Определение силы двойного лучепреломления минерала

По отношению к поляризованному свету зерна минералов разделяются на две группы: оптически изотропные, обладающие одинаковыми оптическими свойствами по всем направлениям, и оптически анизотропные, свойства которых меняются в зависимости от направления. Анизотропия кристалла обусловлена строением его решетки, атомы или молекулы, из которых построен кристалл, расположены в определенном порядке, но этот порядок различен. В кристаллах самой простой системы - кубической – межатомные расстояния одинаковы по всем трем направления главных осей. Кристаллы кубической сингонии и минералы аморфного строения изотропны и не обладают двойным преломлением света. Например: опал, обсидиан. Характерной особенностью изотропных минералов является то, что при скрещенных николях, т. е. при двух николях, они становятся темными, почти черными и не просветляются при повороте столика микроскопа. Иначе выглядят анизотропные минералы – кристаллы гексагональной, тригональной систем имеют только одно направление, в которой не происходит двойного преломления, одна оптическая ось, они называются одноосными. В кристаллах ромбической, моноклинной и триклинной сингоний таких направлений два, имеют две оптические оси и называются двуосными. Например: исландский шпат СаСО₃ гексагональной сингонии является одноосным кристаллом.

Луч света, входя в пластинку анизотропного минерала, разлагается на два луча с разными показателями преломления, распространяющиеся с различными скоростями и колеблющиеся во взаимно перпендикулярных плоскостях. Это явление получило название двойного лучепреломления, или двупреломления.

Силой двойного лучепреломления (Δ) называется величина, показывающая, насколько показатель преломления одного луча отличается от показателя преломления другого – Δ = n 1 – n 2, где n 1 и n 2 – показатели преломления.

Сила двупреломления – величина переменная. В зависимости от направления прохождения света в кристалле она изменяется от нуля до какого-то максимума, который принято считать истинной величиной силы двупреломления данного минерала: Δ = n g – np, где ng – наибольший по величине показатель преломления данного минерала, а np – наименьший.

Значения Δ для различных минералов колеблются в довольно широких пределах. Так, для нефелина она равна 0,005–0,006, для оливина – 0,035–0,040, а для кальцита достигает 0,172–0,180. Определение силы двупреломления минералов основано на изучении в шлифах явления интерференции световых волн, проходящих через кристалл.

Луч света, входя в кристалл, раздваивается, и каждая из образовавшихся световых волн распространяется в кристалле со свойственной ей скоростью. В результате один луч обгоняет другой, и между ними возникает разность хода (R). Величина, которой измеряется в миллимикронах и прямо пропорциональна длине пути, пройденного в анизатропной среде, т. е. толщине кристаллической пластинки (d), в данном случае толщина шлифа, и силе двупреломления данного кристалла (Δ):

R = d Δ = d (ng – np).

Наличие определенной разности хода при прохождении световых лучей через анализатор обусловливает их интерференцию, вследствие чего зерна минералов при изучении их под микроскопом в белом свете приобретают интерференционные окраски. Причем каждому значению разности хода соответствует своя интерференционная окраска.

Следовательно, по характеру интерференционной окраски можно определить разность хода, которая, в свою очередь связана с искомой Δ уже известной зависимостью. В итоге определение силы двупреломления минерала сводится к определению интерференционной окраски.

При определении силы двупреломления минералов пользуются таблицей Мишель-Леви (рис. 3.1.2), которая является графическим выражением зависимости R = d Δ.

На рис. 3.1.2. внизу по горизонтали отложены значения разности хода (в миллимикронах), каждому из которых отвечает определенная интерференционная окраска. При увеличении разности хода цветные полоски периодически повторяются. Это позволяет разбить их на порядки.

К первому порядку относятся цвета серый, белый, желтый, оранжевый и красный, постепенно переходящие один в другой. Второй и третий порядки начинаются с фиолетового цвета, далее следует синий, зеленый, желтый, оранжевый и красный. При сравнении интерференционных окрасок первых трех порядков видно, что в первом порядке имеются отсутствующие в других порядках серый и белые цвета, но нет синего и зеленого.

Рис. 3.1.2. Зависимость силы двойного лучепреломления, разности хода и толщины

кристаллической пластинки (табл. Мишель-Леви)

В первом и втором порядках цветные полоски имеют наиболее яркую окраску. Затем они постепенно бледнеют и при очень больших разностях хода все цвета сливаются и образуют интерференционную окраску, называемую белой высшего порядка. Слева по вертикали на таблице Мишель-Леви отложена толщина шлифа d в микронах (1 мк = 0,001 мм). Из нижнего левого угла таблицы веерообразно вверх и вправо расходятся прямые линии, на концах которых указаны значения двупреломления.

При изучении интерференционной окраски минерала необходимо уметь определять ее порядок. Для этого пользуются «правилом каемок»: по периферии зерна наблюдается серия цветных каемок, последовательно повторяющая цвета таблицы Мишель-Леви.

Причина появления цветных каемок заключается в том, что зерна минералов в шлифе только в центральной своей части имеют толщину 0,03 мм, к периферии она уменьшается, и, в том же направлении уменьшается и разность хода. Это приводит к смене интерференционных окрасок от наиболее высоких в центральной части зерна к низким в краевых частях. Последовательность и число наблюдаемых каемок соответствует количеству и последовательности цветных полос таблицы Мишель-Леви,

расположенных влево от интерференционной окраски центральной части зерна. Например, если в центральной части зерно имеет окраску синюю второго порядка, то от края к центру будут последовательно наблюдаться серая, белая, желтая, красная и фиолетовая каемки. Если же в зерне наблюдается окраска синяя третьего порядка, то от краев к центру располагаются серая, белая, желтая, красная каемки первого порядка, далее – фиолетовая, синяя, зеленая, желтая, красная второго порядка и фиолетовая третьего порядка (рис. 3.1.3).

Рис. 3. 1.3. Распределение интерференционных окрасок на краю скошенного на клин зерна. I, II, III – порядки интерференционной окраски. Зависимость окраски от диаметра зерна.

Прослеживая одну за другой цветные каемки, начиная от края зерна к центру, и, сравнивая их последовательно слева направо, с цветными полосками в таблице Мишель-Леви, мы устанавливаем интерференционную окраску и ее порядок, соответствующий данному разрезу минерала.

Необходимо иметь в виду, что иногда толщина зерна в шлифе увеличивается не постепенно, а резко. Это приводит к выпадению некоторых цветных каемок. Однако целый порядок, как правило, никогда не отсутствует, и ориентируясь на оставшиеся каемки, всегда можно правильно определить порядок интерференционной окраски центральной части зерна.

Интерференционная окраска в зернах бесцветных минералов наблюдается отчетливо. Определение интерференционной окраски (особенно в пределах первого порядка) у цветных минералов иногда вызывает некоторое затруднение. Дело в том, что собственная окраска минерала, не влияющая на характер интерференционной, но, просвечивая через эту окраску, она как бы загрязняет ее. Об этом необходимо помнить в случае изучения интенсивно окрашенных минералов.

Для определения силы двупреломления минерала необходимо в шлифе найти зерно с наивысшей интерференционной окраской, затем по таблице Мишель-Леви найти точку пересечения этой окраски с горизонтальной линией, соответствующей 0,03 мм (толщина шлифа). Через эту точку проходит одна из веерообразных расходящихся линий, на верхнем конце которой и указана искомая величина Δ.