Цвят, отражение, двуотражение

Наблюдението се извършва във въздушна среда или в имерсия.

Измерва се в %.

Количествено отражението се характеризира с коефициента на отражение (R).

R (%)=J_I . 100 J_R – интензитет на падналата светлина

J_R J_I - интензитет на отразената светлина

Значението на R за минераграфията е много голямо, т.к. може да се изрази количествено чрез измерване или изчисляване. Изчисляването става по следната формула (при n>0 и K>0):

Най-високо отражение има самородното Ag (почти чисто, без примеси).

При наблюдение в имерсия минералите имат по-ниски стойности на R (както се вижда от формулата*) и ще изглеждат по-тъмни, отколкото при наблюдение във въздуха. За сметка на това се забелязва по-ясно разликата между R₁ и R₂.

(n/N + 1)² = (n + N)²

Цвят на рудните минерали

Сравнително ограничен брой минерали имат ярко и отчетливо оцветяване под микроскоп. Повечето от рудните минерали в отразена светлина са слабо оцветени и изглеждат бели с различни сиви оттенъци.

Редица полупрозрачни минерали имат ясно изразени оттенъци. Например, минералите куприт, хематит, цинабарит и др., които пропускат в дюншлифове червените лъчи, в отразена светлина имат гълъбов (светлосиньо-бял) оттенък – т.е. оцветени са в бял цвят с гълъбов оттенък, който се явява допълнителен и показва, че те имат по-голям коефициент на отражение в синята и съседните й области на спектъра.

Обратно, минералите азурит, малахит и др., пропускащи в дюншлифове сините и зелените лъчи, в отразена светлина изглеждат сиви с розов оттенък, явяващ се допълнителен към сивия цвят, макар и да нямат ясно изразена дисперсия.

Прието е да се изпозват определени еталони за цвят, с които да се сравняват цветовете на останалите минерали За такива еталони могат да служат следните минерали:

галенит – на белия цвят

тетраедрит-тенантит – на светлосивия, сивобелия (или сивозеления)

сфалерит – на сивия ( спекуларит-хематит – също на сивия)

кварц – на тъмносивия

пирит – на светложълтия

халкопирит – на жълтия

пиротин – на кремавия

никелин – на кремаворозовия

борнит – на розовия

ковелин ( халкозин) – на синия

Има и апаратури за точно определяне на цвета при стандартна .

Минералите с бял цвят, но с жълт или кремав оттенък имат средни значения на коефициента на отражение (R около 50-40%), а тези с бял цвят и зеленикав или гълъбов оттенък са с по-ниски стойности на R (от 40% до 15%). Докато розовите минерали заемат средно положение по стойности на R (от 20% до 73% - самородна мед).

Тъмносивите минерали като правило имат нисък коефициент на отражение (R<20%), тъй като коефициентът им на абсорбция К има минимални стойности.
Изменението на коефициента на отражение не е еднакво за целия спектър, а е по-голямо за едни области на спектъра и по-малко за други. Като се изменя коефициентът на лъчепречупване (N) на имерсионната течност, може да се получи представа за степента на дисперсия на коефициента на отражение за даден минерал.

Например, ковелинът изменя силно коефициента си на отражение и цвета в зависимост от средата. В пререз, успореден на неговата цепителност, в спирт (с N=1,36) има тъмнопурпурен цвят, в бензин (с N=1,50) – червенопурпурен цвят, в метилен йодид (с N=1,76) – червен. Докато без имерсия същият ковелин има интензивно син цвят – когато падащите лъчи са перпендикулярни на оптичната му ос, и гълъбовосин – когато лъчите са успоредни на оптичната му ос.

Обикновено много добре полираните минерали изглеждат по-светли от неполираните (или лошо полираните). Например, пиритът при лоша полировка изглежда жълт, а при добра – жълтобял; халкозинът при лоша полировка е гълъбов , а при добра – бял с гълъбов оттенък. Така че наблюдението на цвета минералите трябва да са добре полирани. Но трябва да се внимава препаратът да не се преполира, тъй като тогава цветът на някои минерали също може да се промени. Например, преполираният халкопирит става бял, макар и да запазва характерното си жълто оцветяване по периферията и покрай пукнатините.

Някои минерали се окисляват много лесно (като борнит, самородна мед, халкопирит, галенит и др.), затова преди наблюдение аншлифите трябва да се почистват. Понякога може да се наложи те да се полират наново, за да се махне окислената повърхност.

2. Източникът на светлина (дневна, електрическа крушка, светлинни филтри)

Колкото е по-силен източникът на светлина в рудния микроскоп, толкова по-светли и ярки изглеждат рудните минерали в отразена светлина. Затова в различните микроскопи цветът на едни и същи минерали се възприема по различен начин.

В зависимост от източника на светлина се появява един или друг оттенък на цвета. При наблюдение с дневна светлина се забелязва известен гълъбов оттенък, а при наблюдение с електрически лампи – жълт.

