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 называется плеохроизм, т. к. в них существует три взаимно перпендикулярных направления (их привязывают к кристаллографическим осям x, 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 L₃ будет 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 оси z, светло-синий, если глядеть через кристалл вдоль оси x, 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. 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 и сапфира – 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.

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) глобул SiO₂ с 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.