Войти
A петрографический микроскоп, который представляет собой оптический микроскоп снабжены перекрестными поляризационными линзами, коноскопическими линзами и компенсаторами (пластинами из анизотропных материалов; обычно гипсовые пластины и кварцевые клинья) для кристаллографического анализа. Оптическая минералогия - это исследование минералов и горных пород путем измерения их оптических свойств. Чаще всего образцы горных пород и минералов получают в виде шлифов или гранул для исследования в лаборатории с помощью петрографического микроскопа. Оптическая минералогия используется для определения минералогического состава геологических материалов, чтобы помочь выявить их происхождение и эволюцию.
Некоторые из используемых свойств и методов включают:
Уильям Никол, имя которого связано с созданием призмы Николя, вероятно, был первым, кто приготовил тонкие срезы минеральных веществ, и его методы были применены (1831 г.) для изучения окаменения растений. Этот метод, имеющий большое значение в петрологии, не сразу стал использоваться для систематического исследования горных пород, и только в 1858 году Генри Клифтон Сорби указал на его ценность. Между тем, сэр Дэвид Брюстер и другие физики и минералоги продвинули оптическое исследование разрезов кристаллов, и оставалось только применить их методы к минералам, видимым в разрезах горных пород.
Отсканированное изображение тонкого среза в поперечно поляризованном свете. Срез горной породы должен иметь толщину примерно одну тысячную дюйма (30 микрометров ), и его относительно легко сделать. Можно взять тонкий осколок камня, около 1 сантиметра; он должен быть как можно более свежим и без явных трещин. При шлифовании его на листе из строганной стали или чугуна с небольшим количеством мелкозернистого карборунда он вскоре становится плоским с одной стороны, затем переносится на лист листового стекла и шлифуется мелкозернистым наждаком до тех пор, пока все шероховатости и ямки удаляются, поверхность представляет собой однородную плоскость. Затем каменная крошка промывается и помещается на медную или железную пластину, которая нагревается спиртовой или газовой лампой. На этой пластине также нагревают микроскопическое стекло с каплей вязкого природного канадского бальзама на его поверхности. Более летучие ингредиенты бальзама рассеиваются под действием тепла, и когда это достигается, гладкая, сухая, теплая порода плотно прижимается к стеклянной пластине, так что промежуточная пленка бальзама может быть как можно более тонкой и свободной от пузырьки воздуха. Препарату дают остыть, и стружку снова измельчают, как и прежде, сначала карборундом, а когда он станет прозрачным, мелким наждаком до получения желаемой толщины. Затем его очищают, снова нагревают с дополнительным небольшим количеством бальзама и закрывают покровным стеклом. Работы по шлифованию первой поверхности можно избежать, отрезав гладкий срез железным диском, вооруженным измельченным алмазным порошком. Повторное нанесение резца после того, как первая поверхность будет сглажена и приклеена к стеклу, в опытных руках оставит часть камня настолько тонкой, что будет прозрачной. Таким образом, подготовка среза может занять всего двадцать минут.
Микрофотографии тонкого среза, содержащего карбонатную жилу в слюдяной породе. В кросс-поляризованном свете слева, плоско-поляризованном - справа. Используемый микроскоп обычно снабжен вращающимся предметным столиком, под которым находится поляризатор, а над объективом или окуляром установлен анализатор; в качестве альтернативы столик может быть закреплен, а поляризационная и анализирующая призмы могут иметь возможность одновременного вращения с помощью зубчатых колес и шатуна. Если желателен обычный свет, а не поляризованный, обе призмы могут быть сняты с оси инструмента; если вставлен только поляризатор, проходящий свет имеет плоскую поляризацию; когда обе призмы установлены, предметное стекло рассматривается в кросс-поляризованном свете, также известном как «скрещенные николы ». Видно, что микроскопический разрез горной породы при обычном освещении, если использовать подходящее увеличение (например, около 30x), состоит из зерен или кристаллов, различающихся по цвету, размеру и форме.
Турмалин, демонстрирующий классическую «арбузную зональность» - светло-розовую внутреннюю часть и зеленую внешнюю. Некоторые минералы бесцветны и прозрачны (кварц, кальцит, полевой шпат, мусковит и т. Д.), А другие желтые или коричневые (рутил, турмалин, биотит ), зеленый (диопсид, роговая обманка, хлорит ), синий (глаукофан ). Многие минералы могут иметь разные цвета в одних и тех же или разных породах или даже несколько цветов в одном образце минерала, что называется цветовой зональностью. Например, минеральный турмалин может иметь концентрические зоны цвета от коричневого, желтого, розового, синего, зеленого, фиолетового или серого до бесцветного. Каждый минерал имеет один или несколько наиболее распространенных оттенков.
