Signos ópticos

La determinación del carácter óptico de un mineral se realiza a partir del estudio de la FIGURA DE INTERFERENCIA. Esta figura se obtiene, en un microscopio petrográfico, al utilizar iluminación conoscópica (convergente), lo que implica la utilización del condensador auxiliar (2º condensador), el objetivo de máximo aumento, los dos polarizadores cruzados y la lente de Bertrand (en el caso de un microscopio sin este accesorio se observa la imagen extrayendo el ocular).

Debemos de tener en cuenta que, al igual que otras propiedades, el aspecto de la figura de interferencia depende de la sección del mineral estudiado, por lo qué en algunas orientaciones, la figura de interferencia va a ser más difícil de interpretar. Es conveniente buscar los granos de menor birrefringencia, del mineral estudiado, para estar más cerca de las figuras de interferencia centradas. Además, el grano debe de ser lo suficientemente grande como para cubrir completamente el campo visual (con el objetivo de 40X) y, a ser posible, estar libre de inclusiones, alteraciones, etc.

FIGURA DE INTERFERENCIA UNIÁXICA

En un medio uniáxico orientado de manera que el eje óptico coincida con el eje del microscopio (sección isótropa) se obtiene una figura de interferencia perfectamente centrada. Sobre el condensador auxiliar se forma un cono de luz, que hace que los diferentes rayos incidentes atraviesen el mineral en diferentes orientaciones (diferentes espesores y en direcciones con distinto índice de refracción). Una vez atravesado el mineral, la luz forma un cono invertido al pasar la luz del mineral al objetivo del microscopio. Este recorrido implica que todos los rayos que inciden formando el mismo ángulo con el eje óptico sufren el mismo retardo al atravesar el mineral y generan conos invertidos del mismo color de interferencia. Estos conos dan lugar a las ISOCROMAS. Éstas presentan mayor retardo cuanto más cerca del borde externo del cono de luz se forman. Cuanto más espesor tenga el cristal o mayor birrefringencia ¬por lo tanto mayor retardo–, aparecerán isocromas correspondientes a ordenes de color más altos.

Formación de las isocromas en un mineral uniáxico. Al utilizar luz convergente los rayos de luz que atraviesan el mineral presentan diferentes retardos: el rayo (1) = coincide con el eje óptico y no presenta doble refracción y su retardo = 0, el rayo (2) tiene un retardo intermedio y el (3) el retardo máximo. Los conos generados por los rayos que forman el mismo ángulo con el eje óptico, presentan igual retardo y, por lo tanto, dan lugar al mismo color de interferencia (isocromas).

Cada uno de los rayos se divide en dos, perpendicularmente polarizados, de forma que la dirección de vibración de los rayos ordinarios (ω) es tangente a las isocromas y la de los extraordinarios (ε) es perpendicular a las isocromas. Cuando las posiciones de vibración de estos dos rayos coinciden con los planos de los polarizadores dan lugar a posiciones de extinción que sumadas originan las ISOGIRAS (con forma de cruz negra en los uniáxicos). El rayo que se transmite a lo largo del eje óptico (no se desdobla) da lugar a un punto denominado MELATOPO.

FIGURA DE INTERFERENCIA UNIÁXICA: Se puede observar la figura uniáxica colocando una lámina de biotita entre dos filtros polarizadores, utilizando la iluminación conoscópica y proyectando la imagen sobre una “pantalla” construida con una pelota de ping-pong.

Lo más probable es que la figura de interferencia esté descentrada (el eje óptico no coincide con el eje del microscopio). En este caso se identifica el tipo de figura, la posición del melatopo, etc. girando la platina y observando el comportamiento de la figura de interferencia. Una vez identificados los diferentes cuadrantes, y utilizando el compensador λ o la cuña de cuarzo, podemos determinar el carácter positivo o negativo, teniendo en cuenta que el mineral será positivo si (ε>ω) y el mineral será negativo si (ω>ε). La figura tipo “flash” la obtenemos al utilizar luz conoscópica para estudiar un grano orientado de forma que el eje óptico sea paralelo a la platina del microscopio (sección de birrefringencia máxima). En este caso la interpretación es más complicada.

DETERMINACIÓN DEL SIGNO ÓPTICO EN UNA FIGURA UNIÁXICA. Una vez obtenida la figura de interferencia, introducimos el compensador λ en la ranura de accesorios Con esta disposición observamos el comportamiento de los colores en los cuatro cuadrantes de la figura de interferencia, en dos de ellos el color subirá, mientras que en los otros dos el color bajará (al introducir el compensador λ).

Como el índice ω es tangente a las isocromas este será el rayo retardado por el compensador en los cuadrantes 2º (superior izquierdo) y 4º (inferior derecho). Si los colores bajan en el 2º y 4º cuadrante el signo es positivo, ya que esto quiere decir que el compensador (que retarda al rayo ω) está retardando al más rápido y por lo tanto este es el de índice de refracción menor. En el caso de que el color suba en estos mismos cuadrantes significa que estamos retardando al rayo más lento (ω es más lento que ε), por lo tanto, el signo óptico será negativo. Si observamos el 1^er cuadrante (superior derecho) o el 3º (inferior izquierdo) el razonamiento es similar, de forma que si el color sube en estos cuadrantes el signo es positivo ya que el efecto del compensador es el contrario.

Figuras de interferencia uniáxicas (calculadas) y su interpretación

a) y b) arriba y centro: posición de los planos de vibración de los rayos polarizados en figuras de interferencia uniáxicas (modificado de Bloss, 1999).

a  abajo: Uniáxico (+) En los cuadrantes, superior derecho e inferior izquierdo de la figura de interferencia, al introducir λ retardamos al rayo que vibra perpendicularmente a las isocromas (ε’). Si el color sube, significa que estamos retrasando al rayo más lento (ω<ε’), por lo que el signo óptico es positivo.

b abajo: Uniáxico (-) En los mismos cuadrantes, al introducir λ, si el color baja, al retardar a (ε’), significa que estamos retrasando al rayo más rápido (ε’<ω), por lo que el signo óptico es negativo. Las flechas blancas indican la subida o bajada de color en las distintas zonas de la figura de interferencia.

FIGURA DE INTERFERENCIA BIÁXICA

La figura de interferencia en un mineral biáxico consiste en dos isogiras, con forma de brazos de hipérbola, centradas en cada uno de los dos ejes ópticos (que se juntan y se separan al girar la platina del microscopio) y de dos grupos de isocromas con centros en los ejes ópticos. Estas isócronas no presentan forma de cono, como en el caso de las correspondientes a figuras de interferencia uniáxicas, sino superficies complejas (superficies de Bertin). El aspecto de la figura de interferencia biáxica depende en gran medida de la orientación del grano mineral y podemos diferenciar cuatro tipos principales de secciones: de bisectriz aguda (Bxa), de bisectriz obtusa (Bxo), con eje óptico vertical, sección paralela al plano óptico (“flash”) y, además, todas las posibilidades de secciones aleatorias. En todos los casos las figuras están formadas por isocromas e isogiras.

MELATOPOS: puntos correspondiente a lo rayos que se transmiten a lo largo de los eje ópticos. ISOGIRAS: resultado de las posiciones de extinción de todos los rayos cuyos planos de vibración de luz coinciden con los polarizadores del microscopio. ISOCROMAS: superficies complejas de rayos de luz que presentan el mismo retardo.

FIGURA DE INTERFERENCIA BIÁXICA: Se puede observar la figura uniáxica colocando una lámina de moscovita entre dos filtros polarizadores, utilizando la iluminación conoscópica y proyectando la imagen sobre una “pantalla” construida con una pelota de ping-pong.

DETERMINACIÓN DEL SIGNO ÓPTICO EN UNA FIGURA BIÁXICA El carácter óptico de un mineral biáxico se determina identificando la posición de los índices de refracción α, β y γ, de forma que si γ es el que está en la zona de 2V< 90 (bisectriz aguda de los ejes ópticos) el signo es positivo, mientras que si α es el que está en la zona de 2V< 90 (bisectriz aguda) el signo es negativo. Para determinar el signo óptico a partir de una figura de interferencia es necesario, en primer lugar, determinar si la figura que tenemos es la correspondiente a una sección de bisectriz aguda u obtusa. En general, las figuras de bisectriz aguda son más nítidas y las isogiras pueden permanecer en el campo visual (o próximas a este) al girar la platina.

Cuando los dos rayos de luz que se propagan a lo largo de la bisectriz aguda (Bxa) emergen en el centro de la figura de interferencia sabemos que β vibra siempre perpendicularmente al plano óptico, de forma que uno de los otros dos, α, o γ, vibra perpendicularmente a β y paralelamente a la bisectriz obtusa. Si el mineral es ópticamente positivo γ es el índice situado en la bisectriz aguda (Bxa = γ y Bxo = α). Si el mineral en negativo α es el índice situado en la bisectriz aguda (Bxa = α y Bxo = γ). Para determinar estas posiciones es necesario conocer si el rayo que vibra perpendicularmente a β (paralelamente a la bisectriz obtusa) es el rápido o el lento y para ello utilizamos el compensador λ (o la cuña de cuarzo).

Al igual que en los minerales uniáxicos, podemos encontrar figuras “flash” en secciones de birrefringencia máxima (en el plano óptico paralelo a la lámina delgada) que son difíciles de interpretar.

Estimación del ángulo 2V en figuras de interferencia biáxicas: En bisectrices agudas la separación entre las dos isogiras nos permite estimar el ángulo 2V, teniendo en cuenta la apertura numérica del objetivo empleado. En figuras de interferencia centradas la estimación del ángulo 2V se puede hacer por correlación con el grado de curvatura de la isogira visible.

Figuras de interferencia biáxicas (calculadas) y su interpretación

a) y b) arriba y centro: posición de los planos de vibración de los rayos polarizados en figuras de interferencia biáxicas de bisectriz aguda (modificado de Bloss, 1999).

a  abajo: Biáxico (+) En el centro de la figura de interferencia, β está en la posición de retardo del compensador. Si el color sube, β es el rayo lento (el perpendicular en el mismo plano es α), por lo que γ es el índice que está en la bisectriz aguda, entonces el signo óptico es positivo.

b abajo: Biiáxico (-) En el centro de la figura de interferencia, β está en la posición de retardo del compensador. Si el color baja, β es el rayo rápido (el perpendicular en el mismo plano es γ), por lo que α es el índice que está en la bisectriz aguda, entonces el signo óptico es negativo.