Optical Mineralogy WS 2012/2013

Optical Mineralogy WS 2012/2013
Der erste Teil des Kurses „Polarisationsmikroskopie“ befasst sich mit Kristalloptik, d.h. den im Polarisationsmikroskop sichtbaren Wechselwirkungen zwischen Licht und Mineralen. Zum Verständnis der optischen Eigenschaften der Minerale ist die Kenntnis einiger Grundlegender Gesetze und Phänomene der Optik erforderlich, die für den Zweck der Kristalloptik stark vereinfacht werden.

Course structure THEORY OF OPTICS – first 6 or 7 weeks of lectures and practicals MINERAL CHEMISTRY – lectures January onwards IDENTIFICATION OF ROCK FORMING MINERALS – pracs January onwards EXAM – Week beginning February 4th

Website…. www.staff.uni-mainz.de/tjohnson/Internal/optics.html
Downloads (pdfs) for lectures and practicals Mineral identification sheets Links to other resources Lots more.... There is lots of EXCELLENT freely available material (English and German) on the internet….

Why use a polarizing microscope??
Mineral identification Rock identification Microstructural/textural investigation ….this leads to (for example)…. Crystallisation sequence (igneous petrology) Deformation history (structural geology) Infer reactions & P–T (metamorphism) Diagenetic processes (sedimentary petrology) Alteration processes (e.g., weathering) .... and it is CHEAP ....

Minerals you will learn – 20(ish)
Garnet Olivine Clinopyroxene Orthopyroxene Hornblende Glaucophane Biotite Muscovite Chlorite Epidote Spinel Cordierite Andalusite Sillimanite Kyanite Staurolite Calcite Plagioclase feldpar Alkali feldspar Quartz

What is the nature of light?
Particles or quanta – photons (Newton) ? …or… Electromagnetic Waves (Huygens) ? ….it’s both…. Particle-Wave duality (e.g. Einstein, de Broglie) For the purpose of mineral optics, light is best explained as a WAVE….

Electromagnetic Radiation
Transverse waves that are mutually perpendicular E = Electrical field M = Magnetic field C = Propagation direction E M Quantenoptik: um die Wechselwirkung von Lichtstrahlung mit Materie im Bereich von Kristallgittern oder Molekülen zu erklären wird mit dem Lichtquantenmodell gearbeitet. Jedes Lichtquant (Photon) hat dabei je nach Wellenlänge des Lichtes eine definierte Energie ( E = h ⋅ν ). Lichtquanten werden v.a. dann von einem Stoff absorbiert, wenn die Energie des jeweiligen Photons derjenigen Energie entspricht, die zu erzwungenen Schwingungen im Kristall oder Molekül oder zur Anregung von Elektronen in höhere Energieniveaus nötig ist. Elektromagnetische Strahlung lässt sich in einen elektrischen und einen magnetischen Vektor aufgliedern, die beide senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung schwingen. Da das Verhalten bzw. die Eigenschaften des Lichts im wesentlichen von der Wechselwirkung zwischen dem elektrischen Feld des Lichts und Materie bestimmt werden, wird für die Belange der Kristalloptik die magnetische Komponente des Lichts vernachlässigt. Für Lichtwellen gelten die Gesetze und Terminologie der Wellenlehre: Die Amplitude A kennzeichnet die maximale Höhe der Wellenberge. Die Wellenlänge l ist definiert als Abstand zwischen zwei Wellenbergen und wird in nm angegeben. Die Geschwindigkeit v errechnet sich als vom Licht zurückgelegter Weg pro Zeit. Unter der Frequenz n versteht man die Anzahl der Wellenberge. die pro Sekunde einen fixen Punkt passieren. Die Frequenz ist der Quotient aus Geschwindigkeit und Wellenlänge (n = v/l) und wird in Hz angegeben. For crystal optics we only need to consider the electrical field

The Electromagnetic Spectrum

Visible light: 750 nm (red)  400 nm (violet)
The Visible Spectrum DISPERSION through a prism shows us that white light consists of a mixture of all colours of the visible spectrum.... Visible light: 750 nm (red)  400 nm (violet) Sichtbares Licht ist nur ein sehr kleiner Teil des Spektrums elektromagnetischer Wellen und umfasst ungefähr den Bereich zwischen 400 und 750 nm. Zu niedrigeren Wellenlängen (bzw. höheren Frequenzen) schließen sich UV-, Röntgen- und γ-Strahlung an; zu größeren Wellenlängen (bzw. niedrigeren Frequenzen) folgen Infrarot- und Radiowellen. Unterschiedliche Wellenlängen des sichtbaren Lichtes werden vom menschlichen Auge als unterschiedliche Farben wahrgenommen; ein komplettes Spektrum von nm wird als „weißes“ Licht wahrgenommen. Wenn das Licht aus nur einer Wellenlänge besteht, dann sprechen wir von monochromatischen Licht. Licht, das sich aus verschiedenen Wellenlängen zusammensetzt, wird als polychromatisches Licht bezeichnet. Lichtmodelle: zur Erklärung optischer Phänomene werden verschiedene Lichtmodelle verwendet. Strahlenoptik: Im Strahlenmodell kann die räumliche Ausbreitung (Reflexion, Brechung) mit geometrischen Gesetzen beschrieben werden. In der Wellenoptik wird Licht als elektromagnetische Welle beschrieben ( Wellengleichung), um Erscheinungen wie Polarisation, Doppelbrechung und Interferenz zu erklären. Licht wird dabei als harmonische Sinusschwingung dargestellt, wobei ein elektrischer und ein dazu senkrecht stehender magnetischer Feldvektor transversal schwingen.

Colour Physikalisch gesehen sind Farben Lichtstrahlen mit einer bestimmten Wellenlänge. Das Auge kann die verschiedenen Wellenlängen des Lichts als Farbe unterscheiden. Die Farbe eines Objekts entspricht der Farbe der Wellenlänge oder der Kombination von Wellenlängen, die durch das Objekt durchgelassen (also nicht absorbiert) oder vom Objekt reflektiert werden. In weißem Licht erscheint ein Körper schwarz, wenn er alle Wellenlängen absorbiert. Ein Körper, der das gesamte Spektrum reflektiert, erscheint weiß. Ein farbloser Körper ist durchsichtig, da er alle Wellenlängen durchlässt. Ein Objekt erscheint farbig, wenn es selektiv bestimmte Wellenlängen absorbiert, d.h. einen Teil des Spektrums herausfiltert. Die vom Auge wahrgenommene Farbe eines Körpers ist nicht dessen Primäreigenschaft, da sie sich mit der Wellenlängenzusammensetzung des einfallenden Lichts ändert. Bei blauem Licht (ca. 470 nm) erscheint z.B. ein in weißem Licht weißer Körper blau, da nur eine Wellenlänge zur Verfügung steht. Manche Minerale zeigen ein vielfach wechselndes Farbenspiel. Der Farbeffekt des Labradorits beruht auf Interferenzerscheinungen. Das metallische Glänzen von Glimmern (z. B. Muskovit, Fuchsit) beruht ebenfalls auf dem Phänomen der Interferenz. Der Opal ist aus kleinen Cristobalit-Kügelchen, die nur wenige Tausendstel Millimeter groß sind, aufgebaut. Das einfallende Licht wird an den Kügelchen reflektiert, gestreut und gebeugt. Farbwirkungen durch Interferenz und Beugung sind sehr selten, da die Wellenlänge von Licht viel größer ist als die Strukturen der Kristallgitter.

