ИССЛЕДОВАНИЕ В СКРЕЩЕННЫХ НИКОЛЯХ

Прежде чем приступить к работе в скрещенных николях, необходимо проверить скрещенность николей, их юстировку и направление колебаний в поляризаторе. При скрещенных николях под микроскопом определяют следующие константы и свойства минералов: силу двупреломления, углы угасания, характер удлинения (оптический знак главной зоны), наличие двойников, схему абсорбции.

Для того, чтобы отчетливо представить себе возможности оптических определений при скрещенных николях, необходимо разобраться в особенностях прохождения света через систему поляризатор — минерал — анализатор, в явлениях возникновения разности хода, интерференции световых колебаний, положении оптической индикатрисы в минералах различных сингоний и т. д. Обратить внимание на характеристику различных разрезов и особенно разрезов, параллельных плоскости оптических осей (разрез с наивысшей интерференционной окраской).

Работу в скрещенных николях следует начинать с изучения различия в поведении оптически изотропной и анизотропной среды. Оптические изотропные вещества в скрещенных николях при вращении столика микроскопа остаются всегда темными, так как они не обладают двойным лучепреломлением (оптическая индикатриса – шар).

К оптически изотропным относятся:

а) аморфные минералы — опал, аморфные вещества — канадский бальзам, стекло, вулканическое стекло (обсидиан), газы и жидкости;

б) минералы кубической ингонии: флюорит, гранат и др. Сечения с анизотропных минералов, перпендикулярные оптической оси, ведут себя в скрещенных николях, как изотропные минералы. В шлифах гранита можно отыскать такие сечения у кварца, биотита и апатита.

К оптически анизотропным относятся кристаллические вещества всех сингонии, кроме кубической.

В оптически анизотропных, т. е. двупреломляющих кристаллах, за исключением направления оптической оси, распространяются два луча, идущие с различными скоростями. По выходе из пластинки они создают некоторую разность хода – Г, тем большую, чем больше толшина кристаллической пластинки и чем больше разница в показат еле преломления этих лучей, т.е.Г = d(Ng – Np).

Колебания этих двух лучей анализато-

ром сводятся в одну плоскость, это необхо-

димое условие для возможной интерферен-

ции. Явление интерференции, как извест-

но из физики, состоит в том, что если по

одному и тому же направлению распро-

страняются одновременно две волны, то

они складываются в одно колебательное

движение и получается одна волна. Сло-

жение двух данных волн производится

геометрически. При этом необходимо

учитывать, как расположены складывае-

мые волны одна относительно другой.

Если колебания в данной точке в определенный момент направлены в одну сторону — сложение, если в разные стороны — вычитание. Если две волны идут с разностью фаз на четное число полуволн 2п∙λ/2 — то они интерферируют в одинаковых фазах и яркость света будет увеличиваться (рис. 12, а). Если две волны идут с разностью фаз на нечетное число полуволн (2п+1)∙λ/2, то они интерферируют в противоположных фазах: яркость света будет понижена, если амплитуды двух волн разные (рис. 12, б), свет будет погашен, если обе амплитуды равны между собой (рис. 12, с).

Из теории прохождения света через систему поляризатор — кристалл — анализатор следует, что при вступлении в анализатор двух плоскополяризованных лучей фазы их становятся обратными и лучи приобретают в анализаторе разность хода в полволны. Поэтому разность хода, возникшая в кристалле благодаря скрещенным николям, увеличивается на полволны.

Следовательно, в случае скрещенных николей темнота будет наступать, когда разность хода, даваемая кристаллом, будет равна целому числу волн или четному числу полуволн применяемого света. Максимум интенсивности света при скрещенных николях получится при разности хода, равной нечетному числу полуволн применяемого света. Степень освещенности (сила света) будет зависеть от угла, образованного между плоскостями колебаний в поляризаторе и в кристаллической пластинке. Минимум света — темнота — будет наблюдаться, когда колебания в кристаллической пластинке будут совпадать с колебаниями в николях. Максимум света будет наблюдаться, когда этот угол будет равен 45 °.

Таким образом, если наблюдения производятся в однородном свете, то явления интерференции состоят только в изменении первоначальной силы света.

