Свойства минералов под микроскопом

Какие же свойства минералов можно определить с помощью поляризационного микроскопа?

Окраска и прозрачность

Во-первых, прозрачность и окраску минерала. Подавляющее большинство минералов прозрачны в тонких пластинках (шлифах). Непрозрачными бывают только рудные минералы (магнетит, пирит, галенит и самородные металлы). Многие минералы имеют свою собственную окраску, которая может меняться в зависимости от направления проходящего света. Это явление называется плеохроизмом. Его иногда можно наблюдать и без микроскопа. Возьмите, например, прозрачный кристалл турмалина и посмотрите сквозь него на солнце (солнечный свет частично поляризован). Если смотреть сквозь длинные грани кристалла, то турмалин будет иметь ярко-зелёную или коричневую окраску, а если повернуть его торцевой стороной, то окраска турмалина станет значительно темнее, а в некоторых случаях — чёрной.

Показатели преломления

Одним из самых важных свойств минералов является их способность преломлять лучи света. Количественно преломление оценивают с помощью специального показателя, который равен отношению скоростей света в какой-либо среде и скорости света в вакууме. Если опустить ложку в чашку с водой, часто кажется, что ложка переламывается на границе воды и воздуха. Вынимаете ложку — а она целая. Причина этого явления в разнице показателей преломления света воды и воздуха. Чем больше разница показателей преломления двух различных сред, тем под большим углом будет искажаться изображение предмета. Чем больше разница показателей преломления какого-нибудь минерала и его окружения (воздух, вода, другие вещества), тем этот минерал будет сильнее блестеть и чётче будут видны контуры минерала. На этом основан иммерсионный (от лат. immersio — «погружать») метод определения минералов. Имея набор иммерсионных жидкостей (с известными для каждой показателями преломления), исследователь выбирает из них такую, чтобы при погружении в неё зёрнышек исследуемого минерала границы между минералом и жидкостью не были видны под микроскопом. Если он нашел такую жидкость, то показатель преломления минерала равен показателю преломления жидкости.

Двулучепреломление и другие свойства

Ещё одно важное свойство кристаллов — это явление двулучепреломления, описанное нами в начале статьи. Оказалось, что им обладают почти все кристаллы (за исключением минералов кубической сингонии). У исландского шпата это явление настолько сильно, что его видно невооружённым глазом. У других минералов оно слабее и может быть измерено только с помощью специальных устройств, вмонтированных в поляризационный микроскоп. Раздваивание изображения происходит потому, что кристаллы расщепляют входящий в них луч света на два, каждый из которых имеет свой показатель преломления. Эти два луча обладают различными скоростями и проходят внутри кристалла под разными углами, а выходят с другой его стороны на некотором расстоянии друг от друга. Понятно, что расхождение будет тем больше, чем больше разница между показателями преломления и толще пластинка минерала, через которую пропускается луч. Разница между показателями называется величиной двулучепреломления. У каждого кристалла этот показатель изменяется в зависимости от того, в каком направлении мы будем пропускать пучок света. Максимальная для кристалла величина двулучепреломления является оптической константой, характеризующей данный минерал.

Каждый минерал имеет такие направления, вдоль которых не происходит двулучепреломления. Такие направления называются оптическими осями. В различных минералах может быть разное число оптических осей.

Русский учёный Евграф Степанович Фёдоров (1853—1919), который является одним из основоположников петрографии в России, предложил использовать в сочетании с микроскопом теодолитный столик. Установив такой столик на микроскопе, исследователь получает возможность поворачивать шлиф в любых направлениях. Этот прибор получил название «фёдоровского столика». С его помощью можно очень точно определять углы между оптическими осями, направлениями спайности и многое другое.

Мы рассмотрели только самые главные оптические свойства минералов, которые можно определить с помощью поляризационного микроскопа.

Ещё чуть-чуть о микроскопе

Многие минералы окрашены. Их цвет иногда меняется при изменении состава, иногда при нарушении кристаллической структуры (структурные дефекты), а иногда из-за включений какого-нибудь другого окрашенного минерала. В качестве примера можно привести кварц с зелёной окраской, вызванной тонковолокнистыми вростками актино-лита. Ценятся украшения из «тигрового» или «соколиного глаза». Необычные переливы, игра цветов на полированной поверхности обусловлены тем, что тонкоигольчатые параллельные сростки амфибола (жёлтого для «тигрового глаза» и синего для «соколиного») изогнулись под действием нагрузок ещё во время образования, а затем обросли зёрнами кварца (окварцевались). При полировке эти тонкие кристаллы ломались бы, если бы они не были «залиты» в прочный кварц. Без микроскопа расшифровать подобные взаимосвязи между минералами было бы невозможно.

В состав интрузивных магматических пород входит много минералов. Они различаются по цвету, блеску, наличию или отсутствию трещин и по другим характеристикам.

Под микроскопом можно видеть последовательность образования минералов из магмы: те, которые выросли первыми, представляют собой хорошо огранённые кристаллы, а зёрна других, которые появившихся позже, занимают промежутки между ранее выделившимися и имеют неправильную форму.