Absorption and Colour Selective absorption of certain wavelengths  Absorption colour The absorption colour is complimentary to the absorbed wavelengths! An example: a green mineral (e.g. hornblende): Red/orange and blue/violet wavelengths are absorbed Transparent for green light Physikalisch gesehen sind Farben Lichtstrahlen mit einer bestimmten Wellenlänge. Das Auge kann die verschiedenen Wellenlängen des Lichts als Farbe unterscheiden. Die Farbe eines Objekts entspricht der Farbe der Wellenlänge oder der Kombination von Wellenlängen, die durch das Objekt durchgelassen (also nicht absorbiert) oder vom Objekt reflektiert werden. In weißem Licht erscheint ein Körper schwarz, wenn er alle Wellenlängen absorbiert. Ein Körper, der das gesamte Spektrum reflektiert, erscheint weiß. Ein farbloser Körper ist durchsichtig, da er alle Wellenlängen durchlässt. Ein Objekt erscheint farbig, wenn es selektiv bestimmte Wellenlängen absorbiert, d.h. einen Teil des Spektrums herausfiltert. Die vom Auge wahrgenommene Farbe eines Körpers ist nicht dessen Primäreigenschaft, da sie sich mit der Wellenlängenzusammensetzung des einfallenden Lichts ändert. Bei blauem Licht (ca. 470 nm) erscheint z.B. ein in weißem Licht weißer Körper blau, da nur eine Wellenlänge zur Verfügung steht. Manche Minerale zeigen ein vielfach wechselndes Farbenspiel. Der Farbeffekt des Labradorits beruht auf Interferenzerscheinungen. Das metallische Glänzen von Glimmern (z. B. Muskovit, Fuchsit) beruht ebenfalls auf dem Phänomen der Interferenz. Der Opal ist aus kleinen Cristobalit-Kügelchen, die nur wenige Tausendstel Millimeter groß sind, aufgebaut. Das einfallende Licht wird an den Kügelchen reflektiert, gestreut und gebeugt. Farbwirkungen durch Interferenz und Beugung sind sehr selten, da die Wellenlänge von Licht viel größer ist als die Strukturen der Kristallgitter. Note: Very rarely, colour effects are from interference and diffraction

Reflection and Refraction
Trifft Licht auf eine glatte Grenzfläche zwischen zwei Medien (z.B. Luft und ein Mineral), so tritt ein Teil des Lichts in das Mineral ein, ein anderer Teil wird reflektiert. Für die Reflexion gilt: Einfallswinkel = Ausfallswinkel. Beim Eindringen eines Lichtstahls in einen Kristall unter nicht-rechtem Winkel kommt es zur Brechung. Die Ursache hierfür ist die geringere Geschwindigkeit der durch Streuung gebildeten Sekundärwellen im Kristall. Die Richtung des Strahles wird dabei zum Lot hin gebrochen (Diesen Sachverhalt kann man sich sehr anschaulich an mechanischen Beispielen klarmachen; z.B. wird ein Radfahrer, der im spitzen Winkel einen Bordstein quert, ebenfalls eine Abweichung seiner Richtung „zum Lot hin“ erfahren, wobei als Lot hier eine im rechten Winkel zur Straße verlaufende Linie wäre). Haben die Lichtquanten des eingestrahlten Lichtes dieselbe Energie, die nötig ist, um Bausteine des Kristalls in Schwingung zu versetzen oder Elektronen im Kristallfeld anzuregen, kommt es zu einer Wechselwirkung, bei der die Lichtquanten mit eben dieser Energie (also einem bestimmten Teil im Farbspektrum des weißen Lichtes) vom Kristall verschluckt (Absorption) werden und fortan nicht mehr Teil des Lichtspektrums sind. Auslöschungen im sichtbaren Bereich des Lichtes führen dazu, dass der Kristall farbig erscheint. IT + IR + IA = I0 Transparenz (Brechung) + Reflexionsvermögen + Absorptionsvermögen = 1 Alle kleinen Gebilde (ob Staubteilchen oder Atome) entsenden, wenn sie vom Licht getroffen werden, Sekundärstrahlung. Diese Grunderscheinung der Optik nennt man Streuung; ihr haben wir es zu verdanken, dass wir Gegenstände, die selber nicht strahlen, überhaupt sehen können.

Reflection and Refraction
Angle of Incidence = Angle of Reflection (i1 = ref1; i2= ref2) 2) Refraction: Angle of Incidence ≠ Angle of Refraction (light is ‘bent’) (i3 ≠ r3) Trifft Licht auf eine glatte Grenzfläche zwischen zwei Medien (z.B. Luft und ein Mineral), so tritt ein Teil des Lichts in das Mineral ein, ein anderer Teil wird reflektiert. Für die Reflexion gilt: Einfallswinkel = Ausfallswinkel. Beim Eindringen eines Lichtstahls in einen Kristall unter nicht-rechtem Winkel kommt es zur Brechung. Die Ursache hierfür ist die geringere Geschwindigkeit der durch Streuung gebildeten Sekundärwellen im Kristall. Die Richtung des Strahles wird dabei zum Lot hin gebrochen (Diesen Sachverhalt kann man sich sehr anschaulich an mechanischen Beispielen klarmachen; z.B. wird ein Radfahrer, der im spitzen Winkel einen Bordstein quert, ebenfalls eine Abweichung seiner Richtung „zum Lot hin“ erfahren, wobei als Lot hier eine im rechten Winkel zur Straße verlaufende Linie wäre). Haben die Lichtquanten des eingestrahlten Lichtes dieselbe Energie, die nötig ist, um Bausteine des Kristalls in Schwingung zu versetzen oder Elektronen im Kristallfeld anzuregen, kommt es zu einer Wechselwirkung, bei der die Lichtquanten mit eben dieser Energie (also einem bestimmten Teil im Farbspektrum des weißen Lichtes) vom Kristall verschluckt (Absorption) werden und fortan nicht mehr Teil des Lichtspektrums sind. Auslöschungen im sichtbaren Bereich des Lichtes führen dazu, dass der Kristall farbig erscheint. IT + IR + IA = I0 Transparenz (Brechung) + Reflexionsvermögen + Absorptionsvermögen = 1 Alle kleinen Gebilde (ob Staubteilchen oder Atome) entsenden, wenn sie vom Licht getroffen werden, Sekundärstrahlung. Diese Grunderscheinung der Optik nennt man Streuung; ihr haben wir es zu verdanken, dass wir Gegenstände, die selber nicht strahlen, überhaupt sehen können.

Velocity of light and refractive index
The ratio of the velocity of light in a vacuum/air (c) to the velocity of light through a material (v) is called the Index of Refraction or Refractive Index (n): nm = c/v n is inversely proportional to v (nair = c/c = 1) Light is slowed down when it enters a denser material, so nm > 1. This slowing down reduces the wavelength of light (the energy and frequency stay constant): Velocity of light: v =  Light energy: E = h = hv/ h = Planck‘s constant;  = frequency (remains constant);  = wavelength; c ≈ km/s; v = velocity of light in a material (v < c  n > 1) Brechungsindex: n (Lichtgeschwindigkeit in Luft ≈ Vakuum) / (Lichtgeschwindigkeit im Mineral). Die Lichtgeschwindigkeit v steht mit der Wellenlänge λ und der Frequenz ν im Zusammenhang n = v/l Die Lichtgeschwindigkeit hängt vom Medium ab und ist im Vakuum am größten (≈ km/s). Die Frequenz dagegen ist materialunabhängig und bleibt für Licht, das mit einer bestimmten Wellenlänge emittiert wurde, immer gleich. Ändert sich also die Geschwindigkeit des Lichts beim Eintritt in ein anderes Medium, so muss sich die Wellenlänge ebenfalls ändern. Da v im Vakuum die höchst mögliche Geschwindigkeit einnimmt, ist n für alle Materialien größer als 1. Die niedrigere Lichtgeschwindigkeit in Kristallen geht mit einer Verkürzung der Wellenlänge einher, damit n konstant bleibt.

