ΟΡΥΚΤΟΛΟΓΙΑ ΤΟΜΕΑΣ ΓΕΩΛΟΓΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΜΕΤΑΛΛΕΙΩΝ - ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΩΝ ΜΑΘΗΜΑ 11. ΤΟ ΠΕΤΡΟΓΡΑΦΙΚΟ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΟ

ΟΡΥΚΤΟΛΟΓΙΑ ΤΟΜΕΑΣ ΓΕΩΛΟΓΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΜΕΤΑΛΛΕΙΩΝ - ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΩΝ ΜΑΘΗΜΑ 11. ΤΟ ΠΕΤΡΟΓΡΑΦΙΚΟ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΟ Ηλίας Χατζηθεοδωρίδης, Επίκουρος Καθηγητής Νοέμβριος 2004, Ιανουάριος 2012

ΑΔΕΙΑ ΧΡΗΣΗΣ Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άδεια χρήσης άλλου τύπου, αυτή πρέπει να αναφέρεται ρητώς.

ΕΝΟΤΗΤΑ 1: ΒΑΣΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΟΠΤΙΚΗΣ 3 Απλό και πολωμένο φως. Ιδιότητες. Διάδοση φωτός σε υλικά. Δείκτης διάθλασης (n). Ισότροπα και ανισότροπα υλικά. Τακτική και έκτακτη ακτίνα.

ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΟΥ ΑΠΛΟΥ ΦΩΤΟΣ 4 Κραδαίνεται προς όλες τις διευθύνσεις που είναι κάθετεςπρος την διεύθυνση διάδοσης του Παράγεται συνήθως από απλές λάμπες πυρακτώσεως. Επίσης και το φως του ήλιου είναι απλό φως. Το λευκό φως περιέχει όλες τις συχνότητες, εάν δεν έχει περάσει ήδη μέσα από κάποιο υλικό και έτσι κάποιες από τις συχνότητε αυτές να απορροφηθούν.

ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΟΥ ΠΟΛΩΜΕΝΟΥ ΦΩΤΟΣ 5 Κραδαίνει μόνο σε ένα επίπεδο. Σε αυτό το επίπεδο ανήκει και η διεύθυνση διάδοσής του. Παράγεται από το απλό φως αφού περάσει μέσα από ανισότροπο υλικό, πολύ λεπτές σχισμές ή κάτω από ειδικές φυσικές διεργασίες (π.χ. λέιζερ, ολική ανάκλαση κ.τ.λ.)

ΑΠΟ ΑΠΛΟ ΣΕ ΠΟΛΩΜΕΝΟ ΦΩΣ 6 Μετά τον αναλυτή δεν διέρχεται φως (γιατί το φως κραδαίνει κάθετα προς την διεύθυνση που ο αναλυτής επιτρέπει). Φυσικό, απλό φως (Ένταση Ι 0 ) Πολωτής Πολωμένο Φως (Ένταση I 1 = Ι 0 /2) ένα επίπεδο κράδανσης. Αναλυτής* (κάθετα προς τον πολωτή) Κατάσβεση (Ένταση I 2 = 0) * Ο αναλυτής είναι επίσης ένας πολωτής που έχει περιστραφεί κατά 90 γύρω από άξονα κάθετο στο επίπεδό του.

ΔΙΑΔΟΣΗ ΦΩΤΟΣ ΣΕ ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΔΕΙΚΤΗΣ ΔΙΑΘΛΑΣΗΣ (n) 7 Το φως χάνει ταχύτητα όταν μπαίνει σε ένα υλικό, και για να διατηρήσει την συχνότητά του μειώνει και το μήκος κύματός του. Κενό αέρος c v Ορυκτό υλικό c m, n m c v c n m = v >1 c m f=2π σε χρόνο t λ v f=2π σε χρόνο t c v = ταχύτητα φωτός στο κενό αέρος c m = ταχύτητα φωτός στο υλικό n m = δείκτης διάθλασης του υλικού λ m = λ m λ v n m f=2π σε χρόνο t λ v Διατήρηση της συχνότητας f σημαίνει διατήρηση της ενέργειας Ε=h f E=ενέργεια, h=σταθερά Plank, f=συχνότητα f = c v / λ v = c m / λ m, όπου c v >c m λ v >λ m

ΟΡΥΚΤΑ ΚΑΙ ΔΕΙΚΤΗΣ ΔΙΑΘΛΑΣΗΣ 8 Ορυκτά & υλικά με ένα δείκτη διάθλασης Ισότροπα (ύαλος, νερό, αέρας κ.τ.λ.) Κρύσταλλοι του κυβικού συστήματος Ορυκτά & υλικά με δύο δείκτες διάθλασης Τριγωνικό, τετραγωνικό και εξαγωνικό κρυσταλλικό σύστημα Ορυκτά & υλικά με τρεις δείκτες διάθλασης Ορθορομβικό, μονοκλινές και τρικλινές κρυσταλλικό σύστημα

ΙΣΟΤΡΟΠΑ ΟΡΥΚΤΑ 9 Αέρας, κενό, νερό Ύαλος και άμορφα υλικά Ορυκτά του κυβικού Πολωτής Ισότροπο ορυκτό ή υλικό Κάθετα Νίκολς (Nicols) Αναλυτής Όλα τα ισότροπα ορυκτά (ή υλικά) στο πετρογραφικό μικροσκόπιο και με κάθετα Νίκολς (Nicols) παρουσιάζουν πάντα κατάσβεση (είναι σκοτεινά).

ΑΝΙΣΟΤΡΟΠΑ ΟΡΥΚΤΑ 10 Όλα τα ορυκτά εκτός του κυβικού Ισότροπα κάτω από μηχανική πίεση Πολωτής Πολωτής Ανισότροπο ορυκτό Κάθετα Νίκολς (Nicols) Αναλυτής Πολωτής Αναλυτής 45 Θέση ενίσχυσης χρωμάτων πόλωσης (πράσινο + κόκκινο = πορτοκαλί) Θέση κατάσβεσης όταν τα ανύσματα των κραδάνσεων είναι παράλληλα με τον πολωτή και το αναλυτή, δηλαδή σε 4 περιπτώσεις. Αναλυτής

1 Θέσεις μέγιστων χρωμάτων πόλωσης 1 Θέσεις κατάσβεσης ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΕΞΗΓΗΣΗ ΤΩΝ ΧΡΩΜΑΤΩΝ ΠΟΛΩΣΗΣ ΚΑΙ ΤΗΣ ΚΑΤΑΣΒΕΣΗΣ 11 Η κόκκινη καμπύλη είναι η διαφορά των διαφορών των ανυσμάτων των συνιστωσών των δύο δεικτών διάθλασης όταν προβληθούν σε σύστημα δύο κάθετων αξόνων, που αντιστοιχούν στον πολωτή και στον αναλυτή. Διαφορά 90 μοιρών 1 2 3 4 0 45 90 135 180 225 270 315 360 1 2 3 4 1 Διαφορά 90 μοιρών n α n γ Οι καμπύλες αντιστοιχούν σε περιστροφή του δείγματος κατά 360, δηλαδή μια πλήρη περιστροφή της τράπεζας του μικροσκοπίου.

ΤΑΚΤΙΚΗ ΚΑΙ ΕΚΤΑΚΤΗ ΑΚΤΙΝΑ 12 ΕΑ = Είδωλο έκτακτης ακτίνας ΤΑ = Είδωλο τακτικής ακτίνας ΤΑ ΤΑ ΕΑ ΕΑ Επιφάνεια Κρυστάλλου Ασβεστίτη Κρύσταλλος Ασβεστίτη Χαρτί με μία τελεία Πολωτής με οριζόντιες γραμμώσεις Πολωτής με κάθετες γραμμώσεις Οι κραδάνσεις της τακτικής και της έκτακτης ακτίνας είναι πάντα κάθετες μεταξύ τους.

ΙΣΟΤΡΟΠΟΙ ΚΡΥΣΤΑΛΛΟΙ 13 n c n a = n b = n c n a n b Αν φύγει φως από το κέντρο του κρυστάλλου, αυτό θα διαδοθεί με την ίδια ταχύτητα προς όλες τις κατευθύνσεις. Αν μπορούσαμε ξαφνικά να παγώσουμε τον χρόνο και να δούμε το μέτωπο κύματος του φωτός, αυτό θα σχημάτιζε μια σφαίρα. Για να είναι το σχήμα απόλυτα σωστό πρέπει να φανταστούμε ότι ο κρύσταλλος που σχεδιάσαμε αποτελεί ένα μικρό μόνο μέρος ενός μεγάλου κρυστάλλου που καλύπτει όλο το οπτικό μας πεδίο.