В обычной петрографической практике наблюдения производятся в белом свете, содержащем видимые волны всех длин: отλ=393м λ=760 мμ. В этом случае в скрещенных николях должно произойти окрашивание света, так как при интерференции белого света из него исчезнут те составляющие цвета, полуволна которых содержится четное число раз в разности хода, получившейся при прохождении через кристалл, и усилятся те цвета, полуволна которых содержится нечетное число раз в разности хода. Поэтому сложный белый цвет, лишаясь некоторых цветов и усиливаясь в отношении других, должен обязательно переменить свой цвет, т. е. приобрести интерференционную окраску.

Таким образом, каждой величине разности хода отвечает только одна определенная интерференционная окраска, которая называется нормальной. Этот вывод делается исходя из предположения, что разность хода для всех лучей спектра остается постоянной. Однако в двупреломляющих кристаллах разность хода для различных лучей спектра не остается постоянной*. Вследствие этого в цветах интерференции появляются *Такое непостоянство разности хода обусловлено тем, что в одной и той же среде коэффициент преломления для волн различного цвета различен, причем для фиолетовых лучей всегда больше, чем для красных. Примеры такого различия приводятся В.Н. Лодочниковым. Так, для обыкновенного луча в кварце показатель преломления для оранжевой части спектра с длиной волны 656 мμ равен 1,5419; для желтой части спектра с λ=589 мμ равен 1,5442; для голубой части спектра с λ=486 мμ равен 1,5497; для необыкновенного луча соответственно показатели преломления равны 1,5509, 1,5533, 1,5590.

отклонения от нормальной интерференционной окраски. Явление, обусловленное способностью давать различную разность хода в зависимости от длины волны, называется дисперсией двупреломления, а получающаяся при этом интерференционная окраска — аномальной. Дисперсией двупреломления обладают все двупреломляющие минералы, но для огромного большинства минералов она проявляется незначительно, так что совершенно не улавливается глазом. Лишь для некоторых минералов дисперсия двупреломления выражается заметно, вследствие чего появляются сильные отклонения от нормальных цветов. Различают три случая отклонения от нормальных цветов, эти случаи описываются при определении двупреломления.

Следовательно, если наблюдения производятся в белом свете в скрещенных николях, оптически анизотропные минералы, исключая разрезы, перпендикулярные оптической оси, при вращении столика микроскопа гаснут через каждые 90° поворота столика в положениях, когда оси оптической индикатрисы совпадают с колебаниями в николях. В промежуточных положениях минерал просветляется, обнаруживая интерференционную окраску, причем максимальная яркость наступает при повороте столика на 45 ° от положения угасания. Момент угасания фиксирует собой расположение осей эллипса данного сечения параллельно нитям окулярного креста. В положении максимальной окраски оси эллипса располагаются диагонально относительно нитей окуляра. Интерференционная окраска зависит:

1) от силы двойного лучепреломления, 2) от направления, в котором вырезана пластинка и 3) от толщины пластинки.

Различные разрезы минерала обладают неодинаковой разностью хода и, следовательно, неодинаковой интерференционной окраской. Она минимальная (черная) в разрезах, перпендикулярных оптической оси, где разность хода равна нулю, и наивысшая в разрезах, параллельных оптической оси в одноосных кристаллах и параллельных плоскости оптических осей в двуосных, где разность хода максимальная.

Разрезы с максимальной (наивысшей) интерференционной окраской, в которых лежат оси Ng и Np, используются для определения силы двойного лучепреломления.

1. Двупреломление. Силой двойного лучепреломления называется разница между наибольшим и наименьшим показателем преломления, т. е. Ng – Np. Величина эта отвлеченная и по абсолютному значению меньше единицы. Двупреломление определяется с точностью до единицы третьего знака после запятой.

Сила двупреломления наиболее точно определяется иммерсионным методом, путем определения наибольшего и наименьшего показателей преломления. В шлифах двупреломление определяется методом, основанном на зависимости, существующей между двупреломлением, разностью хода и толщиной шлифа. Эта зависимость выражается формулой:

Г = (Ng –Np)∙d,

где Г — разность хода, измеряемая в миллимикронах (мμ); d — толщина шлифа, измеряемая в миллиметрах (мм). Исходя из этой формулы,

Ng – Np = Г/d.

Зависимость между указанными величинами Мишель-Леви выразил графически в виде диаграммы, где по оси абсцисс нанесены величины разности хода, по оси ординат — толщины шлифов; радиальные прямые соответствуют величинам силы двупреломления. На диаграмме нанесены также интерференционные окраски, соответствующие определенной разности хода. Цвета интерференционной окраски разделены на порядки. Каждый порядок заканчивается фиолетовым цветом. У различных минералов двупреломление крайне разнообразно. У отдельных минералов оно изменяется в зависимости от колебаний химического состава. Поэтому двупреломление является чрезвычайно характерной константой для минерала и служит важнейшим диагностическим признаком.

Работа по определению силы двупреломления производится в такой последовательности.

А. Определение разности хода Г. Для этого в шлифе отыскивается разрез исследуемого минерала с наивысшей интерференционной окраской (но не любой произвольный разрез, как это часто делают начинающие).

Порядок интерференционной окраски определяется с помощью компенсаторов — кварцевого клина или компенсатора Берека —или визуально по естественному клину минерала в шлифе. В последнем случае наблюдают смену интерференционных окрасок в тех частях зерен, где его толщина изменяется вследствие некоторых неизбежных дефектов шлифовки. Обычно периферийная часть зерен бывает более тонкая, чем центральная, потому что края зерна стачиваются «на клин». Естественно, в краях зерен будут видны цветные полоски, сменяющие друг друга, в той последовательности, которая наблюдается на диаграмме Мишель-Леви— справа налево и в кварцевом клине — от толстого конца к тонкому. Особенно хорошо воспринимается глазом фиолетовая полоска, по которой можно определить порядок окраски. Если в краю видна одна фиолетовая полоска, то окраска зерна второго порядка, если видны две фиолетовые полоски, то окраска зерна третьего порядка. Обычно эти фиоле-. товые полоски кажутся почти черными и лучше различимы с 20^х увеличением объектива. Центральная часть зерна окрашивается в тот цвет, который характеризует силу двупреломления данного разреза.

Определение разности хода кварцевым клином и поворотным компенсатором Берека основано на так называемом правиле компенсации: при совпадении одноименных осей индикатрисы в двух наложенных друг на друга кристаллических пластинках (минерал + компенсатор) окончательная величина разности хода равна сумме разностей хода обеих пластинок. При перекрещенном положении одноименных осей индикатрисы окончательная величина разности хода равна разности разностей хода пластинок.

Порядок работы с кварцевым клином

Исследуемое зерно ставится в перекрестие нитей окуляра в положение максимальной яркости путем поворота столика на 45 ° от положения угасания и замечается интерференционная окраска зерна. Затем в прорезь тубуса микроскопа, расположенную диагонально к плоскости симметрии микроскопа, медленно вводится кварцевый клин с тонкого конца. При этом может быть два случая: 1) одноименные оси оптической индикатрисы минерала и клина располагаются несогласно. Тогда при постепенном вдвигании клина в момент, когда разности хода в клине и зерне будут равны, наступит компенсация, т.е. разность хода минерала полностью компенсируется разностью хода клина. Суммарная разность хода будет равна нулю, зерно приобретет черную или темно-серую окраску; 2) одноименные оси оптической индикатрисы минерала и клина располагаются согласно — компенсации не наступит, так как разности хода в минерале и клине в этом случае складываются. Поэтому для получения компенсации необходимо столик микроскопа повернуть на 90 °.

Нередко начинающие при быстром вдвигании клина пропускают момент компенсации и принимают за компенсацию высшие блеклые цвета интерференции IV порядка. Чтобы избежать эту ошибку, необходимо вдвигать клин медленно и сразу же следить за происходящей сменой цветов: если они сменяются в сторону понижения, компенсация наступит, если в сторону повышения, компенсация не наступит. Достигнув компенсации, шлиф следует убрать. Центральная часть поля зрения (там, где находилось исследуемое зерно) должна иметь ту же интерференционную окраску, которая была ранее замечена у зерна. Выдвигают клин в обратную сторону и наблюдают, сколько раз через поле зрения пройдет красная полоса клина; если один раз, то окраска второго порядка, два раза — третьего и т. д.

