- •I. 51.01.01 «Геология и разведка месторождений
- •28 Октября 2005 г., протокол №
- •Предисловие
- •Лекция 1
- •Объекты и содержание минералогии
- •Значение минералов для человека
- •История развития минералогии
- •История развития минералогии в России
- •Лекция 2
- •Минералы в строении вселенной Минералы метеоритов
- •Строение земной коры и минералогическая зональность
- •Химическая связь
- •Кристаллическая структура минералов
- •Лекция 3
- •Полиморфизм и полиморфные модификации
- •Псевдоморфозы (ложные кристаллы)
- •Явление изоморфизма
- •Типы изоморфизма
- •Изоструктурные минералы
- •Твердые растворы
- •Лекция 4
- •Химический состав минералов
- •Химические анализы
- •Расчет формул минералов
- •Расчет формулы сфалерит
- •Расчет формулы граната
- •Причины кристаллизации минералов
- •Аморфные и скрытокристаллические минералы
- •Лекция 5
- •Морфология кристаллов Закон постоянства гранных углов
- •Двойниковые сростки кристаллов
- •Микрорельеф поверхности кристаллов
- •Пирамиды и зоны роста кристаллов
- •Расщепленные кристаллы, скелетные кристаллы и дендриты, метасомы, пойкилосомы
- •Включения в кристаллах
- •Облик и габитус кристаллов
- •Морфология кристаллических агрегатов
- •Лекция 6
- •Физические и химические свойства минералов
- •Анизотропия свойств кристаллов
- •Физические свойства изоморфных смесей
- •Оптические свойства
- •Отражение и преломление света
- •Поляризация и двойное лучепреломление
- •Светопроницаемость (прозрачность)
- •Лекция 7
- •Окраска минералов
- •Собственные окраски минералов Окраска за счет избирательного светопоглощения
- •Анизотропия окраски
- •Игра и переливы цвета
- •Чужеродные окраски
- •Лекция 8
- •Цвет черты
- •Люминесценция
- •Плотность
- •Механические свойства
- •Твердость
- •Спайность, излом
- •Лекция 9
- •Прочность минералов
- •Магнитные свойства минералов
- •Электрические свойства
- •Пьезоэлектричество
- •Пироэлектричество
- •Радиоактивность
- •Лекция 10
- •Определение и описание минералов
- •Макроскопическая идентификация минералов
- •Физические свойства минералов
- •Морфология кристаллов
- •Цвет и черта
- •Твердость
- •Плотность и методы ее определения
- •Лекция 11
- •Спайность, отдельность и излом
- •Прочность
- •Специальные физические тесты
- •Люминесценция
- •Магнетизм
- •Электрические свойства
- •Радиоактивность
- •Минеральные ассоциации
- •Химические тесты при изучении минералов
- •Растворимость
- •Вкус и запах
- •Лекция 12
- •Лабораторные методы определения минералов
- •Устройство микроскопа
- •Оптические методы определения минералов
- •Изучение прозрачности
- •Изучение формы зерен
- •Исследование включений
- •Определение оптического класса
- •Определение показателя преломления
- •Изучение окраски минерала и плеохроизма
- •Определение силы двупреломления
- •Угол погасания
- •Изучение минералов в сходящемся свете
- •Лекция 13
- •Основные методы определения ювелирных минералов
- •Рефрактометр. Определение показателя преломления
- •Полярископ
- •Рефлектометр
- •Определение окраски ювелирных камней
- •Цветной фильтр Челси
- •Дихроизм и дихроскоп
- •Спектроскоп
- •Лекция 14
- •Методы исследования структуры минералов
- •Дифракция рентгеновских лучей
- •Виды дифракционных исследований
- •Порошковый метод рентгенографии
- •Монокристалльный метод рентгенографии
- •Дифракция нейтронов
- •Дифракция электронов и электронный микроскоп
- •Методы исследования химического состава минералов
- •Электронно-зондовый микроанализ
- •Рентгеновский флуоресцентный анализ
- •Лекция 15
- •Генетическая минералогия
- •Среды минералообразования
- •Причины и способы минералообразования
- •Типы минеральных месторождений
- •Лекция 16
- •Эндогенное минералообразование
- •Магматический этап минералообразования (магматические минеральные месторождения)
- •Лекция 17
- •Минеральные ассоциации пегматитов
- •Гидротермальное минералообразование
- •Полезные ископаемые гидротермальных образований
- •Контактово-метасоматическое минералообразования
- •Скарны и грейзены
- •Полезные ископаемые скарнов
- •Полезные ископаемые грейзенов
- •Метаморфическое минералообразование
- •Минеральные ассоциации метаморфизованных месторождений
- •Минеральные ассоциации метаморфических месторождений
- •Лекция 18
- •Экзогенное минералообразование Минералы коры выветривания
- •Минералы осадочных пород
- •Обломочные осадочные месторождения
- •Хемогенные осадочные месторождения
- •Биогенные осадочные месторождения
- •Диагенетическое минералообразование
- •Заключение
- •Литература
- •Дополнительная
- •Оглавление
Анизотропия окраски
Окраска – это физическое свойство, которое в объеме минерала проявляется неравномерно. Это вызвано анизотропией их пространственной решетки. В минерале существуют направления, проходя вдоль которых свет поглощается по-разному. Это явление зависит от структуры минерала, и более всего от типа симметрии.
Кристаллы кубической сингонии обладают однородным цветом, который одинаков во всех направлениях, например, гранаты, шпинели, флюорит – это оптически изотропные минералы. В оптически изотропных минералах свет распространяется во все стороны равномерно, как в воздухе. Кристаллы средних сингоний обладают свойством анизотропии, которая в отношении окраски проявляется как дихроизм. Дихроизм – это изменение окраски в зависимости от направления прохождения через минерал света по двум взаимно перпендикулярным направлениям. Одно из этих направлений – ось симметрии (третьего, четвертого или шестого порядков), второе – перпендикуляр к оси симметрии. Изменение цвета по этим двум направлениям является максимальным. Во всех других направлениях окраска будет промежуточной. Кристаллы низших сингоний обладают более сложной картиной и явление изменения окраски в них называетсяплеохроизм,т. к. в них существует три взаимно перпендикулярных направления (их привязывают к кристаллографическим осямx, y, z), обладающих собственной окраской. Все остальные направления прохождения света через кристалл будут давать промежуточные окраски.
Наиболее четко изменение окраски в зависимости от направления прохождения через него света можно наблюдать в турмалине, который вдоль призмы с осью L3будет казаться светлее, а поперек кристалла цвет будет темным. У кордиерита (Mg2Al3(AlSi5O18) с примесью железа – ромбической сингонии) есть три направления, по которым его окраска будет разная. Он темно-синий, если рассматривать его на просвет вдоль осиz, светло-синий, если глядеть через кристалл вдоль осиx, желтовато-серый при взгляде вдоль оси y.
Игра и переливы цвета
Все прозрачные и полупрозрачные минералы обладают таким свойством как дисперсия света, которое проявляется как игра и переливы цвета (или света), идущая как бы изнутри кристалла. Ярким примером этого свойства являются игра цвета у бриллиантов, радужное свечение, идущее из черных кристаллов лабрадора, игра света в благородных опалах и беломоритах. Эти явления связаны с некоторыми явлениями дисперсии, интерференции и дифракции света при прохождении через минерал.
Дисперсия – это зависимость показателя преломления вещества от длины волны, проходящего через него света. Дисперсия четко проявляется при прохождении света через специальные оптические призмы, при этом белый свет разлагается в спектр(рис. 13).
Показатель преломления уменьшается с увеличением длины волны (наименьшее преломление испытывает красный, а наибольшее – фиолетовый луч света). Именно дисперсия является причиной «огня» или игры бриллианта. Углы и форма огранки у него рассчитываются так, чтобы красный и фиолетовый лучи разошлись наиболее сильно. Мерой дисперсии является разность между показателями преломления красного и фиолетового лучей. У рутила она составляет 0,250, алмаза – 0,062–0,043, у рубина – 0,018, берилла и топаза – 0,014, кварца – 0,013 и флюорита – 0,007.
Интерференцией света называется наложение друг на друга параллельных пучков света, в результате чего, часть лучей ослабляется (гаснет), а часть – усиливается. Окраски из-за интерференции света установлены у кальцита, гипса, слюды (все эти минералы характеризуются совершенной спайностью). Окраска проявляется в бесцветных кристаллах в виде типичных радужных колец Ньютона. Такие же кольца образуются вокруг воздушных зазоров в трещинах кальцита, кварца, гипса, придавая им радужную окраску. Интенсивность цвета при интерференции зависит от толщины воздушного зазора.
Рис. 13Схема разложения (дисперсии) белого света
в бриллианте (по Б. Андерсону, 1996).
Иризация. Разновидностью интерференции является иризация. Наблюдается это явление в полевых шпатах – лабрадоре, олигоклазе и ортоклазе. Кристаллы олигоклаза, например, состоят из тончайших (примерно 100 нм) пластинок, несколько отличающихся по химическому составу, и, следовательно, преломлению. Интерференция отраженных от таких пластинок лучей света приводит к радужному внутреннему сиянию олигоклаза в голубых тонах. Для лабрадора также характерна иризация. Радужные переливы благородного опала объясняются дифракцией (по другим авторам интерференцией) света из-за особого строения опала: он состоит из мельчайших (150–300 нм) глобулSiO2с водой в межгранулярном пространстве.
Побежалость. Некоторые минералы вместо присущей им окраски иногда сияют пестрыми, разноцветными отблесками. Яркие радужные цвета не связаны со свойствами самих минералов, а возникают в тонких пленках, образующихся на поверхности. Этот эффект связан с интерференцией света. Световые волны одного и того же луча отражаются от поверхности пленки и проходят сквозь нее, а затем еще раз отражаются уже от ее границы с минералом. Взаимодействуя друг с другом, они в зависимости от толщины пленки и длины волны света либо гасятся, либо усиливаются, что приводит к появлению спектральных чистых окрасок.
Астеризм. Есть минералы, в глубине которых прямой луч света создает звездчатый отблеск. Такой оптический эффект называется астеризмом, от греческого слова «астер» – «звезда». Причина возникновения астеризма – присутствие множества отражающих свет тонких, параллельно расположенных канальцев или включений других минералов. Для того, чтобы возник эффект астеризма в минерале должно быть несколько таких направлений, по которым располагаются включения. В зависимости от структуры минерала звезды могут быть четырех-, шести- и двенадцатилучевыми.
Эффект «кошачьего», «соколиного», «тигрового» и др. глаза. Существуют минералы, на полированной поверхности которых при попадании прямого луча света возникает узкая светлая полоса – «бегущий луч». Такие камни в зависимости от цвета минерала называются кошачьими, тигровыми и др. глазами. Данный эффект возникает из-за отражения света тонкими параллельными волокнами (например, гипс-селенит, кварц с включениями крокидолита и др.).
Опалесценция. Игра света в опалах. Вызвана она внутренним строением благородного опала, который состоит из равномерно уложенных рядами глобул кремнезема, которые выполняют роль своеобразной дифракционной решетки. При этом возникают цветные блики, подобно тем, что можно наблюдать в голографических наклейках.