Тъй като електрическите лампи дават жълта светлина и се получава жълт оттенък дори при белите минерали (с което се затруднява определянето и сравняването на цветовете), е необходимо да се използва син или гълъбов филтър, с който се поглъщат жълтите лъчи и наблюденията се правят в светлина, близка до дневната. Тези филтри трябва да са достатъчни тънки и слабо оцветени, за да не дават син оттенък.

Затова - при сравняване на минералите по цвят трябва да се използва една и съща светлина и един и същ микроскоп. Информацията за минералите, която се дава в таблиците (и е получена от другите изследователи) би трябвало да се приема като ориентировъчна.

3. Окръжаващата среда (цветът на фона около рудното зърно)

Един и същ минерал в зависимост от минералната асоциация може да има различни оттенъци. Това е т.нар. взаимна цветова интерференция. Затова минералът трябва да се наблюдава в различни асоциации и цветът да се описва за всеки конкретен случай – в сравнение с другите минерали, с които асоциира.

Например, самородното злато сред кварц изглежда бледожълто, докато ако е в асоциация с други сулфиди е яркожълто и блестящо. Халкопиритът изглежда яркожълт в съседство в пирит и галенит; зеленикавожълт, ако е до самородна мед и тъмножълт (и матов), ако наоколо има самородно злато. Тенантитът е с бял цвят, когато е сам сред кварц, но в съседство с галенита изглежда сивозелен. Сфалеритът е сив в сулфидна асоциация, а когато наблизо има спекуларит (хематит) е кафеникавосив. Магнетитът е сив, но при наблюдение на мартитизирани руди в сравнение с белия хематит придобива кафеникаворозов оттенък.

4. Изменение на химичния състав

При някои минерали изменението на химичния състав също оказва влияние върху цвета им. Става дума за минерали, които се характеризират с по-широк изоморфизъм и които нямат постоянна химична формула (изоморфните съединения). Така например, съдържанието на мед в самородното злато му придава по-розов оттенък, а при съдържание на сребро златото изглежда по-бяло (има бял оттенък). Редицата тенантит-тетраедрит: при повече As цветът е сив с кафеникав оттенък, докато при преобладаване на Sb цветът става сивозеленикав.

Изменението на цвета на минерала може да стане в зависимост от средата, в която става наблюдението. При наблюдение с имерсионни течности не само че се променя цветът на минералите, но благодарение на по-силната концентрация на светлина става възможно по-точното определяне на оттенъка на цвета (който се проявява по-рязко). Например, при наблюдение на магнетита и илменита с имерсионна течност, първият се отличава със своя кафеникаворозов оттенък, а вторият – с червеникавокафяв, макар че във въздушна среда и двата имат сив цвят.

Общо взето, обаче, при наблюдение с имерсия благодарение на това, че се намалява коефициентът на отражение, се забелязва и известно увеличаване на сивия оттенък при минералите с по-нисък коефициент на отражение R.

Анизотропност
Явлението анизотропност при изследването на рудните минерали се наблюдава с поляризирана светлина, т.е. при кръстосани николи на микроскопа. Както е известно, минералите от кубичната сингония изглеждат тъмни, а всички останали частично просветляват¹. Т.е. ако при Х N и въртене на масичката минералът в различни посоки има различна степен на отражение и промяна на цвета има анизотропен ефект. Ако минералът при въртене не показва ефекти той е изотропен.

Частен случай е изотропност на анизотропните минерали при пререз, успореден на някоя от оптичните оси (изотропни прерези са, например, базалните сечения на хексагоналните и тетрагоналните кристали). Затова наблюденията трябва да се правят върху повече зърна.

Понякога при въртене на масичката (поради анизотропията на съседните зърна) е трудно да се реши – дали даденият минерал е изотропен или слабоанизотропен. Тогава масичката се оставя неподвижна, а анализаторът бавно се обръща на 5-10 назад и напред от неговото “кръстосано” положение спрямо поляризатора. В този случай вниманието не се разсейва от движението на обекта, а се съсредоточава върху вариациите в неговия цвят и отражение.

За наблюдаване на ефекта на анизотропност трябва да се използва по-силна светлина, а филтрите за монохроматна светлина по възможност да се изключват.

Може да се допусне грешка, ако при несъвършената полировка върху аншлифа са останали фини успоредни драскотини. Те могат да предизвикат ефекти, подобни на тези на анизотропията и двуотражение.

Наблюдение може да се извършва и при не съвсем кръстосани никули, особено при слабо анизотропните минерали (тогава потъмняването също става 4 пъти, но не през 90, а е равно на ъгъла, който не достига на никулите до пълно кръстосване). Цветният ефект при непълно кръстосаните никули, обаче, няма никакво диагностично значение.

Степента на поява на елептично-поляризираната светлина е в пряка зависимост от коефициента К и от коефициента на отражение R. Колкото е по-голямо отражението, толкова минералът е по-разсветлен при Х N (т.е. най-светло е Ag).

