Изучение минералов в сходящемся свете (коноскопия)

В сходящемся свете исследуется оптический эффект, который возникает при прохождении через кристалл пучка света, лучи которого в значительной степени сближаются на плоскости изучаемого среза минерала. Этот метод называется коноскопическим.

Картина, наблюдаемая при коноскопии, не дает изображения самого минерала, а воспроизводит возникающие интерференционные эффекты. Интерференционная фигура имеет различные формы и свойства в зависимости от оптических свойств минерала и сечения индикатрисы. Таким образом, в сходящемся свете можно определить осность, оптический знак и (для двуосных минералов) относительную величину угла между оптическими осями (угол 2V).

Для получения коноскопической фигуры оптическая система микроскопа настраивается следующим образом.

1. Тщательно отцентрировать два объектива, с которыми придется работать: один с небольшим увеличением – 2,5 или 10, а второй с большим увеличением – 40 или 60.

2. Проверить наличие конденсорной линзы (линзы Лазо), расположенной под столиком микроскопа. Ирисовая диафрагма осветительного устройства должна быть полностью раскрыта.

3. Николи должны быть скрещены.

4. Ввести в оптическую систему микроскопа линзу Бертрана, поворачивая ее при помощи рычажного устройства (находится в промежуточном тубусе над объективами).

Отбор кристаллов для изучения

Для определения осности и оптического знака минерала очень важно правильно выбрать подходящий разрез. Четкая интерференционная фигура получается на разрезах с наиболее низкой интерференционной  окраской. Для одноосных минералов – это разрез, близкий к перпендикулярному к оптической оси, или, еще лучше, изотропное сечение – разрез, перпендикулярный к оптической оси. Для двуосных минералов это сечение, перпендикулярное биссектрисе острого угла (2V) или одной из оптических осей.

Выбор зерна производится при объективе с небольшим увеличением (2,5,  9, 10), который, после того как зерно выбрано, сменяется объективом с большим увеличением (60, 40, 25). Для получения четкой коноскопической фигуры необходимо точно навести выбранное зерно на фокуc.

Фигуры интерференции одноосных минералов

Различные срезы одноосного минерала в сходящемся свете ведут себя неодинаково. В общем случае выделяют три типа сечений одноосного минерала: а) перпендикулярные оптической оси; б) параллельные оптической оси; в) косые разрезы.
Сечение, перпендикулярное оптической оси. Это круговое (изотропное) сечение индикатрисы. В этом разрезе в сходящемся свете наблюдается интерференционная фигура в виде черного креста, балки которого параллельны кресту нитей (рис. 41).В случае если минерал обладает высоким двупреломлением вокруг центра наблюдается ряд окрашенных концентрических колец, в каждом из которых наблюдается последовательность цветов ньютоновской шкалы спектра.

При вращении предметного столика крест остается неподвижным. В центре креста – выход оптической оси. Такая картина объясняется следующим образом. Поступающий снизу сходящийся свет, проходя через минерал вверх, расширяется, образуя при этом ряд световых конусов, которые под все большим углом расходятся в стороны от центрального луча, падающего перпендикулярно на минерал. Центральный луч, будучи параллельным оптической оси, не испытывает двупреломления, а расходящиеся лучи отклоняются от оптической оси и поэтому обладают двупреломлением.

Кроме того, каждый все более удаленный от центрального конус лучей проходит по кристаллу более длинный путь и все сильнее отклоняется от линии, параллельной оптической оси. Поэтому при перемещении от центра к краям поля зрения происходит возрастание как разности (n_б – n_м), так и значения d, которые входят в уравнение разности хода Δ = (n_м – n_б) · d. Увеличение разности хода в радиальном направлении от центра поля зрения приводит к тому, что при скрещенных николях возникают концентрические круги, окрашенные в разные цвета спектра.

Темная область в центре креста является тем местом, где свет входит в минерал при нормальном падении и направлен вдоль оптической оси, что заставляет минерал вести себя подобно изотропному. Чтобы объяснить потемнение балок креста, нужно обратиться к существующей у одноосных минералов закономерности, согласно которой е-лучи колеблются в той плоскости, где находятся падающий луч и оптическая ось, а о-лучи колеблются перпендикулярно к этой плоскости. Таким образом, е-лучи конусов света повсюду будут колебаться радиально по отношению к возникающим концентрическим кругам, а о-лучи – по касательной к ним. Поэтому в направлении В – З креста нитей весь проходящий через кристалл свет будет колебаться как е-лучи, а следующий по направлению С – Ю – как о-лучи. Свет, совершающий колебания в плоскости поляризатора подобным образом, гасится анализатором, что приводит к потемнению балок креста. Следовательно, балки креста являются геометрическим местом точек, где одно из направлений колебания света в минерале параллельно плоскости поляризатора (см. рис. 41).

Интерференционная фигура минералов с низким двупреломлением (кварц, нефелин) имеет расплывчатые контуры. Между балками в квадрантах видна лишь серая интерференционная окраска. А у минералов с большой величиной двупреломления (кальцит, доломит, сидерит) фигура – крест – тонкая и четкая. В квадрантах располагаются многочисленные цветные кольца.

Сечения, наклонные к оптической оси. В зависимости от угла наклона оптической оси к плоскости шлифа фигура будет иметь форму креста, центр которого смещен в сторону по отношению к центру поля зрения микроскопа (небольшой угол наклона). При вращении столика крест перемещается по кругу параллельно самому себе (рис. 42). Или (при большом наклоне) в поле зрения при вращении столика будут появляться балки креста, поочередно сменяющие друг друга: вертикальная – горизонтальная – вертикальная – горизонтальная (рис. 43).

Если разрез не очень косой, балки движутся через поле медленно, и на смену одной сразу появляется другая. Если же оптическая ось сильно наклонена к плоскости препарата, то балки проходят через поле быстро и появляются не сразу одна после другой. При этом часто можно видеть, что удаленный от оптической оси более широкий конец балки движется через поле зрения быстрее, чем другой, более узкий. Балка, появляясь из-за края поля, искривлена и обращена выпуклостью в сторону своего движения. Проходя через середину, она выпрямляется и становится симметричной. Покидая поле зрения, она изгибается в противоположную сторону (рис. 44).

  Сечения, параллельные оптической оси. Эти срезы имеют наивысшую для данного минерала интерференционную окраску. Фигура интерференции имеет форму широкого расплывчатого креста, который закрывает почти все поле зрения и при вращении столика микроскопа разрывается на изогнутые изогиры (ветви гиперболы), быстро уходящие за пределы поля зрения. Во избежание ошибок в определении осности такими сечениями лучше не пользоваться.
Определение оптического знака одноосных минералов на разрезах перпендикулярных оптической оси. Удобнее всего определять оптический знак на разрезе, перпендикулярном оптической оси или близком к нему. Тогда в поле зрения отчетливо видна вся интерференционная фигура. Для определения знака применяют кварцевую пластинку или кварцевый клин.

Определение оптического знака с помощью кварцевой пластинки. Оптический знак минерала может быть положительным или отрицательным.

У оптически отрицательных минералов во втором и четвертом квадрантах будет располагаться ось N_p, а в первом и третьем – N_g, поэтому при введении кварцевой пластинки во втором и четвертом квадрантах произойдет повышение до синей, а во первом и третьем  – понижение окраски до желтой (рис. 45, а). У оптически положительных минералов индикатрисы будут ориентированы в направлении, противоположном предыдущему, и вследствие совпадения одноименных осей в первом и третьем квадрантах окраска повысится до синей, а во втором и четвертом – понизится до желтой (рис. 45, а).

Таким образом, если при вдвигании кварцевой пластинки второй и четвертый квадранты поля зрения окрасятся в желтый цвет, а первый и третий – в синий, то минерал оптически положительный. При обратном расположении окрасок в квадрантах минерал оптически отрицательный.

Определение оптического знака с помощью кварцевого клина. Кварцевый клин для определения знака применяется в тех случаях, когда вследствие высокого двупреломления минерала в поле зрения появляются изохроматические кольца и использовать кварцевую пластинку неудобно, т. к. трудно заметить изменение интерференционной окраски.

Если изохроматические кольца при вдвигании кварцевого клина во втором и четвертом квадрантах будут расходиться от центра к периферии, а в первом и третьем сходиться от периферии к центру (см. рис. 45, б), то минерал оптически положительный. Минерал будет оптически отрицательным, если направление движения изохроматических колец будет противоположным (см. рис. 45, а).
Определение оптического знака одноосных минералов на разрезах, наклонных к оптической оси. Определение знака на косых разрезах затруднено тем, что полной фигуры интерференции не видно. Нумерацию квадрантов в этом случае определяют по закономерному 
движению в поле зрения балок креста.

Если вращать столик микроскопа по часовой стрелке, то положение каждого квадранта можно определить, используя приведенный ниже рисунок (рис. 46). При вдвигании кварцевой пластинки квадранты окрасятся по-разному. В соответствии с расположением окрасок  (см. рис. 45) делается вывод о знаке. Находить, какой квадрант в данный момент лежит в поле зрения, можно и иначе. Для этого введем понятие о сопутствующем и встречном концах изогиры. Конец балки, перемещающийся в направлении вращения столика, называется сопутствующим, а перемещающийся против направления вращения столика – встречным (рис. 47). Сопутствующий конец балки расположен ближе к оптической оси.