Refraction – Snell’s Law
sini = AB/CB  CB = AB/sini sinr = CD/CB  CB = CD/sinr  AB/sini = CD/sinr …but… v1 = AB and v2 = CD  v1/sini = v2/sinr  Snell‘s Law v1/v2 = sini/sinr = n2/n1 ....as n2=c/v2, and n1=1.... n2 = v1/v2 = sini/sinr Note: v2 is difficult to measure but sin1 and sin2 are not ….

Reflectance Reflectance, R: Lustre
0% 10% 20% 30% 40% 1 2 3 4 n R Reflectance, R: I0 = Intensity of incident (source) light IR = Proportion of reflected light n = Refractive Index Lustre Glassy: n = 1,3-1,9  R = 1,7-10% Adamantine: n = 1,9-2,6  R = 10-20% Sub-metallic: n = 2,6-3  R = 20-25% Metallic : n >  R > 25% Der Glanz ist die Fähigkeit eines Minerals, Licht zu reflektieren. Je größer die Lichtbrechung eines Minerals ist, d.h. je stärker der einfallende Lichtstrahl abgelenkt wird, desto mehr Licht wird auch reflektiert. Gut entwickelte Kristalle, Spaltstücke und ebene Bruchflächen glänzen im schräg reflektierten Licht sehr verschieden, abhängig von der Oberflächenbeschaffenheit, der Höhe der Lichtbrechung, der Absorption und noch anderem. Metallglanz von verschiedener Stärke besitzen undurchsichtige Kristalle mit einem hohem Reflexionsvermögen und hohem Brechungsindex (über 3). Er ist beobachtbar besonders am frischen Bruch und an polierten Flächen von Metallen (z.B. Gold) und Sulfiden (z.B. Antimonit), aber nur an wenigen Oxiden (z.B. Pyrolusit). Halbmetallglanz zeigen Minerale durchsichtige und halbdurchsichtige Minerale mit einem Brechungsindex n = 2.6 bis 3.0 (z.B. Cuprit, Hämatit). Diamantglanz ist typisch für durchsichtige Kristalle mit hoher Lichtbrechung von n = 1.9 bis 2.6 (z.B. Zirkon, Diamant, dunkler Sphalerit). Glasglanz zeigen die meisten klar durchsichtigen Kristalle mit einer mittleren Lichtbrechung von n = 1.3 bis 1.9 (z.B. Eis, Fluorit, Quarz u.v.a.). Fettglanz, Permutterglanz, Seidenglanz und Porzellanglanz beschreiben noch andere, gleichzeitig mit den oben genannten, auftretenden Erscheinungen. Sie beruhen auf: - verschieden starke Verwitterungen (Fettglanz des Schwefels und des Cordierits), - Schichtgitterstrukturen und damit vollkommener Spaltbarkeit (Permutterglanz von Muskovit und Gips) - Entmischungskörper (das Schillern des Labradorits) - einen feinfaserigen Aufbau (Seidenglanz von Chrysotil und Ulexit.

Total Internal Reflection and the Critical Angle
Snell’s Law: n2 . sinint = n1 . sinext n2 sincrit = n1 sin(90°) sin(90°) = 1, n1 = 1 n2 sincrit = 1 sincrit = 1/n2 If  > crit = T.I.R. Example: Diamond n = 2,42  crit = 24°

Dispersion Da Lichtwellen unterschiedlicher Energie mit den Dipolen in Kristallen unterschiedliche Wechselwirkung zeigen, ist die Brechung abhängig von der Wellenlänge (bzw. Frequenz) des eingestrahlten Lichtes. Dieses Phänomen wird Dispersion genannt. Im Allgemeinen hat kurzwelliges Licht (blau) einen höheren Brechungsindex als langwelliges (rot), was durch eine Absorptionskante der meisten Kristalle im fernen UV-Bereich zu erklären ist. Man spricht hier von „normaler“ Dispersion. Beim Auftreten starker Absorptionsbanden im Bereich des sichtbaren Lichtes, kann es auch dazu kommen, dass rotes Licht stärker gebrochen wird als blaues („anomale“ Dispersion, wobei der Brechungsindex im Bereich der Absorptionsbande streng genommen nicht definiert ist). Um die Dispersion eines Minerals zu beschreiben, müssen die Brechungsindizes für mehrere Wellenlängen angegeben werden. In der Regel werden die Brechungsindizes der Fraunhofer‘schen Linien (Absorptionslinien im Sonnenspektrum) angegeben, und zwar nF für l = 486 nm, nD für l = 589 nm und nC für l = 656 nm. Als Maß der Dispersion kann die Differenz nF – nC angegeben werden. Da die D-Linie mit 589 nm die gleiche Wellenlänge besitzt wie die von einer Na-Lampe emittierte monochromatische Strahlung und da diese Wellenlänge etwa in der Mitte des sichtbaren Spektrums liegt, werden Brechungsindizes von Mineralen meist für diese Wellenlänge angegeben. Absorption, Brechung und Dispersion sind nicht auf kristalline Substanzen beschränkt, sondern gelten genauso für anderen Stoffe (Gläser, Flüssigkeiten, …).

Dispersion n = c/v  n = c/
The refractive index of a material depends on the frequency and/or the wavelength of the light. - i.e. red light, with a longer wavelength, is refracted less than blue light: n = c/v  n = c/ For most minerals, dispersion is small and not a problem. However, with other minerals it can be a problem as it affects the other optical properties (e.g. sphene, zircon, some amphiboles)…. Da Lichtwellen unterschiedlicher Energie mit den Dipolen in Kristallen unterschiedliche Wechselwirkung zeigen, ist die Brechung abhängig von der Wellenlänge (bzw. Frequenz) des eingestrahlten Lichtes. Dieses Phänomen wird Dispersion genannt. Im Allgemeinen hat kurzwelliges Licht (blau) einen höheren Brechungsindex als langwelliges (rot), was durch eine Absorptionskante der meisten Kristalle im fernen UV-Bereich zu erklären ist. Man spricht hier von „normaler“ Dispersion. Beim Auftreten starker Absorptionsbanden im Bereich des sichtbaren Lichtes, kann es auch dazu kommen, dass rotes Licht stärker gebrochen wird als blaues („anomale“ Dispersion, wobei der Brechungsindex im Bereich der Absorptionsbande streng genommen nicht definiert ist). Um die Dispersion eines Minerals zu beschreiben, müssen die Brechungsindizes für mehrere Wellenlängen angegeben werden. In der Regel werden die Brechungsindizes der Fraunhofer‘schen Linien (Absorptionslinien im Sonnenspektrum) angegeben, und zwar nF für l = 486 nm, nD für l = 589 nm und nC für l = 656 nm. Als Maß der Dispersion kann die Differenz nF – nC angegeben werden. Da die D-Linie mit 589 nm die gleiche Wellenlänge besitzt wie die von einer Na-Lampe emittierte monochromatische Strahlung und da diese Wellenlänge etwa in der Mitte des sichtbaren Spektrums liegt, werden Brechungsindizes von Mineralen meist für diese Wellenlänge angegeben. Absorption, Brechung und Dispersion sind nicht auf kristalline Substanzen beschränkt, sondern gelten genauso für anderen Stoffe (Gläser, Flüssigkeiten, …).

