Установка николей в скрещенное положение

Для диагностики минералов при скрещенных николях определяют анизотропность, угол погасания, наименование осей индикатрисы, знак удлинения и величину двупреломления.

Скрещивание николей заключается в установке плоскостей колебаний поляризованного света в поляризаторе и анализаторе во взаимно перпендикулярное положение, для этого:

1) при одном николе добиваемся максимального освещения поля зрения;

2) включаем анализатор;

3) если темнота не наступает, то поворачиваем поляризатор (в новых микроскопах – анализатор) до появления максимальной темноты (темнота наступает, когда николи пропускают световые волны во взаимно перпендикулярных плоскостях)

Когда верхний поляризатор введен в оптическую систему микроскопа таким образом, что его плоскость поляризации находится под прямым углом к плоскости поляризации нижнего поляризатора, говорят, что николи скрещены. Если на столике микроскопа отсутствует препарат, то поле зрения будет темным, так как свет, проходящий через нижний поляризатор, колеблется в плоскости поглощения анализатора. В скрещенных николях можно наблюдать только анизотропные минералы, т. к. изотропные вещества выглядят темными и остаются такими при любом повороте столика.

Изучение минералов в проходящем свете при двух николях, положение которых взаимно перпендикулярно, позволяет нам определять следующие оптические характеристики: силу двупреломления (характер интерференционной окраски), удлинение минерала (или знак главной зоны), характер погасания, двойникование.

Определение изотропности и анизотропности. При скрещенных николях мы можем определить изотропность или анизотропность минерала. Для этого необходимо ввести анализатор, находящийся над минералом, и вращать столик микроскопа. Если зерно останется темным при полном обороте столика и такая же картина будет наблюдаться у нескольких зерен, находящихся в беспорядочной ориентации, то минерал изотропный. Подобно предметному стеклу, на котором он расположен, минерал не оказывает никакого воздействия на поступающий снизу поляризованный свет, который гасится анализатором, создавая впечатление полного отсутствия зерен. Если при вращении столика зерно в некоторых положениях пропускает свет, то оно анизотропно. В таком случае зерно становится темным четыре раза за один полный оборот столика с интервалом 90º.

Изучение интерференционной окраски и определение силы двупреломления минерала. Поступающий из поляризатора луч плоскополяризованного света, проходя через минерал, распадается на два, т. к. любое анизотропное вещество разлагает световой луч на два луча, идущих под небольшим углом друг к другу, колебания которых взаимно перпендикулярны. Таким образом, из кристалла выходят уже четыре луча, которые попадают в анализатор. Каждый парный луч, колеблющийся в перпендикулярной плоскости по отношению к первому, отражается от прослойки канадского бальзама анализатора. Два вышедших луча имеют одинаковую длину волны и колеблются в одном направлении. Однако они выходят не одновременно, т. к. один из лучей немного запаздывает. Величина запаздывания называется разностью хода. Лучи, соединяясь, интерферируют по правилу сложения двух волн, и минерал приобретает определенную интерференционную окраску. При этом результирующая амплитуда двух сложенных волн может как увеличиваться, так и уменьшаться. Если разность фаз соответствует целому числу длин волн, то волны интерферируют с ослаблением (т. е. взаимно гасятся), а если разность фаз соответствует λ, λ, λ и т. д., то волны усиливают друг друга. Это явление можно наглядно проследить, поместив на столике микроскопа кварцевый клин[1] под углом 45º к кресту нитей. При таком положении клина в каждом его направлении колебаний пропускается максимальное количество света. Когда кварцевый клин вдвигается скошенным концом в оптическую систему микроскопа, то создается впечатление, что по всей поверхности клина вдоль его длины пробегают полоски всех цветов радуги, изменяясь сначала от серого к белому и затем через желтый и оранжевый к красному; вслед за этим возникает последовательное повторение ньютоновской шкалы цветов: фиолетовый, синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый, красный. Обычно подобное повторение возникает четыре раза. При этом краски начинают постепенно бледнеть, одновременно приобретая розоватый оттенок. Такая окраска называется «белая высшего порядка». Повторяющиеся участки, окрашенные в разные цвета и разделяемые фиолетовыми полосами, называются интерференционными окрасками первого, второго, третьего и четвертого порядка. Каждый порядок цветов образуется оставшимися длинами волн, когда за счет разности хода при увеличении толщины клина одна за другой гасятся длины волн белого света. В общем случае разность хода, или разница в длине оптического пути лучей, определяется соотношением:

Δ = (n_м – n_б) d,

где Δ – разность хода в нм (нанометрах); n_м и n_б – показатели преломления у медленного и быстрого направлений колебаний в данном сечении минерала (они соответствуют направлениям колебаний N_g и N_p с показателями преломления n_g – n_p или n_p – n_g), d – толщина среза в нм. Частные двупреломления будут характеризоваться значениями ng' – nр' или nр' – ng'. Разность фаз δ определяется как

Δ = ,

где λ– длина волны, а π = 3,14 радиан.

Интерференционную окраску определяют толщина минерального зерна, ориентировка сечения, величина двупреломления.

Зависимость интерференционной окраски от величины двупреломления. Интерференционная окраска минерала зависит от величины его двойного светопреломления: чем больше двупреломление, тем выше интерференционная окраска минерала. Разница между наибольшим и наименьшим показателем преломления кристалла обозначается как Δ = n_g – n_p (для оптически положительных кристаллов) и np – ng (для оптически отрицательных кристаллов). Для каждого минерала величина Δ является одной из основных оптических констант и определяется на срезах, имеющих наивысшую интерференционную окраску (разрезы, параллельные оптической оси одноосных и плоскости оптических осей двуосных минералов). Любые другие сечения имеют меньшую величину двупреломления, которая называется частным двупреломлением и обозначается Δ ′ = n_g′ – n_p′ и, соответственно обнаруживают более низкую интерференционную окраску.

Зависимость интерференционной окраски от ориентировки среза. В магматических породах одинаковая ориентировка оптических индикатрис, слагающих породу минералов, встречается довольно редко. В большинстве случаев минералы имеют самую разнообразную оптическую ориентировку, поэтому в шлифе, представляющем произвольный срез, сделанный через породу, мы имеем дело с различными сечениями индикатрис. Для всех сечений, за исключением сечений, параллельных оптической оси одноосного кристалла и плоскости оптических осей двуосного, разница между большой и малой полуосями эллиптических сечений индикатрисы будет меньше, чем возможное максимальное значение Δ, определяемое разницей n_g – n_p или n_p – n_g. Например, оптически одноосный кварц в шлифе нормальной толщины может быть светло-желтым (в разрезах, параллельных оптической оси), белым, разной интенсивности серым (в косых разрезах) и даже черным (не просветляться в разрезах, перпендикулярных оптической оси).

Двуосные минералы обладают наивысшей интерференционной окраской, если в плоскости шлифа лежит плоскость оптических осей с наибольшим (n_g) и наименьшим (n_p) показателями преломления. В сечении, перпендикулярном одной из оптических осей, они не изотропны, как одноосные минералы в аналогичном срезе, а вследствие дисперсии света и внутренней конической рефракции имеют темно-серую интерференционную окраску, которая не просветляется, но и не затемняется, оставаясь неизменной. При одном николе у плеохроирующих минералов в этом сечении плеохроизм не наблюдается.

Зависимость интерференционной окраски от толщины зерна. Толщина шлифа и даже отдельных зерен неодинакова. Разница эта невелика (выражается в тысячных долях миллиметра), но уже достаточна для того, чтобы оказать заметное влияние на разность хода волн.

Поэтому под микроскопом часто можно видеть, что интерференционная окраска неодинакова на различных участках зерна. А при благоприятных условиях удается заметить почти концентрическое расположение сменяющих друг друга окрасок. Особенно хорошо это видно на песчинке кварца, заклеенной в канадский бальзам. Ее самая толстая часть имеет наиболее высокую интерференционную окраску, к краям окраска понижается и в самой тонкой части становится наиболее низкой (рис. 31).

Связь собственной и интерференционной окрасок минерала. Определение интерференционной окраски бесцветных минералов обычно не вызывает затруднения. Иное дело у окрашенных минералов. Хотя их собственная окраска на высоту интерференционной окраски не влияет, но она воздействует на интерференционный спектр, просвечивая сквозь него, и мешает определению.

Особенно ощутимо это сказывается на минералах, имеющих первый порядок интерференционной окраски. Даже в слабо окрашенных минералах собственный цвет маскирует белую или серую интерференционную окраску первого порядка. Зерно при скрещенных николях может выглядеть так же, как и при одном николе. Особенную трудность для определения интерференционной окраски представляют интенсивно окрашенные минералы (биотит, амфиболы, щелочные пироксены, рутил и другие). Их собственная окраска сильно затушевывает интерференционную и в скрещенных николях они кажутся только еще более густо окрашенными, чем при одном николе.

Определение силы двупреломления с помощью номограммы Мишель-Леви. Поскольку интерференционная окраска зависит от толщины препарата, в оптической минералогии обычно изготавливают шлифы стандартной толщины, равной 0,03 мм. При такой толщине максимальная интерференционная окраска в обычном кварце выглядит белой с очень слабым желтым оттенком. Если толщина среза известна, то силу двупреломления изучаемого минерала можно оценить путем сопоставления максимальной (из имеющихся в различных сечениях минерала) интерференционной окраски с окраской, найденной в номограмме Мишель-Леви (рис. 32). Чтобы определить величину двупреломления, необходимо из точки, где наблюдаемая цветовая полоса пересекается со значением толщины шлифа, проследовать по соответствующей наклонной линии к правому краю номограммы. И наоборот, максимально возможная окраска для зерна минерала с известной величиной двупреломления оценивается исходя из толщины шлифа.

При определении минерала часто достаточно составить приблизительное суждение о величине силы двупреломления и характеризовать двупреломление как слабое, среднее, сильное и т. п. (см. табл. 2).

Таблица 2