Вследствие субъективного восприятия оттенков и переходов отдельных цветов интерференционной окраски определение разности хода по интерференционной окраске, естественно, будет недостаточно точным. Но эта неточность обычно незначительна и ею можно пренебречь.

Для более точного измерения разности хода служит поворотный кальцитовый компенсатор Никитина — Берека.

Порядок работы с компенсатором

Никитина — Берека

Исследуемое зерно ставится в пересечение нитей окулярного креста в положение максимальной яркости. В щель тубуса микроскопа вводится компенсатор. Необходимо помнить, что вводить (а также выдвигать) компенсатор следует в «нулевом положении» (30-е деление барабанчика должно совпадать с нулем нониуса), иначе можно зацепить кольцом за стенку прорези и испортить прибор. От нулевого положения компенсатор вращается до момента компенсации вначале в одну сторону, потом в другую. Отсчеты в обоих случаях берутся на барабанчике. Средний угол наклона i, не зависящий от нулевого положения, будет равен полуразности этих отсчетов i = a–b/2

где а и b — отсчеты на барабанчике.

Разность хода высчитывается по формуле:

lgГ = lgС+lgf (i)

где IgC — логарифм постоянной (константы), который указывается в паспорте компенсатора;

lgf(i) — находится по табл. I, прилагаемой к паспорту компенсатора.

Затем по логарифму Г находят число. Для этого по табли­це логарифмов натуральных чисел (табл. II) находят мантиссу и соответствующее ей число в графе N. От характеристики отнимается 10, а остаток, увеличенный на единицу, дает число цифр в логарифме Г до запятой. Примеры расчетов с компенсатором приводятся в паспорте.

Необходимо учесть, что расположения осей оптической индикатрисы в кварцевом клине и кальцитовом компенсаторе Берека взаимно обратны: в клине по длинной стороне его располагается ось Np, в компенсаторе — Ng. Поэтому, если при работе с клином наступала компенсация, то в этом же положении зерна при работе с компенсатором Берека компенсации не будет.

Минералы, обладающие большой разностью хода, имеют перламутровые цвета интерференции (интерференционная окраска выше IV порядка). В таких случаях разность хода не вычисляется, а при описании указывается лишь наличие перламутровой окраски высших порядков.

Некоторые затруднения при определении интерференционной окраски вносит собственная окраска минерала, например, густые бурые и зеленые окраски у биотита и роговой обманки. В таких случаях необходимо учитывать, что к интерференционной окраске примешивается собственная окраска минерала, поэтому для оценки интерференционной окраски из видимого цвета надо исключить тот цвет, в который окрашен сам минерал. Например, зеленую окраску роговой обманки белый цвет первого порядка не изменяет. Эту зеленую окраску самого минерала не следует смешивать с зеленой интерференционной окраской.

В некоторых густоокрашенных минералах интерференционную окраску, особенно если она выше III порядка и нет естественного клина, определить вообще бывает невозможно.

Б. Определение толщины шлифа. Нормальный петрографический шлиф имеет толщину около 0,025—0,03 мм. В некоторых случаях толщина его достигает 0,035 и даже 0,04 мм. Определение толщины шлифа производится различными методами. Наиболее распространенным методом является определение толщины шлифа по известному минералу с постоянным двупреломлением. Исходя из формулы, которая дается для определения силы двупреломления, толщина шлифа d = Г/Ng – Np. Таким образом, если у минерала известны сила двупреломления и разность хода, тогда определится и толщина шлифа. Для этой цели может быть использован минерал, который имеет постоянный химический состав и, следовательно, постоянную силу двупреломления. Таким минералом в первую очередь является кварц, сила двупреломления которого равна 0,009. Разность хода определяется в разрезе с наивысшей интерференционной окраской по таблице Мишель-Леви. Для более точного определения разности хода можно использовать поворотный компенсатор Никитина — Берека. В тех случаях, когда в породе нет кварца, но есть плагиоклаз, то для определения толщины шлифа можно использовать последний, так как его сила двупреломления является величиной более или менее постоянной и принимается равной 0,008. Такую силу двупреломления имеют плагиоклазы состава андезин, лабрадор, которые встречаются в породах, где, как правило, нет кварца.

