ИССЛЕДОВАНИЕ В СХОДЯЩЕМСЯ СВЕТЕ

Метод исследования в сходящемся свете основан на прохождении через кристалл сходящегося в виде конуса пучка плоскополяризованных лучей, которые пересекаются в центре кристалла. При коноскопическом исследовании в микроскопе виден не сам исследуемый минерал, а его так называемая интерферен- ционная фигура. Коноскопический метод служит для определе- ния осности и оптического знака минерала; в случае двуосных минералов определяется приближенная величина угла оптических осей (2v) *.

Коноскопический метод исследования может быть использован для отличия оптически изотропных кристаллов от изотропных сечений двупреломляющих кристаллов, а также для определения дисперсии оптических осей и осей оптической индикатрисы.

* Точное измерение угла 2v производится на столике Федорова.

Для получения резко сходящегося пучка света включают короткофокусную линзу Лазо и поднимают все осветительное устройство так, чтобы линза Лазо подошла возможно ближе к нижней поверхности предметного стекла шлифа; фокус линзы Лазо должен находиться в изучаемом минерале.

Для использования максимального количества лучей, выходящих из кристалла расходящимся пучком, применяют объектив с увеличением 40^х или 60^х.

Для получения интерференционных фигур можно пользоваться двумя методами: 1) методом Лазо и 2) методом Бертрана.

При работе по методу Лазо скрещивают николи и вынимают окуляр. Непосредственно над объективом в тубусе появляется интерференционная фигура малых размеров, но очень отчетливая.

Метод Бертрана заключается в том, что, не вынимая окуляр, вдвигают линзу Бертрана. Появляется более крупная, но несколько расплывчатая интерференционная фигура, которая располагается в верхней части тубуса в системе окуляр — линза Бертрана. Интерференционная фигура, полученная методом Бертрана, повернута на 180° относительно фигуры, полученной

методом Лазо.

Для исследования кристаллов в сходящемся свете используются ориентированные разрезы: в случае одноосных кристаллов это разрезы, перпендикулярные оптической оси; в случае двуосных — разрезы, перпендикулярные оптической оси или перпендикулярные острой биссектрисе. Разрез одноосного кристалла, перпендикулярный оптической оси, в параллельном свете в скрещенных николях, является темным. Вводя линзу Лазо, кристаллическую пластинку освещают коническим пучком света одновременно по различным направлениям. Из конического пучка лучей, падающих на пластинку, только центральный луч распространяется по оптической оси кристалла. Следовательно, он не претерпит двойного лучепреломления и будет погашен анализатором. Таким образом, в центре поля зрения будет наблюдаться темное пятно. Все остальные лучи наклонены к оптической оси и тем больше, чем дальше от оптической оси микроскопа пересекают они поверхность шлифа. Все лучи, образующие одинаковые углы наклона к оптической оси, будут обладать одинаковой разностью хода, которая возрастает по мере увеличения их угла наклона.

Следовательно, разность хода возрастает по следующим причинам: 1) увеличивается длина пути луча в кристалле;

2) увеличивается двупреломление кристалла в соответствующем направлении.

Лучи, имеющие одинаковые углы наклона, образуют коническую поверхность, которая называется поверхностью равного хода (рис. 21). Сечение поверхностей равного хода полем зрения будет иметь форму концентрических колец. Там, где разность хода косо выходящих лучей равна нечетному числу полуволн, происходит усиление освещенности, а там, где она равна четному числу полуволн — погасание. Вследствие этого в монохроматическом свете получается система черных и светлых концентрических колец.

Каждый из лучей конического пучка, кроме луча, распространяющегося по оптической оси, разлагается на два: необыкновенный Ne и обыкновенный No. Как известно, необыкновенный луч совершает свои колебания в плоскости, проходящей через луч и оптическую ось, т. е. в плоскости оптического сечения, и, следовательно, совпадает с радиусами поля зрения; обыкновенный луч колеблется в плоскости, перпендикулярной колебаниям необыкновенного луча, т. е. по касательной к окружностям. В тех точках окружностей, где направления колебаний лучей Ne и No параллельны и перпендикулярны к сечениям николей, будет наблюдаться темнота. Именно этим объясняется появление темного креста с ветвями, располагающимися в направлении главных сечений николей. Во всех точках, не лежащих в главных сечениях николей, будет наблюдаться усиление света, которое достигнет максимума в плоскостях, расположенных под углом 45° к сечениям николей (рис. 22).