Амфибол в шлифе с углом спайности 60 °. Формы кристаллов в общем определяют очертания их участков, представленных на слайдах. Если минерал имеет одну или несколько хороших сколов, они будут обозначены наборами одинаково ориентированных плоскостей, называемых плоскостями спайности.
Ориентация плоскостей спайности определяется кристаллической структурой минерала и формируется преимущественно через плоскости, вдоль которых проходят самые слабые связи, поэтому ориентацию плоскостей спайности можно использовать в оптической минералогии для идентификации минералов.
Информация о показателе преломления минерала может быть получена путем сравнения с окружающими материалами. Это могут быть другие минералы или среда, в которой находится зерно. Чем больше разница в оптическом рельефе, тем больше разница в показателях преломления между средами. Материал с более низким показателем преломления и, следовательно, меньшим рельефом будет погружаться в предметное стекло или оправу, в то время как материал с более высоким показателем преломления будет иметь более высокий рельеф и, по-видимому, выскакивает. Тест по линии Бекке также можно использовать для сравнения показателей преломления двух сред.
Для получения дополнительной информации вставьте нижний поляризатор и повернув секцию. Свет колеблется только в одной плоскости и, проходя через дважды преломляющиеся кристаллы в слайде, вообще говоря, разбивается на лучи, которые колеблются под прямым углом друг к другу. Во многих цветных минералах, таких как биотит, роговая обманка, турмалин, хлорит, эти два луча имеют разные цвета, и когда участок, содержащий любой из этих минералов вращается, изменение цвета часто отчетливо заметно. Это свойство, известное как «плеохроизм», имеет большое значение при определении минерального состава.
Плеохроизм часто особенно интенсивен в небольших пятнах, которые окружают мельчайшие клетки других минералов, таких как циркон и эпидот. Они известны как «плеохроические ореолы."
Некоторые минералы легко разлагаются и становятся мутными и полупрозрачными (например, полевой шпат); другие всегда остаются совершенно свежими и прозрачными (например, кварц), в то время как другие дают характерные вторичные продукты (например, зеленый хлорит после биотита). Включения в кристаллах (как твердые, так и жидкие ) представляют большой интерес; один минерал может окружать другой или содержать пространства, занятые стеклом, жидкостями или газами.
Структура породы - соотношение ее компонентов друг с другом - обычно четко указывается, является ли она фрагментированной или массивной; наличие стекловидного материя в отличие от полностью кристаллического или «голокристаллического» состояния; природа и происхождение органических фрагментов; полосчатость, слоистость или слоистость; пемзовая или пористая структура многих лав. Эти и многие другие признаки, хотя часто не видно на образце руки s камня, становятся очевидными при изучении микроскопического разреза. Могут применяться различные методы детального наблюдения, такие как измерение размеров элементов породы с помощью микрометров, их относительных пропорций с помощью стеклянной пластины, размеченной небольшими квадратами, углы между сколами или гранями, видимыми на секции с помощью вращающегося градуированного предметного столика и оценки показателя преломления минерала по сравнению с показателями других сред.
Если анализатор вставлен в такой положение, в котором он пересекается относительно поляризатора, поле зрения будет темным там, где нет минералов или где свет проходит через изотропные вещества, такие как стекло, жидкости и кубические кристаллы. Все другие кристаллические тела, будучи дважды преломляющими, будут казаться яркими в каком-то положении при вращении сцены. Единственное исключение из этого правила составляют участки, перпендикулярные оптическим осям кристаллов с двойным лучепреломлением , которые остаются темными или почти темными в течение всего вращения, исследование которых часто важно.
Дважды преломляющиеся части минерала во всех случаях будут казаться черными в определенных положениях по мере вращения сцены. Когда это происходит, они, как говорят, «вымирают». Угол между ними и любыми сколами можно измерить, вращая столик и записывая эти положения. Эти углы характерны для системы, к которой принадлежит минерал, и часто для самих минералов (см. Кристаллография ). Чтобы облегчить измерение углов затухания, были разработаны различные типы окуляров, одни из которых имеют стереоскопическую пластину кальцита, другие - две или четыре пластины кварца, склеенные вместе. Часто бывает, что они дают более точные результаты, чем полученные при наблюдении только того положения, в котором минеральный разрез наиболее темен между скрещенными николями.
