Propiedades de Nicoles paralelos y cruzados
Práctica de Petrografía #2 [Subtítulo del documento]
Stefania Hernández Segovia
OBJETIVOS Objetivos Generales
Comprobar y constatar los efectos del uso de los nícoles en la sección delgada, medir y asignar valores a las distintas propiedades como ángulo de extinción y birrefringencia, para finalmente presumir de qué mineral se trataría.
Objetivos específicos
Conocer el uso de los nicoles (cruzados y paralelos), su ubicación, sus propiedades e importancia en el estudio de secciones delgadas por medio de la práctica. Definir cada una de las propiedades que se consiguen con cada posición del nícol. Comparar, describir y diferenciar lo que se obtiene visualmente de la muestra para distinguir las propiedades ópticas de la lámina delgada. Analizar e investigar los conceptos de dichas propiedades a fin de ahondar el conocimiento de la práctica.
MARCO TEÓRICO El principio del microscopio polarizador (nícol paralelo) En 1828 William Nicol logró ensamblar el microscopio polarizante con la finalidad de estudiar las rocas en un enfoque más próximo a su realidad cristalina. Los estudios de secciones finas se basan en el principio de las propiedades ópticas de los cristales cuando se los observa con luz polarizada. La luz sale del foco vibrando en infinitas direcciones y luego de ser conducida por reflexión en los espejos interiores, sale a través del filtro del microscopio y atraviesa el Polarizador, o Nícol Inferior, que está hecho de una sustancia que sólo deja pasar la luz que vibra limitada a una sola dirección como se puede apreciar en la siguiente ilustración:
Ilustración 1 Polarización de luz en el nícol inferior Fuente: Manual de mineralogía
Color y pleocroísmo Al observar las secciones finas en nícoles paralelos se observa el color verdadero del mineral y aunque la mayoría de los minerales son incoloros, aquellos que presentan color tienen un rasgo distintivo entre los demás. Normalmente los minerales máficos, que son coloreados en muestra de mano, presentan color en sección fina. Así mismo, los minerales félsicos, que tienen colores pálidos en muestra de mano, se presentan transparentes en sección fina. En el caso de los minerales Isótropos, el color permanece constante al girar la platina; pero los minerales anisótropos presentan una propiedad especial y al girar la platina cambian los tonos de su color, este efecto se conoce como Pleocroísmo . Cada índice de refracción genera un color. Los minerales uniáxicos (Trigonal, Tetragonal y Hexagonal) son dicroicos mostrando dos
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tonos de color, mientras los minerales biáxicos (Ortorrómbico, Monoclínico y Triclínico) son tricroicos, con tres tonos de color. Según la luz vibre en la dirección perpendicular a lo s ejes definidos por los índices de refracción, presentará un color diferente. La intensidad del tono del color está controlada por la absorción de la luz.
Ilustración 2 Pleocroísmo Fuente: Manual de mineralogía
En una descripción petrográfica el color es una de las propiedades más evidentes e inmediatas y se debe describir el tono, intensidad, posibles variaciones. No se debe de confundir con el color de interferencia, (polarizadores cruzados).
Forma y Hábito La forma es la calidad de la terminación de las caras de un mineral determinado. En base a ello clasificamos un mineral como: •Automorfo (euhedral o idiomorfo), es un mineral bien formado con sus caras bien desarrolladas. •Subautomorfo (subhedral o hipidiomorfo), algunas de las caras están bien formadas. •Xenomorfo (anhedral), granos con formas irregulares, (ameboides, rellenado de huecos, etc.).
El hábito describe la morfología externa del mineral, con términos como:
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•Prismático, formas a largadas cortas. •Acicular, formas prismáticas muy alargadas. •Fibroso, morfologías muy alargadas, filiformes. •Tabular, forma de paralelepípedo. •Planar, formas planas u hojosas. •Equidimensional, normalmente se da en cristales del sistema cúbico.
Para determinar el hábito es necesario realizar la observación de varios granos automorfos o subautomorfos del mismo mineral, y a partir de ellos, estimar su morfología tridimensional. No se puede determinar en minerales xenomorfos.
Ilustración 3 Granos automorfos de plagioclasas. Luz polarizada plana Fuente: Atlas de mineralogía óptica
Ilustración 4 Cristales subautomorfos (alargados y presentando alguna de las caras). Luz polarizada plana. Fuente: Atlas de mineralogía óptica
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Ilustración 5 Granos xenomorfos de cuarzo. Polarizadores cruzados. Fuente: Atlas de mineralogía óptica
Índice de refracción y Relieve El índice de refracción (n) de un medio se define como el valor de la velocidad de la luz en el vacío (c) dividido entre la velocidad de transmisión de la luz en ese medio. n = c / Vmedio. Por tanto, cuanto mayor sea el índice de refracción de un medio menor será la velocidad de la luz al atravesarlo. Los valores más comunes, de índices de refracción en los minerales, están entre 1.5 y 2.0. En una lámina delgada no podemos hacer medidas cuantitativas del índice de refracción pero podemos estimarlo estudiando el relieve. El relieve (o refringencia) es una propiedad que se define como la intensidad de la sombra en el borde de un grano (en las fracturas y planos de exfoliación). Esta sombra (ver figura), se produce como efecto de cambios en la dirección de la luz en el contacto entre dos medios (minerales) de diferente índice de refracción, debido a que los medios de mayor índice se comportan como lentes convergentes.
El relieve lo describimos bajo, medio, alto, muy alto etc. (en algunos casos bajo negativo o medio negativo).
Ilustración 6 Índices de refracción Fuente: Atlas de mineralogía óptica
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La línea de Becke nos permite comparar los índices de refracción de dos minerales en contacto. Esta línea que se produce por acumulación de luz, al desenfocar la muestra por encima del mineral (al alejar el objetivo de la lámina), y se desplazará hacia el grano de mayor índice de refracción. Este efecto es debido a que el mineral se comporta como una lente convergente cuando su índice de refracción es mayor que el del medio que le rodea y como una lente divergente en el caso contrario (ver figura). Para ver esta línea es necesario utilizar un objetivo de aumento mediano (10X) o grande (40X) y una iluminación algo menos intensa que la normal (cerrando parcialmente el diafragma), de esta forma se aumenta el contraste en los límites de grano.
Ilustración 7 Línea de Becke. Fuente: Atlas de mineralogía óptica Comportamiento de la línea de Becke en un mineral sumergido en una gota de aceite de inmersión. En A la línea de Becke “entra”
hacia el mineral (al enfocar en el plano), ya que presenta mayor índice de refracción que el aceite; en B, la línea de Becke “sale” hacia el aceite (con mayor índice de refracción que el mineral).
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Exfoliaciones y Fracturas Las exfoliaciones son discontinuidades, paralelas y rectas que aparecen como líneas sombreadas en el interior del mineral. Están condicionadas por la estructura interna (cristalina) del mineral y son características de éste. Puede haber uno o más sistemas de exfoliación y se describen con términos como: perfecta, buena, pobre, fina, discontinua, etc.
Las fracturas son discontinuidades que no son características del mineral y que dependen de condiciones externas (como deformaciones tectónicas, etc). Se pueden describir cuando son muy abundantes o presentan alguna característica especial (como estar rellenas de otros minerales, favorecer la alteración).
El analizador o Nícol superior Es una de las partes móviles del microscopio, es alternativa y el usuario puede retirarlo o introducirlo según la necesidad de análisis de la muestra. Su posición definirá una situación óptica para la muestra en estudio. Cuan do se extrae, se presenta la situación “Nícoles Paralelos”. Esta situación se verifica, observando por el ocular, sin sección fina, el campo visual entonces se observa blanco. Cuando se introduce se presenta la situación “Nícoles Cruzados”. Para verificar esta situación, una vez introducido el Analizador, el campo se observa oscuro. El Nícol Inferior (polarizador) restringe la vibración de la luz a la dirección vertical (Norte-Sur) en el plano del campo de visión. El Nícol Superior (analizador), lo hace en la dirección perpendicular al Inferior, es decir, en dirección horizontal (Este-Oeste).
Ilustración 8 Esquema de la "luz" en nícoles cruzados Fuente: Manual de mineralogía óptica
Ángulo de Extinción y Elongación Denominamos ángulo de extinción al definido entre las direcciones preferentes del grano (alargamiento en cristales automorfos o subautomorfos) y las direcciones de vibración de los dos rayos polarizados. Nos indica la posición de éstas respecto a la dirección de alargamiento del cristal. La elongación nos indica cuál de los dos rayos polarizados, el lento (ng) o del rápido (np), está más cerca de la dirección de alargamiento del cristal. Decimos que un mineral tiene elongación positiva cuando el rayo lento (ng) es el que forma menos de 45º con la dirección de alargamiento, en el caso contrario la elongación será negativa.
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Birrefringencia Los colores que se producen en el microscopio petrográfico, al colocar el segundo polarizador, están ocasionados por fenómenos de interferencia de la luz polarizada con los medios anisótropos. Al estudiar un mineral anisótropo entre polarizadores cruzados, observamos una variación máxima de los colores en un giro de 45º, entre la posición de menor iluminación (posición de extinción) y el color de interferencia (posición de máxima iluminación). En los medios isótropos no se producen estos procesos de interferencia, por lo que, entre polarizadores cruzados, y para cualquier posición, siempre se observan de color negro “o en extinción” Las velocidades de los dos rayos polarizados son diferentes ya que tienen diferentes índices de refracción (n1 y n2), el rayo de mayor índice de refracción es el más lento. Durante el tiempo que el rayo lento atraviesa el medio anisótropo el rápido ha conseguido una ventaja sobre el lento que se denomina retardo (Δ). Una vez que los dos rayos polarizados han atravesado el medio anisótropo mantienen el retardo y continúan como dos rayos perpendicularmente polarizados que vuelven a transmitirse a la misma velocidad. La relación entre el retardo, el espesor del mineral (d) y la birrefringencia (n1-n2) viene dada por la relación: Δ= d (n1 - n2). Al igual que el ángulo de extinción no se puede medir en granos xenomorfos (sin una dirección preferente clara).
MATERIALES Y MÉTODOS Materiales
Microscopio petrográfico
Lámina delgada
Métodos Posición de Nícoles paralelos y nícoles cruzados: Para empezar a realizar el trabajo, será necesario tener conocimiento de los nícoles en el microscopio, su ubicación dentro de éste y
propiedades, útiles para empezar a trabajar la información de las láminas. Analizador: Ubicado en la parte superior, se distingue por los ángulos r eseñados en esa zona, que cuentan de 0° a 90° grados,
indicando que cuando el analizador está en posición de cero, solo está actuando el nícol de la parte de abajo o polarizador (nícoles paralelos), mientras que en la posición de 90° grados actúa el analizador en conjunto con el polarizador, o lo que se conoce como nícoles cruzados Ilustración 9 Analizador Fuente: Manual de mineralogía óptica
Posición de la sección fina: Cuando se coloca la sección fina a estudiar sobre la platina rotatoria, se debe tener en cuenta que el cubreobjetos de la sección esté hacia arriba como se
ilustra en la imagen a continuación.
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Ilustración 10 Fuente: Manual de mineralogía óptica
También es fundamental tener presente, que durante las prácticas, el usuario requerirá cambiar el objetivo con el que observa la muestra, bien sea por necesidad de un mayor o menor aumento. Esta operación debe hacerse cuidadosamente, haciendo el cambio siempre en uso del revólver y no directamente con los objetivos:
Ilustración 11 Uso del revólver Fuente: Manual de mineralogía óptica
Otra observación importante es que, dado que los objetivos extienden su longitud en f orma proporcional al incremento de su ampliación, lo que se conoce como « reducción de la distancia de trabajo »; el usuario debe tener presente, cuando haya seleccionado un objetivo superior a 10x, que la distancia se ha reducido, de modo que al enfocar la visión debe utilizar el tornillo micrométrico, a fin de evitar el impacto del objetivo sobre la muestra, lo que podría eventualmente romperla.
Ilustración 12 Reducción de distancia de trabajo Fuente: Manual de mineralogía óptica
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ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN Tenemos las siguientes imágenes conseguidas de la muestra de mi neral analizada en el laboratorio:
Ilustración 13 Tomada por: Stefanía Hernández
La imagen de la ilustración 13, corresponde a la muestra observada en el laboratorio con nicoles paralelos, donde se aprecia el color de distintos cristales minerales. Es muy importante saber registrar lo que se observa en el microscopio y saber utilizar las herramientas del mismo a fin de poder realizar un mejor análisis de la muestra. Se puede apreciar dentro de la imagen que el cristal es incoloro, con hábito subhedral, observamos las fracturas y las líneas de exfoliación que son ubicadas en la posición de 0° en marco coordenado del lente como se muestra en la ilustración 14.
Ilustración 14 Alineación de las líneas en 0° al margen. Fuente: Manual de mineralogía óptica
A partir de ésta posición podemos determinar el ángulo de extinción poniendo los nicoles cruzados, rotando la platina hasta ver el primer cambio de color en la muestra:
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Ilustración 15 Ángulo de extinción. Tomada por: Stefanía Hernández
En la platina tenemos los ángulos, el medido en este caso es de 10° y decimos que la muestra se extingue a 10°. Birrefringencia: El mineral produce dos rayos que presentan interferencia, lo que permite que se vea un color. A partir del mineral extinto se suman 45° y el resultado en la imagen microscópica es el tono máximo de birrefringencia que para añadirle un valor es necesario buscar el tono en la tabla de Michel Levy. El valor hallado para mi muestra fue de: 0.08
Ilustración 16 Tono máximo de birrefringencia. Tomada por: Stefanía Hernández
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Para hallar el signo de alargamiento se inserta una cuña de cuarzo al microscopio y luego observamos el color para volver a revisar en la tabla de Michel Levy y fijarse si el color está por encima o debajo del máximo tono de birrefringencia; en base a esto, si se encuentra arriba es signo positivo (+) y si se encuentra debajo, negativo (-). Para las operaciones de identificación de minerales se utilizarán dos elementos externos del microscopio, extraíbles, las láminas de Yeso y Mica; y la Cuña de Cuarzo. La lámina de Mica se utiliza para estudiar minerales de baja birrefringencia (como el Cuarzo). La lámina de Yeso se usa para estudiar minerales de birrefringencia media (como la Biotita). La cuña de Cuarzo tiene múltiples aplicaciones, entre las cuales está la determinación de la birrefringencia y el orden de los colores de interferencia.
Ilustración 17 Cuña de cuarzo Fuente: Manual de mineralogía óptica.
Ilustración 18 Lámina de mica y yeso Fuente: Manual de mineralogía óptica.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Aprendimos el uso de los nicoles (cruzados y paralelos), su ubicación, sus propiedades e importancia en el estudio de secciones delgadas por medio de la práctica. Aplicamos y reconocimos visualmente cada una de las propiedades que se consiguen con cada posición del nícol. Comparamos, describimos y diferenciamos lo que se obtiene visualmente de la muestra para distinguir las propiedades ópticas de la lámina delgada. Hallamos los valores del ángulo de extinción y birrefringencia de la muestra
Se entienden los cuidados del microscopio durante la revisión de la muestra: hay que tener cuidado con el cambio de los objetivos ya que cada aumento es más largo que el otro y al no usar el macro, corremos peligro de dañar la muestra con el objetivo. Tener mucha paciencia y tino para hallar en las muestras las fracturas, planos de exfoliación o clivajes.
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BIBLIOGRAFÍA
Manual de óptica mineral (José Contreras Quintero, 2011) [en línea]. Disponible en: https://tarentatuy.files.wordpress.com/2011/08/manual-optica-mineral-parte-ikjk.pdf Atlas de mineralogía óptica [en línea]. Disponible en: http://www.ehu.eus/mineralogiaoptica/Atlas_de_Mineralogia_Optica/Propiedades_O pticas/Propiedades_Opticas.html
ANEXOS
Ilustración 19 Tomada por: Stefanía Hernández
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Ilustración 20 Tomada por: Stefanía Hernández
Ilustración 21 Tomada por: Stefanía Hernández
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