Таким образом, для одноосного кристалла в разрезе, перпендикулярном оптической оси, вокруг темного пятна, находящегося

в центре поля зрения, будут наблюдаться концентрические чередующиеся затемненные и просветленные кольца, пересеченные черным крестом.

В белом свете кольца будут обладать интерференционными окрасками, повышающимися от центра к периферии в той же последовательности, как в кварцевом клине. Чем больше дву-преломление кристалла и толщина шлифа, тем больше в поле зрения будет видно изохроматических колец, которые становятся тоньше, и тем яснее будет темный крест.

Разрез двуосного кристалла, перпендикулярный острой биссектрисе, в параллельном свете в скрещенных николях имеет умеренную интерференционную окраску, соответствующую силе двупреломления Nm — Np в положительных и Ng— Nm в отрицательных. В сходящемся свете, в отличие от одноосных кристаллов, образуется два конических пучка лучей. Конические поверхности равного хода будут иметь вид, изображенный на рис. 23. В проекции на поле зрения в местах выходов двух оптических осей будут наблюдаться темные пятна, а вокруг них две системы замкнутых кривых. По мере увеличения эти кривые сближаются и, наконец, сливаются в восьмеркообразные фигуры, называемые лемнискатами.

Когда плоскость оптических осей параллельна сечению одного из николей, а другое главное оптическое сечение совпадает с се-

чением другого никеля, то лучи конического пучка, идущие в этих главных сечениях, в кристаллической пластинке распространяют колебания параллельно колебаниям николей и в поле зрения микроскопа будет виден темный крест. В отличие от одноосных кристаллов балка креста, проходящая через оптические оси, будет уже, чем балка перпендикулярная, которая значительно шире. При повороте столика на 45° вид интерференционной фигуры изменится. Темный крест исчезнет, так как главные сечения в пластинке теперь не совпадают с главными сечениями николей. Темные точки в местах выходов оптических осей остаются. Кроме того, около выходов оптических осей можно проследить точки, направления колебаний в которых параллельны сечениям николей. Эти точки сливаются в кривые, имеющие вид гипербол, выпуклые к месту выхода острой биссектрисы. Такие кривые называются

Изогирами.

Для того, чтобы найти напра-

вление световых колебаний в оптиче-

ски двухосном кристалле, приходится

делать более сложные построения,

чем это делается для одноосного кри-

сталла. При этом пользуются постро-

ением Френеля, согласно которому на

правления световых колебаний в кри-

сталлической среде для любого задан-

ного направления определяются как биссектрисы углов, образованных двумя плоскостями, проведенными через это направление и оптические оси кристалла (рис. 24).

Разрез двухосного кристалла, перпендикулярный к одной из оптических осей, в параллельном свете в скрещенных николях имеет темно-серую интерференционную окраску. В сходящемся свете в таком разрезе, будет наблюдаться один выход оптической оси и соответственно этому интерференционная фигура, будет иметь вид изогиры, располагающейся на фоне изохроматических кривых. При вращении столика микроскопа изогира изгибается и вращается в сторону, обратную вращению столика.

Установка микроскопа для наблюдений в сходящемся свете и порядок работы

Прежде чем приступить к работе в сходящемся свете, необходимо отрегулировать освещение. Применять следует рассеянный свет, потому что изображение нитей лампы маскирует интерференционную фигуру. Наводить свет вогнутой стороной зеркала: оно сосредоточивает больше света и дает лучшее освещение.

Определение осности минерала

I. С объективом 8^х, 9^х или 10^х выбирается зерно исследуемого минерала с наинизшей интерференционной окраской — желательно изотропное сечение, но в случае минерала с высоким двупреломлением, можно использовать сечения даже с белой и желтоватой окраской I порядка. Если минерал окрашенный, плеохроичный, то его изотропные сечения будут характеризоваться отсутствием плеохроизма.