Минеральные участки, когда они не погашены, не только яркие, но и цветные, а их цвет зависит от нескольких факторов, наиболее важным из которых является сила двойного лучепреломления. Если все секции имеют одинаковую толщину, как это почти верно для хорошо сделанных слайдов, минералы с самым сильным двойным лучепреломлением дают самые высокие цвета поляризации. Порядок расположения цветов выражается в так называемой шкале Ньютона, самая низкая - темно-серый, затем серый, белый, желтый, оранжевый, красный, фиолетовый, синий и т. Д. Разница между показателями преломления обыкновенного и необычного луча в кварце составляет 0,009, и в разрезе породы толщиной около 1/500 дюйма этот минерал дает серый и белый поляризационные цвета; нефелин при более слабом двойном лучепреломлении дает темно-серый цвет; авгит, с другой стороны, дает красный и синий цвет, тогда как кальцит с более сильным двойным лучепреломлением будет иметь розоватый или зеленовато-белый цвет. Однако все участки одного и того же минерала не будут иметь одинаковый цвет: участки, перпендикулярные оптической оси, будут почти черными, и, как правило, чем больше почти любой участок приближается к этому направлению, тем ниже будут цвета его поляризации. Взяв средний или самый высокий цвет, даваемый любым минералом, можно оценить относительное значение его двойного лучепреломления или, если точно известна толщина секции, можно установить разницу между двумя показателями преломления. На толстых слайдах цвета в целом будут выше, чем на тонких.
Часто важно выяснить, является ли из двух осей упругости (или следов вибрации) в сечении осью большей упругости (или меньшим показателем преломления). Это позволяет кварцевый клин или пластина селенита. Предположим, что разрез минерала с двойным преломлением расположен так, что он «гаснет»; если теперь повернуть его на 45 градусов, он будет ярко подсвечен. Если провести кварцевый клин поперек него так, чтобы длинная ось клина была параллельна оси упругости в сечении, цвета поляризации будут увеличиваться или уменьшаться. Если они поднимаются, оси большей эластичности у двух минералов параллельны; если они опускаются, ось большей эластичности в одном параллельна оси меньшей эластичности в другом. В последнем случае, если протолкнуть клин достаточно далеко, произойдет полная темнота или компенсация. Для этой цели также используются клинья селенита, пластины селенита, клинья слюды и пластины слюды. Кварцевый клин также можно калибровать, определяя степень двойного лучепреломления на всех участках его длины. Если теперь его использовать для компенсации или полного исчезновения в любом дважды преломляющемся минеральном разрезе, мы можем выяснить, какова сила двойного лучепреломления в разрезе, потому что оно, очевидно, равно силе известной части кварцевого клина и противоположно ей.
Дальнейшее усовершенствование микроскопических методов заключается в использовании сильно сходящегося поляризованного света (коноскопические методы). Это достигается с помощью широкоугольного ахроматического конденсора над поляризатором и микроскопического объектива высокой мощности. Наиболее полезны те секции, которые перпендикулярны оптической оси и, следовательно, остаются темными при вращении. Если они принадлежат одноосным кристаллам, они показывают темный крест или сходящийся свет между скрещенными николями, полосы которого остаются параллельными проводам в поле окуляра. Сечения, перпендикулярные оптической оси двухосного минерала в тех же условиях, показывают темную полосу, которая при вращении становится изогнутой до гиперболической формы. Если сечение перпендикулярно «биссектрисе» (см. Кристаллография ), виден черный крест, который при вращении раскрывается, образуя две гиперболы, вершины которых обращены друг к другу. Оптические оси выступают на вершинах гипербол и могут быть окружены цветными кольцами, хотя из-за тонкости минералов в разрезах горных пород они видны только при сильном двойном лучепреломлении минерала. Расстояние между осями, видимое в поле зрения микроскопа, частично зависит от осевого угла кристалла и частично от числовой апертуры объектива. Если его измерить с помощью окулярного микрометра, оптический осевой угол минерала можно определить простым расчетом. Кварцевый клин, пластинка из четверти слюды или пластина селенита позволяют определять положительный или отрицательный характер кристалла по изменениям цвета или формы фигур, наблюдаемых в поле. Эти операции аналогичны тем, которые используются минералогом при исследовании пластин, вырезанных из кристаллов.
Хотя в настоящее время горные породы исследуются в основном на микроскопических срезах, исследование мелкоизмельченных горных пород порошки, которые были первым разделом микроскопической петрологии, привлекшим внимание, все еще активно используются. Современные оптические методы легко применимы к прозрачным минеральным фрагментам любого вида. Минералы почти так же легко определяются в порошке, как и в разрезе, но иначе с горными породами, как и структура или соотношение компонентов друг с другом. Это очень важный элемент в изучении истории и классификации горных пород, и он почти полностью разрушается при измельчении их в порошок.