Polarization Normal light is NOT polarized and vibrates
in all possible directions! Plane polarized light (PPL)  only vibrates in a single plane. Light can be polarized by: Reflection Double refraction Selective absorption Dispersion Sonnenlicht oder Kunstlicht einer Glühbirne ist nicht polarisiert und schwingt in allen Ebenen senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung. Wenn das Licht so eingeschränkt wird, dass es nur in einer Ebene schwingt, spricht man von linearer Polarisation. Die Richtung, in der das Licht schwingt, wird Schwingungsrichtung genannt. Die Schwingungsrichtung bezieht sich in der Mineraloptik auf die Schwingungsebene des elektrischen Felds. Licht kann mittels Reflexion, selektiver Absorption, Doppelbrechung oder Streuung polarisiert werden.

Polarization by reflection
Reflected polarized light is parallel to the surface Maximum polarization occurs when the angle between the directions of the reflected and refracted beams is 90°: BREWSTER‘S ANGLE B tanB = n Durch Reflexion an einer glatten Oberfläche wird das Licht so polarisiert, dass der überwiegende Teil des reflektierten Lichts parallel zur Oberfläche schwingt. Vollständige Polarisation parallel zur Oberfläche wird erreicht, wenn der Winkel zwischen reflektiertem und gebrochenen Strahl 90° beträgt. Der Einfallswinkel, der benötigt wird, um diese Differenz von 90° zu erzeugen, heißt Brewster‘scher Winkel. Das Brechungsgesetz Speziell: Winkel 90° zwischen reflektiertem und gebrochenen Strahl Bedingung für den Brewster Winkel

Polarization by selective absorption
Dichroism = preferred absorption of particular oscillation directions: Tourmaline - a naturally occurring mineral Polaroid - a type of synthetic plastic sheet used to polarize light Einige anisotrope Minerale, z.B. Turmalin, polarisieren einfallende Strahlung, indem sie Licht einer bestimmten Schwingungsrichtung teilweise oder vollständig absorbieren und Licht, das senkrecht zu dieser Richtung schwingt, hinurchlassen. Diese Eigenschaft wird als Dichroismus bezeichnet und technisch genutzt. Für moderne Polarisationsmikroskope werden als Polarisatoren Folien benutzt, die mit stark dichroitischem Material (meist langkettige Kohlenwasserstoffe, z.B. Polyvinylalkohol) beschichtet sind.

Polarization by double refraction
In most minerals (all except those of the cubic system), non-polarized light is split into 2 polarized rays The rays have different n  n = BIREFRINGENCE These rays are mutually perpendicular Example: calcite rhomb - light is split into an ordinary ray (o-ray) and an extraordinary ray (e-ray) Durch Doppelbrechung kann ebenfalls polarisiertes Licht erzeugt werden. Die bekannteste Anwendung dieser Methode sind die Nicol‘schen Prismen, die früher in Polarisationsmikroskopen verwendet wurden. Sie bestehen aus einem Calcit-Spaltrhomboeder, der entlang seiner Diagonalen geschnitten und mit Kanadabalsam (n = 1,54) an den Schnittflächen wieder zusammengeklebt wurde. Wie beim Durchgang durch alle anisotropen Medien wird das in den Kristall einfallende Licht in zwei Lichtwellen (ne und no) mit unterschiedlichen Schwingungsrichtungen und Geschwindigkeiten aufgespaltet. Die Wellen haben folgende Brechungsindizes: ne < 1,54 < no. Die Klebefläche mit dem Kanadabalsamist so zur Einfallsrichtung des Lichts orientiert, dass das Licht mit einem Winkel auf die Klebefläche auftritt, der größer als der kritische Winkel der Totalreflexion ist. Dadurch wird die Richtung no totalreflektiert und mit Hilfe einer geeignet angebrachten schwarzen Farbschicht am Rand des Prismas absorbiert. Die Welle mit dem kleineren Brechungsindex ne kann den Kanadabalsam passieren und verlässt als linear polarisiertes Licht den Kristall. Mit Hilfe der orientierten Schnittfläche und des Brechungsindex des Kanadabalsams wird also eine Schwingungsrichtung des einfallenden Lichts „selektiert“.

The Polarizing Microscope
Das Polarisationsmikroskop besteht aus einem Stativ, an dem die oben genannten Bauteile angebracht sind. Im Fuß des Mikroskops befindet sich die Lichtquelle. Die Beleuchtungsstärke ist über einen Dimmer regelbar, die Größe des Lichtkegels über eine verschließbare Leuchtfeldblende. Unterhalb des Mikroskoptischs ist der Polarisator angebracht. Die von der Lampe kommenden Lichtwellen werden hier linear polarisiert, d.h. der Polarisator lässt nur solche Lichtwellen hindurch, deren Schwingungsrichtung genau die Ost-West-Ebene ist. Oberhalb des Polarisators ist der einklappbare Kompensator (Gipsplättchen) angebracht. Darüber befindet sich der Kondensor, eine Kombination von Konvexlinsen, die das Licht in der Präparatebene bündelt, d.h. das Objekt so gut wie möglich ausleuchtet. Der Lichtkegel, der den Kondensor bzw. den Dünnschliff verlässt, muss in etwa demjenigen entsprechen, der durch das Objektiv aufgenommen werden kann. Hierfür muss auch die Beleuchtungs-apertur der Objektivapertur angepasst werden. Dies erfolgt über die Kondensor-aperturblende, die mit Hilfe eines Hebels verstellt werden kann. Oberhalb des Kondensors ist die einklappbare Kondensorfrontlinse montiert, mit deren Hilfe das den Kondensor verlassende Licht stärker gebündelt werden kann. Der drehbare Objekttisch hat eine Gradeinteilung, mit der Winkel gemessen werden können. Der Tisch kann mit einem kombinierten Grob- und Feintrieb (Tubustrieb) am unteren Teil des Stativs gehoben oder gesenkt werden, womit die Bildschärfe eingestellt wird. Am oberen Teil des Mikroskops ist ein Objektiv-Revolver mit mehreren Objektiven verschiedener Vergrößerung angebracht. Durch Drehen des Revolvers ist ein rascher Wechsel der Objektive möglich. Im unteren Teil des Tubus (Verbindungsteil zwischen Objektiv und Okular) kann ein weiterer Polarisator, der Analysator, in den Strahlengang eingeschoben werden. Bei vielen Mikroskopen ist im Tubus eine weitere Linse, die Amici-Bertrand-Linse, angebracht, die in den Strahlengang eingeklappt werden kann. Den Abschluss des Tubus bilden die Okulare.

