Optik mineraloji - Optical mineralogy

Bir petrografik mikroskop bir olan, optik mikroskop çapraz takılmış polarizasyon mercek arasında, bir Konoskopik lens kristalografik analizi için, ve dengeleyiciler (jips plakaları ve kuvars takozlar yaygındır anizotropik malzeme plakaları).

Optik mineraloji , minerallerin ve kayaların optik özelliklerini ölçerek incelenmesidir . En yaygın olarak, kaya ve mineral örnekleri gibi hazırlanır bölümleri ince olarak bir çalışma ya da tahıl bağlar laboratuar bir ile petrografik mikroskop . Optik mineraloji, jeolojik malzemelerin mineralojik bileşimini, kökenlerini ve evrimini ortaya çıkarmaya yardımcı olmak için tanımlamak için kullanılır.

Kullanılan özelliklerden ve tekniklerden bazıları şunlardır:

Tarih

Adı Nicol prizmasının yaratılmasıyla ilişkilendirilen William Nicol , muhtemelen ince mineral madde dilimleri hazırlayan ilk kişidir ve yöntemleri Henry Thronton Maire Witham (1831) tarafından bitki taşlaşmalarının incelenmesine uygulanmıştır. Petrololojide çok önemli olan bu yöntem, kayaların sistematik incelenmesi için hemen kullanılmadı ve Henry Clifton Sorby'nin 1858'e kadar değerini belirtmedi . Bu arada, kristal bölümlerinin optik incelemesi, Sir David Brewster ve diğer fizikçiler ve mineraloglar tarafından geliştirildi ve geriye yalnızca kaya bölümlerinde görünen minerallere yöntemlerini uygulamak kaldı.

Bölümler

Çapraz polarize ışıkta ince bir bölümün taranmış görüntüsü.

Bir kaya kesitinin kalınlığı yaklaşık binde biri (30 mikrometre ) olmalıdır ve yapılması nispeten kolaydır. İnce bir kaya parçası, yaklaşık 1 santimetre alınabilir; mümkün olduğunca taze olmalı ve bariz çatlaklardan arınmış olmalıdır. Rendelenmiş çelik veya dökme demirden bir levha üzerinde biraz ince karborundum ile öğütülerek kısa sürede bir tarafı düzleştirilir ve daha sonra bir levha cam levhaya aktarılır ve tüm pürüzler ve çukurlar giderilene kadar en ince taneli zımpara ile düzleştirilir. , ve yüzey düzgün bir düzlemdir. Kaya yongası daha sonra yıkanır ve bir ispirto veya gaz lambası ile ısıtılan bakır veya demir bir levha üzerine yerleştirilir. Yüzeyinde bir damla viskoz doğal Kanada balzamı ile bu plaka üzerinde mikroskobik bir cam slip de ısıtılır . Balzamın daha uçucu bileşenleri ısı tarafından dağıtılır ve bu başarıldığında, pürüzsüz, kuru, ılık kaya cam plaka ile sıkıca bastırılır, böylece araya giren balzam filmi mümkün olduğu kadar ince ve balsamdan arınmış olur. hava balonları. Müstahzar soğumaya bırakılır ve kaya parçası tekrar eskisi gibi önce karborundum ile ve şeffaf hale geldiğinde istenen kalınlık elde edilene kadar ince zımpara ile öğütülür. Daha sonra temizlenir, az miktarda balsam ile tekrar ısıtılır ve bir kapak camı ile kaplanır. Ezilmiş elmas tozuyla donanmış bir demir disk ile pürüzsüz bir dilim kesilerek birinci yüzeyin taşlanmasından kaçınılabilir. İlk yüz düzleştirildikten ve cama yapıştırıldıktan sonra kesicinin ikinci bir uygulaması, uzman ellerde, şeffaf olacak kadar ince bir kaya parçası bırakacaktır. Bu şekilde bir bölümün hazırlanması sadece yirmi dakika gerektirebilir.

Mikroskop

Mika bakımından zengin kayaçta karbonat damarı içeren ince bir kesitin fotomikrografları . Çapraz polarize ışıkta solda, düzlem polarize ışıkta sağda.

Kullanılan mikroskop, genellikle, objektifin veya göz merceğinin üzerine bir analiz cihazı monte edilmişken, altında bir polarizör bulunan döner bir aşama ile sağlanan bir mikroskoptur; alternatif olarak kademe sabitlenebilir ve polarize edici ve analiz edici prizmalar, dişli çarklar ve bir biyel kolu vasıtasıyla aynı anda dönme yeteneğine sahip olabilir. Sıradan ışık ve polarize olmayan ışık isteniyorsa, her iki prizma da cihazın ekseninden çekilebilir; sadece polarizör takılıysa iletilen ışık düzlem polarize olur; her iki prizma da yerindeyken slayt, " çapraz nikoller " olarak da bilinen çapraz polarize ışıkta görüntülenir . Normal ışıkta mikroskobik bir kaya kesiti, eğer uygun bir büyütme (örneğin yaklaşık 30x) kullanılırsa, renk, boyut ve şekil olarak değişen tanelerden veya kristallerden oluştuğu görülür.

Minerallerin özellikleri

Renk

Bazı mineraller renksiz ve şeffaf ( kuvars , kalsit , feldispat , muskovit vb.), diğerleri sarı veya kahverengi ( rutil , turmalin , biyotit ), yeşil ( diopsit , hornblend , klorit ), mavidir ( glokofan ). Birçok mineral, aynı veya farklı kayaçlarda çeşitli renkler veya hatta renk bölgeleme adı verilen tek bir mineral örneğinde birden fazla renk sunabilir. Örneğin, mineral turmalin, kahverengi, sarı, pembe, mavi, yeşil, menekşe veya griden renksize kadar değişen eşmerkezli renk bölgelerine sahip olabilir. Her mineralin bir veya daha fazla, en yaygın renk tonu vardır.

alışkanlık ve bölünme

60° bölünme açısı sergileyen ince kesitli amfibol.

Kristallerin şekilleri, slaytlarda sunulan bölümlerin ana hatlarını genel olarak belirler. Mineralde bir veya daha fazla iyi bölünme varsa , bunlar bölünme düzlemleri adı verilen benzer şekilde yönlendirilmiş düzlem kümeleriyle gösterilecektir.

Bölünme düzlemlerinin oryantasyonu, bir mineralin kristal yapısı tarafından belirlenir ve tercihen en zayıf bağların uzandığı düzlemler aracılığıyla oluşur, dolayısıyla bölünme düzlemlerinin oryantasyonu, mineralleri tanımlamak için optik mineralojide kullanılabilir.

Kırılma İndeksi ve Çift Kırılım

Bir mineralin kırılma indisi ile ilgili bilgiler , çevredeki malzemelerle karşılaştırmalar yapılarak gözlemlenebilir. Bu, diğer mineraller veya bir tanenin monte edildiği ortam olabilir. Optik rahatlamadaki fark ne kadar büyük olursa, ortamlar arasındaki kırılma indisi farkı da o kadar büyük olur. Daha düşük kırılma indisine ve dolayısıyla daha düşük kabartmaya sahip olan malzeme kızak veya yuvaya batıyormuş gibi görünürken, daha yüksek kırılma indeksine sahip bir malzeme daha yüksek kabartmaya sahip olacak ve dışarı fırlıyormuş gibi görünecektir. Becke çizgi testi ayrıca iki ortamların kırılma indeksi karşılaştırmak için kullanılabilir.

pleokroizm

Ana madde: Pleokroizm

Alt polarizör yerleştirilerek ve kesit döndürülerek daha fazla bilgi elde edilir. Işık sadece bir düzlemde titreşir ve slaytta iki kez kırılan kristallerden geçerken, genel olarak konuşursak, birbirine dik açılarda titreşen ışınlara bölünür. Biyotit , hornblend , turmalin , klorit gibi birçok renkli mineralde bu iki ışın farklı renklere sahiptir ve bu minerallerden herhangi birini içeren bir bölüm döndürüldüğünde renk değişimi genellikle açıkça fark edilir. "Pleokroizm" olarak bilinen bu özellik, mineral bileşiminin belirlenmesinde büyük değer taşır.

Pleokroizm, özellikle zirkon ve epidot gibi diğer minerallerin küçük muhafazalarını çevreleyen küçük noktalarda özellikle yoğundur . Bunlar " pleokroik haleler " olarak bilinir .