Зерно выбирается без вторичных продуктов и по возможности более крупное, чтобы при смене объектива все поле зрения было занято исследуемым зерном. Если же зерно не перекрывает все поле зрения, то необходимо задиафрагмировать линзу Бертрана для уменьшения поля зрения до необходимой величины.

2. Выбранное зерно приводится в крест нитей окуляра и сменяется объектив на 40^х или 60^х. Необходимо помнить, что фокусное расстояние у этих объективов очень мало. Поэтому наводят на фокус осторожно, соблюдая следующие правила:

а) шлиф должен лежать покровным стеклом кверху, иначе наведение на фокус сильных объективов невозможно. В практике работы это часто приводит к раздавливанию шлифа и к порче объектива;

б) при наводке на фокус лучше опускать тубус до соприкосновения объектива с шлифом, глядя сбоку (а не в тубус), а затем, уже глядя в окуляр, медленно поднимать тубус микро-метренным винтом, вращая винт на себя, до появления изображения.

3. Производится центрировка объектива.

4. Включается линза Лазо. Осветительное устройство поднимается кверху, этим достигается равномерное освещение поля зрения.

5. Скрестив николи, одним из вышеуказанных методов – Лазо или Бертрана — получаем интерференционную фигуру. В зависимости от осности минерала и ориентировки разреза будет наблюдаться одна из следующих интерференционных фигур.

А. Для одноосных кристаллов

а) В разрезе, перпендикулярном оптической оси (изотропное сечение), будет наблюдаться черный крест, расположенный параллельно нитям окуляра. При вращении столика микроскопа он не смещается.

В случае нестрогой перпендикулярности оптической оси к плоскости зерна центр креста будет несколько смещен относительно перекрестья нитей и при вращении столика микроскопа, он будет описывать окружность в пределах поля зрения, а ветви (балки) будут передвигаться параллельно нитям окуляра.

б) В разрезе, косом по отношению к оптической оси (сечение с низкой интерференционной окраской), будут наблюдаться прямые черные балки креста, центр которого будет находиться за пределами поля зрения. При вращении столика микроскопа балки креста будут попеременно появляться в поле зрения, перемещаясь параллельно нитям окуляра.

Б. Для двухосных кристаллов

а) В разрезе, перпендикулярном одной из оптических осей, будет наблюдаться одна черная гипербола (изогира), проходящая через центр поля зрения. При повороте столика микроскопа она будет вращаться в поле зрения не выходя из его пределов.

б) В случае косого среза относительно оптической оси и острой биссектрисы в поле зрения будет видна одна ветвь гиперболы. При вращении столика микроскопа она перемещается диагонально по отношению к нитям окуляра. Это характерное отличие двухосных минералов от одноосных.

в) В разрезе, перпендикулярном острой биссектрисе (сечение со средней для данного минерала интерференционной окраской), будут наблюдаться одновременно две изогиры, расположенные в двух противоположных квадрантах. У минералов с малым углом оптических осей при вращении столика микроскопа они сливаются в крест и затем снова расходятся, располагаясь в двух других противоположных квадратах.

Четкость интерференционных фигур и фон, на котором они располагаются, зависят от силы двупреломления исследуемого минерала (имея в виду нормальную толщину шлифа~ 0,03 мм).

При низком двупреломлении интерференционные фигуры широкие, нерезко оконтуренные, располагаются на сером и белом фоне (нефелин, апатит, полевые шпаты, кварц).

При среднем двупреломлении интерференционные фигуры оконтурены отчетливо: фон белый, в краях желтоватый (гиперстен, роговая обманка).

При большом двупреломлении появляются изохроматические кривые: кольца у одноосных и лемнискаты у двухосных минералов. Интерференционная фигура тонкая и резкая (турмалин). При очень большом двупреломлении видна серия изохроматических колец или лемнискат. Интерференционная фигура очень тонкая и резкая (мусковит, карбонаты) *.

Таким образом, при нормальной толщине шлифа

0,03 мм, по четкости фигуры и наличию или отсутствию изохроматических кривых (колец и лемнискат) можно ориентировочно судить о двупреломлении минерала.

Для более отчетливого наблюдения интерференционных фигур у минералов с низким двупреломлением (нефелин, апатит) рекомендуется использовать толстые шлифы.

*В. И. Лучицкий (Том 1, стр. 108, 121) дает более детальную характеристику интерференционных фигур в зависимости от двупреломления.

6. У минералов двухосных по кривизне изогиры определяется угол оптических осей — 2v. Чем меньше угол 2v, тем более изогнутой является изогира, чем больше угол 2v, тем она по-ложе (рис 25). Если угол 2v близок к нулю (биотит, санидин), то изогиры почти сливаются в крест. Это становится понятным, если исходить из представления, что одноосный кристалл есть

частный случай двухосного, когда Ng = Nm или Np = Nm. Наоборот, если угол 2v близок 90°, то изогира становится прямой. He следует такую изогиру путать с балкой креста, в отличие от которой она при вращении столика микроскопа перемещается диагонально к нитям окуляра.

Угол оптических осей для волн различного цвета в некоторых минералах ромбической сингонии является различным (рис. 26). Это явление носит название дисперсии оптических осей. Когда угол оптических осей для красного цвета больше, чем для синего r > v, то на вогнутой стороне изогиры будет наблюдаться синеватая окраска (красные лучи погашены), а на выпуклой красновато-бурая (синие лучи погашены). Когда угол оптических осей больше для синего цвета v > r, то будет наблюдаться обратное распределение окрасок (рис. 27).

Следует иметь в виду, что явление дисперсии оптических осей наблюдается без введения компенсатора. Изучается оно на разрезах, перпендикулярных острой биссектрисе.

Определение оптического знака

А. Одноосные минералы

Для определения оптического знака рекомендуется использовать разрезы, перпендикулярные оптической оси или близкие к ним. В сходящемся свете, получив фигуру в виде черного креста, вводят компенсатор и наблюдают изменение интерференционной окраски в его квадрантах. Для большей наглядности используется компенсатор с разностью хода 575 мμ (красная I порядка). При введении такого компенсатора черный крест становится красным, т. е. приобретает окраску компенсатора. В квадрантах (нумерацию квадрантов см. на рис. 28, 29), расположенных по направлению движения компенсатора, в зависимости от знака минерала будет наблюдаться повышение — появление синей окраски или понижение — появление желтой интерференционной окраски вместо серого цвета (рис. 28 и 29), а именно: в кристаллах оптически положительных в квадрантах II и IV происходит понижение окраски, т. е. они окрашиваются в желтый цвет, противоположные квадранты (III и I) окрашиваются в синий цвет, в кристаллах, оптически отрицательных, окрашивание обратное.

Если минерал имеет низкое двупреломление, то квадранты полностью окрашиваются в указанные цвета. Если же минерал имеет высокое двупреломление и в поле зрения наблюдались изохроматические кольца, то желтая и синяя окраски появляются только в углах креста, там, где окраска была серой или белой. Все остальные изохроматические кольца соответственно понизят или повысят интерференционную окраску на 575 мμ.

У минералов с очень высоким двупреломлением, когда наблюдается много изохроматических колец, оптический знак удобнее определять кварцевым клином методом «бегущих полосок». Поскольку в клине так же, как и в красной пластинке, вдоль расположена ось Np, то при вдвигании клина тонким концом, в случаях положительного кристалла, в квадрантах II и IV, лежащих вдоль клина, цвета интерференции у всех колец понизятся, а следовательно, кольца будут перемещаться от центра к периферии. В противоположных квадрантах (I и III) кольца будут перемещаться от периферии к центру. В случаях отрицательного минерала перемещение изохроматических колец будет происходить в обратных направлениях (рис 30).

В разрезах косых относительно оптической оси, когда в поле зрения балки появляются поочередно, квадрант устанавливается путем наблюдения за направлением, в котором они перемещаются (рис. 31). В разрезах, перпендикулярных одной из оптических осей или перпендикулярных острой биссектрисе, вращением столика микроскопа устанавливают изогиру так, чтобы она пересекалась осью Np компенсатора. Введя компенсатор, наблюдают изменение интерференционной окраски в вогнутых частях изогиры. У положительного кристалла должна наблюдаться желтая окраска, у отрицательного синяя (рис. 32).

Рис. 33

При наличии большого количества тонких лемнискат так же, как и в аналогичном случае у одноосных минералов, для определения знака пользуются кварцевым клином. У положительного кристалла при введении кварцевого клина отрезки лемнискат внутри изогир смещаются к периферии поля зрения, а вне изогир т. е. на выпуклой стороне их, к центру (рис. 33).

Для освоения методики работы в сходящемся свете рекомендуется определить осность, оптический знак минерала, а в случае двухосного минерала — приближенную величину угла 2v следующих минералов:

1) кварца, биотита и мусковита — в шлифах гранитов;

2) оливина — в шлифах дунита или перидотита;

3) пироксена — в шлифах габбро или перидотита;

4) турмалина — в слюдяном сланце;

5) кальцит — в шлифах мрамора.

Контрольные вопросы, и задачи для самопроверки при работе в сходящемся свете

1. Как отличить разрез изотропного минерала от изотропного сечения анизотропного минерала?

2. Как отличить минералы тетрагональной сингонии от ромбической?

3. Чем отличается интерференционная фигура одноосного и двухосного минералов в разрезе, перпендикулярном оптической оси?

4. В каких разрезах двухосных кристаллов можно определить осность и знак?

5. Чем отличается интерференционная фигура в разрезе, перпендикулярном оптической оси, для двухосных минералов при угле 2v, близком к 90 ° и приближающемся к 0 °?

6. Какой оптический знак должен быть обнаружен у двухосных минералов с показателями преломления:

а) Ng = 1,556, Nm = 1,553, Np = 1,530?

б) Ng = 1,614, Nm = 1,576, Np = 1,571?

7. Какой оптический знак должны иметь одноосные минералы с показателями преломления:

а) Ne = 1,553, Nо= 1,544?

б) Ne= 1,486, No =1,658?

8. К какой сингонии относится минерал, обладающий константами: cNg = 0, 2v = 80 °?

СХЕМА ОТЧЕТА

В результате последовательного определения всех оптических констант и свойств минерала должно быть составлено описание его по следующей схеме:

I. Без анализатора

1. Форма зерен минерала в различных разрезах и как вывод пространственная форма кристалла.

2. Спайность, ее характер и направление в различных разрезах. Отдельность.

3. Прозрачность.

4. Окраска; плеохроизм и его характер.

5. Показатель преломления с характеристикой резкости ограничений, рельефа, шагреневой поверхности, с указанием направления движения полоски Бекке и дисперсионного эффекта. Как вывод должна быть указана группа по таблице светопреломления Лодочникова.

6. Псевдоабсорбция, с указанием расположения осей эллипса относительно спайности или граней кристалла.

7. Включения и вторичные изменения.

II. С анализатором А. В параллельном свете

8. Двойники.

9. Угасание и ориентировка осей оптической индикатрисы с зарисовкой.

10. Характер удлинения (знак главной зоны).

11. Схема абсорбции с указанием окраски по осям оптической индикатрисы.

12. Толщина шлифа, с указанием метода определения.

13. Двупреломление, с указанием наивысшей интерференционной окраски и метода определения.

14. Аномальные явления.

Б. В сходящемся свете

15. Осность.

16. Знак минерала.

17. Приближенная величина 2v.

В описании, кроме того, должны быть приведены сведения о размерах зерен минерала с указанием минимальных, максимальных и преобладающих, а также количественное содержание минерала в шлифе (в процентах).

Надо иметь в виду, что не всегда можно определить все константы исследуемого минерала.

Например:

1) при недостаточном количестве ориентированных разрезов не может быть определена пространственная форма кристалла;

2) при отсутствии спайности граней и двойников характер угасания установить невозможно;

3) если минерал бесцветен, о плеохроизме даже и упоминать неуместно и т. д.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: