Boletin J Microscopia Optica de Minerales

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A lamemoria del Profesor Paul Ramdhor

Contenido RESUMEN................................................................................................................................................................................ 1 CAPÍTULO I NATURALEZADE LA LUZ........................................................................................................................................................ 3 CAPÍTULO II CRISTALOGRAFÍAY CARACTERÍSTICASÓPTICAS DELOS MINERALES........................................................................ 21 CAPÍTULO III ESTUDIOCONILUMINACIÓNORTOSCÓPICATRANSMITIDA........................................................................................... 31 CAPÍTULO IV ESTUDIOCON ILUMINACIÓNCONOSCÓPICA ................................................................................................................... 49 CAPÍTULO V PROPUESTAS DE INTERVENCIÓN...................................................................................................................................... 59 CAPÍTULO VI SISTEMÁTICAPARALADETERMINACIÓNDEMINERALES ............................................................................................... 73 BIBLIOGRAFÍA........................................................................................................................................................................ 85 ANEXO1: PROPIEDADES DE LOS MINERALESTRANSPARENTES.................................................................................. 87 ANEXO2: PROPIEDADES DELOS MINERALES OPACOS ................................................................................................ 103 ANEXO 3: EL MICROSCOPIODE POLARIZACIÓNY SUS PARTES ...................................................................................115

LISTA DE TABLAS E ILUSTRACIONES

Figuras Figura 1.1.

Componentes dela radiación electromagnética

Figura 1.2.

Espectro de longitudes de onda de laradiación electromagnética

Figura 1.3.

Elementos de laonda luminosa

Figura 1.4.

Representación deluz linealmente polarizada, monocromática yblanca

Figura 1.5.

Frente de onda y normal al frente de onda

Figura 1.6.

Representación de luz linealmente polarizada y elípticamente polarizada

Figura 1.7.

Métodos para obtener luz linealmente polarizada

Figura 1.8.

Interferencia de ondas

Figura 1.9.

Refracción y reflexión

Figura 1.10.

Dispersión dela luz

Figura 1.11.

Ley de Snell

Figura 1.12.

Ángulocrítico

Figura 1.13.

El microscopio compuesto

Figura 1.14.

El microscopio de polarización

Figura 1.15.

Microscopiodepolarizacióndeluztransmitida

Figura 1.16.

Microscopio depolarizacióndeluz reflejada

Figura 1.17.

Diferenciasentreluz ortoscópicae iluminaciónconoscópica

Figura 1.18.

Característicasdelos oculares yobjetivos

Figura 1.19.

Correccióndeobjetivosy fuente luminosa

Figura 1.20.

Preparación de secciones delgadasy pulidas

Figura 2.1.

Desarrollotridimensional delosminerales

Figura 2.2.

Características de los sistemascristalinos

Figura 2.3.

Comparación entre características cristalográficas y ópticas de los minerales

Figura 2.4.

Tiposdeindicatrices y sus elementos

Figura 2.5.

Orientacióndel corte, forma de loscristales yvaloresdeíndicesenla sección

Figura 2.6.

Orientacióndel corte yposiciónsobrela platina

IV

Figura 2.7.

Comportamientode un mineral isótropo en luz transmitida y nícoles cruzados

Figura 2.8.

Comportamiento de un mineral anisótropo en luz transmitida y nícoles cruzados

Figura 2.9.

Sección delgadade una roca mostrando granos con diferentes cortes

Figura 2.10.

Luzlinealmente polarizadareflejada sobreunasección de un mineral opaco

Figura 3.1.

Métodos parala estimacióndel índicederefracción

Figura 3.2.

Formacióndela líneadeBecke

Figura 3.3.

Determinación del índice de refracción por comparación con aceites de inmersión

Figura 3.4.

Refractómetrode Pulfrich

Figura 3.5.

Medicióndel tamaño degrano

Figura 3.6.

Formas de los cristales

Figura 3.7.

Formas bidimensionales propias de los diferentes sistemas cristalinos

Figura 3.8.

Nitidez de las trazas de clivaje ytipos de clivaje

Figura 3.9.

Tipos de extinción

Figura 3.10.

Tipo de extinción según sistema cristalográfico y orientación del corte

Figura 3.11.

Relación entre el color de interferencia y orientación del corte del mineral

Figura 3.12.

Relaciónentre el color deinterferenciay el espesor de la sección

Figura 3.13.

Relación entre color de interferencia y posición dela muestra sobre la platina

Figura 3.14.

Carta de colores de interferenciade Michel-Lévy

Figura 3.15.

Compensadores

Figura 3.16.

Alternancia de las posiciones deadición y sustracción cada90º

Figura 3.17.

Tipos de elongación

Figura 3.18.

Construccióndeunesquema de orientación

Figura 3.19.

Maclas frecuentesen minerales formadores de rocas

Figura 3.20.

Zonamiento de plagioclasas

Figura 3.21.

Diferentes grados de alteración en unaroca granítica

Figura 4.1.

Secuencia de laspartesdel microscopio depolarización para laobservación con luztransmitida con iluminación conoscópica

Figura 4.2.

Iluminaciónconoscópicaincidiendoenmineral anisótropo

Figura 4.3.

Figuras de interferencia uniáxica y biáxica

Figura 4.4.

Signo ópticodeminerales uniáxicos

Figura 4.5.

Determinacióndel signoóptico demineralesuniáxicos

Figura 4.6.

Formación de figuras de interferencia uniáxica (centrada, descentrada yflash)

V

Figura 4.7.

Figura deinterferencia biáxica

Figura 4.8.

Determinacióndel signoóptico demineralesbiáxicos

Figura 4.9.

Determinación del ángulo 2V

Figura 4.10.

Diagramas de orientacióndel aragonito, omfacita yadularia

Figura 4.11.

Platina Universal

Figura 5.1.

Sistemasdeiluminaciónvertical en el microscopio de luzreflejada

Figura 5.2.

Curvasde dispersión de longitud deonda del rayoincidente vs. reflectancia de diversosminerales

Figura 5.3.

Reflectanciaenaire delos principales minerales demena

Figura 5.4.

Dureza relativa

Figura 5.5.

MicrodurezaVickers

Figura 5.6.

Tiposgeométricos de intercrecimientosdeminerales

Figura 5.7.

Registrode intercrecimientos

Figura 6.1.

Secuencia depasos para la determinación de especiesminerales

Figura 6.2.

Esquema deuso detablas determinativas de Schneiderhöhn y Schouten

Tablas Tabla 1.1.

Característicasdelos objetivos

Tabla 2.1.

Propiedades mineralógicasque seestudian conel microscopio de polarización

Tabla 2.2.

Principales minerales transparentes

Tabla 2.3.

Principales minerales opacos

Tabla 5.1.

Algunos minerales distinguibles por su color enluzreflejada

Tabla 5.2.

Birreflectancia y pleocroismo de algunos minerales observados enaire yconaceite deinmersión

Tabla 5.3.

Algunos ejemplos demineralesanisótropos

Tabla 5.4.

Algunos ejemplos deminerales conreflexiones internas

Tabla 5.5.

Minerales de menamás importantesordenados según sudurezarelativaal pulido

Tabla 6.1.

Tabla de Michel-Lévy y rangos de birrefrigencia de los principales minerales

Tabla 6.2.

Tabla de carácter y signo ópticovs. color

Tabla 6.3.

Tabla de signoóptico-relieve-birrefringencia paraminerales anisótropos positivos

Tabla 6.4.

Tabladesigno óptico-relieve-birrefringencia paraminerales anisótropos negativos

Tabla 6.5.

Comparacióndepropiedades de glaucofana, actinolita y tremolita

Boletín N° 1, Serie J - INGEMMET

Dirección de Recursos Minerales y Energéticos

RESUMEN La microscopía óptica de minerales es una importante herramienta para investigaciones geológicas de diversa índole. Con su ayuda sepuedendeterminarminerales,describirtexturas, identificar tipos de rocas, alteraciones y asociaciones de minerales de mena, entre otras aplicaciones. En el presente trabajo se explican los fundamentos de la óptica necesarios para comprender el funcionamiento del microscopio de polarización y se explican las características cristalográficas y ópticas de los minerales, tanto transparentes como opacos, que pueden ser estudiadas bajo el microscopio. El presente trabajo está dividido en seis capítulos en los se explica demanerasistemáticalascaracterísticasdelaluzy laspropiedades delosmineralesdeterminantesparasuidentificación.Enellos,las explicacionesen texto estánprofusamentecomplementadascon ilustraciones, las cuales permiten un acceso simplificado al normalmente difícil terreno de la óptica de polarización y su interacciónconlamateriacristalina;adicionalmentehaytresanexos con abundante material fotográfico. El capítulo 1 está enfocado principalmente a explicar la naturaleza delaluz, paraelloseempiezaconunabrevereseñadelaevolución

delasteoríassobreésta.Elcapítulo2tratadelanaturalezacristalina de los minerales y de sus características ópticas; se definen a los minerales óptimamente isótropos y anisótropos, y se explica la interferencia de la luz linealmente polarizada en ellos, tanto en los transparentes como en los opacos. En los capítulos 3 y 4 se explican las propiedades de los minerales transparentes que se estudian con luz linealmente polarizada ortoscópica y conoscópica, respectivamente.El capítulo5 trata delestudio demineralesopacos; se describen los dispositivos del microscopio para el estudio con luz reflejada y las propiedades físicas y ópticas de los minerales opacos.Elcapítulo6seocupadelasistemáticaparaladeterminación demineralestransparentesyopacos;sedescribenlasprincipales tablas y se plantea un ejemplo. Enlosanexos1y2sepresentaunaampliacoleccióndefotografías que ilustran las propiedades de los minerales transparentes y opacos,respectivamente.Finalmente, enel anexo3semuestran fotos de las partes del microscopio de polarización. El objetivo de este trabajo es proveer a los interesados de una base teórica sólida que permita el uso óptimo del microscopio de polarización para un adecuado estudio mineralógico.

2

AGRADECIMIENTOS Este trabajo no hubiera podido ser concluido sin la participación del estudiante Richard Osorio y de la Ing. Teresa Velarde, quienes se encargaron de la selección de secciones delgadas y la toma de

fotografías. También es importante resaltar la participación del Dr. César Cánepa Iannacone, quien revisó y corrigió el borrador. A todosellos vamiagradecimiento.



CAPÍTULO I NATURALEZA DE LA LUZ BREVE HISTORIA DE LAS TEORÍAS SOBRE LA LUZ Hasta mediados del siglo XVII fue creencia general que la luz consistía en una corriente de corpúsculos emitidos por focos luminosos, como el sol o las llamas, y que aquella se propagaba en línea recta. La luz podía penetrar las sustancias transparentes y se reflejaba en las superficies de los cuerpos opacos. Cuando los corpúsculos penetraban en el ojo, excitaban el sentido de la vista. Amediados del sigloXVIIhabíacomenzado a progresar laidea de que la propagación de la luz se daba con movimiento ondulatorio. Christian Huygens demostró, en 1670, que las leyes de la reflexión y la refracción podían explicarse basándose en la teoría ondulatoria y que ésta proporcionaba una interpretación sencilla a la doble refracción, recientemente descubierta. La teoría ondulatoria, sin embargo, no fue aceptada en ese momento. Recién en 1827, los experimentos sobre la interferencia, de Thomas Young y Agustín Fresnel, y las medidas de la velocidad de la luz en los líquidos, realizadas por Leon Foucault, en fecha algo posterior, demostraron la existencia de fenómenos ópticos para cuya explicación resultaba inadecuada la teoría corpuscular. El siguiente gran avance en la teoría de la luz fue el trabajo del físico escocés James Clerk Maxwell, quien en 1873 demostró que uncircuito eléctricooscilantedebíairradiarondaselectromagnéticas. La velocidad de propagación de las ondas, calculada a partir de medidas puramente eléctricas y magnéticas, resultó ser aproximadamente 3x108 m/seg. Dentro de los límites de los errores experimentales, mostraba un resultado igual a la velocidad de propagaciónde la luzdeterminadaexperimentalmente. Parecíaevidentequelaluzconsistía enondaselectromagnéticas de longitud de onda extremadamente corta. Quince años más tardedeldescubrimientodeMaxwell,HeinrichHertz, utilizandoun circuito oscilante de pequeñas dimensiones, logró producir ondas de corta longitud de indudable origen electromagnético y demostró que poseían las propiedades de las ondas luminosas, ya que podían ser reflejadas, refractadas, concentradas por un lente, polarizadas, etc., lo mismo que las ondas luminosas. A finales del

siglo XIX fue aceptada plenamente la teoría electromagnética de la luz de Maxwell y la comprobación experimental de Hertz. La teoría electromagnética clásica no podía explicar el fenómeno de emisión fotoeléctrica, esto es, la expulsión de electrones de un conductor por la luz que incide sobre su superficie. En 1905, EinsteinamplióunaideapropuestacincoañosantesporPlancky postuló que la energía de un haz luminoso, en lugar de estar distribuida por el espacio en los campos eléctrico y magnético de una onda electromagnética, estaba concentrada en pequeños paquetes o fotones. Se conservaba un vestigio de la descripción ondulatoria al considerar que el fotón tiene una frecuencia y que su energía es proporcional a dicha frecuencia. El mecanismo del efecto fotoeléctrico consistía en una emisión de energía de un fotón a un electrón. Los experimentos de Millikan demostraron que la energía cinética de los fotoelectrones coincidía exactamente con la fórmula pospuesta por Einstein. Otra confirmación sorprendente de que la luz está formada por fotones es el efecto descubierto por Compton, quien en 1921 logró determinarelmovimientodeunfotónyunelectrónantesydespués deunchoque.Encontróqueambaspartículassecomportancomo cuerpos materiales con energía cinética y cantidad de movimiento, magnitudesqueseconservandespuésdelchoque.Tantoelefecto fotoeléctrico como el efecto Compton parecen exigir una vuelta a la teoría corpuscular de la luz. Elpuntodevistaactual delosfísicos,enfrentadosconexperimentos aparentemente contradictorios, es aceptar el hecho de que la luz tiene una doble naturaleza. Los fenómenos de propagación de la luzencuentransumejorexplicacióndentrodelateoríaondulatoria electromagnética, mientras que la acción mutua entre la luz y la materia, en procesos de absorción y emisión, es un fenómeno corpuscular. La mecánica cuántica posibilita una relación entre ambasteorías. En resumen, existe una teoría ondulatoria y una teoría corpuscular queexplicanlanaturalezaylaspropiedadesdelaluz.Actualmente, se sabe que la luz tiene un carácter dual onda-partícula. Para efectos de la mineralogía óptica emplearemos básicamente los conceptos de la teoría ondulatoria, ya que con su ayuda podemos explicarmejorlosfenómenosderefracción,reflexióneinterferencia.

Humberto Chirif

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EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO La radiación electromagnética presenta un componente vectorial magnéticoyotroeléctrico;ambossonperpendicularesa ladirección de propagación y también perpendiculares entre sí (ver figura 1.1). El efecto del vector eléctrico sobre la materia es el que determina principalmente el comportamiento y propiedades de la luz, por ello, para efectos de mineralogía óptica, no tomaremos en cuenta al vector magnético. Las radiaciones electromagnéticas presentan diferentes longitudes de onda; sólo las comprendidas entre 3900 y 7700λ pueden ser captadas por el ojo humano (luz visible). Según sus longitudes de onda, las radiaciones presentan diferentes características, así por ejemplo, las de menor longitud tienen mayor energía y mayor poder de penetración. Los rangos de variación definen los tipos de emisiones (ver figura 1.2), los cuales son empleados por el hombre para diferentes fines. El componente eléctrico consta de un fotón que se desplaza vibrando perpendicularmente a la dirección de propagación. Su movimiento vibratorio define una onda cuya longitud (λ)determina el tipo de radiación, mientras que la frecuencia y la amplitud determinanelcolor yla intensidad,respectivamente.Suvelocidad (V) depende del medio; de esta manera, la velocidad de la luz en el vacío (c) es igual a 2,9979x108 m/seg. La frecuencia (f) es el número de longitudes de onda que pasan por un punto en un segundo (f = V/λ). La frecuencia no depende del medio. Si un rayo de luz, emitido con una determinada longitud de onda, cambia de medio, su velocidad y su longitud de onda variarán, pero su frecuencia permanecerá constante (ver figura 1.3).

LUZ NATURAL Y LUZ POLARIZADA. LUZ BLANCA Y LUZ MONOCROMÁTICA Laluz natural es aquella compuesta por infinidad de rayos que vibran en diferentes planos en todo el espacio, a diferencia de laluz polarizada, que vibra solo de determinadas maneras, sea en planos paralelos o en forma helicoidal. Sus características serán expuestas con mayor detalle en el punto 1.4. La luz blanca (natural o polarizada) es una mezcla de ondas con diversas longitudes de onda que el ojo humano es incapaz de separar, por ello, éste percibe una luminosidad sin coloración definida. Laluz monocromática (natural o polarizada) consiste en ondas de una misma longitud de onda que el ojo humano percibe como una luminosidad con coloración definida. En la figura 1.4 se muestran las representaciones de la luz natural y de la linealmente polarizada. La luz se propaga en forma de muchas ondas con diferentes direcciones. Considerando sólo las ondas linealmente polarizadas paralelas que provienen de una única fuente, podemosdefinirdosnuevosconceptos:frentede ondasynormal de onda. El frente de onda es la superficie formada por puntos homólogos de las diferentes ondas, y lanormal de onda es la perpendicular a dicha superficie (ver figura 1.5). En medios ópticamente isótropos —es decir, medios en los que las propiedades ópticas son iguales en todas direcciones—, la normal de onda coincide con la trayectoria, mientras que en medios anisótropos la normal de onda y la trayectoria forman ángulo.

Componente eléctrico Dirección de propagación Figura 1.1

Componentesde la radiación electromagnética

5

Microscopía Óptica de Minerales

10 -5

3900Å 3900λ

RAYOS GAMMA VIOLETA INDIGO

1

AZUL RAYOS X ULTRAVIOLETA

VERDE

LUZ VISIBLE

10 5

4450Å 4450λ 4640Å 4640λ 5000Å 5000λ

AMARILLO ANARANJADO

INFRAROJO

5780Å 5780λ 5920Å 5920λ 6200Å 6200λ

ROJO ONDAS CORTAS DE RADIO

10 10

7700λ 7700Å BANDA DE RADIODIFUSIÓN

ONDAS LARGAS DE RADIO

10 15

(1λÅ= 10 = -1010m)-1 0 m) Figura 1.2

Espectro de longitudes de onda de la radiación electromagnética. Dirección de vibración

A Dirección de propagación λ

V 1 λ 1

Velocidad (depende del medio)

V 2 λ 2

F= V λ

(La frecuencia determina el color)

Figura 1.3

Arriba. Elementos de laonda luminosa y su incidenciaen el color e intensidad de laluz. Abajo. Representación de lavariación de velocidad de propagación y longitud de onda en diferentes medios.

Humberto Chirif

6

Rayo de luz linealmente polarizada

Haz de luz natural Figura 1.4

Figura 1.5

Haz de luz linealente-polarizada

Frente de onda

Representación de luz linealmente polarizada, monocromática y blanca.

Frente de onda y normal al frente de onda.En medios isótropos la normal coincide con la trayectoria; mientras que en medios anisótropos la normal de onda y la trayectoria forman un ángulo.

POLARIZACIÓN La luz natural es aquella en que la radiación vibra en todos los planos perpendiculares a la trayectoria. La luz cuyas vibraciones están restringidas a determinadas direcciones en el espacio se denomina luz polarizada. Existen tres tipos de polarización: lineal, circular y elíptica. En la luz linealmente polarizada el fotón se desplaza vibrando perpendicularmente a la trayectoria y describiendo una onda contenida en un plano. En el caso de la luz elípticamente polarizada el fotón avanza describiendo una hélice en torno a la trayectoria (ver figura 1.6). La polarización circular es un casoespecial de la elíptica.

A los materiales que convierten la luz blanca en luz linealmente polarizada se les denomina polarizadores. A la luz que emerge de los polarizadores se le ha hecho vibrar paralelamente a una dirección particular conocida como dirección privilegiada del polarizador . Se puede obtener luz linealmente polarizada principalmente por doble refracción y por absorción (ver figura 1.7). El método de doble refracción consiste en hacer pasar un haz de luz natural por un cristal de calcita de la variedad espato de Islandia previa y adecuadamente cortado y vuelto a pegar con bálsamo de Canadá. Dentro del cristal de calcita la luz se descompone en dos

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Figura 1.6

Figura 1.7

Representación de luz linealmente polarizada y elípticamente polarizada.

Métodosparaobtenerluzlinealmentepolarizada.

rayos linealmente polarizados, uno que sigue con la trayectoria inicial (rayo ordinario) y otro que cambia su trayectoria (rayo extraordinario). El rayo extraordinario se refleja en la capa de bálsamo y se pierde, mientras que el otro rayo linealmente polarizado atraviesa la capa de bálsamo sin desviarse saliendo del cristal de calcita como luz linealmente polarizada. El método de absorción consiste en hacer incidir un haz de luz blanca en un «enrejado paralelo muy fino» (cristales fibrosos, rectos y paralelos) por donde sólo podrán pasar los rayos que vibran en la dirección del enrejado. Este tipo de polarizadores consiste en cristales de turmalina, láminas polaroid o cristales orgánicosenacetato. Los polarizadores de calcita son los de mejor calidad; sin embargo, los más utilizados en microscopía son los de absorción de origen orgánico, a pesar que se despolarizan con el tiempo o con un trato inadecuado.

INTERFERENCIA ENTRE ONDAS LUMINOSAS Cuando dos ondas de la misma longitud de onda pero de diferente intensidad vibran en el mismo plano y se propagan en la misma dirección se produce el fenómeno de interferencia, es decir, de ambas ondas se forma una resultante (ver figura 1.8). Si oscilan acompasadamente (igualdad fásica) la amplitud de la resultante

será igual a la suma de las amplitudes de las componentes (interferencia constructiva). Por el contrario, si las dos oscilaciones actúan exactamente de manera opuesta (retardo de 1/2 λ, 3/2 λ, etc.) coincidiendo los senos y las crestas de las ondas, se origina extinción de aquellas (interferencia destructiva). Cuando el desplazamiento fásico no corresponda a una ni media longitud de onda, la oscilación resultante podrá ser mayor, igual o menor que las componentes.

REFRACCIÓN Y REFLEXIÓN Refracción es el fenómeno por el cual un rayo de luz cambia su dirección de propagación al pasar oblicuamente de un medio a otro. Reflexión es el fenómeno por el cual un rayo de luz cambia su dirección de propagación al incidir sobre una superficie de separación de dos medios sin poder atravesarla. Los rayos incidente, reflejado y refractado discurren en el mismo plano.Losángulosdeincidencia(i), dereflexión(R)yderefracción (r) se definen como los ángulos entre la normal a la interfase y los rayos incidente, reflejado y refractado respectivamente (ver figura 1.9). El ángulo de reflexión (R) será siempre igual al de incidencia (i), el ángulo de refracción es función de la diferencia de índices de refracción entre los dos medios.

Humberto Chirif

8

1/2 λ

∆

Figura 1.8

Representación de dos ondas queinterfieren (dibujadas concolor negro y azul) y la resultante (rojo). En la parte superior se representaunainterferenciaconstructiva.Enlapartecentral unainterferenciatotalmentedestructivageneradapordosondas delamismalongituddesfasadasenmedialongituddeonda.Enlaparteinferiorserepresentalainterferenciadedosondas desfasadas unadistancia diferente a n/2 longitudes deonda (nentero).

N R i

R R i

R

r R r

Figura 1.9

Rayo incidente (Ri), reflejado (Rl) y refractado (Rr) y sus respectivos ángulos con la normal: Ángulo de incidencia (i), de reflexión (l) y de refracción (r).

9


DISPERSIÓN Dispersión es el fenómeno por el cual un haz de luz blanca se separa en sus colores componentes al atravesar un medio de mayor índice de refracción (ver figura 1.10). El grado de separación angular entre dos rayos luminosos de dos longitudesdeondadiferentesdependedelasdiferenciasentre los dos índices de refracción para esas longitudes de onda. Ladiferenciaentre losíndicesenunasustanciaparalosrayoscon λ = 4861 λ (azul, línea F de Fraunhofer) y λ = 6563 λ (rojo, línea C de Fraunhofer) se conoce como coeficiente de dispersión. Este coeficiente tiene unvalor característico para cadamaterial.

ABSORCIÓN DE LA LUZ Y COLOR DE TRANSMISIÓN

intensidadinicial, keselcoeficientedeabsorciónyλ0 lalongitudde onda de la luz en el vacío. La absorción luminosa es más acentuada en algunos medios que en otros. Muchas sustancias poseen una absorción general para todas las longitudes de onda de la luz visible; otros muestran absorción selectiva o específica, donde determinados rangos de longitudes de onda son absorbidos más marcadamente. El vidrio azul de una ventana, por ejemplo, absorbe con preferencia las longitudes de onda rojas de la luz solar incidente, mientras que la luz azul del espectro solar es transmitida (color de transmisión). En los cristales se dice que el color es idiocromático si se produce por una absorción selectiva del mismo mineral y alocromático si es el resultado de la absorción selectiva de la luz por pequeñas impurezas dispersas dentro del mineral.

Absorción luminosa es lapérdida de laintensidad de luz al pasar CUERPOS TRANSPARENTES, TRANSLÚCIDOS a través algún medio material. Esta pérdida se debe a que parte Y OPACOS de la energía luminosa se transforma en calorífica durante el paso. El grado de absorción de la luz depende considerablemente del Enmineralogíamicroscópicaseconsiderancuerpostransparentes espesor del material. El debilitamiento de la energía sigue la ley de y translúcidos a aquellos que con un espesor de 30 µm dejan-4 pasar la luz. En ellos el coeficiente de absorción es bajo (k < 10 Lambert: en los transparentes y k ≈ 10-4 en los translúcidos), el índice de -4πkd/λ0 I = I0 . e refracción es bajo (n entre 1,4 y 2,4) y la reflectancia es baja (<17%). En el estudio microscópico de minerales transparentes y donde I es la intensidad de la luz a una distancia «d» de recorrido translúcidosel índicederefracciónjuegaunpapelmuyimportante dentro del material desde la superficie de incidencia, Ι0 es la y la reflectancia no es relevante.

V1λ1

i

V2λ2 V3λ3

Coeficientede Coeficiente deDispersión Dispersión = nF - nc Figura 1.10

Dispersión de un rayo luminoso al atravesar un medio de índice de refracción mayor auno. El coeficiente de dispersión (separación angular entre los rayos rojo yvioleta refractados) dependedel valor del índice de refracción del material del prisma.

Humberto Chirif

10 Minerales o cuerpos opacos son aquellos que con un espesor de 30 µm no dejan pasar luz. En ellos la absorción es alta (k entre 104 y 10-1), el índice de refracción es por lo general mayor a 2,4 y la reflectanciaesalta. Enelestudiomicroscópicodemineralesopacos la reflectancia es una propiedad muy importante.

Cuando la luz pasa de un medio de mayor a otro de menor índice de refracción, el rayo refractado se aleja de la normal. Llamamos ángulo crítico al ángulo de incidencia que origina un ángulo de refracción de 90°. Rayos incidentes con ángulo mayor al ángulo crítico sufrirán reflexión total (ver figura 1.12).

ÍNDICE DE REFRACCIÓN Y LEY DE SNELL

REFLECTANCIA DE LUZ MONOCROMÁTICA LINEALMENTE POLARIZADA

El índice de refracción se define como la relación entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en el medio correspondiente (n = Vv / V). Para fines de la mineralogía óptica se considera la velocidad de la luz en el aire igual a la de la luz en el vacío, en consecuencia el índice de refracción del vacío es igual a 1 y de cualquier otro medio es mayor que 1. Los medios isótropos presentan un único valor del índice de refracción, mientras quelos medios anisótropos presentan índices diferentes en diferentes direcciones. La mayoría de minerales formadores de rocas presentan índices de refracción entre 1,4 y 2,2.

La reflectancia o poder de reflexión de un mineral está dado por la relación entre la intensidad de la luz reflejada y la intensidad de la luzincidente: R = 100 (Il/I0) % Enmuchoscasosresultadifícil estimarlareflectanciaabstrayéndola del concepto de color. En microscopía de minerales absorbentes (opacos) el rayo suele incidir perpendicularmente a la superficie pulida del mineral. El ángulo de incidencia es cero.

La ecuación de Fresnel relaciona la reflectancia con el índice de La diferencia de índices de refracción de dos medios es la causa refracción. Tratándose de minerales isótropos no absorbentes que un rayo que pasa de un medio a otro se desvíe; así, al pasar (translúcidos) esta ecuación es: (nλ - noλ)2 a un medio de mayor índice de refracción el rayo refractado se R λ = acerca a la normal a la interfase y al pasar a un medio de menor (nλ + noλ)2 índice de refracción se aleja de la normal. donde R , nλ y noλ representan los valores de la reflectancia, el En 1621 Willebrord van Roijen Snell determinó la relación entre la índice deλrefracción del mineral y el índice de refracción del medio trayectoria del rayo incidente y la del rayo refractado, la cual es de inmersión, ambos para un determinado valor λ de longitud de conocida como Ley de Snell, cuyo enunciado es ni Senθi = nr Sen onda del rayo incidente. Si el medio es el aire noλ se considera θr (ver figura 1.11). igual a 1.

N

R i

ni Sen θi = nr Sen θr

θi n i n r

θi θr ==Ángulos de incidencia Angulos de incidencia y de refracción

y de refracción

θr

R r

Figura 1.11

ni nr == Índices Índices de refracción de refracción

Normal a a la la interfase N = Normal interfase

Ley de Snell. Relación entre índices y ángulos de refracción.

11


1

r 1

r 2

Nr = 1,0

2

r 3

3

Ni = 2,0

i4

4

i2

i3

i1 l4 = i4

3 2

Figur a 1.12

r =ArcSen (2,0 Sen i)

25º 26º 27º 28º 29º

57º41`24`` 61º15`00`` 65º13`12`` 69º52`12`` 75º50`24``

30º

90º

31º 32º 33º

Reflex.Total Reflex.Total Reflex.Total

03º34` 03º58` 04º39` 05º58` 14º10`

1

Ángulocrítico. Los rayos incidentes de luz linealmentepolarizada discurren en un mediode mayor índice de refracción. Los rayos 1 y 2 inciden con ángulos inferiores al ángulo crítico y en consecuencia cruzan la interfase y se refractan. El rayo 3 incide con ángulo crítico, pues se refracta con un ángulo de 90º. El rayo 4 incide con ángulo superior al ángulo crítico y por ende sufre reflexión total. A modo de ejemplo notamos en la tabla, que conforme se incrementa el ángulo de incidencia en un grado acercándose al valor del ángulo crítico, el ángulo de refracción aumentacadavezmás.

Para el caso de minerales isótropos absorbentes, la ecuación considera al coeficiente de absorción kl (ecuación de Beer):

R λ =

4

i

(nλ - noλ)2 + k λ2 (nλ + noλ)2 + k λ2

Para medios anisótropos es necesario considerar los dos valores de índices de refracción y los dos valores del coeficiente de absorción del mineral en la superficie pulida, además de los ángulos entre el plano de vibración de la luz incidente y las direcciones privilegiadas de vibración del mineral en la superficie pulida:

(n1λ - n oλ )2 + k 1λ2 Cos2φ1λ + R λ = 2 2 (n1λ + n oλ) + k 1λ (n2λ - n oλ )2 + k 2λ2 (n2λ + n oλ )2 + k 2λ2

Cos 2φ2λ

EL MICROSCOPIO DE POLARIZACIÓN

objeto y a una distancia menor a la focal a un segundo lente biconvexo, la primera imagen será el objeto del segundo lente el cual generará una imagen virtual, invertida y mucho más grande. Esta combinación de lentes no es otra cosa que un microscopio compuesto (ver figura 1.13). El microscopio de polarización es un microscopio compuesto al que se le ha provisto de dos polarizadores y una platina giratoria. El primer polarizador se ubica antes de la muestra, para de esta forma estudiar los objetos con luz linealmente polarizada. La platina giratoria permite girar a la muestra y de esta forma la dirección de vibración de la luz linealmente polarizada incide en la muestra con diferentes orientaciones. El polarizador (analizador) superior se ubica entre la muestra y el ocular permitiendo analizar si el mineral estudiado es capaz de hacer variar la dirección de la luz linealmente polarizada incidente (ver figura 1.14). Los microscopios de polarización presentan un sistema de luz transmitida para el estudio de minerales transparentes y otros de luz reflejada para estudio de minerales opacos. A los equipos provistos sólo de sistema de luz transmitida comúnmente se les denominan microscopios petrográficos, puesto que sirven para el estudio de minerales formadores de rocas, y a los equipos provistos de ambos sistemas seles denominamicroscopiosuniversales.

Cuando un objeto se encuentra a una distancia ligeramente mayor En las figuras 1.15 y 1.16 se representan las partes de los a la focal genera a través de un lente biconvexo una imagen real, microscopios de luz transmitida y de luz reflejada y a continuación invertidaymásgrande.Ysise colocaporencimadedichaimagen- se explica brevemente las características de cada parte.

Humberto Chirif

12

Figura 1.13

Esquema del microscopio compuesto: El objeto de estudio ubicado debajo del lente objetivo a una distancia mayoralafocalgeneralaimagen1(real, inversa y más grande), la cual constituye el objeto (objeto2)dellenteocular,que seubicaporencima aunadistancia menorasudistanciafocal,generando una imagen final virtual, normal y mucho más grande.

Base Los microscopios de polarización de luz transmitida tienen la fuente luminosa en la base, donde además se ubican el vidrio mate, un espejo o prisma para desviar los rayos hacia arriba verticalmente, eldiafragmadecampoluminosoyel filtroazul.Lafuenteluminosa emite luz blanca y su intensidad puede ser regulada. El vidrio mate permite que pasela luz sin dejar pasar la imagen del filamento de la lámpara; la luz sale de toda la superficie del vidrio en forma homogénea, como luz natural, es decir que sus rayos componentes no están polarizados. El prisma o espejo de la base en algunos modelos de microscopio es ligeramente movible de tal manera que se pueda regular el direccionamientodel hazhaciéndolocoincidir lomejorposiblecon el eje del microscopio. El diafragma decampo luminoso restringe la cantidad de luz que va a pasar y permite así centrar el haz con el eje del microscopio.

Figura 1.14

Esquema del microscopio de polarización: Setratade unmicrocopiocompuestoprovisto de dos polarizadores, uno inferior ubicado debajo de la platina y que permite estudiar a losmineralesconluzlinealmentepolarizada, y otro superior, ubicado entre el objetivo y el ocular y que permite analizar el efecto de la luz linealmente polarizada sobre el mineral estudiado.

Elfiltroazul,últimocomponentedelabase,daal hazdeluzblanca una apariencia de luz de día.

Conjunto subplatina El conjunto subplatina está conformado por el condensador de bajo poder, el polarizador, el diafragma de apertura y el condensador de alto poder. Los condensadores son lentes convergentes que acercan a los rayos para que la cantidad de luz se conserve sin iluminar sus paredes internas. El condensador de bajo poder genera luz ortoscópica y el de alto poder, en conjunción con un objetivo de alto poder, genera luz conoscópica; es decir, rayos que viajan convergentemente hacia un punto formando así un cono de luz (ver figura 1.17). El diafragma de apertura impide el paso de los rayos externos del hazpermitiendoaislardetallespequeñosdelamuestrasincambiar de objetivo.

13


OCULAR

LENTE AMICCIBERTRAND ANALIZADOR

ESTATIVO

CAVIDAD PARA COMPENSADORES OBJETIVO

TORNILLO DE ENNFOQUE

MUESTRA PLATINA CONDESADOR DE ALTO PODER DIAFRAGMA DE APERTURA

TORNILLO DEL CONJUNTO SUBPLATINA

POLARIZADOR CONDENSADOR DE BAJO PODER BASE FILTRO AZUL

Figura 1.15

DIAFRAGMA DE CAMPO

VIDRIO MATE

LÁMPARA DE LUZ TRANSMITIDA

Microscopio de polarización de luz transmitida.

POLARIZADOR DIAFRAGMA DE APERTURA DIAFRAGMA DE CAMPO

OCULAR

TUBO ILUMINADOR DE LUZ REFLEJADA (TUBO EPI-ILUMINADOR)

CONDENSADOR LENTE AMICCIBERTRAND ANALIZADOR

FILTRO AZUL VIDRIO MATE LÁMPARA

ESPEJO SEMIREFLECTOR CAVIDAD PARA COMPENSADORES

ESTATIVO

OBJETIVO MUESTRA PLATINA TORNILLO DE ENFOQUE

Figura 1.16

Microscopiodepolarizacióndeluzreflejada.

Humberto Chirif

14 LuzORTOSCÓPICA Ortoscópica LUZ (Haz de rayos paralelos)

LuzCONOSCÓPICA Conoscópica LUZ (Haz de rayos cónico con el vértice enfocado en la m uestra)

Para observación de características de una superficie

Para estudio de figuras d e interferencia

Lente Bertrand fuera de secuencia

Figura 1.17

Lente Bertrand en secuencia (o retirar ocular) Nícoles cruzados Objetivo de alto poder (40X) b ien centrado Condensador de alto poder Compensadores (para ver el signo óptico)

Diferenciasentreluzortoscópicay luzconoscópica.

Platina La platina (superficie sobre la que se coloca la muestra) es giratoria en los microscopios de polarización, lo cual permite que los minerales sean estudiados en diferentes orientaciones respecto de sus direcciones privilegiadas de vibración.

Objetivos Por encima de la platina se ubica el objetivo o el sistema revólver que sujeta a varios objetivos. Los objetivos tienen por función producir una imagen nítida y clara, la cual se convertirá luego en el objeto del lente ocular. Consta de un cilindro en cuya parte

15


inferior se encuentra engastado el lente objetivo y en la parte superior presenta una rosca para sujetarlo al sistema revolver. En la superficie del cilindro se encuentran gravadas sus características (ver figura 1.18), las cuales se resumen en los siguientes conceptos: AI =

AmplificaciónInicial oamplificacióndel objetivo. Existen objetivos de baja amplificación (3,2X a 5X), amplificaciónmedia(10X,20X), amplificaciónalta(40X, 45X) y muy alta (100X)

AA=

AperturaAngular.- Es el ángulo entre los rayos más divergentes que llegan al lente objetivo desde el punto central de la muestra.

NA=

Apertura numérica = n Sen µ , donde n es el índice de refracción del medio (aceite o aire) y, µ es igual a la mitad de la apertura numérica.

del objetivo (que en muchos casos es un anillo protector de metal) y la parte más alta del objeto. Profundidad de enfoque (PE).- Distancia entre el límite superior e inferior enfocado. Es una función inversa de la apertura numérica. Amayoraperturanumérica, menor profundidad de enfoque (ver figura 1.18). Límite de resolución.- Distancia mínima entre líneas que pueden ser separadas (reconocidas) por cada objetivo.

Cavidad para compensadores Es una cavidad larga ubicada entre el objetivo y el analizador con orientación diagonal (45º) con respecto a las direcciones privilegiadas del polarizador y analizador. Su función y la de los compensadores se ven en el capítulo 3.

Analizador (o polarizador superior) Largo del tubo vertical (distancia entre la parte inferior del tambor Esunpolarizadorcuyadirecciónde polarizaciónesperpendicular objetivo y la superior del ocular). Mayormente es de a la del primer polarizador. Sirve para determinar una serie de 160 mm en los microscopios de luz transmitida, y 210 propiedades (punto 3.2), principalmente analiza si el mineral mm en los de luz reflejada. estudiado origina algún cambio en la dirección de vibración de la Correcciones.- Se refiere a si el objetivo puede ser usado para luzlinealmentepolarizadaincidente. observación de muestras con cubreobjeto o sin cubreobjeto. Si se indica «0,17» significa que dicho Lente Amicci-Bertrand objetivo se puede utilizar para estudio de secciones El lente Amicci-Bertrand, que es un lente biconvexo asimétrico y delgadas(0,17mmesel espesordel cubreobjeto). Si de alto poder de amplificación, se utiliza en combinación con el se indica «0» es un objetivo que puede ser usado condensador de alto poder y un objetivo de gran aumento, para indistintamente para secciones con o sin obtener luz conoscópica para la observación de figuras de interferencia (capítulo 4). cubreobjeto. Otros conceptos importantes relacionados a los objetivos son los siguientes: Distancia libre de trabajo (DLT).- Distancia entre la parte más baja

Tubo epi-iluminador Se emplea exclusivamente para el estudio de minerales opacos (luz reflejada). Es un tubo que según los modelos de microscopios

Tabla 1.1 Características de los objetivos. Relación numérica entre apertura angular, apertura numérica, distancia libre de trabajo, profundidad de enfoque cantidad de líneas que pueden ser reconocidas y límite de resolución para objetivos de diferentes amplificaciones iniciales AI

AA

NA

DLT

PE

Humberto Chirif

16

Figur a 1.18

Características de los oculares (arriba) y objetivos (centro). En la parte inferior se representa la distancia libre de trabajo (DLT) y profundidad de enfoque (PE) para un objetivo con poder de amplificación bajo (izquierda) y alto(derecha).

se debe instalar o está permanentemente instalado. Consta, análogamente a la base y conjunto subplatina del microscopio de luz transmitida, de una fuente luminosa, vidrio mate, filtro azul, condensador de bajo poder, diafragma de campo, diafragma de apertura y polarizador. Además, y a diferencia del caso de luz transmitida, presenta un sistema de iluminación vertical (espejo semireflector entre otros tipos) que desvía la iluminación hacia abajo, es decir hacia la muestra. En el capítulo 6 se describe con mas detalle el sistema de iluminación para luz reflejada.

Oculares El lente ocular es el que aumenta la imagen producida por el obje-

objetivo y genera la amplificación total (amplificación del ocular por la del objetivo). El ocular se encuentra engastado en un cilindro que encaja en la parte superior del tubo vertical. El lente ocular mismo se ubica en la parte superior del cilindro, en un sistema que permite moverlo ligeramente en forma vertical para que cada observador enfoque según su medida de vista. Existen oculares de baja amplificación (5X a 6X), amplificación media (10X, 12X) y amplificación alta (16X). En la parte media del cilindro,aproximadamentedondeseformalaimagendelobjetivo, se encuentran engastados dos hilos perpendiculares que sirven para dividir el campo visual en cuatro cuadrantes.

17


CORRECCIONES AL MICROSCOPIO DE POLARIZACIÓN Con el uso del microscopio algunas de sus partes se aflojan y descentran y por ello es necesario regularmente hacer ciertas correcciones, siendo las principales el centrado de objetivos, centrado de fuente luminosa y la corrección de perpendicularidad entre polarizador y analizador.

Corrección de objetivos descentrados Cuando el eje del objetivo no coincide exactamente con el eje del microscopio decimos que el objetivo se encuentra descentrado. Al girar la platina veremos que el objeto ubicado en el centro del campo visual no gira sobre su propio eje sino que sale del centro y hace una órbita circular. Si el objetivo está muy descentrado la órbita sale del campo visual. Si la órbita tiene forma de «e» es porque además del objetivo, la platina también está descentrada, para lo cual se requiere la intervención de un técnico especialista enmantenimiento demicroscopios.

luminosa o el prisma de la base o el conjunto subplatina, según el modelo del microscpio. 5)

Enfocar una sección delgada yretirarla.

6)

Centrar el punto luminosocon los tornillosmoleteados del conjunto subplatina, o del prisma de la base, según el modelo del microscopio.

7)

Abrir diafragma de campoluminosohastaque el polígono quede circunscrito al campo visual.

8)

Colocar filtroazul, vidriomate yseccióndelgada.

9)

Graduar diafragma de apertura e intensidad.

Para corregir objetivos descentrados se empieza con el de menor aumento procediendo de la siguiente manera (ver figura 1.19):

Corrección de perpendicularidad de polarizadores Cuando la dirección privilegiada del polarizador y la del analizador no son perfectamente perpendiculares, las observaciones entre nícoles cruzados no serán las correctas (los minerales isótropos no se ven oscuros y los anisótropos presentan colores diferentes alos correspondientesasubirrefringencia).

1)

Para corregir ello se procede de la siguiente manera:

2) 3)

Enfocar unaseccióndelgaday ubicar algún detalle puntual en el cruce de los retículos.

1)

Girar la platina hasta que el detalle esté lo más alejado posible del cruce reticular.

Enfocar una sección delgada yubicar algúnmedio isótropo (vidrio, bálsamo) o retirar la sección.

2)

Conayuda de los tornillospara centrar objetivos, mover el detalle hasta la mitad de su distancia con el cruce reticular

Colocar el analizador en secuencia (nícoles cruzados). No debe pasar luz.

3)

Si pasa luzentonces girar el polarizador hasta conseguir la oscuridad.

4)

A mano llevar el detallehastael cruce de losretículos.

5)

Girarla platina ysi el objetivo aunnoestá centrado volver al paso 1.

Corrección de fuente luminosa Cuando el eje del haz de luz transmitida no coincide con el del microscopio decimos que la fuente luminosa está descentrada. El campo visual no se ve homogéneamente iluminado y los minerales presentan sombras hacia un lado. Para corregir ello se procede de la siguiente manera (ver figura 1.19):

PREPARACIÓN DE LA MUESTRA (SECCIONES DELGADAS Y PULIDAS) El microscopio de polarización requiere de una preparación adecuada de la muestra que empieza con una rigurosa selección de la zona a estudiar; esto puede ser una venilla, una capa, la masa fundamental de una roca, etc. Si el objetivo es estudiar minerales transparentes se debe preparar una sección delgada y si se quiere estudiar minerales opacos se preparará una sección pulida.

1)

Colocar el objetivo de menor aumento correctamente centrado.

2)

Retirar el filtro azul, vidrio mate, polarizador y condensador Si la muestra es deleznable o muy delicada, será recomendable de alto poder. impregnarla con resina o bálsamo de Canadá al vacío, con lo cual la muestra adquiere mayor cohesión. Luego se realiza el corte de Cerrar diafragmas de apertura y de campo luminoso. la porción seleccionada. Si se trata de una sección delgada se Ver laproyección del filamento de la fuenteluminosaenel deberán realizar dos cortes paralelos con una separación de diafragma de apertura y centrar moviendo la fuente aproximadamente1mm,pulir unacaraypegarlasobre unalámina

3) 4)

En la figura 1.20 se representa el proceso de preparación de seccionesdelgadasopulidas.

Humberto Chirif

18 CorrecciónDE deOBJETIVOS Objetivos Descentrados CORRECCIÓN DESCENTRADOS

(1)

(2)

(4)

(3)

(5)

Corrección FuenteLUMINOSA Lumin osa Descentrada CORRECCIÓN DEde FUENTE DESCENTRADA

Figura 1.19

Esquema de la corrección de objetivos descentrados (arriba) y de fuente luminosa descentrada (abajo).

porta objeto. Si se desea preparar una sección pulida, el trozo cortado se engastará en una briqueta de resina epoxy u otro producto similar. Luego las muestras se desgastarán sobre superficies de pulido conabrasivos cadavezmásfinos empezandoconcarburundumy culminandoconalúminaso, mejoraún,conpolvofinodediamante.

Con cada abrasivo se trabajará hasta que desaparezcan las irregularidades obtenidas con el abrasivo anterior. En el caso de las secciones delgadas se deberá obtener un espesor de 30 µm, lo cual se comprueba con la coloración del cuarzo visto entre nícoles cruzados. Finalmente la sección delgada deberá ser cubierta con una lámina cubre objeto.

19


Sección delgada

Sección pulida

Abrasivos: ABRASIVOS: Carburundum Alúmina Polvode diamante Lubricantes: LUBRICANTES: Agua Alcohol Aceites

Figura 1.20

Preparación de secciones delgadas y secciones pulidas.

Superficie de SUPERFICIE Pulido: DE PULIDO: Vidrio Plomo Plástico Hierro fundido



CAPÍTULO II CRISTALOGRAFÍA Y CARACTERÍSTICAS ÓPTICAS DE LOS MINERALES GENERALIDADES SOBRE LOS MINERALES

formas de pentadodecaedros, de octaedros, de cubos o combinaciones de estas formas, y en cada caso con diferentes calidadesdedesarrollodeéstas(a vecesencristalesbienformados y otras con aristas redondeadas o hasta totalmente anhedrales, sin caras planas). El desarrollo de las formas externas dependerá de las condiciones de formación en el yacimiento, tales como disponibilidad de espacio, velocidad de variación de la presión o latemperatura,entreotras.Peroabsolutamenteentodosloscasos, todosloscristalesdepiritaqueseformentendránsiempreelmismo ordenamiento cristalino (isométrico, diploidal 2/m3), de lo contrario yanoseríapirita yestaríamoshablandodeunatransformaciónde una especie en otra.

Los minerales son compuestos naturales, inorgánicos, sólidos, con composición química más o menos definida, propiedades físicoquímicas relativamente constantes y estructura interna característica. Tomemos el ejemplo de la pirita, que es un mineral del grupo de los sulfuros de fórmula general FeS2. Sus elementos constituyentes presentan un ordenamiento cristalino único (isométrico, diploidal 2/m3) que resulta característico de esa y solo de esa especie. Sin embargo, en la composición química pueden haber pequeñas modificaciones producidas por sustituciones de níquel o cobalto por el hierro, las cuales no influyen en el arreglo cristalino, pero sí en sus propiedades (por ejemplo, con el incremento de níquel disminuye ligeramente la dureza del mineral y éste adquiere una tonalidad tenuemente rosácea).

CARACTERÍSTICAS CRISTALOGRÁFICAS Y ÓPTICAS DE LOS MINERALES. INDICATRICES Los minerales se forman por ordenamiento de elementos con ÓPTICAS disposiciones tridimensionales específicas y repetición de la molécula elementala distanciasespecíficasendireccionesespecíficas. Ello obedece a clases de simetría de los sistemas cristalinos, de tal manera que cada especie mineral presenta una estructura interna propia, la cual se puede manifestar o no en formas externas. El desarrollo de estas formas depende del ambiente de formación. En la figura 2.1 se representa el desarrollo de un cristal.

Las características cristalográficas más generales de un mineral son los periodos con que se repite la partícula elemental o embrión del cristal y los ángulos entre las direcciones de repetición, lo cual define a los sistemas cristalinos (figura 2.2). Según dichas característicaspodemosreconocertres gruposdeminerales:

Así, por ejemplo, el mineral piritapuedepresentarseenlanaturaleza con diversas formas externas; en algunos casos, cristales con

a)

Minerales cuyasdireccionesderepeticiónsonortogonales entre sí, y los periodos de igual magnitud (sistema cúbico).

b)

Mineralescon periodosderepeticióndeigual magnitud

c

β

α b

γ

Molécula Figura 2.1

Retículo

a

Cristal

Desarrollotridimensional delosminerales.Existiendoladisponibilidadquímicaylascondicionesfísicasapropiadas,los elementos se unen ordenadamente formando un arreglo cristalográfico característico. El desarrollo de las caras externas depende de las condiciones físicas particulares del yacimiento.

Humberto Chirif

22 Características

Sistema

Cúbico

Clases de Simetría

Hexaquisoctaédrica Giroídica Hexaquistetraédrica Diploédrica Tetratoídica

Tetragonal

Bipiramidal tetragonal Trapezoédrica tetragonal Piramidal ditetragonal Escalenoédrica tetragonal Piramidal tetragonal Biesfenoídica tetragonal

Hexagonal

Bipiramidal dihexagonal Trapezoédrica hexagonal Piramidal dihexagonal Bipiramidal ditrigonal Bipiramidal hexagonal Piramidal hexagonal Bipiramidal trigonal

Trigonal

Escalenoédrica hexagonal Trapezoédrica trigonal Piramidal ditrigonal Romboédrica Piramidal trigonal

Rómbico

Bipiramidal rómbica Biesfenoídica rómbica Piramidal rómbica

Monoclínico

Triclínico

Figura 2.2

Prismática Esfenoídica Domática

Pinacoidal Pedial

Característicasdelossistemascristalinos.

23


en direcciones coplanares y un periodo diferente en otra dirección (sistemas tetragonal, hexagonal y trigonal). c)

Mineralescon periodos derepetición diferentesencada dirección(sistemasrómbico,monoclínicoytriclínico).