Tadilat Ürünleri

Bazı mineraller kolayca ayrışır ve bulanık ve yarı saydam hale gelir (örneğin feldispat); diğerleri her zaman mükemmel taze ve berrak kalır (örneğin kuvars), diğerleri ise karakteristik ikincil ürünler (biyotitten sonra yeşil klorit gibi) verir. Kristallerdeki (hem katı hem de sıvı ) inklüzyonlar büyük ilgi görmektedir; bir mineral diğerini çevreleyebilir veya cam, sıvı veya gazlarla dolu boşluklar içerebilir.

mikroyapı

Kayanın yapısı - bileşenlerinin birbirleriyle ilişkisi - ister parçalanmış ister masif olsun, genellikle açıkça belirtilir; tamamen kristal veya "holo-kristal" durumun aksine camsı maddenin varlığı; organik parçaların doğası ve kökeni; bantlama, yapraklanma veya laminasyon; ponza taşı birçok lav veya gözenekli yapı. Bu ve diğer pek çok karakter, bir kayanın el örneklerinde genellikle görünmese de, mikroskobik bir kesitin incelenmesiyle açık hale getirilir. Kayanın elemanlarının boyutlarının mikrometreler yardımıyla ölçülmesi, küçük kareler halinde düzenlenmiş bir cam levha vasıtasıyla bunların nispi oranları, yarıklar arasındaki açılar veya görülen yüzeyler arasındaki açılar gibi çeşitli ayrıntılı gözlem yöntemleri uygulanabilir. döner dereceli aşamanın kullanımı ile kesit ve mineralin kırılma indisinin farklı montaj ortamlarınınkilerle karşılaştırılarak tahmini.

Çift kırılma

Analizör polarizöre göre çapraz olacak şekilde yerleştirilirse, minerallerin olmadığı veya ışığın cam, sıvılar ve kübik kristaller gibi izotropik maddelerden geçtiği yerlerde görüş alanı karanlık olacaktır. Diğer tüm kristal cisimler, çifte kırılma özelliğine sahip olduklarından, sahne döndürülürken bir konumda parlak görünecektir. Bu kuralın tek istisnası , çift-kırınımlı kristallerin optik eksenlerine dik olan, bütün bir dönüş sırasında karanlık veya neredeyse karanlık kalan ve araştırılması sıklıkla önemli olan bölümler tarafından sağlanır.

Yok olma

Sahne döndürüldükçe çift kırılmalı mineral bölümler her durumda belirli konumlarda siyah görünecektir. Bu gerçekleştiğinde "soylarının tükendiği" söylenir. Bunlar ve herhangi bir bölünme arasındaki açı, sahneyi döndürerek ve bu pozisyonları kaydederek ölçülebilir. Bu açılar, mineralin ait olduğu sistemin ve genellikle mineral türünün kendisinin karakteristiğidir (bkz. Kristallografi ). Yok olma açılarının ölçümünü kolaylaştırmak için, bazılarında stereoskopik kalsit plakalı, diğerlerinde birbirine yapıştırılmış iki veya dört plakalı kuvarslı çeşitli tipte okülerler tasarlanmıştır. Bunların genellikle, çapraz nikoller arasında yalnızca mineral bölümünün en tamamen karanlık olduğu konumu gözlemleyerek elde edilenden daha kesin sonuçlar verdiği bulunmuştur.

Mineral bölümler, söndürülmediğinde sadece parlak olmakla kalmaz, aynı zamanda renklidir ve gösterdikleri renkler, en önemlisi çift kırılmanın gücü olan birkaç faktöre bağlıdır. Tüm bölümler, iyi yapılmış slaytlarda olduğu gibi, aynı kalınlıktaysa, en güçlü çift kırılmaya sahip mineraller en yüksek polarizasyon renklerini verir. Renklerin düzenlenme sırası Newton ölçeği olarak bilinen şekilde ifade edilir, en düşük koyu gri, ardından gri, beyaz, sarı, turuncu, kırmızı, mor, mavi vb. Kuvarstaki sıradan ve olağanüstü ışının kırılma indeksleri arasındaki fark 0,009'dur ve yaklaşık 1/500 inç kalınlığında bir kaya bölümünde bu mineral gri ve beyaz polarizasyon renkleri verir; daha zayıf çift kırılmalı nefelin koyu gri verir; ojit ise kırmızı ve mavi rengi verirken, çift kırılma daha güçlü olan kalsit pembemsi veya yeşilimsi beyaz görünecektir. Bununla birlikte, aynı mineralin tüm bölümleri aynı renge sahip olmayacaktır: bir optik eksene dik olan bölümler neredeyse siyah olacaktır ve genel olarak herhangi bir bölüm bu yöne ne kadar yakınsa, polarizasyon renkleri o kadar düşük olacaktır. Ortalamayı veya herhangi bir mineral tarafından verilen en yüksek rengi alarak, çift kırılmanın nispi değeri tahmin edilebilir veya bölümün kalınlığı kesin olarak biliniyorsa, iki kırılma indisi arasındaki fark tespit edilebilir. Slaytlar kalınsa, renkler ince lamlara göre genel olarak daha yüksek olacaktır.

Kesitteki iki elastiklik ekseninden (veya titreşim izlerinin) daha yüksek elastikiyet (veya daha düşük kırılma indisi) olup olmadığını bulmak genellikle önemlidir. Kuvars kaması veya selenit levhası bunu sağlar. "Söndürülecek" şekilde yerleştirilmiş bir çift kırılma mineral bölümü varsayalım; Şimdi 45 derece döndürülürse parlak bir şekilde aydınlatılacaktır. Kuvars kaması, kamanın uzun ekseni kesitteki elastiklik eksenine paralel olacak şekilde geçirilirse polarizasyon renkleri yükselir veya düşer. İki mineralde daha fazla esneklik eksenleri yükselirse paraleldir; eğer birindeki daha büyük elastikiyet eksenini batırırlarsa, diğerindeki daha az elastikiyet eksenine paraleldir. İkinci durumda kamayı yeterince uzağa iterek tam karanlık veya kompanzasyon meydana gelecektir. Selenit takozları, selenit levhaları, mika takozları ve mika levhaları da bu amaçla kullanılmaktadır. Bir kuvars kaması, uzunluğunun tüm bölümlerindeki çift kırılma miktarı belirlenerek de kalibre edilebilir. Şimdi herhangi bir çift kırılmalı mineral bölümünde telafi veya tam sönme sağlamak için kullanılırsa, bölümün çift kırılmasının gücünün ne olduğunu belirleyebiliriz, çünkü kuvars kamasının bilinen bir parçasınınkine açıkça eşit ve zıttır.

Mikroskobik yöntemlerin bir başka iyileştirmesi, güçlü bir şekilde yakınsak polarize ışığın ( konoskopik yöntemler) kullanılmasından oluşur. Bu, polarizörün üzerinde geniş açılı akromatik bir yoğunlaştırıcı ve yüksek güçlü bir mikroskobik objektif ile elde edilir. Optik eksene dik olan ve sonuç olarak dönüşte karanlık kalan bu bölümler en kullanışlıdır. Tek eksenli kristallere aitlerse, çubukları mercek alanındaki tellere paralel kalan çapraz nikoller arasında koyu bir çapraz veya yakınsak ışık gösterirler. Aynı koşullar altında çift eksenli bir mineralin optik eksenine dik olan kesitler, dönme sırasında hiperbolik bir şekle dönüşen koyu bir çubuk gösterir. Kesit bir "bisektrise" dik ise ( Kristalografi'ye bakınız ) siyah bir çarpı görülür ve dönüşte iki hiperbol oluşturmak üzere açılır, bu hiperbollerin uçları birbirine doğru çevrilir. Optik eksenler hiperbollerin tepelerinde ortaya çıkar ve renkli halkalarla çevrelenebilir, ancak kaya bölümlerindeki minerallerin inceliği nedeniyle bunlar yalnızca mineralin çift kırılması güçlü olduğunda görülür. Mikroskop alanında görüldüğü gibi eksenler arasındaki mesafe, kısmen kristalin eksenel açısına ve kısmen de objektifin sayısal açıklığına bağlıdır. Oküler mikrometre ile ölçülürse mineralin optik eksen açısı basit bir hesapla bulunabilir. Kuvars takozu, çeyrek mika levhası veya selenit levhası, sahada gözlenen şekillerin renk veya şeklindeki değişikliklerle kristalin pozitif veya negatif karakterinin belirlenmesine izin verir. Bu işlemler, mineralog tarafından kristallerden kesilmiş plakaların incelenmesinde kullanılanlara benzer.

Kaya tozlarının incelenmesi

Kayalar şu anda esas olarak mikroskobik kesitlerde çalışılsa da, mikroskobik petrololojinin dikkat çeken ilk dalı olan ince kırılmış kaya tozlarının araştırılması hala aktif olarak kullanılmaktadır. Modern optik yöntemler, her türden şeffaf mineral parçalarına kolaylıkla uygulanabilir. Mineraller neredeyse kesitte olduğu kadar tozda da kolayca belirlenir, ancak bileşenlerin yapısı veya birbirleriyle ilişkisi gibi kayalarda da durum farklıdır. Bu, kayaların tarihçesi ve sınıflandırılması çalışmalarında büyük önem taşıyan bir unsurdur ve öğütülerek toz haline getirilerek neredeyse tamamen yok edilir.

Referanslar

Dış bağlantılar