Características ópticas de los minerales de rocas endógenas

¿Cuáles son las características ópticas de los minerales de las rocas endógenas? En este fragmento extraido del texto correspondiente al Módulo II del “Curso online de Análisis y caracterización de rocas ígneas y metamórficas y sus recursos naturales asociados“, se detallan todas las propiedades ópticas de estos minerales.

 

Las propiedades ópticas de los minerales siguen patrones según las propiedades electromagnéticas de la luz. La luz se comporta como una onda de vibración que se transporta con velocidad constante en todas direcciones. Sus longitudes de onda pueden ser cortas (por debajo de una mil millonésima de cm, formando los rayos gama) o largas (más de mil kilómetros, ondas de radio). El espectro visible se encuentra entre los 390 y los 760 nm, lo cual es la longitud de onda visible para el ojo humano. Según el comportamiento de la luz a través del cristal, los minerales pueden ser opacos, cuando no dejan pasar la luz, traslúcidos, cuando parte de la luz los atraviesa, o transparentes, cuando prácticamente atraviesa toda la luz. Con el microscopio óptico, existe la posibilidad de dejar pasar la luz de manera normal (nícoles paralelos), o se puede focalizar su vibración en un único plano, denominándose luz polarizada (nícoles cruzados). Los minerales presentan distintas características bajo el microscopio:

 

2.3.1. Propiedades de los minerales con nícoles paralelos

Color: En lámina delgada, los minerales pueden ser incoloros, coloreados u opacos.

Pleocroismo: Se refiere al cambio de color, o de la intensidad de color, que presenta un mineral cuando se gira la platina del microscopio, debido a la absorción desigual de la luz por el mineral en diferentes orientaciones. Los minerales ferromagnesianos suelen ser pleocroicos.

Forma y hábito: Las condiciones de cristalización de los minerales condicionan su forma y su hábito. Así, según el desarrollo de sus caras, las formas de un mineral pueden ser: euhedral (o automorfo), con caras bien definidas y desarrolladas; subhedral (hipidiomorfo o subautomorfo), mostrando alguna cara bien definida; o anhedral (o xenomorfo), si no presenta ninguna cara bien definida, sólo formas irregulares. El hábito hace referencia a la morfología de los cristales, tal como se ha explicado en la sección anterior (acicular, tabular, prismático…).

Relieve: El relieve superficial de un mineral se puede observar comparándolo con otro mineral contiguo, de manera que se puede ver si destaca o no su intensidad bajo el microscopio. Depende de la diferencia entre el índice de refracción del mineral y del medio de montaje con el cubreobjetos, dando al mineral una apariencia rugosa y definiendo una línea de mayor intensidad en su contorno (línea de Becke). El relieve puede ser alto, moderado o bajo.

Exfoliación y fractura: Bajo el microscopio, la exfoliación puede aparecer como líneas sombreadas en el interior del mineral, condicionadas por la estructura interna de éste. En ocasiones los minerales se encuentran fracturados a favor de sus planos de exfoliación.

Alteración: La alteración es el proceso de modificación mineral y transformación a causa de procesos generalmente tardíos y superficiales, como pueden ser la interacción con aguas meteóricas o por hidrotermalismo. Los fluidos pueden reaccionar con algunos minerales produciendo su transformación en las zonas de borde, hasta formar una nueva fase mineral más estable, en función de la temperatura, química de los fluidos, pH….Alteraciones típicas son la transformación de biotita en clorita, olivino en serpentina, o plagioclasa en sericita.

 

2.3.2. Propiedades de los minerales con nícoles cruzados (luz polarizada)

La mayoría de los cristales dejan pasar las ondas luminosas en un plano y absorben las que vibran en otros, fenómeno denominado polarización de la luz. Así, ópticamente, todas las sustancias transparentes pueden dividirse en dos grupos: isótropos y anisótropos.

Isótropos: Incluye a todas las sustancias no cristalinas (gases, líquidos y el vidrio), y a todos los cristales del sistema cúbico, ya que a luz viaja con la misma velocidad en todas direcciones, y por tanto, cada sustancia tiene un único índice de refracción, es decir, una relación idéntica entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad con que se transmite la luz en su interior. Los minerales isótropos aparecen negros con nícoles cruzados ya que no polarizan la luz.

Anisótropos: Incluye a todas las sustancias cristalinas (excepto al sistema cúbico), en los cuales la velocidad de la luz varía según las direcciones cristalográficas, presentando una variación de índices de refracción y un color de interferencia característico. Los minerales anisotrópicos polarizan la luz, desdoblándola en dos rayos que vibran perpendicularmente.

De esta forma, los minerales presentan unas características distintas al polarizar la luz:

Birrefringencia: La mayoría de los minerales anisotrópos varía su color con nícoles cruzados. Los distintos colores que presenta un cristal anisótropo son consecuencia del color de interferencia, es decir, de la interferencia y transmisión por el analizador de las dos ondas luminosas en que divide el cristal a la onda incidente. Un mismo mineral puede presentar diferentes colores dependiendo de su orientación cristalográfica, de su espesor y de su birrefringencia (diferencia entre el índice de refracción máximo y mínimo). Así, los minerales con alta birrefringencia (o aquellos con alto espesor) darán colores de interferencia de alto orden (azules, rosas, verdes, amarillos intensos; Fig. 2), los que presenten baja birrefringencia darán colores de bajo orden (grises, blancos, amarillos pálidos; Fig. 2), y los que tengan un solo índice de refracción se verán negros (son isótropos).

 

Tabla de Michel Levy

Figura 2. Tabla de Michel Levy mostrando los colores de interferencia generados por combinación de longitudes de onda al atravesar el analizador, en relación con la birrefringencia y espesor de la lámina delgada.

 

Ángulo de extinción: Los colores de interferencia de un mineral pueden variar de intensidad cuando se gira la platina del microscopio. Cuando las direcciones de vibración de la luz en el cristal coinciden con las del polarizador y analizador, el mineral se oscurece (posición de extinción). Los minerales anisótropos se pueden extinguir a 90°, denominándose extinción recta, o a otros ángulos distintos a 90° (extinción oblicua), dependiendo de la orientación cristalográfica. Los minerales isótropos siempre se encuentran en posición de extinción. Algunos minerales pueden presentar un fenómeno progresivo de oscurecimiento del cristal a medida que se gira la platina del microscopio, denominado extinción ondulante.

Figura de interferencia: Los microscopios petrográficos poseen un sistema de condensador con el cual se produce una fuerte luz convergente llamada iluminación conoscópica con nícoles cruzados y se puede enfocar usando un objetivo de alto poder y la lente accesoria de Bertrand. El paso de los rayos a través del analizador, del condensador y de la lente, en forma de luz cónica (los diferentes rayos atraviesan el mineral en diferentes orientaciones), da lugar a diferencias de velocidad en su llegada (retardo) y a la aparición de figuras de interferencia características de cada mineral. La figura de interferencia se usa para determinar la indicatriz óptica del mineral (modelo geométrico que representa todos los posibles índices de refracción de un medio transparente). Así, en un mineral isótropo, en el cual el índice de refracción no varía con la dirección de vibración, su indicatriz óptica se representa en forma de esfera. No presentan signo óptico ya que se ven negros con luz polarizada. Por el contrario, en minerales anisótropos, el índice de refracción varía con la dirección, dando lugar a dos tipos de indicatrices ópticas: uniáxica (+ o -), correspondiente a los sistemas tetragonal, hexagonal y romboédrico, la indicatriz óptica tiene forma de elipsoide de dos ejes (de revolución), y sus índices de refracción son perpendiculares entre sí; o biáxica (+ o -), correspondiente con los sistemas rómbico, monoclínico y triclínico, la indicatriz óptica es un elipsoide de tres ejes con tres índices de refracción principales perpendiculares entre sí (Fig. 3).

La figura de interferencia que se genera en minerales con indicatriz óptica uniáxica (+) es la de una cruz negra (isogira: zonas extinguidas que se corresponden con zonas del cristal en las que las direcciones de vibración coinciden con las del analizador y polarizador) con un punto central (melatopo: salida del eje(s) óptico), con dos cuadrantes (NE y SW) de colores de primer a segundo orden (gris a azul) y dos cuadrantes (NW y SE) de colores de primer orden (gias a amarillo; FIg. 3B). Cuando se trata de minerales con alta birrefringencia, en la sección perpendicular al eje óptico se observaría círculos (isocromas: zonas de igual color de interferencia en las que las direcciones de vibración no corresponden con las del analizador y polarizador) que reflejan la diferencia entre los índices de refracción del mineral (Fig. 3B). Por el contrario, cuando la indicatriz óptica es uniáxica (-), se verá la misma cruz pero con los colores de los cuadrantes invertidos (azul: NW y SE, y amarillo: NE y SW; Fig. 3B).

 

Cuando la indicatriz óptica es biáxica, al girar la pltina en un ángulo oblicuo (45°), la isogira se desdobla en dos hipérbolas y las isocromas adquieren forma oval, con el melatopo en el centro de las hipérbolas. De esta forma, los rayos ópticos presentan distinta velocidad al atravesar y salir del medio, lo que se traduce en distintos colores en las isogiras. En indicatrices ópticas biáxicas (-), se observan los colores amarillos en los lados convexos de las isogiras, mientras que en los lados cóncavos el color que aparece es azul (Fig. 3B), siendo el efecto contrario en las indicatrices ópticas biáxicas (+) (lados convexos azules y cóncavos amarillos). Si la sección fuese perpendicular al eje óptico, se vería una única isogira separando dos sectores con anillos coloreados en disposición circular (Fig. 3B).

Fig4

Figura 3. A) Tipos de indicatrices ópticas de los minerales y modelos geométricos de índices de refracción en medios transparentes. B) Figuras de interferencia según el tipo de indicatriz óptica bajo el microscopio óptico con nícoles cruzados y condensador. El signo óptico biáxico (+) tendría el efecto óptico de color inverso al mostrado (biáxico (-)).


Figura 3.A. tomada de  http://www.ehu.eus/mineralogiaoptica/Atlas_de_Mineralogia_Optica/ Propiedades_Opticas y http://www.uned.es/cristamine/crist_opt/cropt_micr_anisot.htm

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