Наконец, в тех случаях, когда нет ни кварца, ни плагиоклаза, для определения толщины шлифа можно использовать метод Шона (по пылинкам). Применение этого метода возможно только на микроскопах с градуированным микрометренным винтом. Работа производится в следующем порядке: в центр поля зрения ставится минерал с известным показателем преломления n_м. Объектив сменяется на 40^х или 60^х. Фокусируют на пылинки, приставшие к верхней поверхности шлифа, и берут отсчет а по барабанчику микрометреиного винта. Затем опускают тубус и фокусируют на пылинки, приставшие к нижней поверхности шлифа, и снова берут отсчет в. Зная цену деления микрометренного винта, определяют толщину шлифа по формуле

d =n_м/n_к.б(в-а) α,

где п_м—показатель преломления минерала;

n_к.б— показатель преломления канадского бальзама;

α — цена деления микрометренного винта (обычно она равна 0,002).

При определении толщины шлифа по пылинкам возможны большие ошибки, потому что пылинки могут находиться не только на нижней и верхней поверхностях кристаллической пластинки шлифа, но и внутри слоя канадского бальзама на некотором расстоянии от поверхности пластинки, и при фокусировке на них толщина пластинки будет завышена.

В. Определение силы двупреломления. В вышеприведенную формулу Ng – Np = Г/d подставляются полученные числовые значения разности хода (Г) и толщины шлифа (d). Необходимо, чтобы Г и d были измерены в однородных величинах: если d измерена в миллиметрах, то и Г должна быть переведена из миллимикрон в миллиметры. Сила двупреломления может быть определена и непосредственно по диаграмме Мишель-Леви. Для этого на левой вертикальной стороне диаграммы находят величину, соответствующую полученной толщине шлифа. Затем от нее по горизонтальной линии следуют до пересечения с вертикальной линией, соответствующей найденной разности хода, т. е. наивысшей наблюдаемой интерференционной окраске. Из точки пересечения по радиальной линии поднимаются вправо, где на конце луча находят цифру силы двупреломления. По этой же диаграмме Мишель-Леви можно решить обратную задачу, т. е. определить толщину шлифа, когда известна сила двупреломления и определена разность хода. Если толщина шлифа определяется по кварцу, то на диаграмме необходимо отыскать луч, на конце которого указана сила двупреломления кварца, равная 0,009, и по лучу спускаться до пересечения с вертикальной линией, соответствующей найденной разности хода. От пересечения этих линий перемещаться влево по горизонтальной линии, где в конце ее будет найдена цифра толщины шлифа.

Для некоторых минералов (эпидота, хлорита везувиана, цоизита и др.) наблюдаются необычные, аномальные, цвета интерференции. Они появляются вследствие того, что сила двупреломления у этих минералов, в красной и фиолетовой частях спектра, заметно различна. Когда Ng—Np для красного света меньше, чем для фиолетового, возникают густосиние и сизосерые окраски, например у цоизита, или неестественно яркие, например у эпидота. Если Ng—Np для красного света больше, чем для фиолетового, возникают ржаво-бурые и бурые цвета, характерные для некоторых хлоритов. Когда Ng—Np = 0 для средних цветов спектра, получается аномальная тускло-индигово-синяя или фиолетовая окраска (хлорит, везувиан).

В обычной практике достаточно отметить только наличие аномальной окраски.

В некоторых изотропных веществах вследствие механических натяжений возникает аномальное двойное лучепреломление, оно проявляется в наличии низкой серой интерференционной окраски. Такое проявление анизотропии часто наблюдается в гранатах и связано обычно с неодинаковым составом отдельных зон; причем участки, обнаруживающие двупреломление, располагаются или зонами, или секторами. В некоторых случаях анизотропия проявляется в вулканическом стекле, например, в лавах с перлитовой отдельностью.

