Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU รูปที่ 11.8 แผนภาพแสดงการเกิดพหุผลึกของซิลิกาที่อุณหภูมิและความดันแตกตDางกัน (ซ,าย) และคุณสมบัติของ พหุผลึกซิลิกาแตDละชนิด (ขวา) รูปที่ 11.9 ผลึกควอตซKที่มีสีและชื่อเรียกแตกตDางกัน (ดัดแปลงจาก www.amazon.com/Jovivi-OrnamentCrystals-Decoration-Figurine/dp/B07C8953G2) ลักษณะของผลึกทำให;ควอตซ$ถูกแบ=งออกเปnน 3 ประเภท ได;แก= 1) แบบผลึกเดี่ยว Single Quartz หรือ Crystalline Quartz เปnนผลึกที่มีการเรียงตัวกันอย=างมีระเบียบ มี ชื่อเรียกต=างกันไปตามสีที่พบ สามารถนำไปใช;ในอุตสาหกรรมการผลิตนา ิกา เลนส$ และอุปกรณ$ควบคุมความถี่ ของคลื่นวิทยุ ที่รู;จักและนิยมในท;องตลาดก็คือ ควอตซ$สีเหลือง ที่เรียกว=า ซิทรีน (Citrine) และสีม=วงที่เรียกว=า แอ เมทิสต$ (Amethyst) 2) แบบ Microcrystalline ประกอบด;วยกลุ=มผลึกขนาดเล็กไม=สามารถมองเห็นรูปผลึกได;ด;วยตาเปล=า เช=น หินตาเสือ (Tiger's eye) ที่คนไทยเรียกว=า คดไม;สัก เปnนต;น 3) แบบ Cryptocrystalline Quartz หรือที่เรียกว=า คาลเซโดนี (Chalcedony) เปnนควอตซ$ที่มีผลึกเล็ก ละเอียดรวมตัวกันเปnนจำนวนมาก ต=างจากแบบ Microcrystalline คือเปnนผลึกขนาดเล็กมารวมกัน ไม=ใช=กลุ=มผลึก มีลักษณะเล็กกว=ากลุ=มผลึกนั่นเอง เช=น เจสเปอร$เลือดพระลักษณ$ (Bloodstone) และอาเกท เปnนต;น 141
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU ควอตซ$มีค=าดัชนีหักเหของแสงต่ำจึงทำให;เห็นรีลีฟต่ำเมื่อศึกษาภายใต;กล;องจุลทรรศน$แบบแสงธรรมดา ควอตซ$มีผลึกแบบแกนแสงเดี่ยวแบบบวก และมีค=าดัชนีหักเหของแสง 2 ค=า คือ nO = 1.544 และ nE = 1.553 มัก แสดงรูปผลึกแบบเม็ดที่ไม=แสดงสี (รูปที่ 11.10) ควอตซ$มีค=าไบรีฟริงเจนซ$อยู=ในช=วง 0.009 จึงทำให;เห็นสีแทรกสอด ต่ำในลำดับที่ 1 สีขาวเทา ตามแผนภูมิมิเชล-ลีวีและแสดงการมืดแบบขนาน รูปที่ 11.10 ภาพถDายควอตซKในหินแกรนิตภายใต,กล,องจุลทรรศนKฯ (ซ,าย) แบบแสงธรรมดา (ขวา) แบบแสง โพลาไรซK ทริดีไมต$เปnนแร=ในระบบผลึกสองแกนต=าง (Orthorhombic system) ชนิดแกนแสงคู=แบบบวกและมีค=า ดัชนีหักเหของแสง 3 ค=า คือ nX = 1.468-1.482, nY = 1.470-1.484, nZ = 1.474-1.486 เนื่องจากมีค=าดัชนีหักเห ของแสงต่ำจึงทำให;เห็นรีลีฟต่ำแบบลบเมื่อศึกษาภายใต;กล;องจุลทรรศน$แบบแสงธรรมดา มักแสดงรูปผลึกแบบกึ่ง หกเหลี่ยมและเกาะกลุ=มเปnนรัศมีที่ไม=แสดงสี (รูปที่ 11.11) ทริดีไมต$มีค=าไบรีฟริงเจนซ$อยู=ในช=วง 0.002-0.004 จึง ทำให;เห็นสีแทรกสอดต่ำในลำดับที่ 1 ตามแผนภูมิมิเชล-ลีวีและแสดงการมืดแบบขนาน มีมุมระหว=างแกนแสง เท=ากับ 40-90 องศา แร=นี้จะเกิดในหินภูเขาไฟสีจางถึงปานกลางที่แก;วภูเขาไฟ (Obsidian) เปลี่ยนกลับมาเปnนแร= คริสโตแบไรต$เปnนแร=ในระบบผลึกสองแกนราบ (Tetragonal system) ที่ประกอบด;วยแกนแสงเดี่ยวแบบ ลบ และมีค=าดัชนีหักเหของแสง 2 ค=า คือ no =1.486-1.488 และ nE = 1.482-1.484 เนื่องจากมีค=าดัชนีหักเหของ แสงต่ำจึงทำให;เห็นรีลีฟต่ำแบบลบเมื่อศึกษาภายใต;กล;องจุลทรรศน$แบบแสงธรรมดา มักแสดงรูปผลึกแบบกึ่งแปด เหลี่ยมและเกาะกลุ=มเปnนรัศมีร=วมกับโพแทสเซียมเฟลด$สปาร$ ไม=แสดงสี (รูปที่ 11.11) คริสโตแบไรต$มีค=าไบรีฟริง เจนซ$อยู=ในช=วง 0.002-0.004 จึงทำให;เห็นสีแทรกสอดต่ำในลำดับที่ 1 ตามแผนภูมิมิเชล-ลีวีและแสดงการมืดแบบ ขนาน แร=ชนิดนี้จะเกิดในหินภูเขาไฟสีจางถึงปานกลางที่แก;วภูเขาไฟ (Obsidian) เกิดการเปลี่ยนกลับมาเปnนแร= รูปที่ 11.11 ภาพถDายทริดีไมตK (ซ,าย) คริสโตแบไรตK (ขวา) ในหินภูเขาไฟภายใต,กล,องจุลทรรศนKฯ แบบแสง โพลาไรซK(ดัดแปลงจาก www.alexstrekeisen.it/english/vulc/spherulites.php) 142
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU ควอตซ$แบบปฐมภูมิตกผลึกเปnนลำดับหลังสุดเมื่อเทียบกับแพลจิโอเคลสและแอลคาไลเฟลด$สปาร$ จึง เกิดขึ้นในช=องว=างระหว=างผลึกที่เกิดก=อน ทำให;ควอตซ$พัฒนารูปร=างตามช=องว=างที่มีอยู=และมักเกิดเปnนกลุ=มแร= (aggregate) ผลึกควอตซ$จึงเปnนแบบไม=แสดงหน;าผลึก (anhedral) และมีรอยต=อระหว=างผลึกแบบเปnนรอยหยัก (consertal texture) ผลึกควอตซ$ปฐมภูมิตกผลึกในสิ่งแวดล;อมเดียวกับแร=ที่ตกผลึกก=อนจึงมีขนาดของผลึกเท=ากับ แร=อื่นที่ตกผลึกในช=วงที่เย็นตัวมาจากแมกมา นอกจากนี้ยังสามารถพบควอตซ$ได;ในหินแปรและหินตะกอนเกือบทุก ชนิด ควอตซ$ทุติยภูมิเกิดขึ้นภายหลังมักมีขนาดของผลึกแตกต=างจากผลึกปฐมภูมิ โดยเกิดได;ทั้งแบบผลึกเดี่ยว หรือกลุ=มผลึก ในกรณีที่เปnนกลุ=มควอตซ$จะมีรอยต=อระหว=างผลึกเรียบ โดยมีแนวรอยต=อระหว=างผลึกควอตซ$ 3 ผลึก ทำมุมกัน 120 องศา ควอตซ$เปnนแร=ที่อ=อนไหวต=อแรงเค;น ถ;าหินแกรนิตถูกแรงมากระทำมักทำให;ควอตซ$มีแกนผลึก บิดเบี้ยว ทำให;แสดงการมืดแบบไม=พร;อมกันทั้งผลึก (undulatory extinction; undulose quartz) หรือเกิดการ ตกผลึกใหม= (recrystallize) เปnนควอตซ$ทุติยภูมิ ควอตซ$เปnนแร=ที่มีเสถียรภาพของส=วนประกอบในสภาวะบน พื้นผิวโลก ทำให;ไม=เกิดการเปลี่ยนสภาพไปเปnนแร=อื่น แร=ควอตซ$ถูกนำไปใช;ประโยชน$ในลักษณะต=าง ๆ กันมากมาย เช=น ควอตซ$สีม=วง ควอตซ$สีชมพู ควอตซ$สี ควันไฟ แก;วตาเสือ อะเวนจูรีน คาร$เนเลียน อะเกต และโอนิกซ$ ใช;เปnนรัตนชาติและหินประดับ ควอตซ$ที่อยู=ในรูป ของทรายถูกนำมาใช;ผสมทำคอนกรีต ทำครก ใช;เปnน flux และวัสดุสำหรับขัดสี (abrasive) ในอุตสาหกรรมแก;ว และอิฐ ควอตซ$ที่เปnนผงใช;ทำเครื่องเคลือบ (porcelain) เช=น เครื่องป§«นดินเผา เครื่องหิน เครื่องลายคราม และการ ผลิตพาร$ตแลนด$ซีเมนต$ และยังใช;ผลิตกระดาษทราย สบู= และเติมลงไปในไม; (wood filter) สำหรับควอตซ$ไซต$ และหินทรายถูกใช;เปnนหินก=อสร;าง และทำอิฐปูทางเท;า นอกจากจะใช;เปnนรัตนชาติ และใช;ในอุตสาหกรรมอื่นแล;ว ควอตซ$ยังถูกนำไปใช;ทำเครื่องมือวิทยาศาสตร$และเครื่องมือทางแสงอีกด;วย โดยนำไปทำเลนส$และปริซึม และด;วย ความโปร=งใสต=อแสงอัลตราไวโอเลตทำให;ควอตซ$เหมาะที่จะนำมาทำเปnนเลนส$ของกล;องจุลทรรศน$อีกด;วย การมี ประจุไฟฟìาเกิดขึ้นในควอตซ$ (เช=นเดียวกับทัวร$มาลีน) จึงถูกนำมาใช;ควบคุมความถี่คลื่นวิทยุ ควบคุมความเที่ยงตรง ของนา ิกากันน้ำที่เรียกว=า นา ิกาควอตซ$ 11.4 กลุ4มเฟลด;สปาทอยด;(Feldspatoid Group) เฟลด$สปาทอยด$เปnนแร=เฟลด$สปาร$ที่เปnนสารละลายที่ไม=อิ่มตัวด;วยซิลิกา (under saturated silica) มี โครงสร;าง ส=วนประกอบทางเคมี และคุณสมบัติต=างจากเฟลด$สปาร$แร=กลุ=มนี้มักเกิดในหินอัคนีจำพวกอัลคาไลน$สูง และไม=พบในหินที่มีควอตซ$หลัก ซึ่งจัดว=าเปnนกลุ=มแร=ที่ค=อนข;างหายากในธรรมชาติ แร=ที่สำคัญและพบได;มากที่สุดใน กลุ=มนี้คือลิวไซต$และเนฟ~ลีน ลูไซต$ (Leucite) มีสูตรเคมีทั่วไปคือ KAlSi2O6 จัดเปnนกลุ=มซิลิกาไม=อิ่มตัวที่ประกอบด;วย โพแทสเซียมและ อะลูมิเนียม ทั่วไปมีรูปผลึกแบบของลูกบาศก$หรือกึ่งลูกบาศก$ ลูไซต$เปnนแร=ในระบบสองแกนราบ (Tetragonal system) ผลึกมีลักษณะที่ซับซ;อนมาก ส=วนมากผลึกมีสีขาวหรือสีเทา (รูปที่ 11.12) มีความโปร=งใสและเหมือนแก;ว ความแข็ง 5.5 ตามมาตราส=วนความแข็งของโมห$ความถ=วงจำเพาะ 2.47 เนื่องจากสีและรูปแบบของผลึกจึงเปnนที่ รู;จักกันในยุคแรกว=า 'โกเมนสีขาว' 143