Максималната величина на двуотражението зависи от максималната разлика на коефициентите на лъчепречупване (n₁ и n₂) и е в пряка зависимост от тях.

В изометричните (базалните) си сечения хексагоналните и тетрагоналните минерали имат поведение на кубични и не променят отражението и цвета си.
Най-общо минералите могат да се разделят на 3 групи в зависимост от рефлексионния плеохроизъм (или двуотражение):

- с ясен (за слоисти минерали като молибденит, графит и др.);

- със слабо изразен (трябва внимателно да се наблюдава периферията на зърната, за да се забележи, а най-добре агрегат от тези зърна с различни сечения на осите);

- съвсем слаб (установява се при работа в имерсия).

При някои минерали двуотражението се придружава и с изменение на цвета, например – молибденит, ковелин, антимонит, никелин и др. При други минерали двуотражението е много слабо, понякога незабележимо при слаба светлина (пиротин, цинабарит, илменит, гьотит и др.), затова се използва имерсионна течност.

Вътрешни рефлекси

При наблюдение на някои рудни минерали, особено при използване на имерсия, се забелязва отразяване на вертикално падащата светлина не само от полираната повърхност на минерала, но и от по-дълбоките му слоеве на границата с други минерали (в дълбочина), от пукнатини или включения (въздушни, други минерални фази). Това явление характеризира т.нар. вътрешни рефлекси.

Диагностично значение има както наличието на вътрешните рефлекси, така и техният цвят. Те се забелязват у доста голям брой рудни минерали и са особено характерни за прозрачните и полупрозрачните видове.
Накратко: рудните минерали взаимодействат с вертикално падащата светлина и я отразяват. Но известна част от светлината винаги прониква и в по-вътрешните слоеве, където се разсейва. При това минералите, които имат по-голям коефициент на абсорбция (поглъщане K), имат и по-висок коефициент на отражение (R). Обратно, минералите, които имат по-малък коефициент на отражение (и абсорбция) пропускат по-голямо количество паднала светлина. При коефициент на абсорбция (К) равен на нула, светлината изцяло преминава през минерала.
Следователно, колкото е по-малък коефициентът на отражение (R) и коефициентът на абсорбция (К), толкова е по-голяма вероятността да се появят вътрешни рефлекси в даден минерал.
Затова минерали, които имат висок коефициент на отражение (R>40%) като правило са лишени от вътрешни рефлекси (тъй като имат и голям коефициент на абсорбция).

Минерали със среден коефициент на отражение (R=2040%) могат да имат рефлекси, макар че немалък брой са без такива.

Всички минерали с нисък коефициент на отражение (R<20%) имат добре изразени вътрешни рефлекси, които ясно изпъкват при наблюдение във въздуха (т.е. тук спадат всички прозрачни и полупрозрачни минерали, пропускащи падащата светлина в тънки пластинки).
Вътрешните рефлекси при редица минерали се наблюдават не по цялата повърхнина, а в отделни участъци или точки. Обикновено светлината се отразява от ямички, пукнатини, цепителни равнини или от включения в минерала, от които светлината се отразява. При това интензитетът на вътрешните рефлекси не е еднакъв, защото обикновено условията за осветяване също не са еднакви. Затова вътрешните рефлекси трябва да се търсят в повече минерални зърна от съответния тип. Те се виждат най-добре по периферията на зърната и в по-дребни зърна.
Наблюдението на вътрешните рефлекси в рудните минерали в зависимост от средата и обективите биват:

а) във въздушна среда;

б) с имерсионни течности.
По начина на осветяване се различават:

а) наблюдение със странична светлина (кос източник - осветителят (лампата) се изважда и светлината пада странично под остър ъгъл върху препарата, отразява се от по-дълбоките му слоеве и попада в обектива на микроскопа);

б) наблюдение с вертикално падаща светлина, но при кръстосани николи (става с много силен обектив - лъчите от него идват и вертикално, и косо спрямо повърхността на аншлифа).
Наблюдение на вътрешни рефлекси в имерсионни течности става с вертикално падаща светлина като се кръстосват и николите на микроскопа. Този начин може с успех да се приложи при наблюдение на минерали със слаби вътрешни рефлекси или върху много малки минерални зърна. Възможностите за изследване с имерсия на вътрешните рефлекси са почти неограничени.

[При наблюдение с имерсионна течност се намалява коефициентът на отражение, а концентрацията на светлина чрез течността усилва общото осветление на зрителното поле и съдейства за откриване на много слаби по интензитет рефлекси. Чрез кръстосване на николите се намалява интензитетът на отразената светлина (при изотропните минерали зрителното поле е тъмно), а изпъкват на първо място рефлексите.]

Една от характерните особености на вътрешните рефлекси е техният цвят, който в някои случаи е типичен само за даден минерал. Най-типичните цветове на вътрешните рефлекси за някои минерали са дадени в таблицата: