偏光显微镜下的矿物看起来真的泰裤辣！

文章来源：石头科普工作室

作者：可然

佛说：“一花一世界，三藐三菩提”，意味着世界的奇妙与无穷，而岩石中也蕴藏着宇宙的奥秘。地质学家们善于利用工具，将岩石削成0.3毫米的薄片，并运用偏光显微镜观察矿物的排列组合，于岩石中发现了异彩纷呈的星空。

岩石由多种矿物构成，犹如房子由砖瓦所组成。矿物是地质作用形成的晶质固体，在自然界中数量繁多，种类繁杂，科学家们至今仍在不断发现新的矿物。尽管矿物种类众多，但常见的造岩矿物只有十几种，每种矿物都具有独特的光学特性。现在，让我们随着小石头的引领，一同在偏光显微镜下识别这些矿物吧。

偏光显微镜

矿物的光学性质特征的差异对于鉴别和研究矿物非常重要，而偏光显微镜是研究这些性质的主要工具。偏光显微镜包括反射光源、上偏光系统、下偏光系统、物镜和目镜等主要组成部件。在观察透明矿物时，我们主要利用透射光进行观察。

当将岩石磨成薄片后，若只使用下偏光系统观察矿物，我们可以观察到矿物的颜色、形态、解理和突起等特征。下偏光系统是透射光通过矿物进入显微镜的部分。

叠加上偏光系统后，构成正交光，我们可以观察到更多的性质，包括矿物的干涉色、消光类型和双晶等光学特征。上偏光系统与下偏光系统的交叉作用可以揭示矿物的更多细节。

（突然出现好多不太熟悉对的光学性质的名称，下面就一起来简单理解一下吧）

矿物的常见光学性质

解理

解理是指矿物内部容易破碎的面或平面。矿物的解理性质与其晶体结构和化学键的结合程度密切相关。在作用力较弱的方向上，矿物更容易发生断裂，因此在显微镜下可以观察到小裂缝的存在。不同矿物具有不同的解理方向、解理发育程度、解理组数和解理之间的夹角。根据解理缝的特征可以将解理发育程度分为三个等级：极完全解理、完全解理和不完全解理。比如，云母有一组极完全解理，所以它很容易变成一片一片的样子；方解石发育三组完全解理，平面上可以看到两组呈菱形的解理。通过观察和研究解理特征，地质学家可以进一步了解矿物的内部结构和形成过程，对岩石的性质和变形特征进行分析和解释。

方解石的菱形解理

突起

在岩石薄片中，不同矿物颗粒的表面呈现出不同的起伏和形态，同时矿物颗粒的边缘粗细和清晰度也会有所差异。这种差异被称为矿物的突起。具体而言，一些矿物的颗粒在薄片中看起来较为凸出，其边缘也更为宽阔和明显，例如橄榄石。相反地，其他矿物则呈现较为平坦的表面，其边缘线条较细，观察时也不太清晰，如石英和长石。

矿物颗粒的突起特征与矿物与填充薄片空隙的树脂或树胶的折射率差异有关。当矿物与树脂或树胶的折射率差异较大时，矿物颗粒的边缘会呈现较宽且清晰的外观，突起较高。相反，当矿物与树脂或树胶的折射率差异较小时，矿物颗粒的边缘线条会显得较细且模糊，突起较低。

通过观察和分析矿物的突起特征，地质学家可以进一步了解岩石中不同矿物的特性和组成，有助于矿物鉴定和岩石分类等研究工作。

橄榄石的高正突起

石英的低正突起

双折射

双折射是光线在各向异性晶体中的传播现象，当光线入射到这样的晶体中时，会被分解成两束光，沿着不同方向传播并发生折射。这是由于各向异性晶体的特性，不同方向上的光线具有不同的传播速度和折射率。

当光波进入一个非均质体（例如各向异性晶体）时，除非特殊方向，它会分解为两种垂直振动方向的偏振光，这两束光的传播速度和折射率不同。这种现象被称为双折射。

各向异性晶体之所以产生双折射，是因为在这些晶体中，原子或分子的排列方式在各个方向上并不相同，导致光线在晶体内传播时受到不同的影响。这使得光线在晶体中的传播速度和折射率在不同方向上存在差异，从而产生了双折射现象。

冰洲石双折射现象（图片来源于百度）

干涉色

在正交偏光显微镜下观察矿物薄片时，我们经常会看到矿物呈现出五彩斑斓的颜色，这种现象被称为干涉色。干涉色的产生与矿物的双折射性质密切相关。

当单色光通过双折射材料（如矿物）时，它会被分解为两束振动方向垂直的光。这两束光在通过上偏光系统后，它们的振动方向变为与上偏光镜平行。由于这两束光具有相同的频率和固定的光程差，它们会发生干涉作用，从而产生干涉色。

干涉色的出现受到薄片厚度和矿物的双折射率的影响。干涉色的级序指的是在特定厚度下观察到的干涉色的特征。通常，级序从一级到四级逐渐变化。当光程差增加到第五级序以上时，不同单色光的贡献不均衡，看起来接近白色，这种干涉色被称为高级白干涉色。

干涉色色谱（图片来源于百度）

消光

在正交偏光显微镜中观察矿物薄片时，当矿物整体呈现出完全黑暗的现象时，称为消光。特别是在某个特定位置，矿物不会显示出任何颜色或亮度，而是完全吸收了入射光的能量。

当观察均质体矿物的薄片时，在正交偏光镜下转动载物台（也称为旋转偏光镜），如果无论旋转到什么角度，矿物始终保持黑暗不发光的状态，这被称为全消光。

全消光的出现是由于矿物薄片的光学特性与正交偏光系统之间的相互作用。正交偏光系统中的偏振器和分析器彼此垂直，如果矿物的光学性质使得它在任何角度下都无法通过分析器，那么就会观察到全消光现象。

转动载物台时的黑云母消光

常见造岩矿物的特征

和镜下照片

石英

单偏光下无色透明，无解理，具有低正突起；正交光下表现出平行消光，具有一级灰白干涉色。

显微镜下的石英砂岩

（左侧为单偏光，右侧为正交光）

长石

单偏光下为无色透明，常成板状自形晶，具有两组完全解理，长石不耐风化，容易发生蚀变（如高岭土化，绢云母化）；正交光下为一级灰白干涉色，常见双晶（如卡氏双晶、聚片双晶、卡钠复合双晶等）。

图中红框圈出部分为镜下的长石

卡式双晶

聚片双晶

卡钠复合双晶

方解石和白云石

镜下特征相似，单偏光下多无色，具有三组完全解理，平面上只能看到两组呈菱形相交的解理；正交光下表现出对称消光，具有高级白干涉色。区分方解石和白云石的简单方法是茜素红染色，因为方解石被染成红色，而白云石不被染色。

左：正交光下的方解石；

中右：被茜素红染色的砂质白云岩，上部白云石含量多，方解石含量少，所以染红不明显；

下部白云石含量少，方解石含量多，故染红明显。

橄榄石

单偏光下呈现无色透明，集合体为不规则的粒状，不发育解理，常见不规则的裂纹，为高正突起；正交光下最高干涉色可达三级。

镜下的橄榄石

辉石

单偏光下辉石常呈淡绿、淡紫或淡黄色调，形状为短柱状，具有两组解理（夹角约87°），具有高正突起；正交光下最高干涉色可达二级中下部。

红框圈出部分为镜下的辉石

角闪石

单偏光下为无色或绿色、褐色，碱性种属带蓝紫色调，形状为长柱状，具有两组完全解理（夹角约56°），为中正突起；正交光下最高干涉色可达二级中部，但常被本身颜色所掩盖。

镜下的角闪石

黑云母

单偏光下多为褐色或绿色，呈菱形板状、片状，具有一组极完全解理，是中正突起；正交光下表现出平行消光，干涉色比较高，通常为二至三级。

红框圈出部分为镜下的黑云母

石榴子石与十字石

石榴子石单偏光下颜色为淡红、褐色等，切面形状为八边形、六边形或近球形，具有筛状结构，没有解理，为极高正突起；因为石榴子石均质体，所以正交光下呈现全消光。

十字石：单偏光下颜色为黄色等，形状为短柱状或粒状，具有筛状结构，为中等解理，极高正突起，镜下也常出现筛状结构；正交光下与石榴子石的区别是十字石呈现一级灰白干涉色。

红框圈出部分为镜下的石榴子石

黄框圈出部分为镜下的石榴子石，

蓝框圈出部分为镜下的石榴子石

在肉眼下观察矿物时，很多矿物可能显得平凡无奇，缺乏明显的色彩和特征。然而，当使用偏光显微镜来观察这些矿物时，它们展现出了令人惊叹的美丽和多样性。真的泰裤辣！

END

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撰稿：可然

美编：可然

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