3. Светопреломление

Светопреломление происходит в результате изменения направления све­тового луча при прохождении его через минерал, обусловленное различными скоростями распространения света в воздухе и в минерале. Для выражения особенностей светопреломления минералов пользуются вспомогательной поверхностью — оптической индикатрисой, имеющей форму эллипсоида. Размер каждого радиуса-вектора индикатрисы представляет показатель преломления (п) кристалла для тех волн, колебания которых совершаются в направлении этого вектора. Для однородноаморфных минералов и мине­ралов кубической сингонии индикатриса имеет форму шара, так как все ее радиусы-векторы одинаковы. Такие минералы называются оптически изо­тропными и для них характерен один показатель преломления. В минералах других сингонии показатели преломления изменяются с изменением направления поэтому такие минералы называются оптически анизотропными.  Для минералов, кристаллизующихся в тетрагона и гексагональной сингониях, оптическая индикатриса представляет эллипсоид вращения, ось которого является оптической осью. Перпендикулярно к оси располагается круговое сечение, которое означает, что луч проходящий в направлении оптической оси, не испытывает двойного лучепреломле­ния, а колебания световой волны, распространяющиеся перпендикулярно световой нормали, по всем направлениям одинаковы. Оптическая ось совпа­дает с осями симметрии четвертого, третьего или шестого порядка. Минералы этих сингоний в оптическом отношении являются одноосными. В них показа­тели преломления изменяются с изменением направления хода лучей в ми­нерале от некоторого максимального показателя (ng) до минимального (пр). Оптически одноосные минералы, у которых в круговом сечении лежит наименьший показатель преломления, называются положительными. Если в круговом сечении лежит наибольший показатель преломления, то они являются отрицательными. Минералы, кристаллизующиеся в ромбической, моноклинной и триклинной сингониях, характеризуются индикатрисой в виде трехосного эллипсоида. Оси этого эллипсоида отвечают по значению трем показателям преломления ng, run, пр. В трехосных эллипсоидах есть два круговых сече­ния, перпендикулярно к которым проходят две оптические оси. Минералы ромбической, моноклинной и триклинной сингоний оптически двуосны. Угол, образуемый двумя оптическими осями, обозначается 2V. в зависи­мости от того, каким направлениям в оптической индикатрисе отвечают наибольший (ng), средний (пт) и наименьший (пр) показатели преломления, различают оптически положительные и оптически отрицательные минералы.  Оптически положительными являются такие, в которых наибольший показатель преломления (ng) отвечает положению острой ,т.е биссектрисы острого угла между оптическими осями. Если этому положе­нию отвечает наименьший показатель, то минералы будут оптически отрицательными.  При определении минерала важное значение имеет также характер удлинения минерала, или знак зоны. Если с направлением удлинения мине­рала совпадает больший показатель преломления (ng), то такой минерал относят к имеющим положительное удлинение (+) и наоборот: если с направ­лением удлинения совпадает меньший показатель преломления, минерал имеет отрицательное удлинение (—). Минералы по характеру удлинения делятся на четыре категории: 1) минерал положительный, удлинение положительное (кварц — SiO₂, циркон — Zr[SiO₄], рутил — ТiО₂); 2) минерал отрицательный, удлинение отрицательное (апатит Са₂Са₃(С1, F, ОН)[РО₄]₃» доломит — CaMg[CO₃]₂); • 3) минерал положительный, удлинение отрицательное (мелилит—Са₂ (Mg, Al) [(Si, Al)₂Si0₇], брусит—Mg(OH)₂); 4) минерал отрицательный, удли­нение положительное (гематит — Fe₂O₃, тальк — Mg₃(OH)₂[Si ₄O₁₀]). Как известно, в различных средах скорость распространения света неодинакова для разных длин волн. Вследствие этого наблюдается различие в показателях преломления для различных длин волн. Это явление, носящее название дисперсии показателей преломления, обусловливает дисперсию хилы двупреломленияи дисперсию угла оптических осей, т. е. разную величину угла оптических осей в кристалле для света разных длин волн. Положение круговых сечений, нормалями к которым являются оптические оси, опреде­ляется в двуосных кристаллах относительной величиной главных осей инди­катрисы Ng, Nm, Np. Для света разных длин волн эти величины различны, следовательно, и индикатриса для каждой длины волны имеет свою величи­ну. Если форма всех этих индикатрис одна и та же, т. е. если оси Ng, Nm, Np, увеличиваясь или уменьшаясь, сохраняют отношение своих величин, то круговые сечения для света всех длин волн занимают одинаковое положе­ние, и дисперсия оптических осей не имеет места. Чаще всего индикатрисы .для разных длин волн не вполне подобны друг другу следствием чего является несколько различное положение круговых сечений и дисперсия оптических осей. Различают два вида дисперсий угла оптических осей: 1. Угол оптических осей для длинных волн (красных) больше, чем для коротких (фиолетовых). 2. Угол оптических осей для длинных волн меньше, чем для коротких. В некоторых случаях в результате сильной дисперсии меняется поло­жение плоскости оптических осей. Примером может служить брукит (TiO₂, минерал ромбической сингонии, оптически положительный), у которого оси индикатрисы с уменьшением длины волны увеличиваются несколько нерав­номерно: та ось, которая для красных лучей была наименьшей {Np), для синих становится средней (Nm); в связи с этим положение плоскости опти­ческих осей меняется на перпендикулярное. Явления светопреломления изучают при помощи поляризационного микроскопа в тонких шлифах (толщиной около 0,02 мм) или в порошках, погружаемых в специальные иммерсионные жидкости. Этот метод получил название иммерсионного. Поляризационным микроскопом можно сравнитель­но быстро определять минералы, так как каждому минералу свойственны характерные для него оптические константы.