Mikroskopie v odraženém světle

Některé minerály jsou neprůhledné do té míry, že nepropouštějí světlo ani v tenké vrstvě, nebo je propouštějí jen nepatrně. Při pozorování v procházejícím světle jsou zcela tmavé, takže tímto způsobem nemůžeme zjišťovat jejich vlastnosti. Takové minerály označujeme jako rudní. Studiem optických vlastností opakních minerálů se zabývá rudní mikroskopie. Rudní mikroskopie studuje minerály v odraženém světle, tedy ve světle, které dopadá na minerál shora a odráží se zpět do optické soustavy mikroskopu. Moderní mikroskopy umožňují obvykle po jisté úpravě pozorování v procházejícím i odraženém světle, existují však i speciální rudní mikroskopy. Schéma rudního mikroskopu pro pozorování v odraženém světle je na obrázku 5.43. Preparáty pro rudní mikroskopii se nazývají nábrusy. Studovaný vzorek je rozříznut, řezná plocha je zbroušena do roviny a dokonale vyleštěna. Pokud je vzorek příliš malý, zalije se nejprve do vhodné syntetické pryskyřice. Na rozdíl od výbrusů se nábrusy nepřikrývají krycím sklíčkem.

Fyzikální vlastnosti opakních minerálů jsou v mnoha případech méně výrazné než tytéž vlastnosti pozorované v procházejícím světle u průhledných či průsvitných minerálů. K důležitým diagnostickým znakům rudních minerálů v odraženém světle patří:

Tvar průřezů krystalů a jejich habitus. Podobně jako u mikroskopie v procházejícím světle závisí tvar průřezu krystalu na pozici, ve které byl krystal seříznut rovinou nábrusu. Úplný tvar krystalů je možné si představit až na základě studia tvaru více řezů v nábrusu.

Zonálnost krystalů vzniká v důsledku změn podmínek při růstu krystalů. Projevuje se nejčastěji změnou barevného odstínu, odraznosti a tvrdosti jednotlivých přírůstkových zón. Někdy jsou přírůstkové zóny patrné přímo, jindy je třeba povrch nábrusu naleptat vhodným činidlem (tzv. strukturní leptání).

Štěpnost a odlučnost jsou v odraženém světle obecně méně patrné než u průsvitných minerálů v procházejícím světle. Štěpnost a odlučnost se v nábrusech projevují jedním nebo několika systémy různě zřetelných rovnoběžných trhlin. Má-li minerál tři nebo více systémů štěpnosti, mohou vznikat trojúhelníkovitá vyštípnutí (typické např. pro galenit). Někdy je štěpnost zvýrazněna až po delší době (po navětrání povrchu nábrusu).

Dvojčatění může vznikat při růstu krystalů (růstová neboli primární dvojčata), při rekrystalizaci (inverzní dvojčata) nebo při deformaci (deformační dvojčata). Dvojčatění anizotropních minerálů je obvykle dobře viditelné ve zkřížených nikolech (v důsledku rozdílné orientace krystalových individuí zháší každý jedinec v jiné pozici). Dvojčatění izotropních minerálů je většinou patrné až po použití strukturního leptání. Studium dvojčatných srůstů má velký význam pro identifikaci mnohých opakních minerálů.