Análogamente, losmineralespresentaníndicesópticos(derefracción o de reflexión, según sea el caso de minerales transparentes u opacos) en tres diferentes direcciones siempre ortogonales entre sí (conocidas comodirecciones privilegiadas). El modelo que representa las características ópticas de un mineral (variación de la magnitud de los índices según la dirección) es conocidocomo«indicatrizóptica».Segúnlascaracterísticasópticas y —por ende— la morfología de las indicatrices, se pueden reconocer tres grupos de minerales: a)

Minerales que presentan el mismo valor de índice en cualquier dirección (isótropos). Su indicatriz será una esfera (igual radio en cualquier dirección).

b)

Mineralescon índicesdeigual magnitudendirecciones coplanares y de magnitud diferente en la dirección ortogonal a dicho plano (anisótropos uniáxicos). La indicatriz será un elipsoide de revolución.

Figura 2.3

c)

Minerales con índices dediferentesmagnitudes encada una de tres direcciones ortogonales entre sí (anisótropos biáxicos). La indicatriz será un elipsoide triaxial.

En la figura 2.3 se comparan las características cristalográficas con las ópticas y se muestran los tres tipos de indicatrices. Enlafigura2.4seexplicanlascaracterísticasdelasindicatricesde minerales isótropos y anisótropos. Allí se puedeobservar que los mineralesisótropospresentanunúnicovalor deíndicederefracción (n); por otro lado, los minerales anisótropos uniáxicos presentan dos valores (n ω y n ε, índice ordinario y extraordinario respectivamente), y los anisótropos biáxicos presentan tres valores (nα, nβ y nγ ). La indicatriz de minerales uniáxicos presenta una únicasección circular , es decir, una sección en la cual los índices tienen la misma magnitud en cualquier dirección de ese plano (nω), mientras que las indicatrices de minerales biáxicos presentan dos secciones circulares (nβ). Losejesperpendicularesalas seccionescirculares seconocencomoejes ópticos.Elánguloquehacenlosejesópticos de los minerales biáxicos se denominaángulo 2V.

Comparación entre características cristalográficas y ópticas de los minerales.

Humberto Chirif

24

Figura 2.4

Tiposdeindicatricesysuselementos.

REDUCCIÓN DE TRES A DOS DIMENSIONES Si se hace un corte al cristal para preparar una sección delgada o pulida, estaremosreduciendolosaspectosmorfológicosyópticos de tres a dos dimensiones. Así, por ejemplo, si cortamos un cubo, obtendremos superficies triangulares, cuadrangulares, pentagonales o hexagonales, según la orientación del corte, pasandodeesamaneradeunvolumenaunasuperficie.Igualmente, en una sección de un mineral, encontramos sólo dos de sus tres índices ópticos, los que están en direcciones ortogonales entre sí (direcciones privilegiadas del mineral en la sección) y corresponden a los radios principales de la elipse de intersección de la indicatriz con el plano de corte (ver figura 2.5).

LUZ LINEALMENTE POLARIZADA TRANSMITIDA EN MINERALES TRANSPARENTES Con el microscopio de polarización de luz transmitida podemos estudiar la interferencia de luz linealmente polarizada en un determinado corte del mineral transparente (sección delgada) y en diferentes posiciones, esto último gracias a la platina giratoria del microscopio (ver figura 2.6).

En minerales isótropos (sistema cúbico y mineraloides) Comosabemos,cualquiercortequesehagaenunmineral isótropo (sistema cúbico o sustancias amorfas) permitirá obtener secciones con índices de refracción de la misma magnitud en cualquier dirección. En consecuencia, en los minerales isótropos, cualquiera sealaorientacióndelcorte, tendremossiempreunaseccióncircular, y cualquiera sea la posición sobre la platina, el rayo de luz linealmentepolarizadaatravesaráalmineralsinvariar sudirección de vibración y, en consecuencia, llegará al analizador con una dirección de vibración perpendicular a la dirección privilegiada de éste y no lo podrá cruzar. Los minerales isótropos entre nícoles cruzados se verán permanentemente en extinción (ver figura 2.7). En minerales anisótropos En los minerales anisótropos, en el caso de cortes basales, se obtendrán secciones circulares en las cuales el comportamiento de la luz linealmente polarizada es semejante al caso de minerales isótropos, y para cualquier otro corte se tendrán secciones con dos índices de diferentes magnitudes dispuestos en direcciones


Figura 2.5

25

Orientación del corte, forma de los cristales y valores de índices en la sección. Ala izquierda se muestra la forma tridimensional de un cristal, donde X, Y y Z indican las direcciones en que se encuentran los índices a, b y g, respectivamente. Si se hace un corte según el plano A, se obtendrá una sección con índices b y g; si se hace un corte como B, se obtendrá una sección con índices a y b,y si se hace un corte como C, se obtendrá una sección con un índiceay otroíndiceintermedioentrebyg, alquesedenominag‘.Obsérvesequelosíndicessiempreestánincluidos en direcciones perpendiculares entre sí.

Figura 2.6. Orientación del corte y posición sobre la platina. A. Cristal de piroxeno atravesado por tres rayos de diferentes trayectorias. El rayo 1 encontrará los índices de refracciónα y γ , el rayo 2 encontrará los índices β y γ y el rayo 3 a los índices α y β . B. Cristal de piroxeno y superficie de corte de una sección delgada. C. Losrayosdeluz linealmentepolarizadadel microscopioqueatraviesanalaseccióndelgadacortadacomosemuestraenBencontrarán a los índices de refracciónα y γ ‘. Si la sección delgada está orientada sobre la platina de tal manera que la dirección de uno de los índices de refracción coincide con la dirección de vibración del rayo incidente, entonces la luz pasará por el mineral sin que cambie su dirección de vibración. Esta situación se repite si giramos la platina 90º.

Humberto Chirif

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Analizador Analizador

Polarizador Polarizador

Figura 2.7

Comportamiento de un mineral isótropo en luz transmitida y nícoles cruzados.

perpendiculares entre sí (direcciones privilegiadas del mineral). En el segundo caso, cuando la dirección de vibración del rayo linealmentepolarizadoincidentecoincideconunadelasdirecciones privilegiadasdel mineral, el rayo atravesará al mineral sin variar su dirección de vibración y, en consecuencia, entre nícoles cruzados, veremos el mineral en extinción (ver figura 2.8, izquierda). Si giramos la platina a cualquier lado en un ángulo diferente a 90°, el rayo linealmente polarizado incidente se descompondrá en dos rayos que vibran en cada una de las direcciones privilegiadas del mineral con diferentes velocidades y longitudes deonda. Al llegar a la superficie superior de la sección, losrayosestarándesfasadosyal abandonar elmineralinterferirán y se propagarán con igual velocidad y longitud de onda (la correspondienteal medio—aireoaceite—), perocadaunoseguirá vibrando en la dirección del índice respectivo (ver figura 2.8, derecha). Al llegar al analizador, de ambas componentes habrá una resultante con dirección de vibración coincidente con la del analizador, la cual la podrá atravesar y hará posible que se vea al mineralanisótropoentrenícolescruzados(colores de interferencia).

LUZ LINEALMENTE POLARIZADA REFLEJADA EN MINERALES OPACOS Análogamentea lovistocon los índices de refracción en minerales transparentes, los rayos de luz linealmente polarizados se reflejan ensuperficiespulidasdemineralesopacosisótropossin quevaríe la dirección de vibración, en consecuencia, se verán entre nícoles cruzados permanentemente en extinción. Ensuperficiespulidasdemineralesopacosanisótropos,losrayos de luz linealmente polarizados se reflejan variando la dirección de vibración, en consecuencia, se podrán ver entre nícoles cruzados (ver figura 2.10).

PROPIEDADES QUE SE ESTUDIAN CON EL MICROSCOPIO DE POLARIZACIÓN

El estudio de minerales con el microscopio de polarización es una especialidad notoriamente diferente al estudio macroscópico. Algunas propiedades macroscópicas de minerales son diferentes bajo el microscopio de polarización, como el color, mientras que Concluimos,entonces,quedeunmismomineralsepuedenobtener otras, como el relieve, pueden ser determinadas exclusivamente con dicho equipo. secciones con diferentes características según el corte, tal como ocurre en una roca en cuya sección se verán diversos cristales En la tabla 2.1 se indican las propiedades que se estudian con de una misma especie; los cristales de corte circular los veremos ayudadel microscopio, tantoconluztransmitidacomoconreflejada. permanentemente en extinción, los de corte vertical mostrarán la En las tablas 2.2 y 2.3 están consignados los principales minerales máxima anisotropía, mientras que los de cortes intermedios transparentes y opacos agrupados por clases o subclases. mostrarán anisotropías intermedias (ver figura 2.9).

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Vci λ ci

Analizador Analizador

V 1 λ 1

Polarizador Polarizador

Figura 2.8

Comportamiento de mineral anisótropo en luz transmitida y nícoles cruzados.

ROCA

PLANO DE CORTE

SECCIÓN DELGADA Sección Delgada

Figura 2.9

Sección delgada de una roca mostrando granos con diferentes cortes.

Humberto Chirif

28

Analizador

Analizador

Polarizador

Polarizador

Mineral anisótropo

Mineral isótropo

Figura 2.10

Luz linealmente polarizada reflejada sobre unasección de un mineral opaco. Esta luz se refleja enel espejo semireflector e incide en la superficie de la secciónpulida. Si setrata de un mineral isótropo (izquierda), la luz se reflejará sin cambiar su direccióndevibraciónyalllegaral analizadornohabrácomponenteenladirecciónprivilegiadadeéste,porello, nopodrápasar. Sisetratadeunmineral anisótropo(derecha),laluzsereflejarácambiandosudireccióndevibraciónyalllegaralanalizador habráuncomponenteenladirecciónprivilegiadadeéste,porello, pasaráluz.

Tabla 2.1 Propiedades mineralógicas que se estudian con el microscopio de polarización Tipo de Iluminación

Luz Ortoscópica

Nícoles paralelos

Tipo de Propiedades

Ópticas Estructurales

Nícoles cruzados

Ópticas

Estructurales Luz Conoscópica

Nícoles cruzados

Ópticas

L uz Tr an sm it id a

Color Pleocroísmo Relieve Tamaño Morfología Clivaje Anisotropía Color de Interferencia Birrefringencia Extinción Elon ación Maclas Zonamiento Carácter óptico Signo óptico Án ulo 2V

(*) El carácter y el signo óptico con luz reflejada no se observa fác ilmente.

L uz Ref lej ad a

Color Pleocroísmo Reflectancia Birreflectancia Dureza relativa Tamaño Morfología Clivae Anisotropía Reflexiones Internas

Maclas Zonamiento (Carácter óptico)* (Signo óptico)*

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Tabla 2.2 Principales minerales transparentes ordenados por clase, subclase, grupo y especie Sub clase NSILs

Grupo

SSILs CSILs ISILs

PXs

ANFs

Especie Olivino Andalucita Cianita Silimanita Topacio Circón Titanita Dumortierita GRANATE Vesubiana Epídota Turmalina Berilo Cordierita Omfacita Egirina-augita Jadeita Egirina Diópsido Hedenbergita Augita Pigeonita Clinoenstatita Clinoferrosilita Ortoenstatita Hiperstena Ortoferrosilita Espodumena Rodonita Wollastonita Antofilita Cummingtonita Tremolita Actinolita Hornblenda Riebeckita Glaucofana

Abreviaturas: NSILs = Nesosilicatos ARCs = Arcillas HLs = Haluros SSILs = Sorosilicatos MCs = Micas OXs = Óxidos CSILs = Ciclosilicatos SPTs = Serpentinas HOXs = Hidróxidos ISILs = Inosilicatos CLOs = Cloritas CBTs = Carbonatos FSILs = Filosilicatos FPs = Feldespatos SFTs = Sulfatos

Sub clase FSILs

Grupo

Especie

Clase

ARCs

Caolinita Dickita Illita Esmectita Montmorillonita Pirofilita Talco Muscovita Paragonita Glauconita Flogopita Biotita Margarita Lepidolita Antigorita Crisotilo Clorita Apofilita Cuarzo Tridimita Cristobalita Coesita Estishovita Ópalo Ortosa Hialofana Celsiana Sanidina Microclina Anortoclasa Albita Oligoclasa Andesina Labradorita Bytownita Anortita Nefelina Leucita Sodalita Noseana Haüyna Analcita Cancrinita Escapolita Natrolita Thomsonita Phillipsita Chabasita Laumontita

HLs

MCs

SPTs CLOs TSILs

Sílice

FPs

PGs

FDs

ZEOs

TSILs PGs FFs PXs

= Tectosilicatos = Plagioclasas = Fosfatos = Piroxenos

FDs = Feldespatoides ANFs = Anfíboles ZEOs = Zeolitas

OXs

HOXs

CBT

SFTs

FFTs

Sub Clase

Especie Halita Silvita Cerargirita Bromargirita Fluorita Atacamita Corindón Periclasa Rutilo Anatasa Espinela Perovskita Brookita Casiterita Brucita Gibbsita Diaspora Goethita Lepidocrocita Calcita Rodocrosita Siderita Smithsonita Magnesita Aragonito Estroncianita Cerusita Witherita Dolomita Anquerita Baritina Celestita Anglesita Anhidrita Yeso Calcantita Melanterita Epsomita Goslarita Jarosita Alunita Xenotimo Monacita Vivianita Apatito Piromorfita Vanadinita Lazulita Turqueza

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30 Tabla 2.3 Principales minerales opacos ordenados por clase, grupo y especie Clase

ENs

SULs

Abreviaturas: ENs = PGRs = SULs = PRJs = SFSs = CGRs = OXs = SFSsPb = WFTs =

Grupo

Especie

Abrev.

Oro Plata Cobre Arsénico Antimonio Bismuto Grafito Argentita Calcosita Digenita Bornita Calcopirita Galena Escalerita Pirrotita Pentlandita Covelita Rejalgar Oropimente Estibnita Bismutinita Pirita Bravoita Marcasita Arsenopirita Molibdenita

Au Ag Cu As Sb Bi gf arg cc dg bn cp gn ef po pnt cv rj orp stb bmt py bv mc apy mb

Elementos nativos Platas grises Sufuros Platas rojas Sulfosales Cobres grises Óxidos Sulfosales de plomo Wolframatos.

Clase

Grupo

PGRs PRJs CGRs SFSs SFSsPb

OXs

WFTs

Especie

Abrev.

Pearcita Polibasita Proustita Pirargirita Tetraedrita Tennantita Bournonita Boulangerita Jamesonita Enargira Luzonita Cuprita Tenorita Magnetita Hematina Ilmenita Rutilo Pirolusita Casiterita Cromita Wolframita

prc plb pro pgt tet ten bnn blg jm en luz cup tn mt hm il rt prl cst crm Wfm



CAPÍTULO CAPÍTUL O III III ESTUDIO ESTUDIO CON ILUMINACIÓN ORTOSCÓPICA ORTOSCÓPICA TRANSMITIDA ESTUDIO CON NÍCOLES PARALELOS Las propiedades que se estudian con luz ortoscópica transmitida y nícolesparalelossonelcolor,el pleocroísmo, pleocroísmo,el relieve,el tamaño, tamaño, la morfología y el clivaje, clivaje, tal como como se vio en el capítulo 2.

Color El color de un mineral en lámina delgada no presenta tantas variaciones variaciones como como se verían verían macroscópicamente; macroscópicamente; esto se debe a que con un espesor de 30 µmelefecto efectodelas impurezasesmínimo mínimo (por ejemplo, tanto el cuarzo rosado rosado como como el blanco o el gris gri s los veremos incoloros en sección delgada). La descripción del color la hacemos tomando en cuenta el color principal, la intensidad y la tonalidad (por ejemplo, ejemplo, amarillo amarillo claro verdoso). Es preferible evitar las comparaciones. A continuación citamos algunos ejemplos de colores de minerales en sección delgada: Incoloro: Incoloro: Cuarzo, Cuarzo, feldespa feldespato, to, circón, apatito, apatito, cloritoide, espinela, espinela, fluorita, calcita, dolomita, anhidrita, baritina, muscovita. Rojizo: ojizo: Almand Almandina, ina, piropo, piropo, espes espesartina, artina, circón, circón, rutilo, esfen esfena, a, biotita, hiperstena, hornblenda. Verdoso: Verdoso: Clorita, Clorita, augita, augita, diopsido diopsido,,olivino, olivino,pumpelita,esfena, esfena,biotita, epídota, glaucofana, hornblenda, hiperstena. hiperstena.

Pleo Pl eoccroí smo sm o Eslacapacidaddealgunosminerales mineralesdemostrar diferentes diferentescolores (ointensidad intensidadotonali tonalidad) dad)cuando cuandolaluzestransm transmitiitida daendirecciones diferentes. Como Como se vio en el capítulo inicial (punto 1.8), el grado de absorción depende del espesor de la muestra, en consecuencia, hay que resaltar que el pleocroísmo observado en secciones delgadas de 30 mm de espesor será radicalmente diferente al observado en muestras gruesas. En función a la magnitud del cambio cambio podemos podemos calificar calificar al pleocroísmo como como fuerte fuerte (por ejemplo, biotita, glaucofana), moderado (clorita, hornblenda) o débil (cordierita, sillimanita). Determinaci Determi nación ón del índic nd ice e de refracci refr acción ón Los principales métodos para la estimación o determinación del índice de refracción de un mineral son la observación del relieve, la línea brillante y la iluminación oblicua, y el empleo del

refractómetro. Los tres primeros se basan en la comparación del índice del mineral a estudiar con el del medio en el que éste se encuentra inmerso, que puede ser otro mineral, bálsamo de Canadá o aceite (ver figura 3.1). El relieve (en relieve (en realidad, la sensación óptica de relieve) es una propiedad de los minerales transparentes transparentes que hace hace ver más altos a los granos de minerales de índice de refracción refracción mayor que el de los vecinos, mientras que los granos con índice menor, se ven como depresiones. A mayor diferencia entre los índices, mayor será la sensación óptica de relieve. Tomando como material de referencia al bálsamo de Canadá (n = 1,55) diremos que tienen relieve negativo los minerales de índice menor a éste, y relieve positivo los minerales de índice mayor mayor (ver figura figura 3.1). La linea brillante o linea de Becke es Becke es aquella que se forma al desenfocar desenfocar el mineral, aumentando aumentando ligeram ligeramente ente la distancia distancia entre el objetivo y el objeto. Cuando la diferencia entre el índice de refraccióndelmineralaestudiarydelmedioenqueesteseencuentra inmerso es marcada, se forma una línea brillante nítida que se dirige claram claramente ente al medio de mayor mayor índice. Por el contrario, si la diferenciaesmínima,seforma formará ráunalínea líneatenueyseránecesario aumentar el contraste (bajar intensidad de la luz y cerrar diafragma de apertura) y enfocar y desenfocar varias veces para poder apreciarla. apreciarla.Elfundam fundamento entodelaformación formacióndeestalíneallo opodemos podemos ver en la figura 3.2. Elmétododelasombra o iluminación oblicua consiste consiste en interrumpir con un obstáculo opaco un lado del haz de luz del microscopio entre la fuente luminosa y el conjunto subplatina, acercándolo lentamente hacia el centro, para luego observar cómo se ensombrece el grano mineral a estudiar. Si éste tiene índice de refracciónsimilar similaral medio medioenel queseencuentra encuentrainmerso,entonces seensombrecerá ensombreceráhomogéneam homogéneamente; ente; perosi suíndice índiceesmayor, aparecerá una sombra sombra por el mismo mismo lado por donde se introduce introduce el obstáculo opaco opaco (ver figura figura 3.1). Estos tres primeros métodos pueden ser aplicados tanto en secciones delgadas convencionales como en preparados especiales de granos sueltos inmersos en aceite de índice de refracción conocido. Este segundo tipo de muestra permite una determinación determinación más precisa. En la figura fi gura 3.3 se dan indicaciones para su preparación.

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Figura 3.1

Métodos Métodosparalaestima estimación cióndelíndice índicederefracciónreli relieve eve(arriba), líneadeBecke(centro)ymétododela sombra sombra(abajo). (abajo).


Figura 3.2

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Formación de la línea de Becke. Al aumentar la distancia entre el objetivo y el objeto, se observa que se desenfoca el borde yapareceuna unalínea líneabrillante brillantequesedirigehaciael material material demayor mayoríndicederefracción.

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Malla 100

Malla 170

Figura 3.3

Determinacióndel índicede refracciónporcomparaciónconaceitesde inmersión.(A)Tomaralgunospequeñosfragmentos delmineralproblemaytratarloconelmorterodepercusión.(B)Colocarelmaterial pulverizadoenunalunadereloj ycontrolar su pureza con ayuda de un estereoscopio. (C) Tamizar el material y trabajar con la fracción granulométrica -100+170 M. En cada paso sedebe desechar la primeraporción de muestra tratada y tener especial cuidado con la contaminación. (D) Preparación de la muestra: espolvorear con una espátula unos cuantos granos sobre un portaobjeto limpio y seco; colocar una gota del aceite de inmersión elegido en la superficie inferior de un trozo de cubreobjeto sin tocar la muestra ni el vidrio con labagueta;taparypresionarligeramenteparaexpulsarlasburbujas.(E)Determinarel índiceoel rangodelosíndicesdel mineralproblemahaciendocomparacionescondiferentes aceites.

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Gema GEMA Ocular OCULAR

Aceite ACEITE n

Hemisferio HEMISFERIO DEVidrio VIDRIO de

4

N

PANTALLA Pantalla GRADUADA

2 1

Graduada

Para rayo 2: 2: Para rayo

NVIDRIO NGEMA Entonces: Entonces:

1,80

=

3

Sen 90º Sen ic

=

1

1,70

Sen ic

1,60

NGEMA = NVIDRIO Sen ic

1,50

N ACEITE

NGEMA = 1,55

1,40 1,30

Figura 3.4

Refractómetro dePulfrich. Por la ventana frontal ingresan rayosluminosos con diferentes ángulos; sólo nos interesan los que inciden en el centro del hemisferio de vidrio, o lo que es lo mismo, en el centro de la ventana superior. En dicha ventana se coloca una gota de aceite de índice conocido (1,81), y sobre ésta una cara plana y limpia del cristal; el aceite permite expulsar el aire y conseguir un buen contacto entre el refractómetro y la gema. Los rayos que inciden en la interfase vidrio-gema con ángulo inferior al crítico (como el rayo 1) cruzan la gema y se pierden. Los rayos que inciden con ángulo superior al crítico se reflejan e iluminan la pantalla graduada. El límite de la zona iluminada en la pantalla indica el índice de refracción de la gema. El aceite es muy tóxico y corrosivo. Despuésdeusarelrefractómetro,la ventanasuperiorylagemadebensercuidadosamentelimpiadasconalcohol.

Los refractómetros son instrumentos para medir el índice de refracción tanto de materiales sólidos como líquidos. Existen diferentestipos;unodelosmásusados,principalmenteenelestudio de gemas, es el de Pulfrich. Este instrumento consiste en un hemisferio de vidrio de índice de refracción alto y conocido, engastado en una armadura de metal con tres ventanas (una por donde ingresan los rayos luminosos, otra donde se coloca una cara plana de la muestra y la tercera que es el ocular). En la muestra se reflejan los rayos que incidan con ángulo superior al ángulo crítico e iluminan una pantalla graduada donde se indican los valores de índices de refracción. Por el ocular se observa la pantalla graduada y se hace la lectura del índice de refracción de la muestra (ver figura 3.4).

Tamañ o Para la medición del tamaño de los cristales, se requiere previamente saber la medida de las unidades marcadas en el ocular. Para ello, comparamos las unidades del ocular con las de un objeto micrométrico para cada objetivo. Conociendo el valor de las unidades del ocular se puede medir el tamaño de los minerales (ver figura 3.5). Para determinar el espesor de los granos, se requiere previamente conocer la magnitud del desplazamiento vertical de la platina al girar una unidad el tornillo de enfoque (aproximadamente 2 µm). Luego, bastará pasar de la posición de enfoque de la superficie superior a la de enfoque de la superficie inferior del grano, observando la cantidad de unidades del tornillo giradas.

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Figura 3.5

Medición del tamaño de grano. Estimar el largo y ancho del cristal del dibujo inferior. Hacer una tabla de los diámetros de los campos visuales para cada uno de los objetivos.

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Forma Según el desarrollo de sus formas externas, los cristales pueden ser euhedrales, subhedrales o anhedrales. Son euhedrales o idiomorfos si presentan totalmente formas externas geométricas definidas; son subhedrales o hipidiomorfos si presentan sólo parcialmentedichasformas,ysonanhedralesoxenomorfossi no las presentan. La forma de los cristales depende en gran medida de las condiciones del medio en que éstos se han desarrollado, y por lo tanto, no es una característica distintiva del mineral. Por el desarrollo preferencial de una, dos o tres dimensiones, los cristales

Figura 3.6

Figura 3.7

puedenseraciculares, listonados,laminares,tabulares,columnares o isométricos (ver figura 3.6). La forma de presentarse (hábito) que tienen los minerales depende del mineral mismo y de las condiciones del medio. Las formas que observamos en las secciones delgadas son reducciones bidimensionales de realidades de tres dimensiones. La observación de diferentes granos de un mismo mineral permite interpretar la forma tridimensional del mismo. En la figura 3.7 se muestran formas bidimensionales propias de los diferentes sistemas cristalinos.

Arriba. Forma de los cristales segúnel desarrollo delas caras. Abajo. Forma según el númerode dimensionespreferentementedesarrolladas. (Fuentedesconocida).

Formas bidimensionales propias de los diferentes sistemas cristalinos (tomado de CHUDOBA, 1932).

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38 Clivaje La calidad del clivaje la podemos calificar como perfecta, buena, mediana, mala, imperfecta o ausente. Para el estudio de esta propiedad se debe indicar tanto la calidad como las direcciones; para ello es conveniente buscar cortes perpendiculares al plano de clivaje, esto es, cortes con trazas de clivaje nítidas y finas (ver figura 3.8).

ESTUDIO CON NÍCOLES CRUZADOS Al usar el microscopioconel analizador insertado(nícolescruzados) podemosidentificarlasdireccionesdelosíndicesderefraccióndel mineral en la sección delgada, también, podemos identificar el índice mayor y menor y determinar la diferencia entre ellos. Estas determinaciones las hacemos a través del estudio de las propiedades extinción, los colores de interferencia, la birrefringencia y la elongación. Finalmente, la información cristalográfica y óptica lareunimosenungráficoalquellamamosdiagramadeorientación. Enestepuntoveremosenquéconsistecadaunadelaspropiedades mencionadas.

Anisotropía La anisotropía se refiere a la capacidad de ciertos minerales de dejarpasarluzentrenícolescruzados.Losmineralesqueposeen estapropiedadsonlosmineralesanisótroposencortesdiferentes PLANO DE CLIVAJE

al circular. Los minerales anisótropos con corte circular no dejan pasar luz entre nícoles cruzados y su anisotropía se comprueba con luz conoscópica (ver capítulo 4).

Extinción Como se vio en el capítulo anterior, cuando las direcciones privilegiadas del mineral y del microscopio coinciden, la dirección de vibración del rayo de luz linealmente polarizada, que incide en el mineral, no cambia al atravesarlo y en consecuencia no pasa luz a través del analizador (ver figura 2.6). Decimos, entonces, que el mineral se encuentra en su posición de extinción, la cual se repite cada 90°. Si tenemos cristales subhedrales o euhedrales, podremos relacionar las direcciones de los índices de refracción con las formas externas del cristal. Si el ángulo entre la dirección de uno de los índices y la dirección de uno de los ejes cristalográficos es cero, diremos que elmineralpresentaextinción paralela;si esdiferenteacero,diremos que se trata deextinción oblicua. Si las direcciones privilegiadas coincidenconlastrazasdeplanosdesimetríaenesecorte,diremos que el mineral presentaextinción simétrica. Si el grano estudiado es anhedral y no presenta clivaje o algún otro rasgo estructural que nos sirva de referencia para indicar las direcciones de los índices de refracción, entonces, no se podrá calificar la propiedad extinción. En la figura 3.9 se presentan los diferentes tipos de TRAZAS GRUESAS Y DIFUSAS

SECCIÓN OBLICUA

SECCION PERPENDICULAR

TRAZAS FINAS Y NÍTIDAS

CLIVAJE PERFECTO

CLIVAJE BUENO

CLIVAJE MEDIANO

CLIVAJE MALO

CLIVAJE IMPERFECTO

trazas contínuas

trazas discontínuas largas

trazas discontínuas largas

trazas discontínuas cortas

trazas irregulares

TRAZAS ATRAVIESAN AL CRISTAL

Figura 3.8

TRAZAS NO ATRAVIESAN AL CRISTAL

Arriba. Nitidez de las trazas de clivaje. Abajo. Tipos de clivaje.

39


Extinción paralela o recta Figura 3.9

Extinción oblicua

Extinciòn simétrica

Extinción oblicua respecto al clivaje

No se puede calificar la extinción

Tiposdeextinción.Arriba.Representacióndecristalesenposicióndeextinción,tal comoseobservanenelmicroscopio. Abajo. Representación de las relaciones entre laforma del cristal y las direcciones de los índices de refracción.

extinción,yenla3.10,lostiposdeextincióndecristalesdediferentes sistemas en diferentes cortes. Untipoespecialdeextincióneslallamada«ondulante»,enlacual la superficie del grano no se oscurece homogéneamente, sino por zonas que cambian conforme se gira la platina, dando así la impresión de una onda en movimiento. Este tipo de extinción se debe a deformaciones estructurales del grano, lo cual es muy frecuente en el cuarzo de origen metamórfico.

t = d/Vr + ∆/V

donde t es el lapso, d es el espesor de la muestra, Vl es la velocidad del rayo lento, Vr es la velocidad del rayo rápido, D es el desfase yVeslavelocidaddelaluzenel aire. Igualandoambasecuaciones tenemos: d/Vl = d/Vr + ∆/V ∆ = d(V/Vl - V/Vr) = d(nl - nr) = d ρ

Lapropiedadextinciónesunacaracterísticadiagnósticademuchos minerales, incluso, en algunos casos (plagioclasas, anfíboles, piroxenos), el ángulo de extinción permite identificar la composición enseriesisomórficas.

donde nl y nr son los índices de refracción mayor y menor, respectivamente, y ρ es la birrefringencia (diferencia de índices). Entonces el desfase es igual al espesor del mineral por la birrefringencia.

Color de interferencia Es el color formado por la interferencia de los rayos desfasados al abandonar un medio anisótropo (ver figura 2.8). El color de interferencia depende de la magnitud del desfase y ello depende a su vez dela birrefringencia del mineral y del espesor de la lámina.

Segúneldesfaseseamenorauna,dos omáslongitudesdeonda, los colores de interferencia se clasifican en colores de primer, segundo o mayor orden.

En un determinado lapso el rayo que vibra en la dirección del índice mayor (rayo lento) habrá recorrido el espesor de la lámina. Estoes: t = d/Vl

En ese mismo lapso, el rayo que vibra en la dirección del índice menor (rayo rápido) habrá recorrido el espesor de la lámina más el desfase ∆ fuera del mineral. Esto es:

El color de interferencia de un mineral varía según el corte, el espesor de la sección y la posición sobre la platina (ver figuras 3.11, 3.12 y 3.13), por ello es necesario estandarizar dichos parámetros. El espesor de una sección delgada debe ser 30 µmy la posición sobre la platina debe ser de 45° a partir de la extinción (posición de máxima anisotropía). El corte normalmente no lo podemos estandarizar, por ello buscamos el grano en el que se observe el máximo color de interferencia en la posición de máxima anisotropía. El color de interferencia es una característica diagnóstica muy

Humberto Chirif

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Figur a 3.10

Tipo de extinción según sistema cristalográfico y orientación del corte (fuente desconocida).

importante; permite, además, conocer la birrefringencia y calcular el espesor de la muestra. Enalgunosmineralesfuertementecoloreados,comolabiotitapardo oscura, el color del mineral puede enmascarar al color de interferencia. Si el grano no presenta espesor constante (durante la preparación de la sección delgada frecuentemente los minerales se desgastan más en los contactos o en los planos de clivaje que en las zonas centrales), entonces podremos observar diferentes colores de interferencia a modo de «curvas de nivel» que indican los espesores.

Birrefringencia. La tabla de Michel-Lé vy La birrefringencia es la diferencia entre el índice de refracción mayor y menor de un mineral. Si nos referimos al cristal en tres dimensiones, la birrefringencia será |nθ-nε| en el caso de minerales uniáxicos, y (nγ -nα), en el caso de los biáxicos. Si nos referimos a la superficie de corte, la birrefringencia será igual a la diferencia entre los índices existentes en ese corte. La tabla de Michel-Lévy (ver figura 3.14) relaciona el color de interferencia en términos del desfase o retardo (∆) expresado en nanómetros; la birrefringencia (ρ) y el espesor (d) de la lámina delgada expresado en micras:

∆ = 1000 ρ d (nm) (µm)

El valor 1000 es la corrección por el empleo de dos unidades de longitud diferentes (nanómetros y micras). Esta ecuación corresponde a una recta que pasa por el origen de coordenadas de un sistema XY, donde X representa a los valores del retardo ∆, Y a los valores del espesor d, y la pendiente vendría a ser 1/1000ρ. Tenemos, entonces, en el diagrama ∆ vs. d, una serie de rectas que pasan por el origen de coordenadas y cada recta corresponde a un determinado valor de ρ, es decir, a un conjunto deminerales. La recta de un determinado valor de ρ permite ver la retardación de los colores de interferencia para diferentes valores de espesor ddelalámina.Asíporejemplo,unmineraldebirrefringencia0,021 en una lámina de 30 µmdeespesorproducirá unaretardaciónde 630 nm. Tal mineral en su posición de máxima anisotropía se verá azul de 2.o orden. En la parte inferior de la figura 3.14 se explican los dos principales usos de la tabla de Michel-Lévy: uno de ellos es calcular el espesor de la lámina a partir del color de interferencia observado en un mineral de r conocido, y el otro uso es el de calcular la birrefringencia de un mineral en lámina de 30µma partir del color de interferencia observado.


Figura 3.11

Relaciónentreelcolor deinterferenciayorientacióndelcortedel mineral.

41

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Figura 3.12

Relación entre el color de interferencia y el espesor de la sección.

Figur a 3.13

Relaciónentrecolordeinterferenciayposicióndelamuestrasobrelaplatina.


Figur a 3.14

43

Carta de colores de interferencia de Michel-Lévy. En la parte superior se explica la posición en que deben observarse los colores de interferencia (posición 45º). Algunas aplicaciones en la parte inferior: Determinando el color de interferencia de un mineral conocido (r conocido), se puede saber el espesor de la sección delgada. Conociendo el espesor de la sección y observando el máximo color de interferencia de cualquier mineral, se puede determinar su birrefringencia.

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44 La primera aplicación mencionada se utiliza para la preparación de láminas delgadas. El preparador controla el espesor de la lámina en preparación con el color de interferencia del cuarzo (ρ= 0.009): si se ve amarillo, la lámina debe tener alrededor de 40µm, y al alcanzar el espesor óptimo de 30µm, el cuarzo se verá gris blanquecino. La segunda aplicación mencionada se usa en la identificación de minerales. Por ejemplo, si en una lámina de 30 µm de espesor vemos que un mineral presenta en su posición de máxima anisotropía color de interferencia rojo de primer orden (480 nm), su birrefringencia será 0.016. Hay que señalar que no es convenientepretenderser muyprecisosenla estimacióndelretardo del color de interferencia y del espesor, sino más bien estimar rangos y de esta manera se obtendrá también rangos de estimación de la birrefringencia. Los minerales de birrefringencia muy baja (0.009 por ejemplo) presentan colores de interferencia de tonalidades grises en su posicióndemáximaanisotropía,ylosmineralesdebirrefringencia muy alta (0.090 por ejemplo) presentan colores de interferencia de orden alto, que se ven como una mezcla mal definida de tonalidades verdosas y rojizas (colores anómalos).

Compensadores Los compensadores son accesorios ópticos que se interponen en

ESPESOR

Lacavidadparacompensadores,queestáubicadaentreel objetivo y el analizador, forma un ángulo de 45° con las direcciones privilegiadas del microscopio; de esta manera, cuando se coloca un mineral en su posición de máxima anisotropía, la dirección de uno de sus índices de refracción coincidirá con la dirección del índice mayor del compensador (ver figura 3.16 derecha). Cuando la dirección del índice mayor del mineral coincide con la direccióndel índicemayordelcompensadorhabráunainterferencia constructiva (o adición); en este caso, la retardación del color de interferencia aumenta un valor igual a la retardación del compensador. Si giramos la platina 90°, el índice menor del mineral pasará a coincidir con la dirección del índice mayor del compensador y se producirá una interferencia destructiva (o sustracción); en este caso, la retardación del color de interferencia disminuye un valor igual a la retardación del compensador.

COMPENSADOR

RETARDO (nm)

COLOR DE INTERFERENCIA

Yeso (λ)

550

Rojo 1er orden

Mica (λ/4)

150

Gris 1 er orden

Cuña de cuarzo (λ/2a 3 λ)

275 a 1650

Variable

Constante

Variable

el paso de los rayos entre el objeto y el analizador para producir retardación. Consisten en barras de metal con cristales engastados y adecuadamente orientados con la dirección del índice mayor en sentido transversal (ver figura 3.15). Existen dos tipos: de espesor constanteydeespesorvariable.Losdeespesorconstante pueden ser de yeso, que producen una retardación de 550 nm ( λ), o de mica, que producen una retardación de 150 nm (λ/4). Los de espesor variable consisten en una cuña de cuarzo que produce una retardación variable entre 275 y 1650 nm.

COMPENSADORES DE YESO

COMPENSADORES DE MICA

CUÑA DE CUARZO

Figura 3.15

SECUENCIA PARA EL ESTUDIO DE LA RETARDACIÓN

Características de los diferentes tipos de compensadores. A la derecha se representa la secuencia correcta para el estudio de la retardación: polarizador, mineral en su posición de máxima anisotropía, compensador y analizador.

45


Figura 3.16

Alternanciade las posiciones de adición y sustracción cada 90º. Partiendo de un mineral decolor de interferenciaazul de 2.o orden (aproximadamente 550 nm), si insertamos el compensador de yeso (550 nm) al mineral, lo veremosverde en la posición de adición y gris oscuro en la de sustracción.

Las posiciones de adición y sustracción se alternan cada 90° al girar la platina y no constituyen en sí una característica diagnóstica del mineral, pero nos permiten identificar las direcciones de cada uno de los índices mayor y menor, y relacionarlas con la forma del cristal (comparación entre características ópticas y cristalográficas), lo cual sí es una característica diagnóstica de los minerales.

Elongación y diagramas de orientación Con el término elongación nos referimos a la relación entre las direcciones de los índices de refracción ya identificados y el largo de un cristal de extinción paralela o subparalela. Siel largoesparaleloal índicemayor,diremosqueelmineraltiene elongación positiva o que es «largo-lento», y si el largo es paralelo

al índice menor, diremos que tiene elongación negativa o que es «largo-rápido» (ver figura 3.17). La elongación es una forma particular de explicar las relaciones entre las características cristalográficas y ópticas; es válida sólo para cristales alargados de extinción paralela o subparalela, aunque, en general, a todo cristal le podemos hacer un esquema donde se relacionen dichas características, lo cual se conoce como esquema de orientación (ver figura 3.18).

Maclas La macla es el agrupamiento regular de dos o más individuos de un mismo mineral con diferente orientación y según alguna ley de simetría (plano, eje o centro de macla).

Humberto Chirif

46

NMAYOR

Largo // N mayor NMENOR

Figur a 3.17

ELONGACIÓN NEGATIVA

ELONGACIÓN POSITIVA

Largo // Rayo lento

NMENOR NMAYOR

Largo // N menor Largo // Rayo rápido

"Length-slow"

"Length-fast"

"Largo-lento"

"Largo-rápido"

Tipos deelongación. Después deanalizar la posición deadición osustracción en relación al largo del cristal, podemos llegar a uno de los siguientes casos: -Elongaciónpositiva(índicederefracciónmayordelmineralparaleloal largo). - Elongación negativa (índice de refracción mayor del mineral perpendicular al largo).

c

Extinción simétrica

Extinción paralela

Z

Extinción oblicua

001

b Y

a

Sustracción

Sustracción X

Diagrama de Orientación

Figura 3.18

Construcción de un esquema de orientación. Izquierda. Observaciones a través del microscopio (arriba) y esquemas de orientación bidimensionales (abajo). Derecha. Esquema de orientación tridimensional, donde a, b c son ejes cristalográficos. X, Y, Z son ejes que contienen a los índices a, b, g, respectivamente.

La ley de macla indica el elemento de simetría y su orientación cristalográfica. Existen maclas de contacto, en las cuales los individuos están separados por una superficie plana, y maclasde compenetración, en las cuales la superficie de macla es irregular. En contraposición a las maclas simples, si son más de dos los individuos que se repiten, diremos que se trata de una macla múltiple. En el último caso, si los individuos están dispuestos paralelamente, diremosquelamaclaespolisintética, pero si no lo están, la llamaremoscíclica.

Los minerales formadores de rocas que frecuentemente se presentan maclados son los feldespatos, anfíboles, piroxenos y carbonatos.Enlafigura3.19 semuestranlasmaclasmásfrecuentes en minerales formadores de rocas.

Desmezclas Las desmezclas o exsoluciones son separaciones de un mineral a partirdeotroquehadejadodeserestable.Lasdesmezclaspueden presentarformasdediscos, husosolamelasdediferentestamaños y frecuencia de ocurrencia. Entre los minerales formadores de rocas, las desmezclas más frecuentes son de albita en ortosa

47


A

B

C

D

010 010

010

010

010

010

010

Baveno

Periclina

Karlsbad de contacto

Karlsbad de compenetración

Albita

Albita Polisintética

Combinada Albita-Karlsbad E

F 010

Calcita

1011

Dolomita

Hornblenda

1011

010

110

Manebach

Figura 3.19

G

Lamelar polisintética

Lamelar cruzada

Maclas frecuentes en minerales formadores de rocas y sus cortes típicos en sección delgada: A, B, C, D y E en feldespatos; F en carbonatos, y G en anfíboles. (Fuente desconocida)

Figura 3.20

Zonamientodeplagioclasa.Ennícolesparalelos,el zonamientoseevidenciaporlaconcentración de minerales de alteración; mientras que en nícoles cruzados se nota la diferencia de anisotropía de cada una de las zonas concéntricas.

(pertita), de ortosa en albita (antipertita) y de clinopiroxeno en ortopiroxeno. Todas ellas se forman por enfriamiento de una fase intermediaestableaalta temperatura.

Zonamiento Duranteel desarrollodeuncristal sepresentancasosdevariación de la composición, ya sea a nivel de elementos mayores (caso de las series isomórficas) o de elementos trazas. La variación de composición se puede evidenciar por la concentración de inclusiones o de minerales de alteración en

determinadas zonas del cristal y, si la variación composicional ha afectado también la orientación del arreglo cristalino, el zonamiento se evidencia también por variación del color, del pleocroísmo o de la anisotropía de una zona a otra (ver figura 3.20). Los minerales que frecuentemente presentan zonamiento son la plagioclasa y la augita, entre otros. El estudio del zonamiento permite conocer la evolución del desarrollo del cristal. Existen equipos que permiten conocer la composición de elementos mayores y trazas en cada una de las zonas de un cristal.

Humberto Chirif

48 Inclusiones Lasinclusionessonsustanciasextrañas(minerales, vidrioo fluido) atrapados por un cristal durante su crecimiento. La naturaleza de lasinclusionesylageometríadeladistribuciónenelcristal anfitrión pueden dar pautas para interpretaciones petrológicas. En el caso de inclusiones fluidas (compuestas de gas y líquido), la medición de la temperatura a la cual se homogenizan el gas y el líquido da pautas para la determinación de la temperatura de formación de la roca. Tales mediciones se realizan con una platina térmica.

(seudomorfismo), diremosquesehaformadounmolde delmineral primario. Si la alteración se produce en los últimos estadíos magmáticos poracción delosmismosfluidos magmáticos, diremos que se trata de alteración deutérica. Si la alteración se forma después de la consolidación de la roca (ígnea, metamórfica o sedimentaria) por acción de fluidos acuosos a alta temperatura, nos referiremos a ella como alteraciónhidrotermal. La alteración producida en la superficie, o cerca de ella, por acción de aguas meteóricas y por la alta concentración de oxígeno se denomina alteraciónsupérgena.

Alteraciones Los minerales de alteración (o secundarios) son aquellos que se forman por descomposición de un mineral preexistente. La alteración comienza a verificarse por los bordes o por los planos de debilidad de los granos (clivaje, fracturas), y en algunos casos, ataca selectivamente determinadas zonas. Si la alteración llega a destruir totalmenteaunmineralpreservandosusformasexternas

Por la naturaleza de los minerales secundarios, también se reconocenlosdiferentestiposdealteraciones,talescomopropilítica, argílica, potásica, silicea, etc. En ninguno de éstos tipos la alteración se verifica homogéneamente en toda la roca, siempre habrán minerales mas propensos que otros a ser alterados. La figura 3.21 muestra una forma práctica de calificar la alteración total de una roca granítica en función a su intensidad.

Sin alteración

Alteración incipiente

Alteración moderada Figur a 3.21

Diferentes grados de alteración en una roca granítica.

Alteración débil

Alteración fuerte



CAPÍTULO IV ESTUDIO CON ILUMINACIÓN CONOSCÓPICA LUZ CONOSCÓPICA Adiferenciade laluz ortoscópica queestácompuestapor rayos de propagación paralela (o subparalela), la luz conoscópica consiste en un haz de rayos convergentes (ver figura 1.17).

Para observación con luz transmitida conoscópica, previamente debe enfocarse el mineral a estudiar con un objetivo de alto aumento correctamente centrado, y luego debe insertarse el lente AmicciBertrand. La secuencia de partes del microscopio debe ser como indica la figura 4.1. Figura de interferencia Lente de Amicci-Bertrand Analizador Imagen fuertemente ampliada Objetivo de alto poder

Objeto

Condensador de alto poder

Polarizador

Figura 4.1

Secuencia de las partes del microscopio de polarización para observación con luz transmitidaconoscópica.

Humberto Chirif

50 En algunos casos, se observa mejor la figura de interferencia retirando de la secuencia el lente Amicci-Bertrand y el ocular. El vértice del cono de luz coincide con el grano, que previamente ha sido enfocado con luz ortoscópica en una zona sin alteraciones, inclusiones y lejos de las trazas de clivaje. Se debe buscar preferentemente granos basales o perpendiculares al eje óptico. Los diferentes rayos que componen el cono inciden en el mineral con diferente orientación, de esta forma cada rayo tiene su propia «superficie de corte» y su propia distancia a recorrer dentro del mineral (ver figura 4.2). Las diferentes orientaciones con que cruzan los rayos al mineral originan lasisógiras (zonas de extinción), y las diferentes distancias que recorren dentro de él originan las isocromas (zonas concéntricasdeigualretardo). Elpunto(opuntos)por dondepasa el eje óptico se denominamelatopo. Isógira, isocroma y melatopo son los elementos de las figuras de interferencia, las cuales nos permiten reconocer el carácter óptico (ver figura 4.3).

Figura 4.2

LA FIGURA DE INTERFERENCIA UNIÁXICA Para observar una figura de interferencia uniáxica perfectamente centrada se debe buscar cristales con corte basal o cercano a él, los cuales se reconocen por permanecer en extinción entre nícoles cruzados. En la figura de interferencia de tales cristales el índice ordinario (ω) se proyectará siempre en verdadedera magnitud y con una distribución tangencial a círculos concéntricos, mientras que un índice intermedio entre el ordinario y el extraordinario (ε‘) será proyectado con distribución radial (ver figura 4.4). Como la indicatriz uniáxicaesunaelipsoidederevolución,lascaraterísticas delafigurauniáxicacentradanocambiancuandogiramosla platina. Si insertamos un compensador, habrá interferencia constructiva (adición) en los cuadrantes donde el índice mayor del mineral tenga una disposición paralela o subparalela al índice mayor del compensador(NE-SO). Enlosmineralesuniáxicos positivos esto ocurrirá en el I y el III cuadrante, y en los uniáxicos negativos en el II y el IV cuadrante.

Luz conoscópica incidiendo en mineral anisótropo. Arriba. El cono de luz está compuesto por infinitos rayosquesalendelasuperficiedelcondensadordealtopoder,convergenenunpuntodentro delmineral y continúan hasta la superficie del objetivo. Cada rayo tiene su propia dirección e inclinación. Abajo. La intersección de la indicatriz del mineral con la superficie normal a la trayectoria de los rayos («superficie de corte») tiene orientación propia para cada uno de éstos.

51


Figura 4.3

Figuras de interferencias uniáxica y biáxica. Se forman por la integración de las infinitas «superficies de corte» que cada uno de los rayos encuentra en el mineral.

γ λ

n

Figura 4.4

γ

n

λ

Signo óptico de los minerales uniáxicos. En la figura de interferencia uniáxica, el índice de refracción e‘ presenta distribución radial, y el w, distribución perpendicular a e. Al insertar un compensador seproducirá adición en los cuadrantes donde el índice mayor del mineral coincida con el del compensador; esto ocurre en el I y el III cuadrante en los minerales uniáxicos positivos (izquierda), y en el II y el IV cuadrante, en los negativos (derecha).

Sin compensador, los cuadrantes se ven de color gris (70 nm). Si hay adición con el compensador de yeso, el retardo final será |70 + 550| = 620 nm, que corresponde al azul de 2.o orden. Si hay sustracción, con el yeso el retardo final será |70 - 550| = 480 nm, que corresponde al rojo-anaranjado de 1.o orden. En conclusión,

si se usa el compensador de yeso, los cuadrantes de adición aparecerán azules, y los de sustracción, rojo-anaranjado. Con el compensador de mica insertado se verán las zonas de adición de color blanco grisáceo, y las de sustracción, gris oscuro (ver figura 4.4).

Humberto Chirif

52 En minerales uniáxicos con birrefringencia alta (capaces de formar isocromas), al insertar la cuña de cuarzo, las isocromas de menor orden serán reemplazadas por las de orden superior en los cuadrantesdeadiciónysucederálocontrarioenlosdesustracción. Esto se observa como un movimiento de las isocromas hacia el centro de la figura en los cuadrantes de adición y hacia afuera en los de sustracción (ver figura 4.5). Si el cristal que se está estudiando en luz conoscópica no presenta un corte basal, se observará una figura de interferencia descentrada. Cuanto más inclinado sea el corte más descentrada será la figura, hasta llegar a un límite en el que se forma la figura flash (isógiras muy anchas y difusas, en la que basta un pequeño giro de la platina para que desaparezca). Más allá de dicho límite no se observará figura de interferencia. La figura 4.6 muestra la formación de figuras de interferencia centradas, descentradas y flash. Muestra, asimismo, como se observa la figura de interferencia descentrada al girar la platina.

LA FIGURA DE INTERFERENCIA BIÁXICA El corte más apropiado para la observación de figuras de interferencia biáxicas es aquel normal a la bisectriz del ángulo 2V agudo (ver figura 4.7).

A diferencia de la figura uniáxica, la biáxica cambia de forma al girar la platina. En la posición 0° (las direcciones privilegiadas del mineral coinciden con las del microscopio) se formará una figura idéntica a la uniáxica (dos isogiras rectas y perpendiculares), pero al girar ligeramente la platina observaremos que la cruz se separa en dos arcos (en el I y el III cuadrante, o en el II y el IV). La distanciaentre losmelatopos(ubicadosenlapartemásangostay nítida de los arcos) y la curvatura de los arcos adquiere su máximo valor en la posición 45°. Al seguir girando, los melatopos se acercan y la forma de los arcos de las isogiras se hace cada vez más abiertay rectilíneahastaformarnuevamenteunacruzenlaposición 90° (0°). Si continuamos girando la platina en la misma dirección, se repite el ciclo, pero esta vez las isogiras con formas de arco se separan en los otros dos cuadrantes. Si insertamos un compensador, habrá interferencia constructiva (adición) en los cuadrantes donde el índice mayor del mineral tenga una disposición paralela o subparalela al índice mayor del compensador (NE-SO). En los minerales biáxicos positivos esto ocurrirá en el I y el III cuadrante, y en los negativos, en el II y el IV cuadrante. Debido a que los cuadrantes se ven deformados por la curvatura y separación de las isogiras, se recomienda hacer la verificación del signo óptico siempre en la posición 45° con el I y el III cuadrante comunicados (ver figura 4.8).

γ λ

n / 4

γ λ

n / 4

n

n

Figura 4.5

Determinación del signo óptico de minerales uniáxicos.

γ

λ

γ

λ

γ

a n u ñ c

γ

a n u ñ c

Boletin J Microscopia Optica de Minerales

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