалось ранее •

очень сильным или чрезвычайно сильным двупреломлением, а также зерен, толщина которых неизвестна и не поддается оценке. Посколь­ ку в иммерсионных препаратах толщина зерен остается неясной, ме­ тод определения двупреломления по разности показателей преломле­ ния оказывается единственно возможным. Ошибка определения полу­ чается как сумма ошибок оценки обоих показателей преломления и при небольших величинах двупреломления может составлять очень большую относительную величину.

Существует несколько способов приближенной оценки двупрелом­ ления. В соответствии с одним из них определяются максимальная интерференционная окраска и преобладание или редкость зерен с цве­ тами интерференции низких порядков независимо от толщины отдель­ ных зерен. Исходя из уравнения ( 5 - 1 ) , легко можно вычислить, что у кристаллов со слабым двупреломлением не будут появляться цвета интерференции выше второго порядка, если толщина их зерен не бу­ дет выше 0 ,1 мм (троекратной толщины стандартного шлифа). С дру­ гой стороны, у обломков минералов с очень сильным и чрезвычайно сильным двупреломлением цвета интерференции ниже третьего поряд­ ка появятся лишь в немногих разрезах, ориентированных перпендику­ лярно или почти перпендикулярно оптической оси. В справедливости только что изложенного можно убедиться, просматривая дробленые препараты (без сортировки их по размерам частиц) минералов, при­ веденных в табл. 9 -1 в качестве примеров веществ различного дву­ преломления (апатит, циркон, рутил).

Двупреломление можно также оценить по количеству цветных кри­ вых, присутствующих в интерференционных фигурах разрезов, перпен­ дикулярных оптической оси или близких к ним. Количество цветных колец, которые могут наблюдаться в этих фигурах, определяется двупреломлением, толщиной зерна и угловой апертурой объектива. У зе­ рен примерно одинаковой толщины, рассматриваемых с одним и тем же оборудованием, число цветных кривых возрастает, хотя и не ли­ нейно, по мере увеличения двупреломления. Многочисленные цветные кольца характерны для фигур, полученных от зерен сильно двупреломляюших минералов, тогда как слабо двупреломляющие кристаллы да­ ют фигуры без цветных кривых. Различия двупреломления можно на­ учиться оценивать с использованием, например, набора препаратов различных веществ (при наличии в их обломках базальных срезов или базальной спайности) со следующими значениями двупреломления:

Для получения препаратов, состоящих из обломков примерно одина­ ковой толщины, необходимо просеять дробленый материал на ситах.

Оценка в шлифах. В шлифах стандартной толщины (0 ,0 3 мм) двупреломление можно определять посредством измерения разности хода. В шлифах легко также выявляются зерна, даюшие интерферен­ ционную фигуру в форме сходящегося креста, поскольку такие зерна обладают наивысшими цветами интерференции. Двупреломление мож­ но оценить по установленной наивысшей интерференционной окраске, прибегнув к диаграмме цветов интерференции типа приведенной на фиг. 6 -3 .

Так же как в иммерсионных препаратах, в шлифах оценку двупреломления можно производить по числу цветных кривых в интер­ ференционных фигурах разрезов, перпендикулярных к оптической оси.

Дисперсия двупреломления: аномальные цвета интерференции .

Дисперсия двупреломления проявляется в случае изменения этого показателя в зависимости от длины волны проходящего света. Данные по дисперсии двупреломления немногочисленны. Для ее определения необходимы исследования в монохроматическом све­ те, в связи с чем это свойство редко используется для диагнос­ тики кристаллов.

При достаточно сильной дисперсии двупреломления возникают аномальные цвета интерференции. Эти окраски настолько специфинны, что их вполне можно использовать для диагностики минера­ лов. Аномальными называют цвета интерференции, отсутствующие в правильной серии окрасок шкалы и в серии окрасок, наблюдаю­ щихся при вдвигании кварцевого клина в скрещенных николях. Ч а­ ще всего аномальные окраски бывают синих или фиолетовых то­ нов. Возникают они в тех случаях, когда для света некоторых длин волн двупреломление оказывается равным нулю, в связи с чем по отношению к таким лучам кристалл становится по сущест­ ву изотропным. Например, кристалл изотропен по отношению к зе­ леному и желтому свету. Эти оттенки выпадают из интерференци­ онной окраски, и она представляет комбинацию красного и синего цветов. Соотношения такого рода иллюстрируются фиг. 5 - 1 0 , отоб­ ражающей интенсивность всех цветов, за исключением выпавших красного и синего. Аномальные цвета интерференции можно наблю­ дать в шлифах у некоторых хлоритов, которые фактически относят­ ся к одноосным минералам. Нередко появляются они и у двуосных минералов группы эпидота.

ОПТИЧЕСКИЙ ЗНАК

Принято считать минералы, у которых Ne больше, чем N o, по­ ложительными, и, наоборот, если Ne меньше, чем N o говорят об их отрицательном оптическом знаке. В положительных кристаллах направ-

144 Глава 9,

ление колебания луча, соответствующего большему показателю пре­

меньшим показателем преломления (фиг. 7 - 5 ) . Эти соотношения вы­ текают из определения оптического знака и факта параллельности направления Ne оптической оси и соответственно кристаллографичес­ кой оси с одноосных кристаллов.

Одноосные кристаллы чаще отрицательные, чем положительные. В таблицах Ларсена и Бермана /74/ положительные одноосные ми­

наблюдениями. Прямое определение состоит из двух стадий: 1) оп­ ределение положения направлений No и Ne обычно по интерферен­ ционной фигуре, 2) определение относительной величины показателей

остальные показатели преломления будут или меньше, или больше него. При помощи компенсационной пластинки производится изменение цветов интерференции в коноскопической фигуре или изменение цве­ тов зерна, наблюдаемого при ортоскопическом ходе лучей. Предвари­ тельно в таком зерне выявлены направления колебаний по интерферен­ ционной фигуре.

Использование сходящегося креста . Напомним, что зерна, в кото­ рых можно наблюдать в коноскопе сходящийся крест, должны по срав­ нению с другими зернами того же минерала обладать наивысшими интерференционными окрасками. В сходящемся кресте изогиры ухо­

но поворотом столика на 4 5 ° от положения погасания. В случае ес­

ной пластинки можно определить,больше оно или меньше, чем /ѴщДля этого зерно наблюдают в скрещенных николях при ортоскопическом

Такую последовательность операций при определении оптичес­ кого знака иллюстрирует фиг. 9 - 2 .

реза, перпендикулярного оптической оси, памятуя, что это направле­ ние колебания в фигуре располагается радиально по отношению к цен­

к нему косого разреза, наблюдается в скрещенных николях на зер­

совместить с линиями креста нитей (фиг. 9 - 3 ) . Затем вводится ком­ пенсационная пластинка и наблюдается изменение цвета интерферен­ ции в коноскопическом ходе лучей, поскольку при ортоскопическом ходе Ne в базальных срезах не видно, или наблюдают изменение интерференционной окраски во всем поле зрения, как это показано из фиг. 9 -3 , или определяют, в каком из его квадрантов (обычно СВ

или ЮЗ) (фиг. 9 -4 ) направление Непараллельно Ng пластинки. Исхо-

заключается в легкости ее запоминания (окраска повышается - знак

Ф и г. 9-3. Определение оптического знака по нецентрированной фигуре разре­ за, перпендикулярного оптической оси.

а —Фигура ориентирована таким образом, что в направлении СВ располагает­ ся Н е', о —то же, но введена компенсационная пластинка. Интерференционная

окраска повышается, следовательно, N e' соответствует большему показателю преломления, и кристалл оптически положителен.

положительный). Возможны и другие схемы, но они могут приводить к путанице. После некоторого опыта определение знака производится почти механически, что позволяет сосредоточивать внимание не на процедуре, а на общей проблеме диагностики минерала .

Гипсовая пластинка . Некоторые ошибки в оценках могут возник­ нуть скорее при наблюдении с компенсационными пластинками интер­ ференционных фигур, чем при наблюдениях при ортоскопическом осве­ щении. Часть интерференционной фигуры в разрезе, перпендикулярном оптической оси, непосредственно прилегающая к центру креста, всег­ да имеет серую или белую окраску первого порядка. При небольшом двупреломлении вся плошадь каждого квадранта, на которые делит поле зрения крест фигуры, будет окрашена в серый или белый цвет. Направления колебания лучей располагаются,как показано на фиг. 9 -4 а;

при этом направление Ne 'ориентировано радиально. При введении гид- 1

1 Определение знака по коноскопической фигуре разреза, перпен­ дикулярного оптической оси, много проще и точнее, чем по фигуре разреза, параллельного оптической оси, да и сам разрез, перпенди­ кулярный оптической оси, найти в шлифах легче, чем параллель­ ный. - ИРимред.

а

Ф и г . 9-4. Определение оптического знака по центрированной фигуре разреза, перпендикулярного оптической оси.

а —направления колебания; б - распределение цветов интерференции на фигу­ рах отрицательного и положительного одноосных кристаллов при введении гип­

совой пластинки; в —цветные кривые в интерференционных фигурах, получае­ мых в зернах с высоким двупреломлением- В направлении СЗ —ШВ вводится кварцевый клин, вызывающий в фигуре положительного кристалла смещение

иветных кривых в направлениях, указанных стрелками.

занятые крестом, приобретут собственную интерференционную окрас­ ку пластинки - красную. В двух квадрантах возникнет повышенная (синяя) окраска, а в двух - пониженная (желтая), поскольку се­ рый цвет интерференции поля будет или добавляться к цвету плас­ тинки, или вычитаться из него. Которая из пар квадрантов окрасит­ ся в голубой, а которая - в желтый цвет, зависит от оптического знака кристалла, фиг. 9 - 4 .

Кварцевый КЛИН. 'При двупреломлении, обусловливающем появле­ ние в фигуре интерференции одной или двух цветных кривых, еще можно использовать пластинку одного порядка, наблюдая или окрашен­ ные в серый цвет участки, непосредственно прилегающие к центру креста, или цветные кривые. Однако при появлении многочисленных цветных кривых лучше воспользоваться кварцевым клином. В этом случае возможны ошибки, которых, правда, легко избежать, последо­ вательно используя стандартную процедуру. В процессе вдвигания кварцевого клина тонким концом вперед цветные кривые или сжимают­ ся в направлении к центру креста, или расширяются в стороны от не­ го в зависимости от того, что происходит - повышение или пониже­ ние цветов интерференции (фиг. 9 - 4 , в ). Сжимание цветных кривых свидетельствует о повышении интерференционной окраски, поскольку в этом случае цвета высоких порядков, развитые у краев поля зре­ ния, вытесняются цветами меньшего порядка в участках, прилегаю­ щих к кресту. При расширении цветных кривых имеют место обрат­ ные соотношения. Приводимое ниже для этих наблюдений правило со­ храняет силу и для фигур интерференции оптических осей двуосных кристаллов.

Таким образом, при введении кварцевого клина цветные кривые фигур интерференции перемещаются по отношению к точке выхода оп­ тической оси, при этом:

если они сжимаются, цвета интерференции повышаются; если они расширяются, цвета интерференции понижаются.

Если сосредоточить внимание на северо-восточном или юго-запад­ ном квадранте, т .е . на каком-либо из квадрантов, в котором направ­ ления Nе' минерала и Ng кварцевого клина параллельны, то сжимание цветных колец означает положительный знак (+), а расширение - от­ рицательный оптический знак кристалла ( - ) . Между направлениями движения цветных каемок в тонких концах обломков кристаллов и цветных кривых в фигурах интерференции нет никакой аналогии, и пра­ вила для этих двух случаев не следует связывать друг с другом.

Лицам, страдающим дальтонизмом, целесообразно во всех случаях прибегать к кварцевому клину, поскольку направление движения опре­ деляется без оценки характера окрасок.

Примеры определения оптическою знака . В качестве примера оп­ ределения оптичеекого знака с фигурой разрезов, перпендикулярных