Изучение прозрачных шлифов пород под поляризационным микроскопом

ОСНОВЫ КРИСТАЛЛООПТИКИ

История развития кристаллооптики

Кристаллооптический метод исследования минералов и г орных пород имеет солидный возраст, отмечая сегодня уже 150 лете момента выхода в свез первой публикации, посвященной изучению минералов под микроскопом в поляризованном свете (Г.К.Сорби, 1850). Этот метод не теряет своей значимости и при введении в арсенал аналитических исследований таких замечательных методов, как рентгеновский микроанализ.

Несколько раньше, в 1848 году, Смит (Smith) и Бек (Beck) опубликовали работу, посвященную поляризационному микроскопу, а Джон Квикетг (John Quckctt) издает «Трактат о микроскопе», первое в Британии пособие по применению ахроматического микроскопа. Квикетт дает подробное описание объектов, пригодных для изучения под поляризационным микроскопом. Там же есть фраза о том, что гранит под микроскопом в поляризованном свете становится разноцветным.

Но прежде чем дойти до этой ступени кристаллооптики, учеными пройдет i огромный пуп, длиною почта в две с половш юй тысячи лет. Уже в IV веке до н. э. Аристотель отмечал преломление света, проход ящего через стеклянную линзу.

К началу XV века стали уже хороню известны очки, т. е. производство линз достигало весьма высокого уровня. Идею комбинирования линз блестяще реализовал великий Галилей, создавший в 1609 г. впервые линзовые телескопырефракторы. В 1612 году он конструирусгпервый микроскоп, позволяющий исследовать тонкие срезы объектов в проходящем свете, микроскоп, по схеме которого пользуются приборами до настоящего времени биологи, медики и др. Показатель преломления света находится в прямой зависимости от длины волны. Поэтому переход белого света (светового луча) из одной среды в другую сопровождается его разложением в спектр, т. с. на различные цветовые составляющие. Это явление, имеющее место при преломлении, дифракции и интерференции света, было открыто Ньютоном в 1666 году и получило название дисперсии, т.с. рассеянное разложение.

В 1669 году Эразм Бартолин, датский профессор математики и медицины Копенгагенского университета, устанавливает* двупреломление в кальците. Христиан Гюйгенс (1629−1695) — голландский физик, а позже Опост Френель (1788 1827) французский физик, создатель волновой теории света, разработали теорию двупрелом ления. Л. Эйлер швейцарский математик и физик, член Петербургской Академии Наук, в 1770—1771 годах разработал методы расчета оптических систем и создания ахроматических микроскопов.

В 1808 году устанавливается явление поляризации света, и Э. Л .Машос вводит понятие поляризованного луча. В 1828 году, Уильям Николь (1768— 1851) — английский физик, профессор Эдинбургского университета — конструирует призму, дающую поляризованный свет. В 1834 г. Фокс Талбот (Fox Talbol) впервые описал применение призмы Николя, приложенной к оптической системе обычного микроскопатак появился поляризацитшыймикроскоп, которым мы пользуемся и в настоящее время.

В производстве препаратов для микроскопических исследований большую роль сыграл лондонский оптик Эцдрю Причард (Andrew Pritchard), ещераньше прославившийся как человек, первый изготовивший линзы для микроскопа из алмаза. Он также изготовлял и продавал микроскопы, снабженные сапфнровымилш! зами, которые бьиш лучше стеюшшшЕХ. В 1835 г. Э. Причард издает «список двух тысяч микроскопических объектов», в кот ором упоминаются первые шлифы с канадским бальзамом* и поднят вопрос о применении поляризационных призм Николя, приложенных к микроскопу, описанных Ф. Талботом.

В 1843 году публикуются работы J. Pereira «Лекции о поляризованном свете», а в 1848 г. появляется «A familiar introduction to the study of polarized light» [C. Woodward, London, 1848], где авт ор описывает использование микроскопа ;щя наблюдений в сходящемся свете.