Определение силы двупреломления рекомендуется произвести в следующих шлифах:

1) в двуслюдяном или мусковитовом граните — у мусковита и в гранодиорите или кварцевом диорите — у роговой обманки, определив предварительно в этих шлифах толщину их по кварцу;

2) в габбро или габбро-норите — у пироксенов, определив толщину шлифа по плагиоклазу.

2. Угол угасания. Углом угасания данного минерала называется угол, образованный каким-либо кристаллографическим направлением в кристалле и направлением световых колебаний, т. е. осью оптической индикатрисы Ng или Np.

Для большинства минералов таким кристаллографическим направлением является вертикальная ось с, совпадающая с ребром [001], вдоль которой

кристаллы многих минералов вытянуты и приобретают характерный

призматический или игольчатый облик. Углы угасания могут измеряться

относительно одного из следующих

кристаллографических элементов:

трещин спайности, граней кристаллов

двойниковых швов. Записывается

угол угасания следующим образом:

cN_х = a°. При совпадении кристалло-

графического направления и направ-

ления световых колебаний угол уга-

сания будет равен нулю. Такое

угасание называется прямым (рис. 13).

Оно характеризуется тем, что угасание

наступает тогда, когда какое-либо крис-

таллографическое направление кристалла (спайность, двойниковый шов, грань) совпадает с сечениями николей. В том случае, когда кристаллографическое направление не совпадает с направлением световых колебаний в кристалле, угасание будет косое, т. е. в положении угасания трещины спайности или линии ограничения не будут совпадать с колебаниями в николях и будут образовывать с ними тот или иной угол (рис. 14).

Прямое угасание характерно для минералов тетрагональной, тригональной, гексагональной и ромбической сингоний.

Косое угасание характерно для минералов моноклинной и триклинной сингоний.

Однако следует иметь в виду, что в кристаллах моноклинной сингонии в разрезах, параллельных оси в, угасание будет прямое относительно грани или спайности по (010).

Характерным углом угасания минерала моноклинной сингонии будет тот угол, который замерен в сечении параллельном (010). Это сечение будет характеризоваться наивысшей интерференционной окраской, так как

в нем лежат оси Ng и Np.

В триклинной сингонии прямое угасание может наблюдаться как частный случай.

В кристаллах ромбической и моноклинной сингоний в сечениях, перпендикулярных вертикальной оси с, в которых наблюдается призматическая спайность по двум направлениям, угасание симметричное: трещины спайности с направлением угасания образуют равные углы, потому что оси оптической индикатрисы делят угол между направлениями спайности пополам (рис. 14 б).

Как выше указывалось, в минералах с двойниковым

строением углы угасания могут быть замерены относительно двойникового шва. Для многих минералов (особенно для полевых шпатов) двойники явля-

ются важным диагностичес-

ким признаком, а поэтому

при описании минералов под

микроскопом необходимо

отмечать их наличие.

Двойники бывают

простые и сложные (рис. 15).

Простые двойники состоят

Из двух индивидов. Сложные

двойники состоят из многих

(не менее трех) индивидов с параллельными плоскостями срастания и называются полисинтетическими. Под микроскопом двойниковая структура проявляется по неодновременному угасанию смежных двойниковых полосок. Это объясняется взаимообратной ориентировкой одноименных осей оптической индикатрисы в смежных полосках по отношению к плоскости срастания. В сечениях, перпендикулярных плоскости срастания, обнаруживается симметричное угасание, относительно двойникового шва. В этом случае двойниковый шов образует равные углы с одноименными осями оптической индикатрисы двух смежных индивидов.

Для измерения симметричных углов угасания относительно двойникового шва необходимо, чтобы плоскость срастания, следом которой в разрезе является двойниковый шов, была перпендикулярна к плоскости шлифа. Такие разрезы должны удовлетворять следующим условиям:

1) граница между индивидами должна быть тонкой и резкой;

2) при установлении двойникового шва параллельно какой-либо нити окулярного креста двойниковая структура исчезает, т. е. интерференционная окраска обоих индивидов становится одинаковой.

На измерении углов симметричного угасания основан метод определения плагиоклазов. Этот метод излагается в курсе петрографии в разделе «Породообразующие минералы».

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: