CRISTALOFÍSICA TEMA 14 PROPIEDADES ÓPTICAS DE LOS CRISTALES Y MINERALES OPACOS. Estudio sistemático con el microscopio polarizante de reflexión

Transcripción

1 CRISTALOFÍSICA TEMA 14 PROPIEDADES ÓPTICAS DE LOS CRISTALES Y MINERALES OPACOS Estudio sistemático con el microscopio polarizante de reflexión ÍNDICE Disposición ortoscópica del microscopio 14.1 Observaciones con luz polarizada plana Observaciones con luz polarizada y analizada Disposición conoscópica del microscopio 14.3 Figuras de polarización 14.4 Dispersión

2 14.1 PROPIEDADES ÓPTICAS DE LOS MINERALES Estudio sistemático con el microscopio polarizante de reflexión Disposición ortoscópica del microscopio Observaciones con luz polarizada plana Requerimientos Objetivos de bajo aumento (2,5x) o de aumento medio (10x) Las lentes condensadoras superiores deben estar bajadas El diafragma iris abierto Observaciones Las propiedades que pueden observarse son las siguientes: Color Dureza y relieve Exfoliación Exsolución Forma Inclusiones Maclas Pleocroísmo de reflexión Reflectancia Zonado Nota: Las fotos de minerales al microscopio de este capítulo han sido tomadas Picot, P. and Johan, Z. (1982).- Atlas of ore minerals, B.R.G.M. Elsevier Virtual Atlas of Opaque and Ore Minerals in their Associations, página webde Robert A. Ixer and Paul R. Duller (1998). Color El color en reflexión bajo el microscopio es debido a la dispersión de la reflectancia con la longitud de onda. Varía entre gris o blanco con distintas tonalidades. El color de un determinado mineral puede parecer diferente en función de los minerales que le rodean. Azul: covellita, digenita 1

3 covellita (5.6x, Picot, P. and Johan, Z. (1982)) Amarillo: oro nativo, calcopirita calcopirita (2.5x) (asociada con bornita, grisácea) (foto de Celia Marcos) Amarillo suave: pirita Rojo: cobre nativo Amarillento-anaranjado: niquelina Parduzco: ilmenita Dureza y relieve Son términos relativos, cuando dos minerales tienen dureza similar muestran límite muy débil, indicando que no hay diferencia de relieve entre ambos. Sin embargo, cuando un mineral es más duro que otro vecino, el pulido rebaja el más blando y resalta al más duro. 2

4 Exfoliación cristalinos. La exfoliación es la rotura de un cristal o mineral por determinados planos molibdenita (16x, Picot, P. and Johan, Z. (1982)) A veces, si los minerales presentan varias exfoliaciones, con el pulido quedan marcas características como las de la galena, en forma de triángulo: Exsolución Desmezcla de componentes a una determinada temperatura. El componente que está en menor proporción suele estar incluido en el que está en mayor proporción. 3

5 Se observa mejor con polarizadores cruzados. Ver en siguiente capítulo. Forma Muchos minerales metálicos parecen no tener forma definida (xenomórficos). Los minerales más duros o los que tienen temperatura de fusión elevada tienden a desarrollar hábitos cristalinos (idiomórficos), como ocurre con la pirita, arsenopirita, magnetita, etc. Algunos minerales formados a baja temperatura tienden a mostrar texturas coloformes (con aspecto coloidal) que consisten en agregados que se disponen en capas concéntricas, a menudo convexas o esferulíticas con aspecto parecido al del ópalo. Ejemplo: goethita, esfalerita. Inclusiones Fases sólidas, líquidas o gaseosas atrapadas en el mineral hospedante. Se forman antes (protogenéticas), durante (singenéticas) o después (epigenéticas) que el mineral hospedante. Inclusiones de calcosina (azul claro) en bornita (rojo pardo) Maclas Es la asociación de dos o más individuos con diferente orientación cristalográfica. Se observa mejor con polarizadores cruzados. Ver en siguiente capítulo. Pleocroismo de reflexión 4

6 Variación del color o intensidad del color con la dirección. Se debe a la diferencia en dispersión con la longitud de onda de las reflectancias del mineral. Fuerte: covellita (16x, Picot, P. and Johan, Z. (1982)) (al haber varios granos, cuando unos aparecen coloreados en azul más intenso otros están en azul más débil; si se giraran ocurriría lo contrario), molibdenita Débil: hematites Reflectancia Es el cociente entre la intensidad de la luz reflejada por un mineral en sección pulida y la intensidad de la luz incidente sobre él, expresada en %. La reflectancia depende de: índice de refracción del mineral índice de refracción del medio en el que se encuentra orientación de la sección coeficiente de absorción (κ) en el caso de que los minerales opacos. Representa la cantidad de luz que es absorbida a medida que atraviesa sucesivas capas de espesor constante en el mineral. Los minerales anisótropos rómbicos, monoclínicos y triclínicos se caracterizan por poseer 4 ejes de polarización circular. 5

7 Figura Ejes de polarización circular (Figura tomada y adaptada de Galopin, R. & Henry, N.F.M. (1972). Microscopic study of opaque minerals. Heffer & Cambridge) El ángulo entre cada par de dichos ejes, simbolizado como 2σ, es mayor cuanto mayor es la absorción de la luz. Cuando el ángulo 2σ es 0º el mineral es transparente y los ejes de polarización circular se convierten en los ejes ópticos de los minerales biáxicos transparentes. Reflectancia* muy elevada: elementos nativos como oro (72%), plata (85%) löllingita (53,5%), safflorita (53%), arsenopirita y marcasita (52%), pirita (51%) Reflectancia* media a alta: stibnita (47%), galena (43%), molibdenita (42%) Reflectancia* media a baja: hematites (30%), covellita (23%), digenita (22%) Reflectancia* baja: ilmenita (19%), Goethita (18%) * En luz blanca Zonado Textura en forma de partes diferenciadas dentro de un grano mineral consecuencia de una variación composicional. Se observa mejor con polarizadores cruzados. Ver en siguiente capítulo. 6

8 14.2 PROPIEDADES ÓPTICAS DE LOS MINERALES Estudio sistemático con el microscopio polarizante de reflexión Disposición ortoscópica del microscopio Observaciones con luz polarizada y analizada Requerimientos Objetivos de bajo aumento (2,5x) o de aumento medio (I0x) Las lentes condensadoras superiores deben estar bajadas El diafragma iris abierto Analizador insertado y girado 90º respecto del polarizador Observaciones: Colores de polarización Exolución Isotropía - anisotropía Maclas Reflexiones internas Zonado Colores de polarización También se los conoce con el nombre de tintas anisotrópicas. Las tintas brillantes indican fuerte dispersión de la relación de anisotropía. Ejemplo: löllingita (16x polarizadores cruzados, Picot, P. and Johan, Z. (1982)) Secciones simétricas La tinta observada para un ángulo dado, girando la platina en el sentido de las agujas del reloj, es el mismo que se observa para el mismo ángulo de giro en sentido contrario a las agujas del reloj. Cuando se descruza ligeramente el analizador (1-5º) tiene lugar una secuencia de tintas que puede ser criterio de diagnóstico para ciertos minerales, pero ésto es verdad para un 7

9 ajuste muy exacto del analizador, puesto que esta prueba es muy sensible para distinguir secciones simétricas. Secciones asimétricas En las secciones asimétricas la tinta observada para un ángulo determinado, girando la platina en el sentido de las agujas del reloj no es la misma que se observa para el mismo ángulo de giro en sentido contrario a las agujas del reloj. Cuando esta prueba se utiliza se debe tener mucho cuidado en ajustar el analizador a la posición cruzada. Descruzando el analizador se produce una secuencia de tintas que puede ser también usada para discriminar entre secciones simétricas y asimétricas. Exsolución Desmezcla de componentes a una determinada temperatura. El componente que está en menor proporción suele estar incluido en el que está en mayor proporción. Puede aparecer como lamelas, con textura mirmequítica o en forma de estrella o como burbujas. Ejemplo: ilmenita (16x polarizadores cruzados, Picot, P. and Johan, Z. (1982)) (lamelas en Isotropía-Anisotropía: Secciones uniradiales magnetita asociada con pirrotita (verde-marrón, 2 variedades)) En los cristales transparentes a la luz reflejada externamente desde una superficie pulida se le suma la reflejada internamente desde inclusiones, grietas, etc., por lo que algo de luz es transmitida por el analizador. En los cristales absorbentes no hay reflexiones internas, pero en este caso también algo de luz es transmitida por el analizador como consecuencia de la débil elipticidad producida en reflexión de tales cristales cuando la luz incidente no es totalmente perpendicular a la superficie. Sin embargo, la intensidad de dicha luz es la misma en un giro completo de la platina. Secciones simétricas 8

10 En estas secciones las dos vibraciones están polarizadas linealmente y no están dispersas. La existencia de dos vibraciones implica que estas difieren en amplitud, en fase o en ambas a la vez. Si sólo difieren en amplitud el resultado es una rotación de la vibración resultante reflejada cuando la platina está girada fuera de la posición de extinción. Es la rotación anisotrópica y sólo ocurre en secciones anisótropas. La rotación es siempre hacia la vibración de mayor amplitud y el máximo ángulo de rotación se encuentra en un giro de la platina inferior a 45º. Se manifiesta por los colores de polarización, que cambian al girar la sección. Minerales isótropos Las secciones están extinguidas en un giro completo Minerales debilmente anisótropos Muestran un ligero cambio con la rotación y se observa si se descruzan ligeramente los polarizadores. Minerales fuertemente anisótropos Muestran un cambio pronunciado en el brillo y tambien y un posible cambio de color con la rotación. Las secciones simétricas se extinguen en luz blanca. Cuando se gira una sección simétrica sobre la platina respecto de su posición de extinción, la amplitud de la luz transmitida por el analizador es proporcional a la relación de anisotropía (A = R 2 /R 1 ), ya que esta relación determina el ángulo de la rotación anisotrópica. Secciones asimétricas No se extinguen en el sentido estricto de la palabra, incluso en luz monocromática, debido a la marcada elipticidad de las vibraciones. Maclas Es la asociación de dos o más individuos con diferente orientación cristalográfica. Ejemplo: 9

11 löllingita (16x polarizadores cruzados, Picot, P. and Johan, Z. (1982)) safflorita (25x polarizadores cruzados, Picot, P. and Johan, Z. (1982)) Reflexiones internas: Se producen por luz reflejada desde inclusiones, fracturas, etc. del mineral, cuando éste no es totalmente opaco o es transparente. Muestran el color del mineral que tiene en muestra de mano. Ejemplo: hematites (16x polarizadores cruzados,picot, P. and Johan, Z. (1982)) wolframita (5.6x polarizadores cruzados, Picot, P. and Johan, Z. (1982)) 10

12 Zonado Textura en forma de partes diferenciadas dentro de un grano mineral consecuencia de una variación composicional. Ejemplo: löllingita (16x polarizadores cruzados, Picot, P. and Johan, Z. (1982)) 11

13 14.3 PROPIEDADES ÓPTICAS DE LOS MINERALES Estudio sistemático con el microscopio polarizante de reflexión Disposición conoscópica del microscopio Figuras de polarización. Signo óptico Requerimientos Objetivos de aumentos grandes (40x) Las lentes condensadoras superiores deben estar subidasdas El diafragma iris abierto Analizador insertado y girado 90º respecto del polarizador Lentes de Bertrand insertadas Figuras de polarización También llamada figura de luz convergente permite diferenciar entre minerales isótropos y anisótropos. Isótropos La figura de los minerales isótropos es una cruz negra o Descruzando los polarizadores ligeramente se desdobla en dos ramas Anisótropos La figura de polarización de los minerales anisótropos es una cruz que se desdobla en dos ramas (ver Figura 14.2), al girar la platina del microscopio, que se mueven en dos cuadrantes opuestos, en los cuales se encuentra la vibración con la que está asociada la reflectancia mayor. 12

14 Figura Figura de polarización de un cristal o mineral anisótropo opaco (Figura tomada y adaptada de Galopin, R. & Henry, N.F.M. (1972). Microscopic study of opaque minerals. Heffer & Cambridge) 13

15 14.4 DISPERSIÓN Color y efectos de la dispersion En muchos minerales anisótropos, la reflectancia varía considerablemente según la longitud de onda de la luz incidente, por lo que el haz reflejado tiene un color que es muy característico. Casi siempre hay una mezcla sustancial de luz blanca, siendo el resultado "un tinte metálico" como el bronce o el acero azul. Se requiere especial precaución en observar estos efectos porque la apariencia puede ser alterada engañosamente por contraste con un grano vecino de otro color o incluso por la naturaleza de la iluminación. La dispersión de las constantes ópticas produce dispersión de la reflectancia y si su curva tiene un máximo pronunciado dentro del rango visible, entonces la sustancia aparece coloreada, es decir, el tipo de curva de dispersión y su posición en la escala de reflectancia puede definir el color de la reflexión (ver Figura 14.3). 14

16 Figura 14.3: Curvas de reflectancia para la covellita (Figura tomada y adaptada de Galopin, R. & Henry, N.F.M. (1972). Microscopic study of opaque minerals. Heffer & Cambridge) En minerales opacos, incluso con una pequeña absorción, la dispersión de la absorción y por lo tanto de la reflectancia, produce un color marcado cuando la sustancia se observa con luz reflejada. En secciones anisótropas, la reflectancia de una vibración puede dispersarse independientemente de la reflectancia de otra. Si hay una 15

17 diferencia entonces se puede observar que la sección cambia de color cuando la platina es girada, sólo con polarizador; este fenómeno se denomina pleocroísmo de reflexión. El color y el pleocroísmo se hacen más patentes en algunos minerales (ejemplo, la covellita) cuando se observan con aceite, debido a la gran diferencia existente entre los índices de refracción. En la covellita y para una determinada longitud de onda la R ω en aceite es mayor que en aire y el color cambia bruscamente de azul a rojo. 16