Понятие о кристаллооптическом методе изучения минералов и горных пород

Этот метод основан на использовании поляризованного света, применяемого в поляризационных микроскопах.

Первой стадией является изготовление прозрачных или полированных шлифов минералов или горных пород. Прозрачный шлиф (нем. schleifen - точить, шлифовать) в геологии - пластинка минерала или горной породы толщиной 0,02-0,03 мм. Исследования прозрачных шлифов проводятся в проходящем через него поляризованном свете.

Полированный шлиф (для обозначения этого понятия применяется специальный термин - «аншлиф») - обработанная до определенного высокого класса чистоты поверхность минерала или горной породы. Исследования аншлифов проводятся в отраженном от него поляризованном свете.

Как охарактеризовано ранее, кристаллы в зависимости от категории их симметрии обладают различными оптическими свойствами. Оптические свойства всех минералов установлены и сведены в специальные справочники. Поэтому для диагностики минерала определяют его оптические свойства и сравнивают их со справочными. По установленной в прозрачном или полированном шлифе ассоциации минералов диагностируют горную породу.

Исследования в проходящем и отраженном свете имеют свою различающуюся специфику. Поэтому диагностические оптические константы в справочниках разделяются в зависимости от способа исследования. Имеется ряд минералов, поглощающих свет до такой степени, что в шлифах эти минералы не прозрачны. Такие минералы (часто их называют рудными) исследуются в отраженном свете - в аншлифах.

Для исследований прозрачных шлифов и аншлифов применяются поляризационные микроскопы. Основной деталью их оптической системы

Рис. 1.66. Схема прохождения света через призму Николя [37]

является оптическая призма Николя (рис. 1.66), изобретенная английским физиком (William Nicol, 1768-1851). Практически всегда такую призму называют просто «николь». Изготавливается она следующим образом - призматический ромбоэдр исландского шпата распиливают через центр по диагонали и образовавшиеся части ромбоэдра вновь склеивают особой разновидностью клея - канадским бальзамом. Показатель преломления канадского бальзама п_к = 1,54. Показатель преломления обыкновенного луча в исландском шпате п₀ = 1,658; необыкновенного - n_Q = 1,54. Поэтому, дойдя до поверхности склеивания канадским бальзамом, обыкновенный луч претерпевает полное внутреннее отражение, а необыкновенный луч свободно проходит через поверхность. Таким образом, после прохождения сквозь призму Николя через исследуемый шлиф или аншлиф будет проходить только поляризованный необыкновенный луч. В поляризационном микроскопе имеются две призмы Николя, расположенные под углом 90° друг к другу. Введя в оптическую систему микроскопа второй николь (такое положение называется «скрещенные николи»), получим два поляризованных необыкновенных луча, которые когерентны, так как исходят от одного источника света. Поэтому в скрещенных николях наблюдаются различные интерференционные картины исследуемого минерала.

Когерентность (лат. cohaerentio - связь, сцепление) - согласованное протекание в пространстве и времени нескольких колебательных или волновых процессов, при котором разность их фаз остается постоянной.

Интерференция света - сложение световых волн, при котором обычно наблюдается характерное пространственное распределение интенсивности света (интерференционная картина) в виде чередующихся светлых и тёмных полос.

Рис. 1.67. Плеохроизм - кристаллы одного и того же минерала в поле зрения наблюдателя окрашены в различные цвета в зависимости от направления проходящего через них поляризованного света в данный момент времени

Как уже отмечалось, показатель преломления необыкновенного луча - величина векторная, что и позволяет оценить оптические свойства исследуемого кристалла в зависимости от направления. Совокупность этих свойств велика, их характеристика не является задачей настоящего пособия. Для примера приведем лишь некоторые из них. Заинтересованным студентам для более подробного ознакомления с данным вопросом рекомендуем обратиться к работам выдающегося отечественного исследователя, геолога и петрографа, профессора Владимира Никитовича Лодочникова (1887-1943).

Плеохроизм (греч. pleon - более многочисленный, больший и chroa - цвет) - изменение окраски веществ в проходящем через них поляризованном свете в зависимости от направления распространения света (рис. 1.67).

Изменение направления луча света достигается вращением предметного столика микроскопа.

В геологии интерференционные картины в скрещенных николях называют коноскопические фигуры, частный пример - фигуры Лиссажу (французский математик Жюль Антуан Лиссажу, 1822-1880) (рис. 1.68).

Рис. 1.68. Пример фигуры Лиссажу

Рис. 1.69. Примеры определения формы минералов при наблюдении под микроскопом

Диагностика сингонии минерала. В скрещенных николях для кристаллов высшей категории симметрии в окуляре микроскопа будет наблюдаться полная темнота. Среда изотропна, два когерентных необыкновенных луча колеблются в противофазе с одинаковой частотой и амплитудой (один и тот же источник света, николи расположены под углом 90°). Лучи полностью «гасят» друг друга. Так легко и быстро диагностируется кубическая сингония исследуемых минералов.

Диагностика формы и спайности минералов - соответственно рис. 1.69 и 1.70.

Рис. 1.70. Различные виды спайности при наблюдении под микроскопом: а - весьма совершенная; б - совершенная; в - несовершенная; г - весьма несовершенная

При формировании главы использованы источники [3; 4; 5; 8; 9; 15; 22; 26; 30; 37; 45; 50; 51; 52; 55; 56; 60; 63; 66; 67; 70; 71;76; 78; 79; 80; 82; 83; 84; 85].