Objective and Ocular lenses
Magnification = Objective × Ocular: e.g. 40 × 10 = 400x Numerical aperture, A: A = n ∙ sin Maximum resolution, d: Das Mikroskop besteht aus zwei Linsensystemen. Das erste System (Objektiv) bildet das Untersuchungsobjekt als ein reelles, umgekehrtes Zwischenbild vergrößert ab, während das zweite System (Okular) dieses Zwischenbild nochmals vergrößert. Maßgebend für die Qualität des zu beobachtenden Bilds ist daher vor allem das Objektiv. Das Okular dient lediglich dazu, die im Zwischenbild enthaltenen Einzelheiten so zu vergrößern, dass das Auge sie unter Sehwinkeln größer als 1° wahrnehmen kann. Die Endvergrößerung des Mikroskops ergibt sich aus dem Produkt von Abbildungsmaßstab (Verhältnis von Bildgröße zu Gegenstandsgröße) des Objektivs und Vergrößerung des Okulars. Mit steigendem Öffnungswinkel des Lichtkegels, der von einem Objektiv aufgenommen werden kann, steigt dessen Auflösungsvermögen. Eine Maßzahl für die Lichtmenge, die vom Objektiv aufgenommen werden kann, ist die numerische Apertur A. Sie ist definiert als A = n∙sina wobei n der Brechungsindex des Mediums ist, in dem sich das Licht vom Objekt zur Linse fortpflanzt (im Normalfall Luft) und a der Winkel, den der äußerste, noch von der Linse erfasste Lichtstrahl mit der optischen Achse der Linse bildet. Der Zusammenhang zwischen Auflösungsvermögen, d.h. der Fähigkeit, zwei Objektpunkte im Zwischenbild noch getrennt abbilden zu können, und der Apertur ist gegeben durch die Beziehung d = l/2A wobei d der kleinste Abstand zwischen zwei gerade noch getrennt voneinander erkennbaren Bildpunkten, l die Wellenlänge des einfallenden Lichts und A die Apertur des Objektivs sind. Objective Ocular

Thin Sections + + + + = Glass slide Glue (Epoxy resin)
Thin rock slice (30 µm = 0,03 mm) Glue (n = 1,54) Glass cover slip 30 µm Cover slip Rock slice Glass slide Ein Dünnschliff ist ein Gesteinspräparat zur polarisationsmikroskopischen Untersuchung. Gesteine sind fast ausnahmslos undurchsichtig und ihre mineralogischen Eigenschaften darum oft kaum erkennbar. Erst ab einer Dicke von 0,03 bis 0,02 mm (d.h. 30 bis 20 µm) ist eine Probe für die Durchlichtmikroskopie geeignet und eine eingehendere Untersuchung wird möglich. Zur Herstellung eines Dünnschliffs wird von einem Gesteinbrocken, dem Handstück, eine Probe mittels eines diamantbesetzten Sägeblattes abgesägt, angeschliffen, poliert und mit einem speziellen Kunstharz auf einen gläsernen Objektträger aufgeklebt. abgedeckte Dünnschliffe: mit aufgeklebtem Deckglas doppelt poliert: ohne Deckglas, Oberfläche poliert (unabgedeckt) + + + + =

Das Mikroskop besteht aus zwei Linsensystemen
Das Mikroskop besteht aus zwei Linsensystemen. Das erste System (Objektiv) bildet das Untersuchungsobjekt als ein reelles, umgekehrtes Zwischenbild vergrößert ab, während das zweite System (Okular) dieses Zwischenbild nochmals vergrößert. Maßgebend für die Qualität des zu beobachtenden Bilds ist daher vor allem das Objektiv. Das Okular dient lediglich dazu, die im Zwischenbild enthaltenen Einzelheiten so zu vergrößern, dass das Auge sie unter Sehwinkeln größer als 1° wahrnehmen kann. Die Endvergrößerung des Mikroskops ergibt sich aus dem Produkt von Abbildungsmaßstab (Verhältnis von Bildgröße zu Gegenstandsgröße) des Objektivs und Vergrößerung des Okulars. Mit steigendem Öffnungswinkel des Lichtkegels, der von einem Objektiv aufgenommen werden kann, steigt dessen Auflösungsvermögen. Eine Maßzahl für die Lichtmenge, die vom Objektiv aufgenommen werden kann, ist die numerische Apertur A. Sie ist definiert als A = n∙sina wobei n der Brechungsindex des Mediums ist, in dem sich das Licht vom Objekt zur Linse fortpflanzt (im Normalfall Luft) und a der Winkel, den der äußerste, noch von der Linse erfasste Lichtstrahl mit der optischen Achse der Linse bildet. Der Zusammenhang zwischen Auflösungsvermögen, d.h. der Fähigkeit, zwei Objektpunkte im Zwischenbild noch getrennt abbilden zu können, und der Apertur ist gegeben durch die Beziehung d = l/2A wobei d der kleinste Abstand zwischen zwei gerade noch getrennt voneinander erkennbaren Bildpunkten, l die Wellenlänge des einfallenden Lichts und A die Apertur des Objektivs sind.

Orthoscopic Microscopy
Orthoscopic (parallel light) observations can be made in: PLANE POLARISED LIGHT (PPL) - with the analyser OUT crystal shape/habit colour/pleochroism cleavage/fracture relief, Becke test  refractive index estimation CROSSED POLARISED LIGHT (XPL) - with the analyser IN birefringence extinction angle twinning and zoning Bei der orthoskopischen Beleuchtung kann im wesentlichen die Struktur von Mineralen beobachtet werden. Durch leichtes Zuziehen der Aperturblende wird erreicht, dass den Kondensor parallele oder nur leicht konvergente Lichtstrahlen mit Schwingungsrichtung E-W (horizontal) verlassen (der Polarisator ist stets in den Strahlengang eingebracht), die den Dünnschliff also mehr oder weniger senkrecht durchsetzen. Im Tubus entsteht dann ein reelles Zwischenbild des Minerals. Bei orthoskopischer Betrachtung können keine Rückschlüsse auf das optische Verhalten des betrachteten Minerals in verschiedenen Richtungen geschlossen werden, sondern nur in derjenigen senkrecht zur Präparatoberfläche. Da das optische Verhalten anisotroper Minerale richtungsabhängig ist, müssen mehrere Schnittlagen des Minerals betrachtet werden. Ohne eingeschalteten Analysator (Hellfeld) können Morphologie, Spaltbarkeit, Lichtbrechung, Eigenfarbe und Pleochroismus der Kristalle bestimmt werden. Die Formen der Mineralschnitte im Dünnschliff werden durch das Kristallsystem, die Ausbildung der Kristalle und die Schnittlage bestimmt. Kann die Schnittlage angegeben werden, so ist bei idiomorphen Kristallen in manchen Fällen ein Rückschluss auf das Kristallsystem des Minerals möglich. Spaltrisse sind in Mineralschnitten wertvolle Erkennungshinweise. Zum einem werden Minerale durch ihre Spaltbarkeit (vollkommen, deutlich, undeutlich) sowie durch die kristallographische Richtung dieser Spaltbarkeit(en) und dem Winkel, unter dem sie sich durchsetzen, charakterisiert. Zum anderen kann umgekehrt bei einem bekannten Mineral von der Anordnung oder dem Vorhandensein von Spaltrichtungen auf die kristallographische Orientierung des Mineralschnitts geschlossen werden.

PPL - Grain size Using a ruler, measure the field of view for each objective lens This can then be used to measure maximum and minimum grain-size and grain-size ranges…. Bei der orthoskopischen Beleuchtung kann im wesentlichen die Struktur von Mineralen beobachtet werden. Durch leichtes Zuziehen der Aperturblende wird erreicht, dass den Kondensor parallele oder nur leicht konvergente Lichtstrahlen mit Schwingungsrichtung E-W (horizontal) verlassen (der Polarisator ist stets in den Strahlengang eingebracht), die den Dünnschliff also mehr oder weniger senkrecht durchsetzen. Im Tubus entsteht dann ein reelles Zwischenbild des Minerals. Bei orthoskopischer Betrachtung können keine Rückschlüsse auf das optische Verhalten des betrachteten Minerals in verschiedenen Richtungen geschlossen werden, sondern nur in derjenigen senkrecht zur Präparatoberfläche. Da das optische Verhalten anisotroper Minerale richtungsabhängig ist, müssen mehrere Schnittlagen des Minerals betrachtet werden. Ohne eingeschalteten Analysator (Hellfeld) können Morphologie, Spaltbarkeit, Lichtbrechung, Eigenfarbe und Pleochroismus der Kristalle bestimmt werden. Die Formen der Mineralschnitte im Dünnschliff werden durch das Kristallsystem, die Ausbildung der Kristalle und die Schnittlage bestimmt. Kann die Schnittlage angegeben werden, so ist bei idiomorphen Kristallen in manchen Fällen ein Rückschluss auf das Kristallsystem des Minerals möglich. Spaltrisse sind in Mineralschnitten wertvolle Erkennungshinweise. Zum einem werden Minerale durch ihre Spaltbarkeit (vollkommen, deutlich, undeutlich) sowie durch die kristallographische Richtung dieser Spaltbarkeit(en) und dem Winkel, unter dem sie sich durchsetzen, charakterisiert. Zum anderen kann umgekehrt bei einem bekannten Mineral von der Anordnung oder dem Vorhandensein von Spaltrichtungen auf die kristallographische Orientierung des Mineralschnitts geschlossen werden.

PPL - Crystal habit (shape)
Thin sections are 2d cuts through 3d crystals Habits dependent on crystal system, the angle of cut and how perfectly formed the crystals are: EUHEDRAL = idiomorphic SUBHEDRAL = hypidiomorphic ANHEDRAL = xenomorphic Bei der orthoskopischen Beleuchtung kann im wesentlichen die Struktur von Mineralen beobachtet werden. Durch leichtes Zuziehen der Aperturblende wird erreicht, dass den Kondensor parallele oder nur leicht konvergente Lichtstrahlen mit Schwingungsrichtung E-W (horizontal) verlassen (der Polarisator ist stets in den Strahlengang eingebracht), die den Dünnschliff also mehr oder weniger senkrecht durchsetzen. Im Tubus entsteht dann ein reelles Zwischenbild des Minerals. Bei orthoskopischer Betrachtung können keine Rückschlüsse auf das optische Verhalten des betrachteten Minerals in verschiedenen Richtungen geschlossen werden, sondern nur in derjenigen senkrecht zur Präparatoberfläche. Da das optische Verhalten anisotroper Minerale richtungsabhängig ist, müssen mehrere Schnittlagen des Minerals betrachtet werden. Ohne eingeschalteten Analysator (Hellfeld) können Morphologie, Spaltbarkeit, Lichtbrechung, Eigenfarbe und Pleochroismus der Kristalle bestimmt werden. Die Formen der Mineralschnitte im Dünnschliff werden durch das Kristallsystem, die Ausbildung der Kristalle und die Schnittlage bestimmt. Kann die Schnittlage angegeben werden, so ist bei idiomorphen Kristallen in manchen Fällen ein Rückschluss auf das Kristallsystem des Minerals möglich. Spaltrisse sind in Mineralschnitten wertvolle Erkennungshinweise. Zum einem werden Minerale durch ihre Spaltbarkeit (vollkommen, deutlich, undeutlich) sowie durch die kristallographische Richtung dieser Spaltbarkeit(en) und dem Winkel, unter dem sie sich durchsetzen, charakterisiert. Zum anderen kann umgekehrt bei einem bekannten Mineral von der Anordnung oder dem Vorhandensein von Spaltrichtungen auf die kristallographische Orientierung des Mineralschnitts geschlossen werden.

PPL - Crystal habit (shape)
EUHEDRAL = idiomorphic SUBHEDRAL = hypidiomorphic ANHEDRAL = xenomorphic Bei der orthoskopischen Beleuchtung kann im wesentlichen die Struktur von Mineralen beobachtet werden. Durch leichtes Zuziehen der Aperturblende wird erreicht, dass den Kondensor parallele oder nur leicht konvergente Lichtstrahlen mit Schwingungsrichtung E-W (horizontal) verlassen (der Polarisator ist stets in den Strahlengang eingebracht), die den Dünnschliff also mehr oder weniger senkrecht durchsetzen. Im Tubus entsteht dann ein reelles Zwischenbild des Minerals. Bei orthoskopischer Betrachtung können keine Rückschlüsse auf das optische Verhalten des betrachteten Minerals in verschiedenen Richtungen geschlossen werden, sondern nur in derjenigen senkrecht zur Präparatoberfläche. Da das optische Verhalten anisotroper Minerale richtungsabhängig ist, müssen mehrere Schnittlagen des Minerals betrachtet werden. Ohne eingeschalteten Analysator (Hellfeld) können Morphologie, Spaltbarkeit, Lichtbrechung, Eigenfarbe und Pleochroismus der Kristalle bestimmt werden. Die Formen der Mineralschnitte im Dünnschliff werden durch das Kristallsystem, die Ausbildung der Kristalle und die Schnittlage bestimmt. Kann die Schnittlage angegeben werden, so ist bei idiomorphen Kristallen in manchen Fällen ein Rückschluss auf das Kristallsystem des Minerals möglich. Spaltrisse sind in Mineralschnitten wertvolle Erkennungshinweise. Zum einem werden Minerale durch ihre Spaltbarkeit (vollkommen, deutlich, undeutlich) sowie durch die kristallographische Richtung dieser Spaltbarkeit(en) und dem Winkel, unter dem sie sich durchsetzen, charakterisiert. Zum anderen kann umgekehrt bei einem bekannten Mineral von der Anordnung oder dem Vorhandensein von Spaltrichtungen auf die kristallographische Orientierung des Mineralschnitts geschlossen werden.

Crystal habits Acicular Needle-like Bladed Blade-like
Equant Length & width roughly equal Fibrous Slender prisms Poikiloblastic With many inclusions Prismatic Elongate, prism-like Tabular Tablet-shaped ….etc., etc…. Bei der orthoskopischen Beleuchtung kann im wesentlichen die Struktur von Mineralen beobachtet werden. Durch leichtes Zuziehen der Aperturblende wird erreicht, dass den Kondensor parallele oder nur leicht konvergente Lichtstrahlen mit Schwingungsrichtung E-W (horizontal) verlassen (der Polarisator ist stets in den Strahlengang eingebracht), die den Dünnschliff also mehr oder weniger senkrecht durchsetzen. Im Tubus entsteht dann ein reelles Zwischenbild des Minerals. Bei orthoskopischer Betrachtung können keine Rückschlüsse auf das optische Verhalten des betrachteten Minerals in verschiedenen Richtungen geschlossen werden, sondern nur in derjenigen senkrecht zur Präparatoberfläche. Da das optische Verhalten anisotroper Minerale richtungsabhängig ist, müssen mehrere Schnittlagen des Minerals betrachtet werden. Ohne eingeschalteten Analysator (Hellfeld) können Morphologie, Spaltbarkeit, Lichtbrechung, Eigenfarbe und Pleochroismus der Kristalle bestimmt werden. Die Formen der Mineralschnitte im Dünnschliff werden durch das Kristallsystem, die Ausbildung der Kristalle und die Schnittlage bestimmt. Kann die Schnittlage angegeben werden, so ist bei idiomorphen Kristallen in manchen Fällen ein Rückschluss auf das Kristallsystem des Minerals möglich. Spaltrisse sind in Mineralschnitten wertvolle Erkennungshinweise. Zum einem werden Minerale durch ihre Spaltbarkeit (vollkommen, deutlich, undeutlich) sowie durch die kristallographische Richtung dieser Spaltbarkeit(en) und dem Winkel, unter dem sie sich durchsetzen, charakterisiert. Zum anderen kann umgekehrt bei einem bekannten Mineral von der Anordnung oder dem Vorhandensein von Spaltrichtungen auf die kristallographische Orientierung des Mineralschnitts geschlossen werden.

PPL - Colour & Pleochroism
Colour is caused by selective absorption of certain wavelengths Colour (absorption colour) must always be observed using PPL Pleochroism = direction controlled absorption different colours depend on crystallographic orientation measured by rotating the microscope stage hbl hbl Die Eigenfarbe kann bei vielen Mineralen als diagnostisches Kriterium verwendet werden. Sie hängt jedoch außer vom Absorptionsverhalten der Minerale auch von der Dünnschliffdicke (je dicker der Dünnschliff, desto kräftiger die Farbe) und der Wellenlänge des einfallenden Lichts ab. Farbwechsel innerhalb eines Mineralkorns durch Zonarbau, unregelmäßige Mischungsverhältnisse oder Zwillingsbildung sind wichtige Bestimmungsmerkmale. Minerale und Substanzen, die aufgrund starker Absorption dunkel bis tiefschwarz erscheinen, werden als opak (undurchsichtig) bezeichnet. Die meisten Erzminerale sind opak. Das Vorhandensein oder Nicht-Vorhandensein von Pleochroismus (richtungsabhängige Absorption) ist ebenfalls ein wichtiges Kriterium zur Mineralunterscheidung. Der Pleochroismus ist je nach Absorptionsverhalten der Minerale unterschiedlich stark ausgeprägt und wird mit zunehmender Schliffdicke deutlicher. Staurolith (Schliffe #30, 83, 96): schwache Eigenfarbe & Pleochroismus, blassgelb  „Postgelb“ Biotit (Schliffe #30, 57, 77): blassgelb  bräunlich Ti-Biotit (Schliff #7): blassgelb  kräftig orange-rot Biotit: Schnitte mit Spaltbarkeit zeigen deutlichen Pleochroismus, intensivere Farbe parallel zur Spaltbarkeit Glaukophan (Schliff #86): zart violett („fliederfarben“)  himmelblau plag plag Plagioclase is colourless Hornblende is pleochroic: light green to olive green

Absorption and Colour Selective absorption of certain wavelengths  Absorption colour The absorption colour is complimentary to the absorbed wavelengths! An example: a green mineral (e.g. hornblende): Red/orange and blue/violet wavelengths are absorbed Transparent for green light Physikalisch gesehen sind Farben Lichtstrahlen mit einer bestimmten Wellenlänge. Das Auge kann die verschiedenen Wellenlängen des Lichts als Farbe unterscheiden. Die Farbe eines Objekts entspricht der Farbe der Wellenlänge oder der Kombination von Wellenlängen, die durch das Objekt durchgelassen (also nicht absorbiert) oder vom Objekt reflektiert werden. In weißem Licht erscheint ein Körper schwarz, wenn er alle Wellenlängen absorbiert. Ein Körper, der das gesamte Spektrum reflektiert, erscheint weiß. Ein farbloser Körper ist durchsichtig, da er alle Wellenlängen durchlässt. Ein Objekt erscheint farbig, wenn es selektiv bestimmte Wellenlängen absorbiert, d.h. einen Teil des Spektrums herausfiltert. Die vom Auge wahrgenommene Farbe eines Körpers ist nicht dessen Primäreigenschaft, da sie sich mit der Wellenlängenzusammensetzung des einfallenden Lichts ändert. Bei blauem Licht (ca. 470 nm) erscheint z.B. ein in weißem Licht weißer Körper blau, da nur eine Wellenlänge zur Verfügung steht. Manche Minerale zeigen ein vielfach wechselndes Farbenspiel. Der Farbeffekt des Labradorits beruht auf Interferenzerscheinungen. Das metallische Glänzen von Glimmern (z. B. Muskovit, Fuchsit) beruht ebenfalls auf dem Phänomen der Interferenz. Der Opal ist aus kleinen Cristobalit-Kügelchen, die nur wenige Tausendstel Millimeter groß sind, aufgebaut. Das einfallende Licht wird an den Kügelchen reflektiert, gestreut und gebeugt. Farbwirkungen durch Interferenz und Beugung sind sehr selten, da die Wellenlänge von Licht viel größer ist als die Strukturen der Kristallgitter. Note: Very rarely, colour effects are from interference and diffraction

Pleochroic scheme: Biotite
links: Biotite in verschiedenen Schnittlagen, daher unterschiedlichen braunen Farbtönen, neben Granat, Quarz und Feldspäten (hell) in einem Gneis aus dem Bayerischen Wald; Hellfeld; Bildausschnitt ca. 3.3 mm quer. rechts: teilweise chloritisierter Biotit (unten links mit Pfeil markiert) neben unverändertem Biotit in einem Granit aus dem Schwarzwald; Hellfeld; Bildausschnitt rund 1.45 mm; neben den Biotiten sind schmutzigbraune hydrothermal alterierte Feldspäte zu sehen. Tröger: Nr. 202 (S. 102) Dünnschliffe: Biotit #30, 77, 29, 30, 57 Pale brown N-S Dark brown E-W

PPL - Cleavage How many? e.g., 0, 1, 2 Angular relationship?
How well developed? Weak, moderate, good Beware - Fractures can be easy to mistake as cleavage! Bei der orthoskopischen Beleuchtung kann im wesentlichen die Struktur von Mineralen beobachtet werden. Durch leichtes Zuziehen der Aperturblende wird erreicht, dass den Kondensor parallele oder nur leicht konvergente Lichtstrahlen mit Schwingungsrichtung E-W (horizontal) verlassen (der Polarisator ist stets in den Strahlengang eingebracht), die den Dünnschliff also mehr oder weniger senkrecht durchsetzen. Im Tubus entsteht dann ein reelles Zwischenbild des Minerals. Bei orthoskopischer Betrachtung können keine Rückschlüsse auf das optische Verhalten des betrachteten Minerals in verschiedenen Richtungen geschlossen werden, sondern nur in derjenigen senkrecht zur Präparatoberfläche. Da das optische Verhalten anisotroper Minerale richtungsabhängig ist, müssen mehrere Schnittlagen des Minerals betrachtet werden. Ohne eingeschalteten Analysator (Hellfeld) können Morphologie, Spaltbarkeit, Lichtbrechung, Eigenfarbe und Pleochroismus der Kristalle bestimmt werden. Die Formen der Mineralschnitte im Dünnschliff werden durch das Kristallsystem, die Ausbildung der Kristalle und die Schnittlage bestimmt. Kann die Schnittlage angegeben werden, so ist bei idiomorphen Kristallen in manchen Fällen ein Rückschluss auf das Kristallsystem des Minerals möglich. Spaltrisse sind in Mineralschnitten wertvolle Erkennungshinweise. Zum einem werden Minerale durch ihre Spaltbarkeit (vollkommen, deutlich, undeutlich) sowie durch die kristallographische Richtung dieser Spaltbarkeit(en) und dem Winkel, unter dem sie sich durchsetzen, charakterisiert. Zum anderen kann umgekehrt bei einem bekannten Mineral von der Anordnung oder dem Vorhandensein von Spaltrichtungen auf die kristallographische Orientierung des Mineralschnitts geschlossen werden.

PPL - Relief The amount that a mineral stands out in the section
Can be absent, low, moderate, high or very high Relief is a measure of the relative refractive index (Δn) between the mineral and the epoxy (glue) Relief can provide an estimate of n Garnet: n = 1,72-1,89 Quartz: n = 1,54-1,55 Epoxy: n = 1,54 Der Brechungsindex eines Minerals ist ein diagnostisches Kriterium. Er lässt sich anhand des Aussehens der Kornränder abschätzen. Ob die Kontur eines Minerals deutlich, undeutlich, hell oder dunkel erscheint, hängt von den Brechungsindizes des Minerals und seiner Umgebung bzw. vom Unterschied zwischen den Brechungsindizes ab. Wenn Minerale eine vom Einbettungsmittel unterschiedliche Lichtbrechung aufweisen, kommt es an diesem Relief zur Beugung, Brechung und Reflexion des Lichts. Hat ein Mineralkorn im Vergleich zum umgebenden Medium einen hohen Brechungsindex, ist sein Rand als breiter dunkler (schwarzer) Saum sichtbar. Das Mineral erscheint im Vergleich zu seiner Umbebung herausgehaben. Man spricht in diesem Fall von positivem Relief. Ist umgekehrt der Brechungsindex des Minerals verglichen mit seiner Umgebung niedrig, sind seine Konturen unklar und oft hell, das Mineral scheint unterhalb der Dünnschliffebene zu liegen. Das Relief ist negativ. Minerale mit hoher Lichtbrechung weisen unter dem Mikroskop oft Helligkeitsunterschiede auf ihrer Schnittfläche auf, die ein runzeliges, genarbtes Aussehen bedingen. Diese Runzelung wird als Chagrin bezeichnet. Positives Chagrin liegt vor, wenn das Mineral eine höhere Lichtbrechung hat als das Einbettungsmittel, negatives Chagrin, wenn es eine niedrigere Lichtbrechung aufweist. Minerale mit sehr niedriger Lichtbrechung (insbesondere Fluorit) erscheinen neben Mineralen mit mittelhoher Lichtbrechung ebenfalls herausgehoben. Es ist daher unerlässlich sicherzustellen, dass ihre Lichtbrechung in der Tat sehr gering ist. Quartz: very low relief Garnet: high relief

Relief Relief can be positive or negative. A mineral can have moderate relief but a refractive index lower than the epoxy (e.g. fluorite): Garnet Olivine Quartz Albite Sodalite Fluorite Relief Beobachtung bei mittlerer Blendeneinstellung Chagrin: „Nappaledereffekt“, „grisselgie Oberfläche“, „Textur“ Schliff #76, 45 (Eklogit, Granat-Quarz) Quarz: kein Relief, Korngrenzen nicht erkennbar (nur mit Analysator) Schliff #30 (Muskovit): schlechtes/schwaches Relief (n = 1,55 – 1,61) Schliff #68, 79: Disthen (n = 1,71-1,73; Spaltbarkeit): ordentliches bis deutliches Relief Granat (n = 1,75-1,80; rundlich): Chagrin Schliff #6, 20, 37, 59 (Titanit): starkes Chagrin (n = 1,9x; monoklin, leicht braun) Schliff #100: „schönes“ Relief positive relief negative relief epoxy

Relief Relief Beobachtung bei mittlerer Blendeneinstellung
Chagrin: „Nappaledereffekt“, „grisselgie Oberfläche“, „Textur“ Schliff #76, 45 (Eklogit, Granat-Quarz) Quarz: kein Relief, Korngrenzen nicht erkennbar (nur mit Analysator) Schliff #30 (Muskovit): schlechtes/schwaches Relief (n = 1,55 – 1,61) Schliff #68, 79: Disthen (n = 1,71-1,73; Spaltbarkeit): ordentliches bis deutliches Relief Granat (n = 1,75-1,80; rundlich): Chagrin Schliff #6, 20, 37, 59 (Titanit): starkes Chagrin (n = 1,9x; monoklin, leicht braun) Schliff #100: „schönes“ Relief

Why do we see relief? Minerals with different refractive indices (n), cause diffraction, refraction and reflection of the light at grain boundaries: nmin > nepoxy nmin < nepoxy nmin = nepoxy relief (+) no relief relief (-) Relief kann mit Hilfe zweier Lichtbrechungseffekte erklärt werden. Zu diesem Zweck soll als Modell ein Mineralkorn angenommen werden, das sich in einem Einbettungsmittel befindet. Der erste Effekt beruht auf der Beobachtung, dass Mineralkörner meist zu ihren Rändern hin dünner werden. Sie können vereinfacht als bikonvexe Linse betrachtet werden. Ist der Brechungsindex des Minerals höher als der des Expoxids, werden die den Kondensor annährend parallel verlassenden Strahlen zum Mineralmittelpunkt hin gebrochen – das Mineral wirkt als Sammellinse und konzentriert das Licht oberhalb seiner Schnittfläche. Ist der Brechungsindex des Minerals niedriger als der des Epoxids, wirkt das Mineral als Zerstreuungslinse und konzentriert das einfallende Licht oberhalb und außerhalb seiner Schnittfläche. Der zweite Effekt beruht auf der Annahme, dass die Korngrenze eines Minerals nach außen in jeder Richtung an irgendeinem Punkt vertikal verlaufen muss und dass an dieser Korngrenze einfallendes Licht gebrochen und reflektiert wird. Durch Refraktion und interne Reflexion wird das einfallende Licht jeweils im höher lichtbrechenden Medium konzentriert. © Jane Selverstone, University of New Mexico, 2003

Becke Line + As you lower the stage (i.e. increase the distance between the objective and sample), the Becke line moves into the mineral of higher relief….OR…. HHH = Beim Herablassen des Tisches wandert die helle Linie in das höherbrechende Mineral. Eine empfindlichere und einfache Möglichkeit, relative Unterschiede von Brechungsindizes zu bestimmen und sehr niedrige von hoher Lichtbrechung zu unterscheiden, bietet die Becke-Linie: An Phasengrenzen verschieden lichtbrechender Medien beobachtet man bei starker Vergrößerung einen hellen Lichtsaum, der sich beim Einengen der Aperturblende des Mikroskops in ein buntes Interferenzstreifensystem auflöst, die Becke-Linie, die beim Heben des Tubus (= Senken des Mikroskoptisches) in das höherbrechende Medium hineinläuft. Die Wanderung der Becke-Linie beobachtet man am besten mit einem stärker vergrößernden Objektiv und bei Einengen der Kondensoraperturblende. schwache Becke-Linie  Quarz-Feldspat (#20, 53,57) Plag > Qz > K-Fsp starke Becke-Linie  Granat (#68, 79) wechselnde Becke-Linie Karbonat (#46, 67, 109, 111, 119), trigonal, einachsig negativ no ≈ 1,66; ne ≈ 1,49; Epoxid n = 1,54 relativ zu Epoxid  Rand am Schliff (nicht Calcit-Luft!) Winkelhalbierende der Lamellen (Druckverzwilligung) Drehung um 90°

Becke Line Eine empfindlichere und einfache Möglichkeit, relative Unterschiede von Brechungsindizes zu bestimmen und sehr niedrige von hoher Lichtbrechung zu unterscheiden, bietet die Becke-Linie: An Phasengrenzen verschieden lichtbrechender Medien beobachtet man bei starker Vergrößerung einen hellen Lichtsaum, der sich beim Einengen der Aperturblende des Mikroskops in ein buntes Interferenzstreifensystem auflöst, die Becke-Linie, die beim Heben des Tubus (= Senken des Mikroskoptisches) in das höherbrechende Medium hineinläuft. Die Wanderung der Becke-Linie beobachtet man am besten mit einem stärker vergrößernden Objektiv und bei Einengen der Kondensoraperturblende. schwache Becke-Linie  Quarz-Feldspat (#20, 53,57) Plag > Qz > K-Fsp starke Becke-Linie  Granat (#68, 79) wechselnde Becke-Linie Karbonat (#46, 67, 109, 111, 119), trigonal, einachsig negativ no ≈ 1,66; ne ≈ 1,49; Epoxid n = 1,54 relativ zu Epoxid  Rand am Schliff (nicht Calcit-Luft!) Winkelhalbierende der Lamellen (Druckverzwilligung) Drehung um 90°

Optical Mineralogy WS 2012/2013

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