ΜΟΝΟΑΞΟΝΕΣ ΚΡΥΣΤΑΛΛΟΙ 14 n a = n b n c Το μέτωπο κύματος του φωτός, θα σχημάτιζε ένα ελλειψοειδές εκ περιστροφής. n b Οπτικά θετικός κρύσταλλος n c < n b, n a Οπτικά αρνητικός κρύσταλλος n c > n b, n a Για να είναι το σχήμα απόλυτα σωστό πρέπει να φανταστούμε ότι ο κρύσταλλος που σχεδιάσαμε αποτελεί ένα μικρό μόνο μέρος ενός μεγάλου κρυστάλλου που καλύπτει όλο το οπτικό μας πεδίο.

ΔΙΑΞΟΝΕΣ ΚΡΥΣΤΑΛΛΟΙ 15 n a n b n c Αλλά. n a = n b n b Το μέτωπο κύματος του φωτός, θα σχημάτιζε ένα ελλειψοειδές εκ περιστροφής. Οπτικά θετικός κρύσταλλος Οπτικά αρνητικός κρύσταλλος Για να είναι το σχήμα απόλυτα σωστό πρέπει να φανταστούμε ότι ο κρύσταλλος που σχεδιάσαμε αποτελεί ένα μικρό μόνο μέρος ενός μεγάλου κρυστάλλου που καλύπτει όλο το οπτικό μας πεδίο.

ΕΞΗΓΗΣΗ ΤΟΥ ΕΛΛΕΙΨΟΕΙΔΟΥΣ ΕΚ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΗΣ ΓΙΑ ΔΙΑΞΟΝΕΣ ΚΡΥΣΤΑΛΛΟΥΣ 16 n γ =3 Ας θεωρήσουμε ότι έχουμε τον n β σαν τον μικρότερο από τους τρεις δείκτες διάθλασης, ενώ ο n γ είναι ο μεγαλύτερος. Ελλείψεις n α =2 Κύκλος n β =2 n β =1 Αφού το n α έχει τιμή μεταξύ των n β και n γ, τότε σίγουρα υπάρχει μια τομή n β ίση με το n α. Αυτή η τομή είναι ένας κύκλος μια και n α =n β και κάθετα μεταξύ τους. Αν ένα ορυκτό κοπεί κατά αυτήν την τομή, τότε συμπεριφέρεται σαν ισότροπο και δίνει συνεχή κατάσβεση σε κάθετα Νίκολς. Ευθεία κάθετη σε αυτό το επίπεδο ταυτίζεται με την διάδοση του φωτός και λέγεται οπτικός άξονας. Σε αυτή την περίπτωση υπάρχει και δεύτερο επίπεδο συμμετρικό ως προς το επίπεδο που ορίζουν οι n α -n γ.

ΕΝΟΤΗΤΑ 2 Η 17 ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ ΜΕ ΦΥΣΙΚΟ ΟΡΑΤΟ ΦΩΣ ΛΕΠΤΩΝ ΤΟΜΩΝ ΟΡΥΚΤΩΝ ΚΑΙ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Σχήμα και μέγεθος κρυστάλλων Όρια κρυστάλλων Διαφάνεια Αδιαφάνεια ορυκτών Χρώμα ορυκτών Σχισμός κρυστάλλων Υφή/μορφολογία πετρώματος

ΚΡΥΣΤΑΛΛΟΙ ΣΕ ΛΕΠΤΕΣ ΤΟΜΕΣ (1) 18 Κρύσταλλος είναι η περιοδική αναπαραγωγή, γεωμετρικά στον χώρο (σε τρεις διαστάσεις), μιας βασικής ατομικής δομής στοιχείων ενωμένα με χημικούς δεσμούς. Τα όρια κρυστάλλων είναι τεμνόμενα επίπεδα που περικλείουν έναν όγκο γεμάτο με περιοδικά ταξινομημένα άτομα στοιχείων της φύσης. Στο μικροσκόπιο βλέπουμε μια λεπτή τομή (γεωμετρικά, ένα επίπεδο) του πετρώματος ή ορυκτού. Η τομή του επιπέδου αυτού με τα επίπεδα των εδρών σχηματίζουν ευθύγραμμα τμήματα που σχηματίζουν πάντα ένα κοίλο, κλειστό γεωμετρικό σχήμα.

ΚΡΥΣΤΑΛΛΟΙ ΣΕ ΛΕΠΤΕΣ ΤΟΜΕΣ (2) 19 Ωστόσο, η προηγούμενη περίπτωση είναι η ιδανική και οι κρύσταλλοι σπάνια παρουσιάζονται να έχουν όρια που να παρουσιάζονται στην λεπτή τομή σαν ευθύγραμμα τμήματα ενωμένα σε ένα κοίλο κλειστό γεωμετρικό σχήμα. Συνήθως τα όρια καθορίζονται από τον διαθέσιμο χώρο κατά την ανάπτυξη του κρυστάλλου. Κρύσταλλοι που κρυσταλλώνονται πρώτοι, έχουν την ευχέρεια να σχηματιστούν καλύτερα, πλησιάζοντας τα ιδανικά γεωμετρικά τους σχήματα. Κρύσταλλοι που σχηματίζονται τελευταίοι, απλά γεμίζουν τον διαθέσιμο χώρο.

ΣΧΗΜΑ ΚΑΙ ΜΕΓΕΘΟΣ ΚΡΥΣΤΑΛΛΩΝ (1) 20 Ολιβίνης Σύστημα: ορθορομβικό Χημικός τύπος : Mg 2 SiO 4 Fe 2 SiO 4 Ευεδρικοί φαινοκρύσταλλοι ολιβίνη σε μικροκρυσταλλική μάζα και ύαλο. Τα όρια των κρυστάλλων διακρίνονται πλήρως (ευεδρικό σχήμα). Εικόνα 1 Το μέγεθος των κρυστάλλων είναι μεγαλύτερο (φαινοκρύσταλλοι) από τους γειτονικούς κρυστάλλους που αποτελούν την υπόλοιπη μάζα.

ΣΧΗΜΑ ΚΑΙ ΜΕΓΕΘΟΣ ΚΡΥΣΤΑΛΛΩΝ (2) 21 Αυγίτης (λευκό χρώμα) Σύστημα: Μονοκλινές Χημικός τύπος: Ca (Mg, Fe) Si 2 O 6 Ευεδρικοί έως υποεδρικοί φαινοκρύσταλλοι αυγίτη (άσπροι κρύσταλλοι) σε μάζα άλλων μικρότερων κρυστάλλων. Οι κρύσταλλοι δεν παρουσιάζουν όλες τους τις έδρες καλά ανεπτυγμένες (υποεδρικοί). Εικόνα 2

ΣΧΗΜΑ ΚΑΙ ΜΕΓΕΘΟΣ ΚΡΥΣΤΑΛΛΩΝ (3) 22 Σκαπόλιθος (λευκό χρώμα) και κλινοπυρόξενος (πρασινωποί κρ.) Σύστημα: Τετραγωνικό Χημικός τύπος: 3(NaAlSi 3 O8).NaCl - 3(CaAl2Si2O8).CaCO3 Υποεδρικοί έως ανεδρικοί κρύσταλλοι σκαπόλιθου (διαφανείς/λευκοί κρ.) και ανεδρικοί κρύσταλλοι κλινοπυρόξενου (πράσινο/αχνό καφετί χρώμα). Εικόνα 3 Στο κέντρο με καφέ χρώμα φαίνεται ένας κρύσταλλος βιοτίτη.

ΧΡΩΜΑ ΤΩΝ ΟΡΥΚΤΩΝ 23 Το χρώμα του ορυκτού αντιστοιχεί στις συχνότητες που απορροφούνται από το φάσμα του λευκού φωτός όταν αυτό διέλθει μέσα από τον όγκο του ορυκτού. Ανάλογα το πάχος της λεπτής τομής το χρώμα του ορυκτού μπορεί να σκοτεινιάζει (παχιά τομή) ή να ξεθωριάζει (πολύ λεπτές τομές) Βλέπουμε το αληθινό χρώμα του ορυκτού μόνο με φυσικό φως, δηλαδή χωρίς πολωτή ή αναλυτή. Πολλά πολωτικά μικροσκόπια έχουν και αυτή την δυνατότητα. Το χρώμα του ορυκτού οφείλεται βασικά στην ηλεκτρονιακή δομή των ατόμων των στοιχείων που περιέχει. Φωτόνια συγκεκριμένων συχνοτήτων απορροφούνται όταν η ενέργειά τους καταναλώνεται πλήρως στην μεταφορά ηλεκτρονίων από μια κατώτερη ενεργειακή στιβάδα σε μια ανώτερη.

ΧΡΩΜΑ ΟΡΥΚΤΩΝ 24 Τα περισσότερα ορυκτά σε λεπτές τομές και κάτω από φυσικό λευκό φως είναι διάφανα. Κάποια όμως, παρουσιάζουν κάποιο χρώμα. Έτσι για παράδειγμα μπορούμε εύκολα να ξεχωρίσουμε τον βιοτίτη από τον μοσχοβίτη, που κατα τα άλλα παρουσιάζουν όμοια χαρακτηριστικά. Εικόνα 4. Ο βιοτίτης στο μικροσκόπιο με λευκό φυσικό φως έχει καφετί χρώμα. K(Mg,Fe) 3 AlSi 3 O 10 (OH,F) 2 Μονοκλινές Εικόνα 5. Ο μοσχοβίτης αντίστοιχα δεν έχει χρώμα, είναι διάφανος. KAl 3 Si 3 O 10 (OH,F) 2 Μονοκλινές

ΔΙΑΦΑΝΗ ΚΑΙ ΑΔΙΑΦΑΝΗ ΟΡΥΚΤΑ 25 Τα ορυκτά, καθώς και όλα τα υλικά, επιτρέπουν να διέλθει το φως από την μάζα τους ή όχι. Τα διαφανή ορυκτά επιτρέπουν την διάδοση του φωτός (σχεδόν πάντα με απορροφήσεις κάποιων συχνοτήτων) Τα αδιαφανή ορυκτά απορροφούν πλήρως το φως που προσπαθεί να διέλθει διαμέσου της μάζας τους. Υπάρχει και η περίπτωση που αδιαφανή ορυκτά, σε πάρα πολύ λεπτές τομές, να επιτρέπουν την διέλευση του φωτός.

ΔΙΑΦΑΝΗ ΚΑΙ ΑΔΙΑΦΑΝΗ ΟΡΥΚΤΑ 26 Τα ορυκτά μπορούν να είναι τελείως διαφανή, οπότε το φως τα διαπερνά σε λεπτές τομές ή και σε παχύτερα δείγματα, ημιδιαφανή, οπότε λίγο φως μπορεί να τα διαπεράσει, και σε αδιαφανή, όπου δεν περνά το φως και φαίνονται πάντα μαύρα στο μικροσκόπιο. Τα αδιαφανή είναι συνήθως τα μέταλλα και τα οξείδιά τους. Αδιαφανές ορυκτό είναι ο μαγνητίτης (Fe +2 Fe +3 2O 4 ) που βρίσκεται σε μια μάζα διαφανών κρυστάλλων μελίλιθου (Ca 2 Al 2 SiO 7 Ca 2 MgSi 2 O 7 ). Εικόνα 6

ΣΧΙΣΜΟΣ ΕΝΟΣ ΟΡΥΚΤΟΥ (1) 27 Ο σχισμός είναι λεπτές γραμμώσεις που φαίνονται κάτω από το μικροσκόπιο, ιδιαίτερα σε μεγάλη μεγέθυνση. Αντιστοιχεί σε κρυσταλλογραφικές επιφάνειες όπου οι χημικοί δεσμοί είναι ασθενέστεροι απ ότι σε άλλες κατευθύνσεις. Η σχέση με τους κρυσταλλογραφικούς άξονες είναι και σχέση με τους οπτικούς με αποτέλεσμα να διακρίνουμε τις εξής περιπτώσεις: Ορθή κατάσβεση: ο σχισμός είναι παράλληλος με τα επίπεδα κράδανσης του πολωτή ή του αναλυτή Πλάγια κατάσβεση: ο σχισμός σχηματίζει γωνία με τα παραπάνωεπίπεδα κράδανσης Εικόνα 7. Απλός σχισμός Βιοτίτη - σε κάθετη διεύθυνση (M2, από την Συλλογή του εργαστηρίου μας). Ένα ορυκτό μπορεί να έχει περισσότερους του ενός σχισμούς ή και καθόλου σχισμό

ΣΧΙΣΜΟΣ ΕΝΟΣ ΟΡΥΚΤΟΥ (2) 28 Εικόνα 8. Ασβεστίτης Εικόνα 9. Ανδαλουσίτης (Al 2 SiO 5 ) Σχισμός 90 Εικόνα 10. Γλαυκοφανής (Na 2 Mg 3 Al 2 Si 8 O 22 (OH) 2 ) Σχισμός 120

ΥΦΗ ΤΟΥ ΠΕΤΡΩΜΑΤΟΣ 29 Στην τομή της εικόνας υπάρχουν τουλάχιστον έξι διαφορετικά ορυκτά. Με βάση τα προηγούμενα μπορούμε να διακρίνουμε και να κατατάξουμε τα πετρώματα με βάση την υφή τους. Αυτό θα το μάθουμε όμως στην πετρολογία. Αδιαφανή ορυκτά Έγχρωμα ορυκτά Βιοτίτης (πράσινο) Κεροστίλβη (καφέ) Διαφανή ορυκτά Χαλαζίας Καλιούχος άστριος Πλαγιόκλαστο. Εικόνα 11

ΕΝΟΤΗΤΑ 3 Η 30 ΟΡΥΚΤΑ ΜΕ ΠΟΛΩΜΕΝΟ ΦΩΣ (ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ΠΟΛΩΤΗ ΣΤΟ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΟ) Πολωτής ή χρήση παράλληλων Nicols Πλεοχρωϊσμός

ΧΡΗΣΗ ΠΟΛΩΤΗ (ΠΑΡΑΛΛΗΛΑ NICOLS) 31 Ένα ειδικό φίλτρο, ακριβώς μετά την λάμπα του μικροσκοπίου και πριν από την λεπτή τομή του δείγματός μας, μετατρέπει το φυσικό φως που βγάζει η λάμπα πυρακτώσεως σε πολωμένο. Το φως πλέον πάλεται σε ένα επίπεδο. Κάποιοι από τους κρυστάλλους που θα βάλουμε για αναγνώριση έχουν την ιδιότητα να διασπούν το φως αυτό σε δύο συνιστώσες, κάθε μία με το δικό της χρώμα. Πολωτής Το κάθε χρώμα εμφανίζεται δύο φορές κατά την περιστροφή του κρυστάλλου κατά 360. Αν προσανατολίσουμε το ένα χρώμα, τότε θα βρούμε το άλλο χρώμα μετά από περιστροφή κατά 90 καί προς τις δύο διευθύνσεις. Το φαινόμενο αυτό το λέμε πλεοχρωϊσμό.

ΠΛΕΟΧΡΩΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΒΙΟΤΙΤΗ 32 Έτσι φαίνεται ο πλεοχρωϊσμός σε παράλληλα Νίκολς και κατά την περιστροφή του κρυστάλλου. Το χρώμα των πλεοχρωϊκών ορυκτών είναι μεταξύ δύο χρωμάτων. Η επανάληψη των χρωμάτων γίνεται κάθε 180.

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΕΞΗΓΗΣΗ ΤΟΥ ΠΛΕΟΧΡΩΙΣΜΟΥ 33 Η κόκκινη καμπύλη παρουσιάζει την μεταβολή των χρωμάτων πλεοχρωϊσμού σε δύο ακραίους συνδυασμούς που επαναλαμβάνονται δύο φορές ο καθένας. Είναι οι διαφορά των προβολών των ανυσμάτων των δύο δεικτών διάθλασης σε έναν άξονα μόνο, αυτόν του πολωτή. 1 2 Διαφορά 180 μοιρών 0 45 90 135 180 225 270 315 360 1 2 Διαφορά 180 μοιρών 1 1 Τα δύο ακραία χρώματα του πλεοχρωϊσμού

ΓΙΑ ΝΑ ΔΟΥΜΕ ΤΟΝ ΠΛΕΟΧΡΩΪΣΜΟ ΛΟΙΠΟΝ ΠΡΕΠΕΙ... 34 Να βλέπουμε τα ορυκτά με πολωμένο φως (ο πολωτής είναι πάντα ενεργός στα πολωτικά μικροσκόπια ο χρήστης ωστόσο μπορεί να τον αφαιρέσει). Να παρουσιάζουν τα ορυκτά πλεοχρωισμό (τα ορυκτά παρουσιάζουν πλεοχρωισμό όταν έχουν μεγάλη διαφορά δεικτών διάθλασης). Να περιστρέφουμε την τράπεζα του μικροσκοπίου ώστε να δούμε την εναλλαγή του χρώματος (επανάληψη του ίδιου χρώματος συμβαίνει κάθε 180, ενώ οι εναλλαγές από το ένα χρώμα στο άλλο συμβαίνουν κάθε 90 ) Με πολωμένο φως δεν βλέπουμε πλέον το πραγματικό χρώμα του ορυκτού, εκτός και εάν αυτό δεν είναι πλεοχρωϊκό. Ο πλεοχρωϊσμός αναμιγνύεται με το φυσικό χρώμα του ορυκτού, οι διαφορές δεν είναι πάντα πολύ μεγάλες. Η ένταση του φαινόμενου του πλεοχρωϊσμού εξαρτάται από την διαφορά των δεικτών διάθλασης στα διπλοθλαστικά ορυκτά.

ΕΝΟΤΗΤΑ 4 Η 35 ΟΡΥΚΤΑ ΜΕ ΠΟΛΩΜΕΝΟ ΦΩΣ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΤΗ (ΚΑΘΕΤΑ NICOLS) Χρώματα πόλωσης και κατάσβεση. Διπλοθλαστικότητα. Κλίμακα Michel-Levy. Παράλληλα και κάθετα Νίκολς (Nicols). Πλακίδιο γύψου. Πρόσθεση ή αφαίρεση των χρωμάτων πόλωσης.

ΠΟΛΩΤΙΚΟ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΟ ΜΕ ΚΑΘΕΤΑ NICOLS 36 Και έτσι αρχίζει να επιδεικνύει η φύση την ομορφιά του κόσμου του φωτός καθώς αυτό περνά από τα πετρώματα και τα ορυκτά αυτών. Η μελέτη των πετρωμάτων με το πολωτικό μικροσκόπιο είναι μόνο ευχάριστες εκπλήξεις, όχι μόνο στο μάτι αλλά και στο μυαλό. Ιστορία εκατομμυρίων χρόνων μπορεί να τυπωθεί σε μια μικρή επιφάνεια δείγματος όπως αυτή στα αριστερά. Εικόνα 12

ΔΙΠΛΟΘΛΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑ: Ο ΛΟΓΟΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΟΠΟΙΟ ΕΧΟΥΜΕ ΧΡΩΜΑΤΑ ΠΟΛΩΣΗΣ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΒΕΣΗ 37 Καθυστέρηση μήκους κύματος (retardation) Διπλοθλαστικότητα (birefringence) Δ = d (n αργή n γρήγορη ) = d δ δ = n αργή n γρήγορη Για μονοχρωματικό φως ισχύουν τα παρακάτω: Όταν Δ = i λ έχουμε κατάσβεση Όταν Δ = (i + 1 / 2 ) λ έχουμε μέγιστο έντασης (μέγιστα χρώματα) Σε κάθε άλλη περίπτωση έχουμε ανάμιξη χρωμάτων σε ενδιάμεσα χρώματα n xxx = δείκτης διάθλασης i = ακέραιος αριθμός λ = μήκος κύματος d = πάχος ορυκτού

ΧΡΩΜΑΤΑ ΠΟΛΩΣΗΣ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΒΕΣΗ 38 Λευκό φως Πολλαπλά μήκη κύματος του λευκού φωτός συμβάλλουν και η ανάμιξη των τελικών τους προϊόντων δίνει τις τάξεις χρωμάτων της κλίμακας Michel-Levy. Μονοχρωματικό φως Ένα μήκος κύματος (π.χ. κόκκινο) φωτός συμβάλλει και δίνει κατασβέσεις και ενισχύσεις. Αναλυτής Πολωτής Σφήνα γυαλιού Αναλυτής Πολωτής Σφήνα γυαλιού

ΦΩΣ ΣΕ ΦΑΣΗ: ΕΝΙΣΧΥΣΗ 39 2 Α1+Α2 1.5 1 0.5 0 Α1 Α2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-0.5-1 -1.5-2 λ Δύο ακτίνες φωτός που είναι σε φάση 1. Ξεκινάνε ταυτόχρονα 2. Έχουν το ίδιο μήκος κύματος 3. ίδιες ή διαφορετικές εντάσεις συμβάλλουν δίνοντας Φως με 1. Ίδιο μήκος κύματος 2. Ένταση ίση με το άθροισμα των αρχικών ακτινών (κυμάτων)

ΦΩΣ ME λ/2 ΔΙΑΦΟΡΑ ΦΑΣΗΣ: ΚΑΤΑΣΒΕΣΗ 40 Α1 Α2 2 1.5 1 0.5 Α1+Α2=0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-0.5-1 -1.5-2 Διαφορά φάσης κατά λ/2 και ίδια ένταση φωτός (Α1=Α2) οδηγεί σε κατάσβεση (Α1+Α2=0 Α1=-Α2)

ΚΛΙΜΑΚΑ MICHEL - LEVY 41 ΟΙ ΤΑΞΕΙΣ ΧΡΩΜΑΤΩΝ ΛΟΓΩ ΔΙΠΛΟΘΛΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ (όπως αυτές φαίνονται στο μικροσκόπιο) Διπλοθλαστικότητα (n 1 - n 2 ) Πάχος λεπτής τομής σε χιλιοστά (mm) Πρώτη τάξη Δεύτερη τάξη Τρίτη τάξη Τέταρτη τάξη Πέμπτη τάξη Έκτη τάξη Καθυστέρηση κύματος σε νανόμετρα (nm)

ΧΡΩΜΑΤΑ ΠΟΛΩΣΗΣ Παράλληλα και κάθετα Νίκολς 42 Χρώματα πόλωσης είναι τα χρώματα που παίρνουν τα ορυκτά σε κάθετα Νίκολς. Μοσχοβίτης (Μο) και Βιοτίτης (Βι) Βι Βι Μ ο Μ ο Εικόνα 13. Παράλληλα Νίκολς Φαίνονται μόνο τα χρώματα των ορυκτών (εδώ στην μέγιστη θέση των πλεοχρωϊκών χρωμάτων) Εικόνα 14. Κάθετα Νίκολς Χρώματα πόλωσης δεύτερης τάξης, μπλε-θαλασσί για τον Μοσχοβίτη κοκκινοκάστανο για τον Βιοτίτη, γκρί για τα υπόλοιπα ορυκτά (χαλαζίας, άστριοι) Μαύρα τα ορυκτά σε κατάσβεση.

ΠΛΑΚΙΔΙΟ ΤΗΣ ΓΥΨΟΥ 43 Προσθέτει μια καθυστέρηση μήκου κύματος της τάξης των Δ=550nm ή Δ=537nm. Πολωτής Αναλυτής Γρήγορη ακτίνα Εισάγεται με προσανατολισμό 45 ως προς το σταυρόνημα με την αργή ακτίνα σε διεύθυνση ΒΑ-ΝΔ (διακρίνεται σαν μικρό βέλος πάνω στο εξάρτημα) και την γρήγορη ακτίνα στην κάθετη από την παραπάνω διεύθυνση (ΒΔ-ΝΑ). Αργή ακτίνα Χρώμα Γύψου 550nm Πρόσθεση χρωμάτων Ταύτιση αργής ακτίνας ορυκτού με αργή ακτίνα της γύψου Αφαίρεση χρωμάτων Ταύτιση γρήγορης ακτίνας ορυκτού με αργή ακτίνα της γύψου Αφαίρεση χρωμάτων Πρώτη τάξη χρωμάτων Πρόσθεση χρωμάτων Δεύτερη τάξη χρωμάτων

ΑΝΑΦΟΡΕΣ ΕΙΚΟΝΩΝ 44 Εικόνα 1-10. Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος επικοινωνήστε μαζί μας. Εικόνα 11. Λεπτή τομή ενός γρανιτικού πετρώματος (άχρωμα ορυκτά (χαλαζίας και άστριοι) και έγχρωμα ορυκτά (βιοτίτης ή κεροστίλβη)). http://www.metal.ntua.gr/index.pl/mineralogy_minanalysis_04d Εικόνα 12. Υλικό με μη προσδιορισμένη προέλευση. Σε περίπτωση που είστε ο κάτοχος του κύριου δικαιώματος επικοινωνήστε μαζί μας. Εικόνα 13. Παράλληλα Nicols. http://www.metal.ntua.gr/index.pl/mineralogy_minanalysis_04e Εικόνα 14. Κάθετα Nicols. http://www.metal.ntua.gr/index.pl/mineralogy_minanalysis_04e

ΧΡΗΜΑΤΟΔΟΤΗΣΗ Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα Ε.Μ.Π.» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.