Исследования минералов при помощи поляризационного микроскопа

Создавая различные условия хода лучей в оптической системе поляризационного микроскопа, можно наблюдать различные свой­ства минералов. Ниже рассмотрены методы и приемы исследова­ния минералов в параллельном свете с одним поляризатором и при скрещенных николях, а также в сходящемся свете методом коноскопии.

ИССЛЕДОВАНИЯ МИНЕРАЛОВ В ПАРАЛЛЕЛЬНОМ СВЕТЕ С ОДНИМ ПОЛЯРИЗАТОРОМ

С одним поляризатором изучают форму минеральных зерен, спайность, цвет и свойства, обусловленные величиной показателя преломления.

Форма

Существенное значение для диагностики минералов и нередко для выяснения условий их образования имеет изучение формы минеральных выделений. При исследовании минералов в шлифе эта задача осложняется тем, что здесь наблюдаются только слу­чайные плоские сечения, на основании которых приходится су­дить о форме минеральных зерен.

Все разнообразие форм минералов можно объединить в четыре главных морфологических типа:

1. Минералы изометричные — гранат, оливин, лейцит, флю­орит.

2. Удлиненные в одном направлении: а) призматические пиро-ксены, амфиболы, апатит, турмалин, волластонит, дистен; б) иголь­чатые— актинолит, силлиманит, эгирин.

3. Удлиненные одновременно в двух направлениях при нали­чии третьего короткого: а) таблитчатые — полевые шпаты, б) ли­стоватые или чешуйчатые — слюды, хлориты, серпентин, тальк.

4. Минералы неправильной формы: кварц, кальцит.

На рис. 16 изображены наиболее типичные плоские сечения минералов, наблюдаемые в шлифах.

Изучают форму бесцветных минералов с одним поляризатором и при скрещенных николях, последнее особенно важно для слу­чая, когда показатель преломления исследуемого минерала бли­зок к показателю преломления бальзама.

Спайность

Спайностью называется способность минерала раскалываться по определенным кристаллографическим плоскостям, соответст вующим плоским сеткам пространственной решетки.

В шлифе спайность наблюдается в виде серии трещин, пере­секающих минерал. Чем больше разница между показателями преломления минерала и бальзама, тем трещины спайности выде­ляются резче. Спайность проявляется по-разному, в зависимости от направления среза минерала плоскостью шлифа.^ Если срез минерала прошел перпендикулярно плоскостям спайности, тре­щины в шлифе имеют вид тонких четких линий. С увеличением наклона среза относительно плоскостей спайности трещины стано­вятся все более широкими,

Извч&прачны»

Призматические

ueo*»<to/T>bie

Таблитчатые о •/eujyuvombte

/tenpaSa/гь /ret/ фаргга*

минералов

Рис. 16. Типичные формы в шлифах- / — гранат, 2 — оливин. 3 — роговая обмаика, 4 — силпиманит. 5 — плагиоклаз: 6-7 —кварц, «—кальцит

- биотит,

расплывающимися, пока со­
вершенно не исчезнут. Так,
слюды в разрезах, перпен­
дикулярных плоскостям
спайности, имеют тонкие
четкие трещины; в разре­
зах, проходящих близкопа-
раллельно или параллельно
плоскостям спайности, тре­
щины не обнаруживаются.
В зависимости от прямо­
линейности трещин, взаим­
ной параллельности и про­
тяженности различают спай­
ность весьма совершенную,
совершенную п несовершен­
ную. Спайность весьма со­
вершенная отличается нали­
чием четких, тонких парал­
лельных трещин, проходя­
щих через все зерно мине­
рала (слюды, карбонаты).
Спайность совершенная ха­
рактеризуется развитием
прерывистых параллельных
трещин (полевые шпаты, амфиболы, пироксены). Спайность несо­
вершенная проявляется в виде очень коротких трещин (оливин,
нефелин) (рис. 17). Имеются минералы, которые не обладают
спайностью (кварц, гранаты). Для этих минералов характерна
неправильная трещиноватость. Трешины спайности могут разви­
ваться в одном направлении (слюды), в двух направлениях (ам­
фиболы, пироксены) и в трех направлениях (карбонаты, флюо­
рит). Степень совершенства спайности и величины углов между
трещинами спайности — важные диагностические признаки мине­
ралов. Так, острый угол между трещинами призматической спай­
ности в разрезах по (001), перпендикулярных оси с для всех ми­
нералов группы пироксенов, равен 87° (см. рис. 30, а), для амфи­
болов 56° (см. рис. 30,6), поэтому определение углов между тре­
щинами спайности может помочь при диагностике минералов.

Порядок работы при определении углов между трещинами спайности:

1. Находят зерно, разрезанное плоскостью шлифа перпенди­кулярно обеим плоскостям спайности (обе системы имеют вид тонких четких трещин).

2. Передвигая шлиф по поверхности столика микроскопа, ста­вят вершину угла двух пересекающихся трещин на центр креста нитей и вращением сто­лика микроскопа совме­щают одну из трещин с любой из нитей окуляр­ного креста.

3. Берут отсчет по лимбу столика. Затем поворотом столика сов- _Рис,_{7 х ер тре1}ц_Ин спайности:

Мешают Вторую ТреЩИНу _а__{весьма совер}шенная. б-совершенная,

С ТОЙ Же НИТЬЮ Креста И вершенная, г — неправильная трещииоватость

снова берут отсчет. Раз­ность отсчетов дает искомый угол. Принято определять величину острого угла между трещинами спайности.

Цвет

Как известно, цвет любого вещества зависит от его способно­сти избирательно поглощать (абсорбировать) и отражать волны определенной длины из состава сложного белого цвета.

Цвета минералов в образцах и шлифах обычно не совпадают. Цвет минерала в образце обусловлен суммарным эффектом лучей, как отраженных от его поверхности, так и проникших внутрь ми­нерала на некоторую, весьма незначительную глубину, где часть лучей избирательно поглощается, а часть отражается. Цвет ми­нерала в шлифе зависит исключительно от избирательного по­глощения лучей, проходящих сквозь тонкую пластинку минерала. При этих условиях часть лучей поглощается и минерал стано­вится окрашенным в цвета дополнительные до белого. Например, если минерал окрашен в зеленый цвет, следовательно, он погло­щает волны красного цвета, так как суммарный эффект от сло­жения волн зеленого и красного цвета дает белый цвет. В шлифе минералы чаще всего окрашены в зеленые, бурые, коричневые тона. Черные минералы (как правило, рудные) поглощают все видимые лучи спектра. Минералы бесцветные пропускают все лучи или поглощают их в столь незначительном количестве, что глаз не улавливает изменения окраски.

В изотропных минералах или в разрезах, перпендикулярных к оптической оси анизотропных минералов, цвет и его интенсив­ность постоянны в любом направлении и зависят исключительно от абсорбционной способности минерала и толщины пла­стинки.

2 Зак. 884

В анизотропных сечениях минералов цвет и его интенсивность изменяются в зависимости от направления колебания световой волны, проходящей через кристалл. Это явление называется плеохроизмом. Плеохроизм отчетливо наблюдается при вращении столика микроскопа, когда последовательно совмещаются с пло­скостью колебаний поляризатора два взаимно перпендикулярных направления в минерале, отвечающие направлениям наибольшего и наименьшего поглощения света. Плеохроизм резко выражен в таких минералах, как биотит, роговая обманка, эгирин, турмалин и др Явление плеохроизма в биотите, как уже говорилось, исполь­зуется для определения положения плоскости колебаний поляри­затора

Свойства, обусловленные величиной показателя преломления

В шлифе оценка показателя преломления минерала произво­дится путем сравнения с окружающей его средой — канадским бальзамом, показатель преломления которого равен 1,537±0,004 Различная степень преломления и отражения лучей на границе двух сред с различными показателями преломления вызывает оптические эффекты, позволяющие производить указанную оцен­ку. К этим эффектам относятся рельеф, шагреневая поверхность, световая полоска Бекке.

Рельеф и шагреневая поверхность. Рельеф — кажущаяся выпук­лость минерала, обусловленная наличием вокруг наблюдаемого зерна темной каймы. Шагреневая поверхность — кажущаяся мел­кая бугристость на поверхности минерала, напоминающая поверх­ность ватманской бумаги Чем больше разница между показате­лями преломления минерала и бальзама, тем рельефнее выглядят его зерна и тем резче выражена шагреневая поверхность. Для минералов с показателями преломления больше показателя пре­ломления бальзама рельеф принято считать положительным, меньше показателя преломления бальзама — отрицательным. При равенстве показателей преломления минерала и бальзама рельеф и шагреневая поверхность полностью исчезают, и если минерал бесцветный, то он становится невидимым.

Если в анизотропном сечении минерала одно направление, со­ответствующее большей оси эллиптического сечения индикатри­сы, имеет высокий показатель преломления, а другое перпенди кулярное ему, низкий, приближающийся к показателю преломле­ния бальзама, то при последовательном совмещении этих направ­лений с направлением колебания волн, выходящих из поляриза­тора, наблюдается отчетливая разница в эффектах рельефа и шагреневой поверхности. Такое явление называется псевдоаб­сорбцией. Степень проявления псевдоабсорбции для одного и того же минерала зависит от сечения минерала, следовательно, от сече­ния индикатрисы плоскостью шлифа. В разрезе минерала, парал- 34

лельном главному сечению индикатрисы n_gn_p, характеризующе­муся большим и меньшим показателями преломления, псевдоаб­сорбция выражена наиболее резко, если один из показателей преломления близок к показателю преломления канадского баль­зама, а другой резко отличен от него; в разрезе, параллельном круговому сечению, или, что то же, перпендикулярном оптической оси, явление псевдоабсорбции отсутствует; во всех косых сечениях индикатрисы оно имеет промежуточный характер. Резко выра­женным эффектом псевдоабсорбции отличаются карбонаты, ан­гидрит, мусковит.

Рис 18 Схема появления н «перемещения» све­товой полоски на границе раздела двух сред с различными показателями преломления (N>n).

Для получения наиболее отчетливых эффектов рельефа и шаг­реневой поверхности наблюдения ведут при несколько прикрытой диафрагме, уничтожающей боковые расходящиеся лучи. Необхо­димая степень уменьшения диаметра отверстия диафрагмы легко определяется практически.

Световая полоска Бекке. Наблюдения за характером рельефа и шагреневой поверхности позволяют установить наличие разницы в показателях преломления минерала и окружающей среды, но не дают четкого ответа на вопрос об относительной величине показателей преломления сравниваемых сред.

Для определения относительной величины показателя прелом­ления минерала используют явление полного внутреннего отраже­ния, в результате которого на границе двух сред, абсолютные ве­личины показателей преломления которых отличаются хотя бы на 0,001, возникает световая полоска, называемая полоской Бек-

2* 35

ке *. На рис. 18 показан ход лучей, объясняющий появление свето­вой полоски.

При точной фокусировке микроскопа на плоскость LL, пере­секающую пучок света в точке его схождения (для ясности ри­сунка показан резко утрированный наклон лучей), явление свето­вой полоски не наблюдается. Если микроскоп отфокусировать на плоскость РР, то на стороне среды с большим показателем пре­ломления (N) будет наблюдаться еле уловимая световая полоска (избыточный пучок лучей), обусловленная концентрацией лучей, преломленных и получивших полное внутреннее отражение. Под­нимая тубус микроскопа еще выше, так, чтобы фокальная плос­кость заняла положение RR, будем наблюдать еще более расхо­дящуюся часть избыточного пучка лучей, и световая полоска соответственно расширится (хотя станет менее резкой). При опу­скании тубуса и перемещении фокальной плоскости в положе­ние QQ, концентрация лучей будет наблюдаться на стороне среды с меньшим показателем преломления я, так как избыточный пу­чок лучей будет пересекать эту плоскость на стороне низкопре-ломляющей среды. Это явление создает впечатление перемещения световой полоски, что позволило установить следующее правило: при поднятии тубуса полоска перемещается на среду с большим показателем преломления; при опускании тубуса световая полос­ка перемещается на среду с меньшим показателем преломления.

Световая полоска особенно отчетливо наблюдается на стыке бесцветного минерала и канадского бальзама, если показатели преломления их не слишком резко отличаются. Если показатель преломления минерала существенно отличается от показателя преломления бальзама, то происходит сильное рассеивание света и зерно минерала становится окруженным темной каймой, создаю­щей впечатление рельефа. В этом случае темная кайма в свою очередь окружена слабо заметной узкой светло-серой полоской, которая идентична световой полоске, и так же, как описанная выше световая полоска, служит для определения относительного показателя преломления сравниваемых сред.

Отчетливое наблюдение световой полоски возможно только при соблюдении следующих условий: стык сравниваемых двух сред должен быть непосредственным, минерал не содержит вклю­чений и продуктов вторичных изменений, применяемый объектив обычно не менее 20 ^х, освещенность поля зрения ровная, яркая, без бликов, диафрагма несколько прикрыта.

В. Н. Лодочников предложил разделить все породообразую­щие минералы по оптическим эффектам, связанным с величиной показателя преломления относительно канадского бальзама, на семь групп (табл. 1). Такое разделение минералов очень удобно, хотя и условно, так как помогает систематизировать наблюдения и, следовательно, облегчает диагностику минералов.

* По имени австрийского петрографа Бекке, установившего сущность этого явления.

.36