Mikrotvrdost a anizotropie tvrdosti jsou důležité diagnostické vlastnosti rudních minerálů. Podstatou měření mikrotvrdosti je vtlačování malé diamantové pyramidy s obvykle čtvercovou základnou, tzv. Vickersova pyramida – obr. 5.44a do nabroušeného a vyleštěného minerálu pod určitým zatížením. Ze zatížení a z rozměrů vtisku se potom vypočítá mikrotvrdost. Přístroje pro měření mikrotvrdosti, tzv. mikrotvrdoměry, jsou dodávány samostatně, nebo jsou přímo součástí rudních mikroskopů. Tvrdost krystalů je vlastností vektorovou, je proto obecně různá v různých směrech. Minerály kubické soustavy mají anizotropii tvrdosti nulovou nebo jen nepatrnou, u minerálů ostatních soustav je silnější. Anizotropie tvrdosti se projevuje deformací vtisku, který nabývá tvar kosočtverce. Z délky diagonál lze vypočítat koeficient anizotropie, který charakterizuje anizotropii mikrotvrdosti minerálu. Koeficient anizotropie lze využít jako doplňkovou charakteristiku při identifikaci minerálů, které mají blízké hodnoty mikrotvrdosti. Diagnostický význam má i tvar vtisků a charakter trhlinek, které vtisk u většiny minerálů doprovázejí (obr. 5.44b,c).

Kvantitativní měření odraznosti. Odraznost je důležitá optická vlastnost rudních minerálů související se “schopností” minerálu odrážet dopadající světlo. Index odrazu R je definován jako poměr intenzity odraženého světla k celkové intenzitě kolmo dopadajícího světla a udává se v procentech. Nejčastěji se zjišťuje metodou založenou na srovnávání odraznosti měřeného minerálu a standardu se známou odrazností. Přístroje se nazývají mikrofotometry. Principem měření je porovnávání odraznosti studovaného minerálu se standardem v řadě měření (obvykle po 20 nm) ve viditelné oblasti spektra (nejčastěji 400 – 700 nm). Výsledkem takového měření je disperzní křivka odraznosti, v podstatě závislost indexu odrazu na vlnové délce dopadajícího světla. Měřením lze u kubických minerálů zjistit jediný index odrazu R, u jednoosých minerálů dva indexy odraznosti R_o a R_e, u dvojosých minerálů tři indexy odrazu R_g, R_m, R_p, kde R_g >  R_m >  R_p (zcela obdobně jako indexy lomu u nerudních minerálů). Podle symetrie minerálu jsou tedy výsledekem jedna, dvě nebo tři disperzní křivky odraznosti (obr. 5.45). U anizotropních minerálů je nutno provádět měření na orientovaných řezech, případně provést velký počet měření, aby výsledky byly věrohodné. Hodnoty odraznosti rudních minerálů se pohybují od cca 20 % (některé oxidy) po až 100 % (stříbro). Charakter a průběh disperzních křivek odraznosti jsou důležité identifikačními znaky rudních minerálů.

Bireflexe a pleochroismus bireflexe. Při pozorování s jedním nikolem lze při otáčení stopkem mikroskopu pozorovat, že intenzita odraženého světla některými zrny se více či méně zřetelně mění a kolísá od maxima k minimu a zpět. Tyto krajní meze jsou od sebe vzdáleny o 90° . Popsaný jev se nazývá bireflexe (značíme δR). Současně může docházet ke změně barvy, což označujeme jako pleochroismus bireflexe. Bireflexi lze charakterizovat kvantitativně jako rozdíl mezi dvěma indexy odrazu minerálu (u jednoosých minerálů δR = R_o – R_e, u dvojosých δR_g,p = R_g – R_p). Izotropní minerály bireflexi nevykazují.

Barva rudních minerálů a její kvantitativní měření. Barva rudních minerálů v odraženém světle je jedním z jejich důležitých identifikačních znaků, kvalitativní určení barvy však bývá obtížné. Převážná většina (přes 90 %) rudních minerálů má barvu téměř bílou nebo šedou. Ostatní rudní minerály mají většinou jen velmi jemný odstín nějaké spektrální barvy. Používání barvy rudních minerálů k diagnostickým účelům proto vyžaduje značnou praxi. Kromě dalších komplikací je závažným problémem i terminologie, kterou se barvy popisují a která ne vždy může přesně barvu charakterizovat. Proto se v posledních desetiletích rozvíjejí metody kvantitativního měření barvy rudních minerálů. Kvantitativní měření barvy vychází z měření odraznosti rudních minerálů (viz Kvantitativní měření odraznosti). Od povrchu minerálu v nábrusu se paprsky s různou vlnovou délkou odráží různě intenzivně. Při pozorování v bílém světle tedy naše oko detekuje “směs” různě intenzivních paprsků s různou vlnovou délkou, odraženou od povrchu minerálu. Výsledný dojem nazýváme barvou. Obdobného výsledku lze dosáhnout matematickou analýzou disperzních křivek odraznosti, ovšem s tím rozdílem, že výsledkem nebude do značné míry subjektivní dojem, ale sada číselných hodnot veličin, které barvu minerálu přesně kvantitativně charakterizují. Těmito veličinami jsou:

Barevné souřadnice x, y, které udávají pozici dané barvy v chromatickém trojúhelníku (viz obr. 5.46).
Dominantní vlnová délka λ_d (nm), tj. vlnová délka spektrální barvy, které odpovídá vjem barvy zvaný tón.
Čistota barvy P_e (%), které odpovídá sytost barvy.
Jas Y (%) lze vypočítat z průběhu disperzní křivky odraznosti. Je to hodnota blízká průměrnému indexu odrazu v rozmezí 400 – 700 nm.

Efekty anizotropie ve zkřížených nikolech. K efektům anizotropie rudních minerálů pozorovatelných ve zkřížených nikolech mimo jiné patří:

Stupeň anizotropie daný množstvím odraženého světla.
Kvalita zhášení v pozicích 0° a 90° . Úplné zhášení svědčí o tom, že odražené světlo je lineárně polarizováno, neúplné zhášení o eliptické polarizaci odraženého světla (obr. 5.12). Když vychýlíme minerál z polohy zhášení, pozorujeme polarizační barvy.
Disperze stáčení polarizovaného světla vyjádřená barvou, která se může měnit v širokém rozsahu.

Na určení kvality zhášení a hodnocení barevných efektů má vliv použitá přístrojová technika a subjektivní faktory – v tomto smyslu je metoda studia rudních minerálů ve zkřížených nikolech podstatně složitější než obdobné studium v procházejícím světle.

 

Vnitřní reflexy jsou odrazy, které můžeme pozorovat v zrnech či agregátech zrn některých minerálů v různé hloubce pod povrchem nábrusu. Kolmo dopadající světlo vstupuje do minerálu a v závislosti na absorbci proniká do určité (větší či menší) hloubky. Vnitřní reflexy vznikají odrazem světla na trhlinkách, štěpných plochách, uzavřeninách či na hranicích zrn. Silně absorbující (zcela opakní) minerály vnitřní reflexy nevykazují. Barva vnitřních reflexů odpovídá barvě, kterou má minerál v procházejícím světle nebo je blízká barvě pozorované makroskopicky. Vnitřní reflexy jsou obzvláště dobře patrné při pozorování ve zkřížených nikolech. Jsou důležitým identifikačním znakem některých minerálů.

Textury a struktury rudních minerálů. Pod pojmem struktura obvykle rozumíme velikost, omezení a vzájemný vztah minerálů v minerálním agregátu. Pojem textura označuje rozmístění a uspořádání minerálních agregátů v prostoru včetně jejich tvarového vývinu. Texturu i strukturu můžeme pozorovet makroskopicky i mikroskopicky, proto rozlišujeme makrostruktury a mikrostruktury resp. makrotextury a mikrotextury. Studium struktur a textur rudních minerálů a jejich agregátů umožňuje určení posloupnosti vylučování jednotlivých rudních minerálů na žíle nebo ložisku. Zároveň také podává informaci o procesech, které mezi minerály proběhly (např. rozpad pevných roztoků, zatlačování minerálů apod.). Texturní a strukturní výzkum má tedy zásadní význam pro pochopení vzniku a vývoje ložisek kovů i jiných geologických objektů. Celá problematika je značně rozsáhlá, zájemce odkazuji na příslušnou specializovanou literaturu.

další »»