Двупреломление света в кристаллах и оптическая индикатриса

Двупреломление света происходит только в анизотропных веществах. Это явление открыл в 1669 году датский ученый Э.Бартолин, исследуя кристалл прозрачного кальцита (исландского шпата). При рассмотрении точки сквозь кристалл исландского шпата, то она будет выглядеть как две точки. Если кристалл вращать, то одна из видимых точек будет оставаться на месте, а вторая будет описывать окружность (рисунок 1.8). Ниже о возникновении этого эффекта. Один луч проходит сквозь кристалл без изменения своего направления, а второй преломляясь, отклоняется от первоначального направления и образует небольшой угол отклонения. При выходе из кристалла эти два луча идут параллельно друг к другу, однако имеют перпендикулярные друг к другу плоскости колебания. Следовательно, двупреломление – это явление поляризации света с раздвоением луча, возникающее в анизотропных веществах (в минералах средних и низших сингоний). Направления колебаний этих лучей взаимно перпендикулярны и скорости их отличаются друг от друга.

Луч с постоянным показателем преломления (правильнее, постоянной скоростью) называется обыкновенным лучом и его показатель преломления обобзначается n_о (ordinary - обыкновенный, простой). Луч с переменным показателем преломления называется необыкновенным лучом и его показатель преломления обозначается как n_e (extraordinary - особенный, необыкновенный).

В минералах средних сингоний (тригональной, тетрагональной, гексагональной) только в одном направлении свет не претерпевает двупреломления, это направление называется оптической осью. Поэтому минералы этих сингоний называются оптически одноосными минералами.

Рисунок 1.8 – Двупреломление в ромбоэдре исландского шпата.

1 – положение проекции обыкновенного (о) и необыкновенного (н) лучей при повороте кристалла, 2 – направление хода обыкновенного и необыкновенного лучей

Оптическая ось их и оси симметрии высшего порядка совпадают (L₃, L₄, L₆). В других направлениях минералов средних сингоний происходит двупреломление света, т.е. показатель преломления обыкновенного луча остается постоянным, а необыкновенного – изменяется в зависимости от направления прохождения его в минерале. Если показатель преломления необыкновенного луча больше, чем у обыкновенного (n_е>n_о), то минерал считается оптически положительным (+), в случае, если значение показателя преломления необыкновенного луча меньше, чем у обыкновенного (n_е<n_о), то минерал оптически отрицательный (-).

В минералах низших сингоний (ромбической, моноклинной, триклинной) существуют два направления, в которых луч проходящего сквозь минерал света не претерпевает преломления, т.е. минералы оптически двуосны. В других же направлениях свет двупреломляется. Оба эти преломленных луча будут считаться необыкновенными, так как оба изменяют свои скорости прохождения, и показатели преломления изменяются в зависимости от направления движения. В случае n_g- n_m > n_m-n_p, минерал положительный (+), в случае n_g- n_m< n_m-n_p, минерал отрицательный (−).

Для удобства понимания явления двупреломления создана модель, называемая оптической индикатрисой. Оптическая индикатриса – это воображаемая поверхность, отражающая связь между направлениями колебаний проходящих через минерал световых волн и показателей преломления его в этих направлениях. Колебания проходящих черех минерал световых волн происходят только вдоль осей эллиптического сечения индикатрисы. Различные виды оптических индикатрис связаны с симметриями минералов.

Железистые и марганцевые осадочные минералы и их характерные оптические свойства. Железистые минералы к самым распространенным железистым минералам относятся гематит, гетит, гидрогетит, лептохлориты (шамозит) и сидерит.

Лимонит является скрытокристаллическим агрегатом гетита FеО(ОН) и гидрогетита FеО(ОН)·nН₂О, очень часто встречается в железистых осадочных породах. Он образуется в процессе окисления сульфидов железа и лептохлорита, а также в виде химическиого осадка. Минерал очень мелкозернистый, агрегат коллоидоподобный, иногда оолитовый, крупношаровый, может быть в виде конкреций и почковидный. Цвет всех отттенков бурого. В шлифе минерал не пропускает свет, он может проникнуть только в очень тонких срезах. В скрещенных николях двупреломление не отмечается (рисунок 7.9, таблица 9.7). В отраженном свете цвет минерала бурый. Показатель преломления 2,0-2,1. В месторождениях выветривания железа минерал является основным.

Гематит, Fе₂О₃, встречается в месторождениях железистых кварцитов, бурого железняка, лептохлорита. Форма - чешуйчатая, плотного сложения, часто образует почковидные, лучевидные агрегаты. В тонких срезах наблюдается коричневато-красный, красновато-желтый плеохроизм. В зернах, не пропускающих свет, минерал выглядит серовато-черным. Показатель преломления 2,9-3,2. Двупреломление высокое 0,820, но из-за непрозрачности минерала этот эффект не наблюдается.

Шамозит, (Fе,Мg)₃(Fе²⁺,Fе³⁺,А1)₃[А1Sі₃О₁₀](О,ОН)₈, этот силикат встречается в железистых осадочных горных породах. Он, в основном, встречается как аутигенный оолитовый (рисунок 7.10), иногда землистый агрегат. Цвет его бывает от желтовато-зеленого до кирпично-коричневого. Из-за мелкого агрегатного состояния его свойства определить очень трудно. Минерал кристаллизуется в моноклинной сингонии, двупреломление 0,007-0,011, однако из-за темной окраски и непрозрачности увидеть этот эффект трудно. Показатель преломления 1,620-1,670. Угол погасания прямой, знак удлинения положительный (таблица 9.5). Минерал двуосный, оптически отрицательный. Плеохроизм слабый, наблюдается в зеленых, желтых и коричневых разностях.

Дата добавления: 2015-08-02