Рубежом кристалл о оптических исследований минералов и горных пород в шлифах под поляризационным микроскопом принят 1858 год-год выхода моно1*рафии Г. Сорби (Henry Clifton Sorby) по кристаллоошическому описанию прозрачных породообразующих минералов, где он показал также возможность использования жидких включений в минералах для определения температуры их образования, т. е. это истоки термометрии по включениям в минералах. Ему же принадлежит разработка технологии применения кварцевого клина. Поляризационный микроскоп получил права гражданства в геологических исследованиях.

‘Канадский бальзам — это клен для шлифов, который вначале изготовлялся из сосновой смолы в Канаде, откуда и пошло это название.

А. А. Иностранцев в 1867 г. впервые в России применил метод микроскопического исследования горных пород. А. П .Карпинский в 1869 г. защитил диссертацию «Об авпгговых породах деревни Мулдакасвой и горы Качканар на Урале» также с использованием поляризационного микроскопа.

Мишель Леви Опост (Michel-Levy А., 1844−1911) — французский петрограф, совместно с другим петрографом Ф. Фуке, составил свод ку оптических свойств минералов. Кроме того, Мишель-Леви вычерчивает номограмму для упрощения определеггия силы двупрелом лег шя минералов по ихинтерференгцгонным окраскам под поляризационным микроскопом.

Бертран и Лазо вводят в систему микроскопа дополнительные литы, получившие имена авторов, позволяющие веспг наблюдения гг определение осности и оптического знака минералов в сходящемся свете.

Владимир (Вартан) Никитович Лодочников (1887−1942) устанавливает rrajrHwe дцсперсиоггного эффекта у бесцветных минералов на их границе при малых значегшях разницы показателей преломления. Это свойство минералов в кристаллооптике закрепилось термином «дисперсионный эффект Лодочникова».

1891 год явился г одом начата нового этапа развития кристашюоптических исслсдовагтий минералов. Наш соотечественник, крупнейший кристаллограф, Евграф Степанович Федоров (1853 -1919) сконструировал на основе двух теодолитов прибор, устанавливаемый на плоский столик микроскопа и позволяющий придать любой наклон шлифу, т. е. получил, любую нужную ориентировку минерала для его целенаправленного шучеггия. Этот прибор впоследствгги получил имя изобретателя гг всему миру геолог ов стал известен как столик Федорова, позволяющий определять состав полевьгх шпатов по их оптическим свойствам и рядкристаллоогпическихконсганг любых минералов.

В 1930 году создан электронный микроскоп.

Од ним ггз направлеггий кристаллооптики минералов является определение их показателей преломления как важнейших констант, характеризующих мртнералы. Показатели преломления определяются на рефрактометрах гг иммерсионным методом.

Принцип определения на рефрактометрах уже следует из самого названия приборов (рефракция — преломление). В этих приборах используется принцип полного внутреннего отражения световых лучей гга границе двух сред, обладаюгцтгхразиьгми показателями преломления.

Существуюткристшот-рефрактомстрьг, в которьгхгга полусферу прибора с ггзвестньгм показателем преломления устанавлтгвастся исследуемый миг горал полггровашгой поверх! гостью, гг показатель преломления определяется по преданному углу полного внутреннего отражеггггя по равенству а^= arcsin (l//i), где «о — угол преломления, п — показатель преломления. Для облегчения работы существуют специальные таблицы, связывающие углы полного внутреннего отражения и показатели преломления.

Жидкостью рефрактометры используюттот же принцип и предназначены для определения показателей преломления жидкостей.

Иммерсионный метод — метод определения показателя преломления исследуемого вещества погружением в жидкость с известным показателем преломления (immergio — погружаю). Для оптически изотропных сред (например, минералов кубической еннгонии и всех аморфных веществ) подбирается одна жидкость с показателем преломления равным показателю преломления исследуемого вещества. Анизотропным минералам средних сингоний, т.с. оптически одноосным и обладающим двумя показателями преломления (п_е и п₀), уже нужен подбор двух жидкостей с соответствующими показателями преломления. Для минералов низших сингоний, обладающих тремя показателями преломления (п_р п_т, п_р), нужен подбор соответственно трех жидкостей для трех главных оптических направлений в кристалле.