Визначення характеру погасання, кута погасання та оптичного орієнтування

 

Мета роботи: визначення характеру погасання, кута погасання та оптичного орієнтування в анізотропних мінералах.

 

Завдання роботи:

- знати суть явища погасання анізотропних мінералів;

- знати, що таке оптична індікатриса; як можна визначити кут погасання;

- знати, що таке оптичне орієнтування мінералів і як його визначити під мікроскопом;

- вміти визначати характер і кут погасання мінералів.

 

Теоретичні положення

Оптично-анізотропні мінерали, для яких властиве подвійне променезаломлення, при включеному аналізаторі і повороті столика мікроскопа на 360⁰ чотири рази темніють (погасають) і чотири рази просвітлюються, набуваючи того або іншого інтерференційного забарвлення. Це явище пояснюється так. Як відомо, коливання світлових хвиль в кристалах взаємоперпендикулярні і паралельні осям індікатриси.

Оптична індікатриса - це уявна поверхня побудована на величинах показників заломлення, значення яких в масштабі відкладаються в напрямку коливань світлового променя. В кристалах кубічної сингонії оптична індікатриса має форму кулі, поскільки світлові хвилі в них поширюються з однаковою швидкістю в усіх напрямках. Для кристалів тригональної, тетрагональної і гексагональної сингоній індікатриса має форму еліпсоїда, в якому вісь повороту співпадає з віссю симетрії вищого порядку (L₃, L₄, L₆).

В мінералах ромбічної, моноклінної та триклінної сингоній оптична індікатриса має вигляд еліпсоїда з трьома взаємноперпендикулярними і нерівними за величиною осями.

При повороті столика мікроскопа наступає момент, коли осі індікатриси співпадають з напрямком коливань ніколей в мікроскопі, і світловий промінь пройде через поляризатор та кристал і буде погашений аналізатором, який не пропустить цих коливань.

Найяскравіші кольори інтерференції спостерігаються тоді, коли осі індікатриси розміщені під кутом 45⁰ до напрямку коливань світла в аналізаторі і поляризаторі.

Анізотропні мінерали володіють різним характером погасання. Одні з них мають рівномірне погасання - все зерно погасає одночасно, інші - нерівномірне, коли при повороті столика мікроскопа різні ділянки зерна погасають в різний час.

Нерівномірне погасання може бути закономірним (просте і складне двійникове, зональне) і незакономірним (хвилясте, агрегатне, волокнисте і ін.) (рис. 6.1).

 

Рисунок 6.1 - Характер погасання мінералів

 

Зерно з хвилястим погасанням в схрещених ніколях не стає темним відразу по всій площі, а при повороті столика затемнені ділянки переміщуються подібно як хмарки або хвилі. Такий тип погасання є ознакою деформації мінералу і особливо часто спостерігається у кварці.

Агрегатне погасання характерне для мінералів, які мають скритокристалічну будову, тобто складаються з дрібненьких кристаликів ізометричної форми, які тісно зрослися між собою.

Рівномірне погасання окремих кристаликів приводить до того, що погасання зерна в цілому має плямистий характер.

Деякі мінерали, наприклад, актиноліт, серпентин утворюють зростки, які складаються з тонких, дуже витягнутих кристалів, орієнтованих субпаралельно. Часто такі кристали такі тонкі, що при одному ніколі не відрізняються навіть при найбільших збільшеннях, але їх неодночасне погасання в схрещених ніколях чітко виявляє тонковолокнисту будову мінералу.

При вивченні анізотропних мінералів дуже важливо визначити оптичне орієнтування, тобто знайти в кристалі положення осей індікатриси відносно кристалографічних осей (x, y, z). Вони, як відомо, співпадають з тріщинами спайності, або з напрямком видовження зерна, або з добре розвинутими гранями кристала.

На практиці визначення оптичного орієнтування зводиться до виміру кута між віссю індікатриси і спайністю або видовженням зерна. Цей кут називається кутом погасання. Його заміряють в розрізі, паралельному до площини індікатриси N_gN_p, який характеризується найвищим для даного мінералу інтерференційним забарвленням (вісь індікатриси N_g пропорційна найбільшій величині показника заломлення n_g, а N_p - найменшому значення n_p).

Положення осей індікатриси визначають в момент погасання зерна. Кристали погасають, тобто темніють, коли напрямок осей індікатриси, паралельно до яких коливається світловий промінь в кристалі, співпадає з напрямком світлових коливань в ніколях.

В правильно відрегульованому мікроскопі ніколі (поляризатор та аналізатор) встановлені так, що площини коливань світлових променів, котрі вони пропускають, орієнтовані паралельно до ниток окуляра (це необхідно перевірити, приступаючи до визначення кута погасання, порядок перевірки приводиться нижче).

Для виміру кута погасання беруть відліки на лімбі столика мікроскопа в двох його положеннях. Перший відлік беруть тоді, коли напрям тріщин спайності паралельний до однієї з ниток окуляра (рис. 9,а). Другий відлік проводять в момент погасання зерна, коли паралельно до ниток окуляра розміщаються осі індікатриси N₁ та N₂ (рис. 6.2,б).

 

 

 

 

Рисунок 6.2 - Визначення кута погасання в кристалі

П - площина поляризації поляризатора;

А - площина поляризації аналізатора;

a - кут погасання.

 

В кристалах середніх сингоній (тригональній, тетра- і гексагональній і в деяких розрізах моноклінної сингонії) осі індікатриси співпадають з кристалографічними осями, тобто зі спайністю. Кут погасання в таких кристалах буде дорівнювати 0⁰ (або 90⁰). Такий тип погасання називається прямим.

В більшості розрізів кристалів моноклінної сингонії і в кристалах триклінної сингонії осі індікатриси не співпадають з кристалографічними осями. Кут погасання в такому випадку не рівний 0⁰, а тип погасання називається косим. Таким чином, за типом погасання можна судити, до якої сингонії відноситься мінерал. Пряме погасання в усіх розрізах мають кристали середніх і ромбічної сингоній, наявність в одних зернах прямого погасання, а в других - косого характерна для кристалів моноклінної сингонії, косе погасання в усіх зернах мають кристали триклінної сингонії.

Для визначення оптичного орієнтування крім положення осей індікатриси в кристалі необхідно знати їх найменування, тобто визначити, яка з них є віссю N_g, а яка N_p. Для цього використують компенсатор - кристалічною пластинкою (слюда, гіпс, кварц) з відомою величиною різниці ходу і заданим напрямком осей індікатриси.

Як правило, використовують кварцовий компенсатор з різницею ходу 560 мкм, вздовж довгої сторони оправи якого є вісь індікатриси N_p, а вздовж короткої - N_g.

Якщо є дуже високі інтерференційні забарвлення мінералів, зручніше застосовувати слюдяний компенсатор при різниці ходу 150 мкм.

Якщо при введенні в оптичну систему мікроскопа компенсатора, осі індікатриси в ньому і в досліджуваному мінералі співпадають за напрямком і найменуванням, то відповідно до правила компенсації різниця ходу компенсатора додається до різниці ходу мінералу і інтерференційне забарвлення мінералу підвищується на 560 або 150 мкм (рис. 6.3). Якщо співпадають різноіменні осі індікатриси в зерні та компенсаторі, різниця ходу компенсатора віднімається і інтерференційне забарвлення зерна при цьому знижується.

 

 

 

Рисунок 6.3 - Зміна інтерференційного забарвлення залежно від розміщення осей індікатриси в кристалі і компенсаторі (правило компенсації)

а - інтерференційне забарвлення зерна мінералу підвищується (åR=R_мін+R_комп);

б - інтерференційне забарвлення зерна знижується (åR=R_мін-R_комп).

Порядок виконання роботи

 

1 Регулюють мікроскоп (освітлення, центрування, схрещеність ніколей).

2 Нитки окуляра встановлюють паралельно до площини коливання поляризатора та аналізатора, для чого використовують особливості плеохроїзму біотиту. Відомо, що біотит стає темним, коли напрям світлових коливань співпадає зі спайністю.

3 Нитка окуляра повинна бути встановлена паралельно до спайності біотита, якщо цього не спостерігається, то необхідно повернути окуляр так, щоб нитка співпала з напрямком тріщин спайності. Аналізатор виключений.

4 На столик мікроскопа ставлять шліф і з включеним аналізатором знаходять зерно з чіткими тріщинами спайності і найбільш високим інтерференційним забарвленням - (в такому перерізі в площині шліфа розміщуються осі N_g і N_p. Це зерно поміщають в центр поля зору.

5 Столик мікроскопа повертають до моменту, коли тріщини спайності мінералу співпадають з напрямком однієї з ниток окуляра, і в такому положенні роблять перший відлік на лімбі столика.

6 Столик повертають до повного погасання і роблять другий відлік. Різниця між відліками відповідає величині кута погасання.

7 Зерно замальовують в момент погасання, наносять осі індікатриси (паралельно до ниток окуляра), тріщин спайності, грані кристалу або напряму видовження і вказують виміряний кут погасання a (рис. 6.4). Зарисовку краще робити при виключеному аналізаторі, коли краще видно спайність.

 

 

 

Рисунок 6.4 - Визначення оптичного орієнтування і знака видовження кристала

 

Зерно зарисоване в момент погасання. На рисунку показане розміщення осей індікатриси (N_g, N_p) і кут погасання (a)

8 З положення погасання столик мікроскопа повертають на 45⁰ для суміщення осей індікатриси мінералу з осями індікатриси компенсатора (на малюнку показано стрілкою напрям повороту столика). В такому положенні зерна найбільш чітко спостерігається інтерференційне забарвлення, а осі індікатриси мінералу розміщаються паралельно осям індікатриси компенсатора.

9 В спеціальний проріз в тубусі мікроскопа, над об’єктивом, вводиться компенсатор, при цьому відмічають зміну інтерференційного забарвлення мінералу. Підвищення його значить, що в кристалі і компенсаторі співпадають одноіменні осі індікатрис, і відповідно, вісь індікатриси мінералу, паралельна довгій стороні компенсатора, є віссю N_p, якщо інтерференційне забарвлення знижується - віссю N_g (слід пам’ятати, що зміна забарвлення відбувається на величину, що відповідає різниці ходу компенсатора).

10 На малюнку підписують найменування осей індікатриси і результати роботи виражають в такому вигляді:

cN_g=a₁cN_p=90⁰-a,

де c - умовне позначення спайності.

Наприклад: кут погасання a (рис. 11) дорівнює 35⁰, він утворений спайністю і віссю N_g, тому cN_g=35⁰; тоді cN_p=90-a=45⁰.

11 Визначають знак видовження або знак головної зони мінералу. Видовження вважається додатним, якщо, його найближчою віссю індікатриси стосовно довгої сторони кристала або напрямку спайності є вісь N_g, тобто cN_g<45⁰, і від’ємним, якщо цією віссю є N_p.

В такому разі cN_p<45⁰.

 

Контрольні питання

 

1 Скільки разів погасає кристал при повороті столика мікроскопа на 360⁰ і чому?

2 Яке положення осей індікатриси в зерні мінералу в момент його погасання?

3 Кристали яких сингоній володіють властивістю погасання?

4 Зерно мінералу знаходиться в положенні погасання, що відбудеться з ним при повороті столика мікроскопа на 45⁰?

5 Чи існує зв’язок між положенням ниток окуляра мікроскопа і розміщенням площин поляризації в поляризаторі та аналізаторі?

6 За якими ознаками вибирають зерно мінералу для визначення кута погасання та оптичного орієнтування?

7 Як погасають кристали ромбічної і триклінної сингоній?

8 Яку величину різниці ходу створює кварцевий компенсатор, і яка вісь індікатриси співпадає з довгою стороною компенсатора?

9 Спайність розміщена паралельно до довгої сторони кристала N_g=15⁰. Який знак видовження?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 7