VI.- OBSERVAÇÃO CONOSCÓPICA DOS MINERAIS · uniaxial negativo, mostrando as superfícies de...

________________________________________________ Mineralogia Óptica, Nardy, A.J.R; Machado, F.B, cap.VI, pag.84

= Ângulo do campo conoscópio

Mineral

Condensadormóvel

Lente de Amici- Bertrand

Para a ocular

Feixe de luz proveniente do polarizador

VI.- OBSERVAÇÃO CONOSCÓPICA DOS MINERAISMinerais uniaxiais

O sistema conoscópico, no microscópico petrográfico, é composto pelo analisador, condensadormóvel, lente de Amici-Bertrand e objetiva de grande aumento linear (40 a 60x). A observaçãoconoscópica dos minerais transparentes consiste na obtenção de figuras de interferência, o quepermite analisar um grande número de propriedades ópticas ao mesmo tempo, dentre elas:

♦ caráter isotrópico ou anisotrópico,

♦ caráter uniaxial ou biaxial,

♦ sinal óptico dos minerais uniaxiais e biaxiais,

♦ estimativa da birrefringência,

♦ obtenção do valor aproximado do ângulo 2V dos minerais biaxiais

♦ orientação óptica dos minerais, que consiste na localização das direções ordinária eextraordinária dos minerais uniaxiais; e aquelas X, Y e Z dos minerais biaxiais,

♦ tipos de dispersão da luz

No sistema conoscópico, o feixe de luz proveniente dopolarizador incidente sobre a face inferior de ummineral, não é paralelo, mas sim fortementeconvergente, devido a atuação do condensador móvel,de tal forma que em seu interior se desenvolve um conede luz fortemente divergente que se dirige para a lentede Amici-Bertrand. Com isso, mesmo para um mineralcom espessura constante, os raios de luz percorremespessuras diferentes em seu interior, o que resulta noaparecimento das figuras de interferência.

Os minerais isotrópicos não geram figuras deinterferência, enquanto que os minerais anisotrópicosapresentam figuras de interferência de vários tipos,conforme sua natureza óptico- cristalográfica.

Figura VI.1- Esquema mostrando a formação da figura deinterferência na superfície da Lente de Amici-Bertrand pela atuaçãodo condensador móvel.


As figuras de interferência dos minerais uniaxiais

Toda substância anisotrópica observada à nicóis cruzados e iluminada por um feixe de luzconvergente fornece uma figura de interferência. Entretanto na mineralogia óptica nos interessamaquelas figuras que tenham definição suficiente para a obtenção inequívoca das informaçõesdesejadas, em especial o caráter e o sinal óptico do mineral. Os tipos de figuras de interferênciafornecidas por um mineral dependerão dos elementos ópticos envolvidos nas seções analisadas. Viade regra, estas figuras recebem os nomes dos elementos ópticos que são perpendiculares às seçõesem análise.Observe que um certo mineral uniaxial hipotético representado com suas diferentes faces noesquema da Figura VI.2, poderá exibir três tipos de figuras de interferência principaisdenominadas:eixo óptico centrado

eixo óptico não centradoflash” ou relâmpago

Figura VI.2: Modelo óptico-cristalográfico de um mineral uniaxial hipotético, mostrando os tipos de figuras deinterferência que podem ser obtidos dependendo da face observada. Assim:

A face (0001), que corresponde à seção basal do mineral, é perpendicular ao eixo óptico e portanto fornece uma figuradenominada de “eixo óptico”

A face (1010) contém o eixo óptico, e fornece uma figura de interferência denominada de relâmpago ou “flash”, ouainda de normal óptica, pois é perpendicular à seção circular (0001)

A face (1011) é uma face que apresenta inclinação intermediária entre aquela basal (0001) e a longitudinal (1010). Nocaso do exemplo, sua inclinação é tal que permite o aparecimento de uma figura de interferência do tipo eixo ópticonão centrado. De fato, esta figura representa uma situação de transição entre as figuras de eixo óptico centrado e“flash”.


N

NW

S

SESW

EW

NELi nha

s is

ocromáticas

Figura de Eixo Óptico Centrado

Um mineral uniaxial, com elipse de intersecção paralela à seção circular, terá seu eixo ópticodisposto perpendicularmente ao plano da platina, e portanto apresenta apenas uma direção daindicatriz “O” ou um índice de refração associado, ou sejanβ , conforme mostra a Figura VI.3. Um fragmento de umacerta espécie mineral apresentará este tipo de figura deinterferência quando, sob nicóis cruzados, mostrar-sesempre escuro (extinto) com a rotação da platina.

Esta figura consiste de uma cruz escura e nítida, quepermanece imóvel quando se gira a platina. O centro dacruz corresponde ao ponto de emergência do eixo óptico,que é denominado melatopo, e os ramos da cruz, deisógiras, que determinam quatro quadrantes na figura deinterferência: NE, SE, SW e NW (Figura VI.4).Quando a birrefringência do mineral é alta, ou se a suaespessura é grande, aparecem na figura de interferêncialinhas coloridas concêntricas em relação ao melatopo,denominadas de Linhas isocromáticas, Figura VI.4. Poroutro lado, se a birrefringência do mineral é baixa ou se asua espessura é pequena, as linhas isocromáticas sãosubstituídas por manchas de cores de interferência de baixa ordem nos diferentes quadrantes.Assim sendo, quando a espessura de um mineral for conhecida, a presença ou não das linhasisocromáticas é indicadora da birrefringência do mineral.

Figura VI.4- Esquema de uma figura de interferência uniaxial do tipo eixoóptico centrada, o centro corresponde ao ponto de emergência do eixoóptico ' é denominada de melatopo. A cruz escura e larga, que permaneceimóvel quando rotacionada a platina, determina quatro quadrantes, NW,NE,SW e SE. Quando a birrefringência do mineral é alta tem-se a presençadas linhas isocromáticas, concêntricas em relação ao melatopo.


Formação da Figura de Interferência

Os raios de luz que atravessam o mineral no sistema consocópico, são divergentes e pode-seconsiderá-los formando várias superfícies cônicas concêntricas em relação ao eixo óptico domineral, que estariam dispostas perpendicularmente à platina, Figura VI.5. Nesta figura, os raiosque formam uma mesma superfície cônica como 2, 3, 4, etc ou 5, 6, 7, 8. 9 percorrem espessurasiguais do mineral. A disposição das diferentes superfícies é tal que aquelas que percorrem umaespessura maior no mineral estão mais inclinadas em relação ao eixo óptico ou mais afastadas domelatopo.

Figura VI.5- Representação esquemática da formação da figura uniaxial de eixo óptico centrado. Um feixe convergentede luz incide na face inferior do mineral (Ponto O). Este feixe de luz, no interior do mineral passa a ter uma trajetóriacônica divergente. Observe que Os pontos 2, 3 e 4 percorrem uma mesma distância no mineral e portanto estãocontidos num mesmo cone de luz (ou linha isocromática). O mesmo pode ser dito para os raios 5, 6, 7, 8 e 9. Noesquema, as direções E-W e N-S correspondem as direções dos polarizadores.

Como os raios contidos numa mesma superfície cônica percorrem uma mesma espessura, eles apresentam a mesmadiferença de caminhamento (∆) e consequentemente apresentarão a mesma cor de interferência, formando uma linhaisocromática. Ainda, como a espessura percorrida pelos raios de luz das superfícies cônicas aumenta do melatopo (onde∆= 0) em direção às extremidades, as cores de interferência crescem de ordem neste sentido.

O lugar geométrico de igual diferença de caminhamento (∆) dos raios que atravessam o mineral, é denominada desuperfície de Bertin, Figura VI.6. Desta forma, as linhas isocromáticas que aparecem nas figuras de interferênciapodem ser consideradas como a intersecção destas superfícies de Bertin com um plano horizontal.


Eixo Óptico

3 2 1

CLinhas Isocromáticas

Figura VI.6- Esquema das superfícies de Bertin, ondeocorre igual diferença de caminhamento para osminerais uniaxiais. Observe que à medida que assuperfícies de Bertin se afastam do eixo óptico, as coresde interferência das linhas isocromáticas que elasrepresentam também aumentam de ∆1 para ∆2 para ∆3,etc.

As superfícies de velocidade de onda e a formação das isógiras

A luz que incide em um mineral anisotrópico uniaxial sofre o fenômeno da dupla refraçãocausando o surgimento de dois outros raios, denominados extraordinário (E) e ordinário (O). Aforma com que estes raios de luz se propagam no interior destes minerais pode ser representadoatravés do conceito de superfície de onda (ou superfície de velocidade de onda, ou superfície develocidade de raio), que representa uma superfície que une todos os raios vetores de luz quepartiram de um mesmo ponto no interior do mineral, e percorreram uma certa distância em umintervalo de tempo. De maneira geral, se comparada, a superfície de velocidade de onda é arepresentação inversa de uma indicatriz. Para estes minerais as superfícies de velocidade de ondados raios “E” e “O” podem ser construídas tomando-se a partir de um ponto qualquer, segmentosde reta proporcionais as velocidades de propagação destes raios em todas as direções. Como oíndice de refração do raio ordinário é constante, qualquer que seja a direção de propagação do raio,a sua superfície de onda será esférica em qualquer instante, e sua direção de vibração será tangentea esta superfície e perpendicular à seção principal. Porém, as superfícies de velocidade de onda dosraios extraordinários são elipsóides de revolução, pois suas velocidades de propagação não sãoiguais para todas as direções, sendo portanto função da direção de propagação de cada raio,conforme mostram as Figuras VI.7 e VI.8.


Eixo óptico

Elipsóide

EO

Esfera

R

1nw

1ne

1nw

VO

VE

1ne

1nw

1nw

VO

VE

A B

Figura VI.7- Representação da superfície de onda de um mineraluniaxial negativo, mostrando as superfícies de ondas dos raiosordinários (superfície esférica) e extraordinários (superfície elíptica).Para um raio qualquer “R”, as direções de vibração dos raios ordináriose extraordinários serão, respectivamente, tangentes às superfíciesesféricas (O) e elípticas (E). O plano deste texto é uma seção principal.

Figura VI.8- Superfícies deVelocidade de onda de mineraisuniaxiais positivos (A) e negativos(B). A figura mostra que os raiosordinários se propagam segundouma circunferência, com velocidadeigual a VO enquanto que os raiosextraordinários, segundo umaelipse, com velocidades que variamsegundo a direção considerada.

Se secionarmos as superfícies de onda segundo uma seção circular, ou perpendicularmente àdireção do eixo óptico, como é o caso da Figura de Eixo Óptico Centrado, podemos observar que,as direções de vibração dos raios ordinários serão sempre tangentes às circunferências (ou daslinhas isocromáticas ou linhas de igual atraso) e os raios extraordinários, perpendiculares a elas. Adisposição de vibração destes raios na figura de interferência está representada na Figura VI.5.Observe nesta figura, que os raios 2, 5, 4 e 9; 1, 3 e 7 estão contidos respectivamente nos planos devibração do analisador (OWE) e polarizador (OCN) e sendo assim, estarão extintos, o mesmopodendo ser dito para todos os pontos de emergência de raios sobre os retículos N-S e E-W, quetambém estarão também extintos, definindo uma cruz escura onde cada um de seus ramos édenominado de isógira.Uma característica importante de uma figura de interferência do tipo eixo óptico centrado, é que acruz observada não sofre nenhuma modificação com a rotação da platina do microscópio, istoporque, dois dos inúmeros planos principais presentes na seção, coincidirão com as direções devibração do polarizador e analisador, conforme mostra a Figura VI.9.


Figura VI.9- Figura de interferência dotipo eixo óptico centrado. As isógiras,ou as curvas escuras, estão dispostasparalelamente aos polarizadores (EW eNS). Observe que o plano da figura deinterferência corresponde a uma seçãocircular, paralela ao plano da platina eperpendicular às seções principais e aoeixo óptico (EO). A figura mostratambém, que a rotação da platina nãocausa mudanças na configuração dasisógiras pois sempre existirá uma dasinfinitas seções principais dispostasparalelamente a um dos polarizadores(EW ou NS). Nos traços dos planos dasseções principais com a seção circular

(plano da figura), estão os raios “E”(assinalados como ε) e perpendicularmente a eles, os raios “O”.

Figura de eixo óptico não-centrado

Quando uma certa face do mineral seciona a indicatriz uniaxial de forma a não ser exatamenteperpendicular ao eixo óptico, ou seja, se a elipse de intersecção produzida não é exatamente a seçãocircular, obtém-se uma figura de eixo óptico não centrado, Figura VI.10. Com isso, esses cristaisobservados ortoscopicamente não se mostrarão permanentemente extintos com a rotação da platinamas sim, com cores de interferência muito baixas, quase sempre cinza, pois na seção de corte, ouna elipse de intersecção haverá uma componente de E (nε’) associado a O (nω).

Figura VI.10- A figura de Eixo Óptico não Centrado,mostrando a relação da indicatriz com as faces do mineral ea disposição dos elementos ópticos na figura deinterferência. Observe que o plano da figura deinterferência, não corresponde a uma seção circular, massim um plano inclinado em relação a ela. Deve-se notartambém, que boa parte da figura de interferência encontra-se fora do campo de visão conoscópico, inclusive o ponto deemergência do eixo óptico (denominado de melatopo) - M.

Deve-se observar que quanto maior for a inclinação do corte em relação à seção circular, maisafastado do centro da figura estará o melatopo, podendo inclusive, estar fora do campo de visão domicroscópio, conforme mostra a Figura VI.11


Figura VI.11- Representação de figuras de interferência do tipo eixo óptico. No caso A, a figura é centrada, pois háuma seção paralela a seção circular. Nos casos B e C isto não acontece. O plano da figura de interferência nãocorresponde as seções circulares. Observe que quanto maior for a inclinação do eixo óptico em relação a seção decorte, mais afastada do centro da figura de interferência se encontrará o melatopo. No caso C, a inclinação é grande osuficiente para que o melatopo fique fora do campo de visão conoscópico.

Com a rotação da platina do microscópio, o melatopo descreve uma trajetória circular em relaçãoao centro dos retículos, permanecendo os braços da cruz paralelos aos planos de vibração dopolarizador e analisador, conforme procura mostrar a Figura VI.12.

Figura VI.12- Esquemas mostrando a disposição das isógiras de uma figura de eixo óptico descentrado com a rotaçãono sentido horário da platina (de A para D), quando o melatopo se encontra fora do campo de visão conoscópico. NS eEW correspondem as direções dos retículos da ocular e das direções de vibração do polarizador e analisador.

Figura do tipo relâmpago ou “flash”

Quando a face ou a seção de um certo mineral seciona a indicatriz uniaxial coincidindo com umade suas seções principais, ou seja, contendo o eixo óptico que estará disposto no plano da platina domicroscópio. Seções deste tipo fornecem figuras de interferência do tipo relâmpago ou “flash”,Figura VI.13.

N

S

Ew

melatopo

A C DB


Figura VI.13- A figura de interferência do tipoRelâmpago ou “Flash”. Neste tipo de figura deinterferência, o eixo óptico está contido no plano dafigura, ou seja, este plano é uma seção principal domineral.

Assim sendo, cristais que satisfazem ao descrito mostram-se a nicóis cruzados, cores deinterferência máxima, pois neles estarão contidos seus índices de refração máximo e mínimo.

A figura de interferência do tipo relâmpago ou “flash” mostra quando o eixo óptico do mineralestiver paralelo a um dos polarizadores do microscópio uma cruz escura, larga de contorno nãomuito nítido, que ocupa quase todo o campo de visão. A rotação da platina, de poucos graus, ésuficiente para que a cruz se desfaça em dois ramos escuros que desaparecem completamentequando se completa a rotação, Figura VI.14.A movimentação dos ramos escuros que formam a cruz escura com a rotação da platina fornecem alocalização do eixo óptico. No caso da figura, os ramos escuros se deslocaram para os quadrantesNW e SE com a rotação da platina no sentido horário, indicando que a posição original do eixoóptico coincidia com o retículo E-W (ou com a direção do analisador), Figura VI.14.

Figura VI.14- A figura de interferência do tipo Relâmpago ou “Flash. Em I a figura se encontra em posição de cruz ouextinção, onde o eixo óptico está paralelo a um dos polarizadores do microscópio (no caso da figura, o analisador AA).Com a rotação da platina, a partir da posição de cruz (I), em apenas alguns graus (no sentido horário na figura) a cruzse desfaz segundo as extremidades do eixo óptico, conforme mostrado em II.

P

P

AA eixo óptico

I

P

P

A Aeixo óptico

II


A formação da figura de interferência do tipo relâmpago ou “flash” e a localização dos raios “E”e “O”.

Os raios de luz que atravessam o mineral procedentes do cone de iluminação conoscópicacaminham segundo um número infinito de planos principais que contém o eixo óptico. Estes planosemergem do plano da figura de interferência como uma série de traços paralelos, conforme mostraa Figura VI.15.

Os raios de luz que emergem da figura de interferência, possuem todas suas direções de vibração“E” paralelas entre si, e estarão contidas nas seções principais do mineral. Os raios “O”, estarãodispostos perpendicularmente a aqueles “E” e estarão, todos eles, dispostos de forma paralela entresi.. Então, quando o eixo óptico está paralelo à uma das direções de polarização (polarizador ouanalisador), os raios “E” e “O” também estarão paralelos a eles e consequentemente o campo devisão estará praticamente todo extinto, com exceção dos extremos dos quadrantes, onde o ângulode divergência dos raios emergentes é suficientemente alto para dispersar este paralelismo.

Figura VI.15- No esquema da esquerda, estão representado as infinitas seções principais que contém o eixo óptico. Asdireções de vibração dos raios “E”, tem direção de vibração PQ e estão contidos nas seções principais ,enquanto que ados raios ordinários, possuem direção MN, perpendiculares então aos raios ordinários. No esquema da direita, observeque os raios “E”, representados pela letra ε, são todos paralelos entre si e paralelos a direção do eixo Óptico (PQ) eperpendiculares a aqueles ordinários, representados pela letra ω.

A determinação do sinal óptico

A determinação do sinal óptico dos minerais uniaxiais através de figuras de interferência pode serfeita com o auxílio dos compensadores.

Através da figura de eixo óptico centrado

Em uma figura de interferência de eixo óptico centrado as direções de vibração de qualquer raioemergente da figura de interferência podem ser facilmente determinadas, conforme mostra a FiguraVI.5. Com isso, a determinação do sinal óptico fica restrito a identificação dos raios rápido e lentodo mineral, como foi visto na ortoscopia. Assim, se o mineral tiver caráter uniaxial positivo, nε >nω e portanto o raio “E” será o lento e raio “O” o rápido. Ao contrário, se o mineral tiver sinalóptico negativo, teremos nε < nω e então, “E” será o raio rápido e “O” o lento.


Para compensadores de gipsita (atraso = 1λ)

Obtida a figura de interferência e introduzindo-se o acessório ao sistema segundo a direção NW-SEda figura, as direções lenta e rápida do acessório serão paralelas ou quase paralelas às direções “E”e “O” do mineral, Figura VI.16.

Se o mineral for uniaxial positivo, nε (E) > nω (O), ou seja, a direção “E” é a lenta e a “O” é arápida. Com isso, nos quadrantes NE e SW da figura de interferência, os raios rápido e lento domineral coincidirão com estas direções do compensador e assim, haverá soma das cores deinterferência nestes dois quadrantes, aparecendo a cor azul. Por outro lado, nos quadrantes NW eSE da figura de interferência os raios lento e rápido do mineral coincidirão, respectivamente, comaqueles rápido e lento do compensador, e com isso haverá subtração nas cores de interferência,com aparecimento da cor amarela, Figura V.16.A

Se o mineral for uniaxial negativo, ou seja, nε < nω, ou ainda o raio “E” é a direção rápida e a “O”a lenta, nos quadrantes NE e SW da figura de interferência, os raios lento e rápido do mineralcoincidirão respectivamente, com aquelas rápida e lenta do compensador, havendo então subtraçãonestes dois quadrantes. Ao contrário, nos quadrantes NW e SE, haverá soma nas cores deinterferência com surgimento da cor azul, Figura V.16.B.

Figura VI.16- Determinação do sinal óptico de um mineral uniaxial através do uso de um compensador de atraso iguala 1λ. A direção de vibração do raio lento do compensador e aquela paralela a sua direção de maior comprimento. Ascores azuis, correspondem à soma das cores de interferência, ou seja os raios rápido e lento do mineral coincidem comaqueles de mesma natureza do compensador, enquanto que as cores amarelas, correspondem a subtração das cores deinterferência pois os raios rápido e lento do mineral coincidem com aqueles lento e rápido do compensador.

Para o compensador de mica (atraso = λ/4)

O compensador de mica também pode ser empregado na determinação do sinal óptico dosminerais. A principal diferença entre este compensador e aquele de gipsita, é que com o empregodeste, a soma das cores de interferência são assinaladas pela presença da cor cinza e a subtraçãopela cor preta, conforme mostra a Figura VI.17.O emprego do compensador de mica é particularmente útil na determinação do sinal óptico deminerais de moderada a alta birrefringência pois assim, as manchas cinzas e negras serão maiores ese posicionarão mais afastadas do melatopo.

+

+

-

-

E

E E

E OO

O O

A+

E

E E

E OO

O O

B_


+

+

-

-

E

E E

E OO

O O

A+

E

E E

E OO

O O

B_Figura VI.17- Determinação do sinal óptico de um mineral uniaxial através do uso de um compensador de atraso iguala 1/4λ. A direção de vibração do raio lento do compensador e aquela paralela a sua direção de maior comprimento. Ascores cinzas, correspondem à soma das cores de interferência, ou seja os raios rápido e lento do mineral coincidem comaqueles de mesma natureza do compensador, enquanto que a cor negra é resultado da subtração das cores deinterferência pois os raios rápido e lento do mineral coincidem com aqueles lento e rápido do compensador.

Para a cunha de quartzo

A cunha de quartzo, ao ser introduzida gradualmente no sistema óptico, promove diferenças decaminhamento crescentes com o aumento da espessura da cunha. Normalmente a direção devibração do raio lento da cunha é paralela à sua direção de menor comprimento, como nos demaiscompensadores.Nos minerais uniaxiais positivos, onde há adição nas cores de interferência, elas se movem para ocentro da figura nos quadrantes NE e SW. No caso de subtração, ou seja nos quadrantes NW e SE,com a introdução da cunha de quartzo, tem-se a sensação de que as cores de interferência semovem para fora da figura, conforme esquematizado na Figura V.18 A.

No caso dos minerais uniaxiais negativos, verifica-se o contrário, ou seja, nos quadrantes NE e SWas cores de interferência se movem para fora da figura, ou seja, há subtração nas cores deinterferência, enquanto que nos quadrantes NW e SE as cores de interferência se movem paradentro da figura, havendo portanto, adição nas cores de interferência, Figura V.18.B.

Figura VI.18- Determinação do sinal óptico de um mineral uniaxial através do uso da cunha de quartzo, com sinalóptico positivo (caso A) e negativo (caso B).

+

+

-

-

E

E

EOO

OE

O

A+

E

E E

E OO

O O

B_


Através da figura de eixo óptico não centrado

Para figuras de interferência de eixo óptico não centrado, com o melatopo emergindo dentro docampo de visão do microscópio, a regra para se determinar o sinal óptico é exatamente a mesmadescrita para o caso anterior, com a única diferença que o melatopo não permanece imóvel nocentro da figura de interferência, descrevendo uma trajetória circular em relação ao centro docampo conoscópico. No caso do melatopo estar fora do campo de visão conoscópico, apareceráapenas parte da cruz que caracteriza a figura de interferência. Para se determinar o sinal óptico énecessário determinar a posição do melatopo e os quadrantes presentes na figura de interferência.Para isto, gira-se a platina do microscópio e verifica-se a movimentação das isógiras, conformemostrado na Figura VI.12. Reconhecido o quadrante da figura de interferência presente, bastaintroduzir o compensador e observar o resultado, seguindo os esquemas mostrados nas FigurasVI.16, VI.17 e VI.18, conforme o tipo de compensador utilizado.

Através da figura de interferência do tipo relâmpago ou “flash”

O reconhecimento e a determinação do sinal óptico dos minerais que apresentam figuras deinterferência do tipo “flash” são difíceis. Como vimos anteriormente, neste tipo de figura deinterferência o eixo óptico repousa sobre o plano da platina, e segundo sua direção está presente adireção “E” ou a direção do raio extraordinário e consequentemente, o raio ordinário “O” estaráperpendicular a ele, conforme a Figura VI.15. Sabemos também que pode-se determinarexatamente a posição do eixo óptico através da movimentação da isógira, mostrado através daFigra VI.14. Com isso, no sistema ortoscópico, basta determinarmos se o raio extraordinário é oraio rápido (assim nε < nω) e o mineral será negativo, ou o raio lento (agora nε > nω) e então, eleserá positivo.

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