| hlavní stránka | obsah | učebnice | mapa webu | o autorech | rejstřík |
4.3.2 Lom světla a odraz světla
4.3.4 Rozdělení minerálů podle optických vlastností
4.3.4.1 Minerály anizotropní - jednoosé
4.3.4.2 Minerály anizotropní – dvojosé
4.3.6 Vlastnosti minerálů při pozorování v jednom nikolu (PPL)
4.3.7 Vlastnosti minerálů ve zkřížených nikolech (XPL)
4.3.7.3
Charakter zóny (ráz délky)
4.3.8
Optický charakter minerálů
4.3.8.1 Stanovení optického charakteru u jednoosých minerálů
4.3.8.2 Stanovení optického charakteru u dvojosých minerálů
4.3.9 Pozorování a práce s odrazovým mikroskopem
4.3.9.1 Odrazový mikroskop a jeho funkce
4.3.9.2 Optické veličiny opakních minerálů
Viditelné světlo je elektromagnetické vlnění, které má složku elektrickou a magnetickou (obrázek 43-1). Obě složky jsou na sebe kolmé a můžeme si je představit jako vlny ve tvaru sinusoidy (vlnová teorie charakteru světla). Světelný paprsek si ale můžeme představit i jako částici (foton) o určité energii (korpuskulární teorie charakteru světla). Pro vysvětlení optických vlastností látek je snazší vyjít z vlnové teorie, kdy si viditelné světlo charakterizujeme jako část elektromagnetického spektra, která se pohybuje po přímé linii příčným vlnovým pohybem.
Viditelné světlo zaujímá v celém elektromagnetickém spektru jen malou část. Vlnová délka určuje barvu viditelného světla (obrázek 43-2) a kolísá od asi 700 nm (červené světlo) po asi 380 nm (fialové světlo). Bílé světlo je složeno rovnoměrně ze všech vlnových délek udaného rozpětí. Světlo složené z jedné vlnové délky se označuje jako monochromatické a má odpovídající barvu.
Lom a odraz světla nastává na rozhraní dvou prostředí, která mají odlišné optické vlastnosti. Při přechodu z jednoho optického prostředí do druhého dochází ke změně rychlosti světla. V opticky hustším prostředí se šíří světlo pomaleji než v prostředí opticky řidším. Prochází-li světlo z prostředí opticky řidšího (např. vzduch nebo vakuum) do prostředí opticky hustšího (např. sklo nebo minerál), část světla se odrazí (reflexe) a část prochází (refrakce – lom světla). Vztahy mezi dopadajícím, odraženým a procházejícím paprskem se řídí tím, zda dopadá paprsek z prostředí opticky hustšího do řidšího nebo naopak (obrázek 43-3).
V případě, že světelný paprsek přichází z prostředí opticky řidšího a vstupuje do prostředí opticky hustšího, nastává lom ke kolmici (obrázek 43-4). Pro úhel dopadajícího světla (i) a lomeného světla (r) platí Snelliův zákon
sin i / sin r = konst.
Ten je definován pro různé dvojice prostředí. Pokud je opticky řidším prostředím vzduch, resp. vakuum je tato konstanta označována jako index světelného lomu (symbolem n). Potom platí
sin i / sin r = n
Označíme-li rychlost paprsku ve vzduchu (vakuu) V a rychlost paprsku ve srovnávaném (tj. opticky hustším) prostředí v, lze psát vztah
V / v = n
Kombinací rovnic dostaneme vztah
V / v = sin i / sin r = n
Je zřejmé, že čím větší je rychlost paprsku v daném optickém prostředí (minerálu), tím menší je index lomu tohoto prostředí. Podobně lze říci, že čím menší je úhel lomu v daném optickém prostředí, tím větší je jeho index světelného lomu. Velikost úhlu lomu závisí i na vlnové délce (l) použitého světla. Čím kratší je vlnová délka monochromatického světla, tím menší je jeho úhel lomu. Jednotlivá monochromatická světla mají při stejném úhlu dopadu různé úhly lomu a tím i různé hodnoty indexu lomu. Tento jev se označuje jako disperze světla. V tabulkách se indexy lomu jednotlivých minerálů vztahují na žluté, natriové světlo (589 nm).
Při dopadu paprsku z prostředí opticky hustšího (zpravidla minerál) do prostředí opticky řidšího (obvykle vzduch nebo vakuum) dochází k lomu jen po určitý (mezní) úhel dopadu (obrázek 43-5). Při dosažení právě tohoto mezního úhlu je velikost úhlu lomu r = 90°. Je - li mezní úhel překročen dochází na rozhraní obou prostředí k úplnému odrazu (totální reflexi). Pokud je opticky řidším prostředím vzduch nebo vakuum, platí rovnice
sin i / sin r = 1 / n
Pokud je r = 90°, vztah se zjednoduší na tvar
sin
r
= 1 / n
kde r je mezní úhel. Tak lze vypočítat mezní úhel pro látku (minerál) s daným indexem světelného lomu. Pokud ani jedno z prostředí není vzduch nebo vakuum, platí obecnější tvar rovnice
sin i / sin r = n1 / n2
(n1 je index světelného lomu prostředí opticky řidšího a n2 je index světelného lomu prostředí opticky hustšího).
Jako obyčejné (nepolarizované) světlo se označují paprsky, které kmitají ve všech možných rovinách proložených směrem jejich dráhy. Při mikroskopickém studiu minerálů a hornin se používá světlo, které kmitá pouze v jedné rovině, tzv. lineárně polarizované světlo.
Podle povahy chování světelného paprsku v minerálu (obecně v jakékoliv krystalické látce) rozlišujeme:
minerály izotropní – při průchodu světelného paprsku těmito látkami libovolným směrem nedochází k dvojlomu (kubické minerály, amorfní látky)
minerály anizotropní – při průchodu světelného svazku dochází k dvojlomu a déle se dělí na jednoosé a dvojosé.
Mezi jednoosé anizotropní látky patří všechny minerály s krystalografickou symetrií tetragonální, hexagonální a trigonální. V těchto minerálech nedochází ve směru podél optické osy k dvojlomu světelného paprsku. Směr optické osy je totožný s krystalografickou osou z. Pokud světelný paprsek vstupuje do jednoosého minerálu v libovolném jiném směru, dochází k dvojlomu a vznikají dva na sebe kolmo polarizované paprsky (obrázek 43-6). Tyto mají nejen různou rychlost, ale pro danou látku i různé indexy světelného lomu. Největší rozdíly v rychlostech a indexech světelného lomu obou paprsků jsou ve směru kolmém na optickou osu. Vzájemně kolmo polarizované paprsky se označují jako řádný – ordinární (označení jeho rychlosti je o) a mimořádný - extraordinární (označení jeho rychlosti je e). Paprsek řádný se pohybuje minerálem ve všech směrech stejnou rychlostí (chová se jako v izotropním prostředí), u paprsku mimořádného záleží jeho rychlost na směru, ve kterém původní paprsek do krystalu vstoupil.
Podle vzájemné rychlosti obou paprsků rozlišujeme jednoosé minerály jako:
minerály opticky negativní – rychlost paprsku mimořádného je větší než řádného (e > o)
minerály opticky pozitivní – rychlost paprsku mimořádného je menší než řádného (e < o).
Praktičtějším vyjádřením vztahů mezi oběma paprsky jsou hodnoty indexů světelného lomu. Pro index světelného lomu paprsku řádného se používá označení w, pro index světelného lomu paprsku mimořádného označení e. Rychlost paprsku a jeho index světelného lomu jsou v nepřímém poměru a proto platí:
látky
opticky negativní mají e >
o a e
<
w
látky
opticky pozitivní mají e <
o a e
>
w
Větší index světelného lomu znamená větší lomivost paprsku. Označení opticky pozitivní a negativní souvisí s hodnotou dvojlomu (D).
Pro označování indexů lomu se často používá označení a a g . Větší index lomu je vždy g , menší je a. Jednoosé minerály je pak možno charakterizovat:
látky
opticky negativní – w =
g, e = a, ve směru optické osy je a
látky
opticky pozitivní – w
= a, e = g, ve směru optické osy je g
Toto značení odpovídá symbolům používaných u minerálů dvojosých (viz dále).
Pro grafické vyjádření vztahů mezi rychlostmi jednotlivých paprsků v krystalu se používá tzv. Fresnelova elipsoidu. Podobně lze charakterizovat i vztahy mezi indexy světelného lomu jednotlivých paprsků pomocí tzv. indikatrix.
Do této skupiny patří minerály se symetrií rombickou, monoklinickou a triklinickou. Existují zde dva směry, ve kterých se světelný paprsek šíří, aniž by docházelo k jeho dvojlomu. Tyto směry odpovídají dvěma optickým osám, značeným O1 a O2. Optické osy spolu svírají úhel, který se označuje jako úhel optických os (2V).
Rovina proložená optickými osami je rovina optických os (obrázek 43-7). Tři hlavní indexy světelného lomu se označují a, b, g (viz různé značení indexů), index b (optická normála) je vždy kolmý k rovině optických os. Indexy světelného lomu a a g leží vždy v rovině optických os - jeden z nich půlí ostrý úhel optických os a označuje se jako ostrá středná, druhý z nich půlí tupý úhel optických os a označuje se jako tupá středná. Pokud ostrou střednou tvoří index a, je minerál opticky negativní. Je-li ostrá středná tvořena indexem g, je minerál opticky pozitivní (obrázek 43-8). V optickém charakteru je možné najít logickou spojitost s minerály jednoosými. Vyjdeme-li z dvojosého minerálu opticky pozitivního, jeho ostrá středná je tvořena indexem g. Bude-li se úhel optických os zmenšovat tak, že obě osy splynou v jednu, dostaneme jednoosý minerál s indexem g ve směru optické osy – tzn. opticky pozitivní (obrázek 43-9).
Důležitou charakteristikou anizotropních minerálů je maximální dvojlom (D).
U anizotropních dvojosých minerálů je důležitá optická orientace, tj. vztah optických směrů ke krystalografickým osám. U minerálů s rombickou symetrií souhlasí směry a, b, g se směry krystalových os x, y, z. Ve směru každé krystalografické osy může být kterýkoliv optický směr, je tedy celkem šest možných kombinací. V monoklinické soustavě souhlasí jeden z optických směrů s krystalografickou osou y, ostatní optické směry se od krystalografických os x a z více či méně odchylují. V triklinické soustavě se zpravidla optické směry s krystalografickými osami míjí.
Pro určování optický vlastností minerálů je nezbytnou pomůckou polarizační mikroskop. Existuje řada různých typů od různých výrobců, ale všechny pracují s lineárně polarizovaným světlem a mají dva základní pracovní režimy:
pozorování bez zasunutého analyzátoru, často se používá pojmu „pozorování v jednom nikolu“ a značení je PPL,
pozorování se zasunutým analyzátorem, často se hovoří o „pozorování ve zkřížených nikolech“ a označení je XPL.
Minerály pozorujeme v lineárně polarizovaném světle, zasunut je pouze polarizátor, zatímco analyzátor je vyjmut z dráhy světelného svazku. V tomto režimu můžeme u minerálů pozorovat barvu, pleochroismus, reliéf a Beckeho linku. Tvar, štěpnost a uzavřeniny lze sledovat v obou režimech – v jednom nikolu i ve zkřížených nikolech.
Minerály pozorujeme ve výbruse buď jako bezbarvé (obrázek 43-10) nebo vykazují barvy s různým odstínem a sytostí (obrázek 43-11). Minerály bezbarvé částečně pohlcují všechny vlnové délky procházejícího viditelného světlo přibližně stejně. Látky vykazující barevnost v polarizovaném světle absorbují vlnové délky (barvy) spektra s různou intenzitou a výsledná barva je složena z těch monochromatických světel, která byla pohlcena menší měrou. Pokud bude např. minerál silně absorbovat všechny vlnové délky, které odpovídají barvě modré a červené, výsledná barva minerálu bude v zelených odstínech. Barvy jsou pro látky v polarizovaném světle velmi často důležitým diagnostickým znakem (např. biotit, amfiboly) a mohou být i odrazem variability chemického složení, která se může projevit zonální stavbou zrn nebo krystalů (obrázek 43-12). Barva (absorpce světla) může být u anizotropních minerálů závislá na krystalografickém, resp. optickém směru. Existence různých odstínů, jasů a sytostí barev při různé orientaci krystalu je zahrnuta do obecného pojmu pleochroismus. Tento jev je opět v mnoha případech velmi důležitý při identifikaci minerálů. Intenzita tohoto efektu klesá s klesající tloušťkou preparátu.
Reliéf se projevuje jako důsledek rozdílných indexů světelného lomu dvou sousedících zrn různých minerálů (obrázek 43-13). Pokud má minerál vyšší index světelného lomu než okolní minerály, je jeho reliéf vůči okolí pozitivní (vystupující), má-li nižší index světelného lomu jeví se jeho reliéf jako negativní (propadající). Má-li minerál a jeho okolí velmi blízké indexy světelného lomu, reliéf nepozorujeme.
Beckeho linka je jev, který se využívá pro určení optického prostředí s vyšším resp. nižším indexem světelného lomu na hranici zrn dvou minerálů. Pozorování se provádí se sníženým kondenzorem bez kondenzorové čočky a za použití clonky. Tím vzniká úzký světelný kužel, který je pro toto pozorování nutný. Na rozhraní dvou různě lomivých minerálů se při jemném rozostření objeví tzv. Beckeho linka (obrázek 43-14). Platí pravidlo, že při zvedání tubu (snižování stolku) vstupuje Beckeho linka do prostředí opticky hustšího (s vyšším indexem světelného lomu). Při daném uspořádání mikroskopu se světelné paprsky v minerálu lámou ke kolmici a světlo se koncentruje na okraji opticky hustšího prostředí. Tato koncentrace světelných paprsků se pak v okuláru jeví jako Beckeho linka. Využívá se jí při měření indexu světelného lomu imersní metodou.
Určitý význam při optickém určování minerálů může mít kvalita jejich povrchu, která je vidět v polarizovaném světle. Drsnost a “svraštění” povrchu je lépe vidět v případě, že jsou velké rozdíly v indexech lomu zrna a jeho okolí.
Omezení a tvar minerálu mohou být důležitým diagnostickým znakem. Často je tvar i stavba zrna lépe vidět se zasunutým analyzátorem (v XPL). Je-li průřez zrna omezen pouze krystalovými plochami (obrázek 43-15), používá se označení automorfní (idiomorfní), zrno částečně omezené krystalovými plochami (obrázek 43-16) je hypautomorfní (hypidiomorfní) a zcela nepravidelné omezení zrna (obrázek 43-17) se označuje jako xenomorfní (allotriomorfní). Tvar zrna může vypovídat i o krystalové soustavě minerálu – kubické mají zpravidla izometrické omezení (obrázek 43-18), tetragonální, trigonální nebo hexagonální minerály mají často sloupcovitý vývin (obrázek 43-19) a řezy kolmo k optické ose mají průřezy typické pro danou soustavu (např. pravidelný šestiúhelník v hexagonální soustavě). Minerály dvojosé bývají často tabulkovité nebo prizmatické. Některé výviny a stavby krystalových zrn jsou velmi nápadné a pro řadu minerálů charakteristické. Můžeme jmenovat např. kostrovitý vývin, vznikající v důsledku rychlého růstu, vláknitá stavba charakteristická pro některé amfiboly nebo chrysotil, sférolitická stavba zrna s radiálně paprsčitým uspořádáním vláknitých krystalků nebo kolomorfní stavba zrn a agregátů.
Velikost zrna nebývá zpravidla významným diagnostickým znakem, ale např. u sedimentárních hornin je tato informace nezbytná pro klasifikaci horniny. K měření se používá mikrometrický okulár, který má vyrytou škálu po 100 dílcích. Pro stanovení velikosti musíme stanovit, jakému zlomku milimetru odpovídá jeden dílek (pro objektivy s různým zvětšením je to různé). K tomu se používá mikrometr, což je vlastně podložní sklíčko s vyrytou škálou o délce dva milimetry s dělením na setiny milimetru. Poměřením ocejchované škály se škálou okuláru zjistíme potřebný přepočet pro absolutní stanovení velikosti zrn (obrázek 43-20).
Uzavřeniny jsou běžným jevem, ale na významu nabývají jen u některých minerálů. Příkladem mohou být izometricky uspořádané uzavřeniny v leucitu, zirkony obklopené pleochroickými dvůrky v biotitu nebo shlukování pigmentu v krystalograficky odlišných místech (chiastolit, „přesýpátková“ struktura augitu).
Štěpnost je jedním z důležitých diagnostických znaků. Jedná se o poruchy, které vznikají podél definovaných krystalografických rovin. Štěpnost minerálů definujeme jejím směrem (zpravidla vyznačujeme Millerovým symbolem) a kvalitou (obrázek 43-21). Kvalita štěpnosti se běžně rozděluje do šesti skupin:
velmi dokonalá štěpnost – husté a výrazné paralelní štěpné trhliny (obrázek 43-22)
dokonalá štěpnost – štěpné trhliny nejsou již tak výrazné a nejsou dokonale paralelní (obrázek 43-23)
dobrá štěpnost – štěpné trhliny jsou řidší a zpravidla jsou velmi často přerušované (obrázek 43-24)
nedokonalá štěpnost – velmi řídké a neostré přerušované trhliny (obrázek 43-25)
špatná štěpnost – štěpné a nahodilé trhliny se jen velmi těžko od sebe odlišují, průběh štěpných trhlin je nepravidelný a těžko se definuje (granát)
zcela chybějící štěpnost – přítomny jsou pouze nahodilé trhliny (křemen)
Důležitým vodítkem při určování minerálů je i počet štěpných systémů a jejich vzájemný vztah. Příkladem může být rozlišování amfibolů (obrázek 43-23), kde dva systémy štěpnosti (110) svírají úhel přibližně 120°, a pyroxenů (obrázek 43-24) s dvěma systémy štěpnosti (110), které svírají úhel přibližně 90°.
Při pozorování minerálů ve zkřížených nikolech je spolu s polarizátorem zasunut i analyzátor. Roviny kmitu obou nikolů jsou navzájem kolmé – polarizátor propouští světlo polarizované v rovině předozadní a analyzátor propouští světlo kmitající v rovině pravolevé. Při tomto pozorování lze rozlišit izotropní a anizotropní minerály, sledovat zhášení, stanovovat výšku dvojlomu, určovat optický charakter minerálu a ráz délky.
Stanovením způsobu zhášení lze určovaný minerál blíže definovat z hlediska krystalové symetrie. Izotropní minerál propouští polarizované světlo z polarizátoru beze změny a to je na kolmo kmitajícím analyzátoru zrušeno, takže při otáčení stolkem je zrno minerálu stále tmavé (obrázek 43-26). Absence zhášení je typickým znakem izotropních minerálů (minerály krystalující v kubické soustavě nebo látky amofní).
U anizotropních minerálů jsou v ploše obecného řezu dva vzájemně kolmé směry, kterými paprsek prochází beze změn, takže při otáčení stolkem o 360° se každý tento směr ocitne v uvedené orientaci dvakrát (obrázek 43-27). Tyto čtyři polohy odpovídají optickým směrům - u jednoosých minerálů w nebo e, u dvojosých minerálů a, b nebo g. Je-li některý z optických směrů rovnoběžný s rovinou kmitu polarizátoru (nebo analyzátoru), dojde v této speciální poloze k vyhasnutí zrna, tj. průřez ztmavne (princip je stejný jako u izotropních minerálů). Rozlišujeme tři druhy zhášení:
Zhášení rovnoběžné (přímé) nastává, když minerál zháší, jsou-li jeho štěpné trhliny nebo omezení orientovány rovnoběžně s rovinou kmitu polarizátoru nebo kolmo k ní (obrázek 43-28). Je to v případě, kdy jsou významné optické směry paralelní se štěpností nebo omezením krystalu.
Zhášení šikmé je případ, kdy poloha zhášení je vzhledem ke krystalovému omezení nebo štěpným trhlinám orientována šikmo (obrázek 43-29). V tomto případě je důležitou veličinou tzv. úhel zhášení, který definuje úhlovou odchylku významných optických směrů od omezení krystalu nebo štěpnosti.
Zhášení symetrické (souměrné) se objevuje v případě, že v poloze vyhasnutí půlí směr kmitu paprsku úhel mezi dvěma morfologickými fenomény (např. štěpnost) a řez preparátu je na ně kolmý (obrázek 43-30).
Rovnoběžné zhášení vykazují všechny minerály, u kterých všechny optické směry souhlasí se směry krystalografickými, tzn. patří do soustavy hexagonální, trigonální, tetragonální nebo rombické. V soustavě monoklinické zhášejí rovnoběžně pouze řezy v pásmu (100) : (001), ostatní řezy a minerály triklinické zhášejí šikmo (obrázek 43-31).
V případech, kdy je potřeba najít přesnou polohu zhášení, je možné u minerálů s nízkým dvojlomem použít kompenzační sádrovcovou destičku. Když je zrno ve správné poloze zhášení, neovlivňuje procházející svazek a je vidět interferenční barva sádrovcové destičky.
Vychýlíme-li minerál při pozorování ve zkřížených nikolech (XPL) z polohy vyhasnutí, můžeme pozorovat interferenční (polarizační) barvy (obrázek 43-32). Nejcharakterističtější jsou při otočení minerálu z polohy zhášení o 45°. Nejjasnější jsou interferenční barvy zpravidla u minerálů bezbarvých, v barevných minerálech mohou být interferenční barvy ovlivněny jejich vlastní barvou.
Světelný paprsek můžeme definovat jeho směrem, vlnovou délkou, amplitudou světelné vlny a frekvencí. Rychlost takto definovaného paprsku, který prochází izotropním minerálem, je ve všech směrech stejná, pouze rychlost jeho průchodu se mění v závislosti na indexu světelného lomu minerálu. Anizotropními minerály prochází světelný svazek v různých směrech různou rychlostí (kromě směru rovnoběžného s optickou osou). Světelný svazek je rozštěpen na dvě kolmo polarizované vlny, které mají různé indexy světelného lomu a tím i různou rychlost. Tento jev se označuje jako dvojlom.
Elektromagnetické vlny (tedy i světelné) se mohou ve stejném směru navzájem skládat nebo odečítat – tyto interakce se označují jako interference.
Polarizované světlo vycházející z polarizátoru mikroskopu je při průchodu anizotropním minerálem rozloženo podle výše uvedených zásad na dvě kolmo polarizované složky s různými rychlostmi (indexy světelného lomu). Tyto vzájemně zpožděné paprsky dopadají na analyzátor, ale jelikož jejich roviny kmitu nesouhlasí s rovinou kmitu analyzátoru, nemohou projít nerušeně a rozkládají se opět na dvě složky z nichž jedna je k rovině kmitu analyzátoru kolmá a druhá je s ní rovnoběžná (obrázek 43-33). Kolmo kmitající paprsky se zruší, rovnoběžné projdou. Konečná interferenční barva je pak výsledkem interference vzájemně různě zpožděných svazků.
Interferenční barvy se podle vzájemného zpoždění obou paprsků rozdělují do Newtonovy barevné škály, která je obvykle dělena do řádů (obrázek 43-34). Nízké interferenční barvy (malé zpoždění paprsků, které odpovídá nízkému dvojlomu) jsou barvy I. řádu [ty jsou podle stoupajícího zpoždění černá: (0 nm), šedomodrá (158 nm), bílá (259 nm), žlutá (332 nm), červená (536 nm)]. Jako střední se označují barvy II. a III. řádu a vysoké interferenční barvy jsou IV. a vyššího řádu. Od II. řádu se barvy pravidelně opakují - podle stoupajícího zpoždění fialová (citlivá fialová I), modrá, zelená, žlutá a červená. Nutno poznamenat, že výška interferenční barvy závisí na výšce dvojlomu daného minerálu a na tloušťce preparátu (čím silnější preparát, tím větší vzájemné zpoždění paprsků). Některé minerály mohou při pozorování ve zkřížených nikolech vykazovat anomální interferenční barvy.
Výše interferenčních barev se stanovuje pomocí tzv. kompenzátorů. Nejběžnější z nich je sádrovcová destička, křemenný klín a slídová destička.
Tuto důležitou optickou charakteristiku může sledovat pouze u minerálů protažených podle některé krystalové osy. Určujeme, zda je podél protažení orientován menší nebo větší index světelného lomu. Má-li průřez zrnem po délce větší index světelného lomu, je jeho charakter zóny (ráz délky) pozitivní (Chz+), je-li po délce menší index světelného lomu, je charakter zóny negativní (Chz-), viz obrázek 43-35.
K určení se nejčastěji používá sádrovcová destička, která má ve směru delší hrany menší index světelného lomu a ve směru kratší strany větší index světelného lomu. Sloupcovitý minerál natočíme protažením ve směru zasouvání kompenzátoru a zasuneme sádrovcovou destičku. Pokud je orientace indexů lomu kompenzační destičky a minerálu shodná (tj. u destičky i minerálu jde vyšší, resp. nižší index lomu stejným směrem) interferenční barvy se skládají směrem k vyšším řádům (obrázek 43-36). Je-li orientace vyšších, resp. nižších indexů lomu minerálu a kompenzační destičky navzájem opačná, interferenční barvy klesají k nižšímu řádu (obrázek 43-36).
Optický charakter je velmi důležitá veličina, která může velkou měrou přispět při určení minerálu. V tabulkách se označuje symbolem Chm+ nebo Chm-. Optický charakter minerálu určujeme pomocí tzv. konoskopického obrázku. Postup při přípravě mikroskopu pro toto pozorování je následující:
najdeme vhodný řez zrnem studované látky (viz dále)
použijeme silnější objektiv (nejčastější 50x zvětšující) a dobře zaostříme
přesvědčíme se, že objektiv je dobře zcentrovaný a kondenzor pod stolkem je v horní poloze
pro pozorování konoskopického obrázku zkřížíme nikoly a zasuneme Bertrandovu čočku, popř. u mikroskopů kde není, můžeme pozorovat konoskopický obrázek po vyjmutí okuláru (obraz je menší, ale ostřejší).
Konoskopický obrázek je pro jednoosé a dvojosé minerály různý a postup při stanovení charakteru minerálu se také liší.
Pro přípravu konoskopického obrázku anizotropních jednoosých minerálů jsou nejvhodnější řezy kolmé na optickou osu (odpovídá krystalografické ose z). Tyto řezy se snadno poznají ve zkřížených nikolech, protože zůstávají při otáčení stolkem stále tmavé.
Světelné paprsky procházejí zrnem minerálu pod různými úhly. Uprostřed zorného pole jdou paprsky ve směru optické osy a jsou na preparát téměř kolmé. Čím dále od středu, tím více šikmo dopadají paprsky k rovině preparátu a tím větší mají hodnotu dvojlomu (dráha průchodu paprsku minerálem je delší a vzájemné zpoždění se zvyšuje). Interferenční barvy jsou uspořádány soustředně a směrem od středu k okraji stoupají. Soustředné kružnice s konstantním dvojlomem se označují jako izochromáty. Vzdálenost mezi izochromátami je dána výškou dvojlomu resp. tloušťkou řezu. Čím větší dvojlom nebo čím silnější preparát, tím hustší je uspořádání izochromát. Kromě soustředných izochromát se v konoskopickém obrázku jednoosých minerálů objevuje černý kříž, jehož směry ramen souhlasí s rovinami kmitu nikolů. Ramena kříže se směrem od středu k okraji rozšiřují. Na rozdíl od dvojosých minerálů se tento kříž při otáčení stolkem nemění (obrázek 43-37).
Pro určení optického charakteru minerálů používáme kompenzátory. Použijeme-li sádrovcovou destičku, objeví se v zorném poli po jejím zasunutí do výřezu v tubu modré a žluté skvrny. Ramena černého kříže nám rozdělují zorné pole na kvadranty (I. kvadrant je pravý horní a dále pak proti směru hodinových ručiček) a podle umístění jednotlivých barevných skvrn v kvadrantech provedeme stanovení optického charakteru minerálu (obrázek 43-38). Jsou–li modré skvrny v I. a III. kvadrantu (žluté jsou ve II. a IV. kvadrantu) je optický charakter minerálu pozitivní (Chm+). Při opačném uspořádání barevných skvrn (modré skvrny ve II. a IV. kvadrantu) je optický charakter minerálu negativní (Chm-). V tomto případě se často uvádí zjednodušené pravidlo: Pomyslná spojnice modrých skvrn dává se směrem zasouvání sádrovcové destičky znaménko pro charakter minerálu (pro opticky pozitivní minerál se tyto linie kříží). Vznik modrých a žlutých skvrn je spojen s dvojlomem šikmo dopadajících paprsků v jednotlivých kvadrantech. Tyto paprsky se rozkládají na dva, kdy u opticky pozitivních minerálů kmitá svazek s indexem lomu g´ ve směru poloměru kruhového zorného pole a svazek a ve směru tečném (obrázek 43-39). V tomto případě souhlasí optické směry s optickými směry na sádrovcové destičce v I. a III. kvadrantu a interferenční barvy stoupnou (výsledné modré skvrny). Naopak v II. a IV. kvadrantu optické směry procházejících svazků a sádrovcové destičky nesouhlasí a barvy klesají (výsledné žluté skvrny).
U minerálů s vysokými interferenčními barvami je stanovení pomocí sádrovcové destičky obtížné, protože se jen těžko dá rozpoznat, v kterých kvadrantech barva stoupla a kde klesla. Proto je možné použít ke stanovení optického charakteru minerálu křemenného klínu. Při zasouvání křemenného klínu se uplatňuje postupně jeho silnější část a v zorném poli se v protilehlých kvadrantech čtvrtkroužky izochromát sbíhají směrem do středu nebo naopak (obrázek 43-40). Zde platí pravidlo, že směr sbíhání udává se směrem zasouvání kompenzátoru znaménko pro charakter minerálu. Řečeno jinak, sbíhají-li se čtvrtkroužky izochromát v I. a III. kvadrantu je charakter minerálu pozitivní. Toto stanovení ale vyžaduje řezy co možná nejvíce kolmé k optické ose.
Třetí možností je použití slídové destičky. Po jejím zasunutí se ve dvou protilehlých kvadrantech objeví černé skvrny, které vlastně odpovídají žlutým skvrnám u destičky sádrovcové. Jsou-li tyto skvrny v II. a IV. kvadrantu, má minerál pozitivní optický charakter (obrázek 43-41).
Vyhledání řezu vhodného pro konoskopický obrázek je u dvojosých minerálů mnohem obtížnější. Ideální řez je kolmý k ostré středné a ten může mít různé interferenční barvy. Uplatňují se v něm optické směry a, b nebo b, g. Samotný konoskopický obrázek vypadá tak, že souhlasí-li optické směry s orientací nikolů, objeví se černý kříž, jehož ramena jsou v jednom směru (podle optické normály) široká a kolmo na tento směr úzká (obrázek 43-42). Na úzkém rameni jsou výchozy optických os. Pootočíme-li výbrusem o 45°, kříž se postupně rozestoupí na dvě ramena hyperboly. Na vrcholech obou křivek jsou výchozy optických os - čím jsou obě křivky od sebe vzdálenější, tím větší je úhel optických os. V případech, kdy v rovině řezu vychází tupá středná (2V > 90°), obě hyperboly zmizí ze zorného pole. Ramena hyperbol se rozšiřují směrem od výchozů optických os. Izochromáty zde nejsou kruhové, ale tvoří jakési “vrstevnice” kolem dvou středů (výchozů optických os). Interferenční barvy se zvyšují směrem od optických os. Hustota izochromát závisí na dvojlomu a tloušťce preparátu.
Pro určení optického charakteru stočíme výbrus tak, aby spojnice výchozů optických os souhlasila se směrem zasouvání kompenzátoru. Zasuneme-li sádrovcovou destičku, objeví se opět modré a žluté skvrny, podobně jako u jednoosých minerálů. Zde platí pravidlo: jsou-li modré skvrny na vnější straně ramen hyperbol, je minerál opticky pozitivní. Jsou-li modré skvrny na vnitřní straně ramen hyperbol, je minerál opticky negativní (obrázek 43-43). Toto barevné rozložení je dáno různou optickou orientací na obou stranách hyperbol. Zatímco na jedné straně interferenční barva stoupá, na druhé naopak klesá. Při použití křemenného klínu je pravidlo podobné jako u jednoosých minerálů: směr sbíhání “čtvrtkroužků” izochromát dává se směrem zasouvání kompenzátoru znaménko charakteru minerálu; jinými slovy, sbíhají-li se interferenční “čtvrtkroužky” v I. a III. kvadrantu je optický charakter minerálu pozitivní (obrázek 43-44). Také u slídové destičky je princip shodný s jednoosými minerály tj. černé skvrny odpovídají žluté barvě při použití destičky sádrovcové tzn., jsou-li černé skvrny na vnitřní straně hyperbol je optický charakter minerálu pozitivní (obrázek 43-45). Pokud je spojnice výchozů optických os kolmá ke směru zasouvání kompenzačních destiček, je opačná poloha barevných skvrn vůči předcházející variantě, tj. u sádrovcové destičky jsou pro opticky pozitivní minerály modré skvrny na vnitřní straně hyperboly. U látek s malým úhlem optických os můžeme určovat optický charakter z polohy, kdy je zobrazen kříž a to stejným postupem jako u jednoosých minerálů.
Odrazový mikroskop (často se používá termín rudní mikroskop) se používá pro pozorování opakních objektů. Opakní minerály a některé technické hmoty nepropouští světlo. Patří mezi ně většina prvků, sulfidů a některé oxidy.
Při pozorování v dopadajícím světle se používá lineárně polarizované světlo, které se při odrazu od preparátu částečně mění na světlo kruhově a elipticky polarizované. I pro tento typ světla platí všechny výše uvedené fyzikální principy.
Odrazový mikroskop se skládá ze stejných součástí jako polarizační mikroskop pro pozorování v procházejícím světle. Jsou to zejména světelný zdroj, objektiv, okulár, polarizátor a analyzátor. Hlavním rozdílem je umístění zdroje světla, které dopadá na naleštěný povrch preparátu shora, částečně se odráží a toto odražené světlo pozorujeme přes objektiv a okulár. Často se hovoří o pozorování v kolmo odraženém světle.
Toto pozorování je umožněno zařízením označovaným jako opakní iluminátor s reflektorem (obrázek 43-46). Ten je tvořen skleněnou destičkou nebo častěji optickým hranolem či zrcadlem. Účinnější je systém s prizmatem nebo zrcadlem, kdy světlo ze zdroje je odráženo přes jednu polovinu objektivu na preparát a odražené světlo prochází vzhůru druhou polovinou objektivu, míjí optický hranol nebo zrcátko a vstupuje do okuláru. Při použití skleněné destičky je velká část intenzity světla pohlcena, osvětlení je rovnoměrnější.
Podobně jako u pozorování v procházejícím světle jsou u pozorování v odraženém světle dva hlavní režimy: pozorování s jedním nikolem a pozorování ve zkřížených nikolech.
Hlavními optickými veličinami opakních minerálů jsou index světelného odrazu, index světelného lomu a koeficient absorbce.
Index odrazu (R) je definován poměrem intenzity světla odraženého od naleštěného povrchu minerálu k celkové intenzitě dopadajícího světla. Hodnota se udává v %.
Index světelného lomu je definován stejně jako při pozorování v procházejícím světle.
Koeficient absorbce (k) definuje úbytek intenzity světla v závislosti na hloubce pronikání světelného paprsku do minerálu. Podle hodnoty koeficientu absorbce dělíme minerály na slabě a silně absorbující. Význam absorbce je zde poněkud odlišný, protože platí, že silně absorbující minerály dovolují světelné vlně vstoupit do struktury jen omezeně a značná část světla se odráží.
Hlavní veličinou, kterou pozorujeme v jednom nikolu je index odrazu (odraznost). Čím více minerál odráží dopadajícího světla, tím vyšší je hodnota indexu odrazu a tím světlejší je zpravidla minerál při subjektivním hodnocení odstínu barvy. Barva minerálu v odraženém světle nemusí souhlasit se skutečnou barvou minerálu. Analogicky k indexům světelného lomu při pozorování v procházejícím světle, jsou u jednoosých opakních minerálů dvě krajní hodnoty indexů odrazu, tři hodnoty u dvojosých minerálů a jedna hodnota pro minerály izotropní. Rozdíl krajních hodnot se označuje jako maximální bireflexe (analogická veličina k dvojlomu) a můžeme stanovit i pozitivní a negativní optický charakter. To se provádí pouze na základě exaktního změření hodnot indexů odrazu. Indexy odrazu a indexy světelného lomu jsou ve vzájemném vztahu – čím je vyšší index světelného lomu minerálu, tím vyšší je jeho odraznost. Index odrazu je závislý i na vlnové délce použitého světla.
Ve zkřížených minerálech můžeme stanovit izotropii nebo anizotropii minerálů.
Při určování minerálů v odraženém světle sledujeme typické charakteristiky, zejména tvar minerálů, štěpnost, odraznost, zonalitu, dvojčatění, izotropii a další.