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU รูปที่ 11.12 ผลึกของลูไซตKในหินอัคนีสีเข,ม (ซ,าย) ภาพถDายภายใต,กล,องจุลทรรศนKฯ (กลาง) แบบแสงธรรมดา (ขวา) แบบแสงโพลาไรซK(ดัดแปลงจาก www.microckscopic.ro/minerals) ลูไซต$มีค=าดัชนีหักเหของแสงต่ำจึงทำให;เห็นรีลีฟต่ำแบบลบเมื่อศึกษาภายใต;กล;องจุลทรรศน$แบบแสง ธรรมดา เนื่องจากมีค=าดัชนีหักเหของแสง 2 ค=า คือ nO = 1.508-1.511 และ nE = 1.509-1.511 ลูไซต$มีผลึกแบบ แกนแสงเดี่ยวแบบบวก มักแสดงรูปผลึกแบบเม็ดที่ไม=แสดงสี (รูปที่ 11.12) ควอตซ$มีค=าไบรีฟริงเจนซ$อยู=ในช=วง 0.001 จึงทำให;เห็นสีแทรกสอดต่ำในลำดับที่ 1 สีเทา ตามแผนภูมิมิเชล-ลีวีและแสดงการมืดแบบขนาน บางผลึก แสดงลักษณะมืดคล;ายไอโซทรอป~ก แสดงการแฝดแบบตาราง (รูปที่ 11.12) ลูไซต$เกิดในหินอัคนีสีเข;มที่มี โพแทสเซียมสูง เนฟ~ลีน (Nepheline) มีสูตรเคมีทั่วไปคือ (Na,K)AlSiO4 ที่ซิลิกาและอะลูมินาต่ำกว=าปกติผลึกเนฟ~ลีนเปnน ผลึกที่หายากและอยู=ในระบบสามแกนราบ (Hexagonal system) โดยปกติจะมีรูปแบบสั้น ปริซึมหกเหลี่ยมไปตาม แนวฐานผลึก ความไม=สมมาตรที่เกิดขึ้นอย=างไม=เปnนธรรมชาติสามารถเห็นได;ชัดเจน ยังสามารถพบในเนื้อที่แน=นเม็ด เล็กที่รวมตัวกันและแสดงสีขาว เหลือง เทา เขียว และแดง ความแข็ง 5.5 – 6 ตามมาตราส=วนความแข็งของโมห$ ความถ=วงจำเพาะ 2.56-2.66 มักโปร=งแสงที่มีประกายแบบไขและแก;ว เนฟ~ลีนมีค=าดัชนีหักเหของแสงต่ำจึงทำให;เห็นรีลีฟต่ำแบบลบเมื่อศึกษาภายใต;กล;องจุลทรรศน$แบบแสง ธรรมดา เนื่องจากมีค=าดัชนีหักเหของแสง 2 ค=า คือ nO = 1.529-1.546 และ nE = 1.526-1.544 เนฟ~ลีนมีผลึกแบบ แกนแสงเดี่ยวแบบลบ มักแสดงรูปผลึกแบบเม็ดที่ไม=แสดงสี (รูปที่ 11.13) เนฟ~ลีนมีค=าไบรีฟริงเจนซ$อยู=ในช=วง 0.003-0.005 จึงทำให;เห็นสีแทรกสอดต่ำในลำดับที่ 1 สีเทา ตามแผนภูมิมิเชล-ลีวีและแสดงการมืดแบบขนาน (รูป ที่ 11.13) เนฟ~ลีนเกิดในหินอัคนีสีเข;มที่มีซิลิกาต่ำแต=อัลคาไลน$สูงมาก เช=น เนฟ~ลีนไซอีไนต$ ฟอยไดต$ และโฟโนไลต$ เนฟ~ลีนสามารถแปรเปลี่ยนไปเปnนแร=ดิน อะนาไครม$ และโซดาไลต$ รูปที่ 11.13 ผลึกของเนฟèลีนในหินอัคนีสีเข,ม (ซ,าย) ภาพถDายภายใต,กล,องจุลทรรศนKฯ (กลาง) แบบแสงธรรมดา (ขวา) แบบแสงโพลาไรซK (ดัดแปลงจาก www.alexstrekeisen.it) 144
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU 11.5 กลุ4มซีโอไลต;(Zeolite Group) ซีโอไลต$ (Zeolite) เปnนผลึกของแข็งของสารประกอบอะลูมิโนซิลิเกต (aluminosilicate) ซึ่งประกอบด;วย หน=วยย=อยของซิลิกอนเตตระฮีดรอนและอะลูมิเนียมออกตะฮีดรา โดยโครงสร;างรูปสามเหลี่ยมสี่หน;านี้จะเชื่อมต=อ กันที่อะตอมออกซิเจนของมุมทั้งสี่ ก=อให;เกิดเปnนโครงสร;างขนาดใหญ=ของผลึกแข็งที่มีรูพรุน และช=องว=างหรือโพรง ที่เชื่อมต=อกันอย=างเปnนระเบียบในสามมิติ ในโครงสร;างโมเลกุลของซีโอไลต$ยังมีประจุบวก เช=น โซเดียม โพแทสเซียม แคลเซียม เกาะอยู=อย=างหลวมและมีโมเลกุลของน้ำเปnนองค$ประกอบอยู=ในช=องว=างในโครงผลึก ซี โอไลต$มีมากกว=า 600 ชนิด สามารถจำแนกชนิดของซีโอไลต$โดยอาศัยขนาดและรูปร=างของโพรงเปnนหลัก ซึ่งขึ้นอยู= กับอัตราส=วนต=อโมลของซิลิกอนและอะลูมิเนียม โดยแบ=งกลุ=มตามชนิดของโครงสร;างได;ประมาณ 40 ชนิด ทำให;ซี โอไลต$แต=ละชนิดมีสมบัติแตกต=างกัน เช=น โครงสร;างผลึก ความหนาแน=น ขนาดของโพรง ความแข็งแรงของพันธะ เปnนต;น ซีโอไลต$มีค=าดัชนีหักเหของแสงต่ำจึงทำให;เห็นรีลีฟต่ำแบบลบเมื่อศึกษาภายใต;กล;องจุลทรรศน$แบบแสง ธรรมดา เนื่องจากค=าดัชนีหักเหของแสงที่หลากหลายตามรูปผลึกมีค=าน;อยกว=า 1.540 มักแสดงรูปผลึกแบบเม็ด เส;นใย แท=ง หรือรัศมีที่แทนที่ในช=องว=าง ซีโอไลต$ไม=แสดงสี (รูปที่ 11.14) ค=าไบรีฟริงเจนซ$ต่ำจึงทำให;เห็นสีแทรก สอดต่ำในลำดับที่ 1 สีขาว-เทา ตามแผนภูมิมิเชล-ลีวี(รูปที่ 11.14) ซีโอไลต$เกิดเปnนแร=ทุติยภูมิทั้งที่เกิดจากการ แปรเปลี่ยนและการเข;ามาแทนที่ในช=องว=างจำพวกรู รอยแตก หรือสายแร= รูปที่ 11.14 ผลึกของซีโอไลตKแบบรัศมีในหินอัคนีสีเข,ม (ซ,าย) ภาพถDายภายใต,กล,องจุลทรรศนKฯ (กลาง) แบบแสง ธรรมดา (ขวา) แบบแสงโพลาไรซK (ดัดแปลงจาก www.alexstrekeisen.it) ลักษณะสำคัญที่ทำให;ซีโอไลต$กลายเปnนสารสารพัดประโยชน$ก็คือโครงสร;างที่เปnนรูพรุนอย=างเปnนระเบียบ ของซีโอไลต$ ซึ่งอาจใช;เปnนตัวกรองสารที่ต;องการ แต=ในการกลั่นป~โตรเลียมให;เปnนน้ำมันเชื้อเพลิงและผลิตภัณฑ$ ป~โตรเลียมนั้น ป§จจัยสำคัญมิใช=เรื่องขนาดของโพรงซีโอไลต$อย=างเดียว แต=ยังมีสมบัติทางเคมีของอะตอมที่อยู=รอบ โครงสร;างผลึกที่มีส=วนทำให;เกิดผลที่ต;องการด;วย เช=น ในบางกรณีที่เราต;องการทำให;สารไฮโดรคาร$บอนโมเลกุล ใหญ= (ในกระบวนการป~โตรเคมี) แตกออกกลายเปnนโมเลกุลที่เล็กลง เพื่อให;สามารถนำมาใช;ประโยชน$ได;นั้น การ แตกออกของโมเลกุลใหญ=ก็เกิดจากการที่โมเลกุลทำปฏิกิริยากับอะตอมที่อยู=รอบโพรงซีโอไลต$ 11.6 กลุ4มสแคโพไลต;(Scapolite Group) สแคโพไลต$(Scapolite) เปnนชื่อที่ใช;สำหรับกลุ=มของแร=อะลูมิโนซิลิเกต ซึ่งประกอบด;วย ไมออนไนต$ (Meionite) ที่มีสูตรเคมีทั่วไปคือ Ca4Al6Si6O24CO3และมาเรียไลต$ (Marialite) ที่มีสูตรเคมีทั่วไปคือ Na4Al3Si9O24Cl เปnนสภาวะสุดท;ายตอนที่เกิดแร=ที่เสถียร ในขณะที่แร=ซิลเวียไนต$เปnนแร=ที่คล;ายกับแร=ไม ออนไนต$มาก แร=กลุ=มนี้มีองค$ประกอบที่คล;ายกันมาก ทั้งโครงสร;างผลึกและคุณสมบัติทางกายภาพ แสดงสีที่ 145
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU หลากหลายจนไม=สามารถแยกความแตกต=างได;ในขณะที่สำรวจภาคสนามหรือในระหว=างการตรวจสอบตัวอย=างด;วย เครื่องมือขั้นต;นในห;องปฏิบัติการ สแคโพไลต$มีค=าดัชนีหักเหของแสงต่ำจึงทำให;เห็นรีลีฟต่ำแบบลบเมื่อศึกษาภายใต;กล;องจุลทรรศน$แบบแสง ธรรมดา เนื่องจากเปnนแร=ในระบบผลึกสองแกนราบ (Tetragonal system) และมีค=าดัชนีหักเหของแสง 2 ค=า คือ nO = 1.532-1.607 และ nE = 1.522-1.571 มักแสดงรูปผลึกแบบแท=งและไม=แสดงสี (รูปที่ 11.15) ค=าไบรีฟริง เจนซ$0.004-0.038 จึงทำให;เห็นสีแทรกสอดต่ำในลำดับที่ 1-2 ตามแผนภูมิมิเชล-ลีวี(รูปที่ 11.15) รูปที่ 11.15 ผลึกของสแคโพไลตK (ซ,าย) ภาพถDายภายใต,กล,องจุลทรรศนKฯ (กลาง) แบบแสงธรรมดา (ขวา) แบบ แสงโพลาไรซK (ดัดแปลงจาก www.alexstrekeisen.it) สแคโพไลต$พบในปริมาณเล็กน;อยในหินแปรหรือหินอัคนีบางชนิดเท=านั้น สแคโพไลต$ที่มีขนาดใหญ=ถูกพบ เฉพาะในหินแปร เช=น หินอ=อน หินชีสต$ หินไนส$ตัวอย=างที่มีขนาดใหญ=เหล=านี้มักแสดงลักษณะเปnนผลึกเหมือนไม; หรือพื้นผิวที่เปnนเส;น บางครั้งพบผลึกที่มีคุณภาพในระดับอัญมณี มีลักษณะเปnนแท=งปริซึมและมีหน;าตัดสี่เหลี่ยม จัตุรัส ซึ่งมักพบในหินอ=อน ในหินอัคนีที่มีการแปรเปลี่ยนของแร=โดยเฉพาะหินแกบโบรและหินบะซอลต$ สแคโพไลต$ จะเกิดขึ้นในตำแหน=งเดียวกับเฟลด$สปาร$ โดยอาจเกิดเปnนบางส=วนหรือเปnนผลึกแทนตำแหน=งเฟลด$สปาร$ บางครั้ง พบผลึกของสแคโพไลต$ในหินเพกมาไทต$สแคโปไลต$มีความสวยงามและน=าสนใจ ชนิดโปร=งใส สีเหลืองและสีชมพู สามารถถูกตัด และนำมาเจียรเปnนอัญมณีได; ตัวอย=างบางชิ้นมีเส;นใยขนาดเล็กที่ทำให;ดูเหมือย “ผ;าไหม” ภายใน ก;อนหินที่สะท;อนแสงเพื่อสร;างเปnนตาแมว จึงนำมาใช;เปnนอัญมณีที่แสดงลักษณะปรากฎการณ$ตาแมวนั่นเอง สแค โพไลต$เกิดการแปรเปลี่ยนได;ง=ายมาก โดยจะแปรเปลี่ยนไปเปnนเซอริไซต$ แคลไซต$ คลอไรต$ เอพิโดต ซีโอไลต$ ขึ้นอยู= กับส=วนประกอบทางเคมี คำถามท(ายบท 1. จงอธิบายว=าเพราะเหตุใดแร=เทคโทซิลิเกตจึงเปnนแร=ที่มีมากที่สุดบนผิวโลก 2. “โพแทสเซียมเฟลด$เปnนพหุผลึกที่มีคุณสมบัติส=วนใหญ=เหมือนกัน มีเพียงคุณสมบัติบางประการเท=านั้นที่ แตกต=างกัน รวมทั้งการเกิด” จงอธิบายประโยคดังกล=าว พร;อมยกตัวอย=างประกอบ 3. จงอธิบายวิธีการจำแนกแพลจิโอเคลสภายใต;กล;องจุลทรรศน$แบบแสงโพลาไรซ$ 4. จงอธิบายการเกิดของแพลจิโอเคลสที่มีส=วนประกอบ An5 และ An85ตามลำดับ 5. จงเปรียบเทียบแร=ที่มีสูตรเคมี SiO2 ในหินแกรนิต หินภูเขาไฟ และหินแปรที่ความดันสูง 6. จงอธิบายว=าเราจะสามารถแยกควอตซ$กับเนฟ~ลีนภายใต;กล;องจุลทรรศน$ฯ ได;อย=างไรบ;าง 146
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU บทที่ 12 แร6ประกอบหินที่ไม6ใช6ซิลิเกต Chapter 12 Non-silicates
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU บทที่ 12 แรUประกอบหินที่ไมUใชUซิลิเกต นอกจากแร=กลุ=มซิลิเกตแล;ว ยังมีแร=กลุ=มอื่นที่สามารถเปnนแร=ประกอบหินได; ทั้งนี้ขึ้นอยู=กับประเภทของหินและ การเกิด ในบทนี้จะกล=าวถึงแร=ประกอบหินที่ไม=ใช=ซิลิเกตที่สามารถพบเจอได;ในหินทั่วไปและสามารถจำแนกได;ด;วย ตาเปล=าหรือศึกษาภายใต;กล;องจุลทรรศน$แบบแสงโพลาไรซ$ได;แก= 1) คาร;บอเนต (Carbonate) แคลไซต$ (Calcite) CaCO3 โดโลไมต$ (Dolomite) CaMg(CO3)2 2) ออกไซด; (Oxide) ฮีมาไทต$ (Hematite) Fe2O3 แมกนีไทต$ (Magnetite) Fe3O4 คอรันดัม (Corundum) Al2O3 สป~เนล (Spinel) MgAl2O4 รูไทล$ (Rutile) TiO2 อิลเมไนต$ (Ilmenite) FeTiO2 3) ซัลไฟด; (Sulfide) ไพไรต$ (Pyrite) FeS2 คาลโคไพไรต$ (Chalcopyrite) CuFeS2 กาลีนา (Galena) PbS สฟาเลอไรต$ (Sphalerite) ZnS 4) ซัลเฟต (Sulfate) แบไรต$ (Barite) BaSO4 ยิปซัม (Gypsum) CaSO42H2O แอนไฮไดรต$ (Anhydrite) CaSO4 5) ฟอสเฟต (Phosphate) อะพาไทต$ (Apatite) Ca10(PO4)6(OH,F,Cl)2 12.1 คาร;บอเนต (Carbonate) แร=ในหมู=คาร$บอเนตประกอบด;วยอนุมูล (CO3) 2- เปnนอนุมูลที่มีพันธะระหว=าง C-O ที่แข็งแรงมาก ใน โครงสร;างกลุ=มอนุมูล (CO3) 2- จึงเปnนโครงสร;างพื้นฐานของแร=ในหมู=นี้ ส=วนการยึดเกาะของ CO2 ซึ่งเปnนการยึดเกาะ กันของพันธะโควาเลนต$ซึ่งแข็งแรงกว=า เปnนเหตุให; CO2 แตกตัวออกมาจากโครงสร;างแร=ได;หากมี H+ ซึ่งได;จากกรด มาทำปฏิกิริยา คือ 149
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU 2H+ + CO3 à H2O + CO2 จากปฏิกิริยาข;างต;นส=งผลให;แร=กลุ=มนี้ทำปฏิกิริยากับกรดทำให;เกิดฟองฟู³ ซึ่งเปnนวิธีตรวจแร=คาร$บอเนตได;ดี คาร$บอเนตที่ไม=มี OH อยู=ในโครงสร;าง เรียกว=า แอนไฮดรัสคาร$บอเนต (Anhydrous carbonates) มีอยู= 3 กลุ=ม ตามโครงสร;างที่แตกต=างกัน ได;แก= แคลไซต$ อะราโกไนต$ และโดโลไมต$ ส=วนคอปเปอร$คาร$บอเนตที่มี OH อยู= เรียกว=า ไฮดรัสคอปเปอร$คาร$บอเนต (Hydrous copper carbonates) Calcite group (Hexagonal system, 3 2/m) แคลไซต$ (Calcite) CaCO3 แมกนีไซต$ (Magnesite) MgCO3 ซิเดอไรต$ (Siderite) FeCO3 โรโดโครไซต$ (Rhodochrosite) MnCO3 สมิธโซไนต$ (Smithsonite) ZnCO3 Aragonite group (Orthorhombic system, 2/m 2/m 2/m) อะราโกไนต$ (Aragonite) CaCO3 วิเธอไรต$ (Witherite) BaCO3 สตรอนเทียไนต$ (Strontianite) SrCO3 เซรัสไซต$ (Cerussite) PbCO3 Dolomite group (Hexagonal system, 3) โดโลไมต$ (Dolomite) CaMg(CO3)2 แองเกอไรต$ (Ankerite) CaFe(CO3)2 Hydrous copper carbonate มาลาไคต$ (Malachite) Cu2CO3(OH)2 อะซูไรต$ (Azurite) Cu3(CO3)2(OH)2 แร=ประกอบหินกลุ=มคาร$บอเนตที่พบได;มากคือแคลไซต$และโดโลไมต$ 12.1.1 แคลไซต; (Calcite) แคลไซต$มีรูปผลึกระบบสามแกนราบ (Hexagonal system) พบเกิดเปnนรูปผลึกได;มากกว=า 300 แบบและ เปnนผลึกที่ซับซ;อนมาก พบบ=อยคือรูปผลึกที่เปnนสี่เหลี่ยมขนมเปoยกปูน หรือมีลักษณะเปnนแท=งหัวแหลมยาวคล;าย ฟ§นสุนัข เรียกว=า “แร=ฟ§นหมาหรือหินเขี้ยวหมา” แคลไซต$มีค=าความแข็งที่ 3 ตามมาตราส=วนความแข็งของโมห$ ความถ=วงจำเพาะเท=ากับ 2.72 มีความวาวคล;ายแก;ว หรือด;านคล;ายดิน โปร=งใสถึงโปร=งแสง ปกติมีสีขาวหรือไม=มีสี แต=หากมีมลทินปนจะทำให;มีสีอื่น เช=น สีเทา สีแดง สีเขียว สีเหลือง สีน้ำเงิน สีน้ำตาล หรือสีดำ รอยแยกแนวเรียบ เปnนรูปสี่เหลี่ยมขนมเปoยกปูน มีสูตรเคมี CaCO3 มี CaO 56.0 % และ CO2 44.0 % บางชนิดอาจมีแมงกานีส สังกะสี หรือเหล็กเข;าไปแทนที่ธาตุแคลเซียม หากมีการแทนที่อย=างสมบูรณ$ด;วยธาตุแมงกานีสจะได;เปnนโรโดโคร 150
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU ไซต$แคลไซต$ทำปฏิกิริยากับกรดเกลือแล;วเกิดเปnนฟองฟู³ (acid test) นอกจากนี้แคลไซต$ยังมีคุณสมบัติพิเศษคือ สามารถทำให;เกิดการหักเหสองแนว (double refraction) แคลไซต$มีค=าดัชนีหักเหของแสงปานกลางจึงทำให;เห็นรีลีฟปานกลางแบบลบเมื่อศึกษาภายใต;กล;อง จุลทรรศน$แบบแสงธรรมดาและแสดงการเปลี่ยนรีลีฟชัดเจน (negative-moderate relief) เนื่องจากมีค=าดัชนีหัก เหของแสง 2 ค=า คือ nO = 1.658 และ nE = 1.486 และเปnนแร=ที่มีแกนแสงเดี่ยวแบบลบ แคลไซต$มักแสดงรูปผลึก ปริซึมแบบขนมเปoยกปูนที่ไม=แสดงสี (รูปที่ 12.1) แคลไซต$มีแนวแตกเรียบที่สมบูรณ$บนหน;าผลึก {101} ค=าไบรีฟริง เจนซ$0.172 จึงทำให;ไม=สามารถเห็นสีแทรกสอด (white of higher order) ตามแผนภูมิมิเชล-ลีวีและแสดงการ แฝดแบบขนาน รูปที่ 12.1 ภาพถDายผลึกแคลไซตKแสดงแนวแตกเรียบภายใต,กล,องจุลทรรศนKฯ (ซ,าย) แบบแสงธรรมดา (ขวา) แบบ แสงโพลาไรซK แคลไซต$เปnนแร=ที่พบได;ทั่วไปในหินโดยเปnนแร=ที่เด=นที่สุดในหินตะกอน ในหินปูนนั้นมีแร=แคลไซต$เปnนแร= หลักที่เกิดจากการสะสมตัววัตถุใต;ท;องทะเล เช=น เปลือกหอย กระดูกสัตว$ทะเลที่สะสมตัวกันเปnนชั้นหนา นอกจากนี้แร=แคลไซต$อาจได;จากการตกผลึกของสารละลายแคลเซียมคาร$บอเนต ในถ้ำหินงอกหินย;อยมีการสะสม ตัวของของแร=แคลไซต$ในลักษณะของคราบหินปูน ในบางครั้งเรียกว=า โอนิกซ$มาร$เบิล (Onyx marble) เกิดจากการ ตกผลึกของแร=แคลไซต$หรืออะราโกไนต$ โดยเกิดเปnนแถบซ;อนกัน โดยส=วนใหญ=มักพบที่ประเทศเม็กซิโก จึงเรียกว=า Maxican onyx แคลไซต$ยังเกิดเปnนแร=ปฐมภูมิได;ในหินแปรจำพวกหินอ=อนและหินแคลก$ซิลิเกต อีกทั้งยังเกิดในหิน อัคนีจำพวกหินคาร$บอเนไทต$(Carbonatite) และหินเนฟ~ลีนไซอีไนต$ (Nepheline syenite) ที่เกิดจากการตกผลึก ช=วงหลัง ส=วนใหญ=แคลไซต$มักเกิดแบบแร=ทุติยภูมิ เช=น การแทนที่ในช=องว=างหรือสายแร= บางครั้งก็พบเกิดร=วมกับ แหล=งแร=น้ำร;อนร=วมกับสินแร=ซัลไฟด$ด;วย แคลไซต$ใช;ทำปูนซีเมนต$และปูนขาว หรือนำมาบดผสมทำอาหารสัตว$ ผสมทำเครื่องเคลือบดินเผา หากมีสี และเนื้อสวยงามนำมาขัดทำหินประดับผลึก แคลไซต$ใช;เปnนวัตถุดิบผลิตแสงเลเซอร$ แหล=งแร=ที่สำคัญ เช=น เยอรมนี อังกฤษ สหรัฐอเมริกา ในประเทศไทยพบทุกจังหวัดที่มีหินปูน เช=น แม=ฮ=องสอน เพชรบูรณ$ นครสวรรค$ สระบุรี กาญจนบุรี ชุมพร สุราษฎร$ธานี เปnนต;น 12.1.2 โดโลไมต; (Dolomite) โดโลไมต$รูปผลึกในระบบสามแกนราบ (Hexagonal system) ผลึกของแร=มักจะพบในรูปสี่เหลี่ยมขนม เปoยกปูน ผิวหน;าผลึกมักจะโค;ง บางครั้งจะโค;งเปnนรูปคล;ายอานม;า ผลึกในแบบอื่นมีพบได;บ;างแต=น;อย ซึ่งอาจพบ 151
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU เปnนเม็ดหยาบๆ ไปจนกระทั่งเม็ดเล็กเกาะกันแน=น ความแข็ง 3.5-4 ตามมาตราส=วนความแข็งของโมห$ความ ถ=วงจำเพาะ 2.85 ประกายคล;ายแก;ว บางชนิดวาวคล;ายมุก สีปกติมักทั่วไปหลากหลายทั้งสีออกชมพู ขาว เทา เขียว น้ำตาล หรือสีดำ และอาจพบแบบไม=มีสี เนื้อแร=มีทั้งโปร=งใสและโปร=งแสง มีสูตรเคมี CaMg (CO3) 2 มี CaO 30.4 % MgO 21.7% และ CO2 47.9% โดยปกติโดโลไมต$มีสัดส=วนของ CaCO3 ต=อ MgCO3 ประมาณ 1:1 ถ;ามี Ferrous iron เข;ามาแทนที่แมกนีเซียมและปริมาณมากกว=าแมกนีเซียมแล;วจะเรียก แองเคอไรต$ (Ankerite) โดโล ไมต$ทำปฏิกิริยากับกรดเกลือ (HCl) ได;น;อยมากเมื่อเทียบกับแคลไซต$หรือเกิดช;ามากในอุณหภูมิธรรมดา นอกจาก จะบดแร=ให;ละเอียดจึงละลายในกรดเปnนฟองฟู³ โดโลไมต$มีค=าดัชนีหักเหของแสงปานกลางจึงทำให;เห็นรีลีฟปานกลางแบบลบเมื่อศึกษาภายใต;กล;อง จุลทรรศน$แบบแสงธรรมดาและแสดงการเปลี่ยนรีลีฟชัดเจน (negative-moderate relief) เนื่องจากมีค=าดัชนีหัก เหของแสง 2 ค=า คือ nO = 1.679-1.690 และ nE = 1.500-1.510 และเปnนแร=ที่มีแกนแสงเดี่ยวแบบลบ โดโลไมต$ มักแสดงรูปผลึกปริซึมแบบขนมเปoยกปูนที่ไม=แสดงสี (รูปที่ 12.2) แคลไซต$มีแนวแตกเรียบที่สมบูรณ$บนหน;าผลึก {101} ค=าไบรีฟริงเจนซ$0.179-0.182 จึงทำให;ไม=สามารถเห็นสีแทรกสอด (white of higher order) ตามแผนภูมิมิ เชล-ลีวีซึ่งจะมีลักษณะที่คล;ายกับแคลไซต$มากจึงทำให;การจำแนกภายใต;กล;องจุลทรรศน$ฯ ค=อนข;างยาก แต= สามารถทำได;จากการย;อมสารเคมีก=อนศึกษาหรือดูความขุ=นมัวภายในผลึกของโดโลไมต$ที่ต=างจากแคลไซต$ที่ ปราศจากความขุ=นมัว รูปที่ 12.2 ภาพถDายผลึกโดโลไมตKแสดงแนวแตกเรียบภายใต,กล,องจุลทรรศนKฯ (ซ,าย) แบบแสงธรรมดา (ขวา) แบบ แสงโพลาไรซK โดโลไมต$มีการเกิดเช=นเดียวกับแคลไซต$ พบในหินปูนโดโลมิติก (Dolomitic limestone) หรือในหินอ=อน โดโลมิติก (Dolomitic marble) โดโลไมต$ที่พบมีมวลขนาดใหญ=มักเกิดแบบทุติยภูมิ ซึ่งเกิดจากหินปูนที่มีอยู=เดิมถูก แทนที่ด;วยธาตุแมกนีเซียม หรือมักเกิดเปnนเพื่อนแร=ในสายแร=ตะกั่วหรือสังกะสีที่ตัดผ=านหินปูน โดโลไมต$ใช;เปnนหินก=อสร;างหรือหินประดับ ใช;ผลิตทำปูนซีเมนต$บางชนิด ใช;ทำวัสดุทนไฟสำหรับการบุเตา ถลุงเหล็ก โดยเปnนเตาคอนเวอร$เตอร$ในการผลิตเหล็กกล;าขั้นต;น โดโลไมต$เปnนแร=หลักของโลหะแมกนีเซียม ใช;ใน อุตสาหกรรมทำแก;วบางชนิด เช=น ฟอกแก;วแผ=น วัสดุทนไฟ ฉนวน เซรามิค และนำไปใช;ในกระบวนการถลุงโลหะ นอกจากนี้ยังมีการนำไปใช;ประโยชน$ในทางการเกษตรและการเลี้ยงกุ;ง รวมทั้งการแก;ไขสภาพดิน ผลึกโดโลไมต$ สมบูรณ$พบที่บินเนนธาล (Binnenthal) ในสวิตเซอร$แลนด$ ในสหรัฐอเมริกาพบที่โจพลินและมิสซูรี สำหรับใน ประเทศไทยสามารถพบได;บริเวณที่มีหินปูน เช=น กาญจนบุรี ชลบุรี สุราษฎร$ธานี กระบี่ สงขลา พังงา 152
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU 12.2 ออกไซด; (Oxide) แร=ที่เกิดในรูปออกไซด$มีประมาณ 150 ชนิด แต=หาได;ยาก ที่เกิดเปnนจำนวนมากและน=าสนใจมีเพียงจำนวน น;อย แร=ออกไซด$เกิดได;ในสิ่งแวดล;อมต=างกัน อาจพบในหินแปร หินอัคนี สายแร= สายเพกมาไทต$ เปnนต;น จากการ จับตัวกันอย=างแข็งแรงระหว=างธาตุออกชิเจน (O2- ) กับธาตุอื่น จึงทำให;แร=ออกไซด$เปnนแร=ทนทานต=อสารเคมีและ แข็งมาก แร=กลุ=มออกไซด$ที่เปnนแร=ประกอบหินที่สำคัญและพบได;มากทั่วไป ได;แก= แมกนีไทต$ คอรันดัม สป~เนล และ รูไทล$โดยมีคุณสมบัติทางกายภาพดังตารางที่ 12.1 ตารางที่ 12.1 คุณสมบัติทางกายภาพ เคมี และแสงของแรDออกไซดK คุณสมบัติ แมกนีไทต1 คอรันดัม สป6เนล รูไทล1 ระบบผลึก สามแกนเท*า สามแกนราบ สามแกนเท*า สองแกนราบ สี ดำ น้ำตาลเข5ม หลากหลาย หลากหลาย น้ำตาลแดง ประกาย โลหะ คล5ายเพชร แก5ว แก5ว โลหะคล5ายเพชร ความแข็ง 5.5–6.5 9 7.5–8 6–6.5 ความถDวงจำเพาะ 5.2 4.0–4.1 3.55 4.2–5.5 รูปผลึก ทรงแปดหน5า พีระมิดคู* ทรงแปดหน5า แท*ง เม็ด แนวแตกเรียบ - - - 1 ทิศทาง ดัชนีหักเห 2.42 No = 1.77 Ne = 1.763 1.715–1.725 No = 2.55–2.65 Ne = 2.83–2.89 สูตรเคมี Fe2O3 Al2O3 (Mg,Fe)Al2O4 TiO2 แมกนีไทต$ (Magnetite) และสป~เนล (Spinel) เปnนแร=ในระบบผลึกสามแกนเท=า (Isometric system) ที่มี ค=าดัชนีหักเหค=าดัชนีหักเหของแสงสูงเหมือนกันจึงทำให;เห็นรีลีฟสูงเมื่อศึกษาภายใต;กล;องจุลทรรศน$แบบแสง ธรรมดา แสดงสีที่หลากหลายทั้งแดง น้ำเงิน เขียว และมีรูปผลึกคล;ายทรงแปดหน;า ทั้งคู=เปnนแร=ที่ค=อนข;างคงทนที่ เกิดในหินแปรทั้งแบบสัมผัสและแบบไพศาล อีกทั้งยังสามารถเกิดในหินอัคนีโดยแมกนีไทต$จะพบในหินสีเข;ม จำพวกแกบโบรและบะซอลต$ ส=วนสป~เนลเกิดในหินอัลตราเมฟ~กโดยตกผลึกอยู=ภายใน (inclusion) โอลิวีน (รูปที่ 12.3) รูปที่ 12.3 ผลึกสปèเนลในผลึกโอลิวีน (ซ,าย) ภาพถDายภายใต,กล,องจุลทรรศนKฯ (กลาง) แบบแสงธรรมดา (ขวา) แบบแสงโพลาไรซK (ดัดแปลงจาก www. microckscopic.ro/minerals) 153
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU คอรันดัมเปnนแร=ในระบบผลึกสองแกนราบ (Hexagonal system) ที่มีค=าดัชนีหักเหค=าดัชนีหักเหของแสง สูงจึงทำให;เห็นรีลีฟสูงเมื่อศึกษาภายใต;กล;องจุลทรรศน$แบบแสงธรรมดา แสดงรูปผลึกแบบปริซึมฐานหกเหลี่ยม หรือแบบแท=ง แต=ไม=แสดงสี (รูปที่ 12.4) ปรากฏแนวแยกในหน;าผลึก {101} และ {001} คอรันดัมเปnนแร=ที่มีแกน แสงเดี่ยวแบบลบ ค=าไบรีฟริงเจนซ$0.008-0.009 จึงทำให;เห็นสีแทรกสอดในลำดับที่ 1 ตามแผนภูมิมิเชล-ลีวีและ แสดงการแฝดในหน;าผลึก {101} รูปที่ 12.4 ผลึกคอรันดัมในหินไซอีไนตK (ซ,าย) ภาพถDายภายใต,กล,องจุลทรรศนKฯ (กลาง) แบบแสงธรรมดา (ขวา) แบบแสงโพลาไรซK (ดัดแปลงจาก www.alexstrekeisen.it) คอรันดัมเกิดในหินอัคนีที่มีปริมาณอะลูมิเนียมสูงแต=ซิลิกาต่ำ เช=น ไซอีไนต$ เฟลด$สปาร$ทอยด$เพกมาไทต$ หรือพบเปnนผลึกแปลกปลอมในหินอัคนีสีเข;มจำพวกแกบโบรและบะซอลต$ อีกทั้งยังสามารถเกิดได;ในหินแปรที่มี ปริมาณอะลูมิเนียมสูงหรือหินดั้งเดิมเปnนเพไลต$ คอรันดัมสามารถเกิดเปnนแร=ทุติยภูมิจากการแปรเปลี่ยนของแพลจิ โอเคลสด;วยสายน้ำแร=ร;อน แร=นี้สามารถแปรเปลี่ยนไปเปnนแร=ดิน มัสโคไวต$ มากาไรต$ และอะลูมิโนซิลิเกต รูไทล$เปnนแร=ในระบบผลึกสองแกนราบ (Tetragonal system) ที่มีค=าดัชนีหักเหค=าดัชนีหักเหของแสงสูง มากจึงทำให;เห็นรีลีฟเข;ม (extreme relief) เมื่อศึกษาภายใต;กล;องจุลทรรศน$แบบแสงธรรมดา แสดงรูปผลึกแบบ ปริซึมฐานสี่เหลี่ยมหรือแบบแท=งยาว แสดงสีเหลืองและสีแดง รูไทล$เปnนแร=ที่มีแกนแสงเดี่ยวแบบบวก ค=าไบรีฟริง เจนซ$0.029 จึงทำให;ไม=สามารถเห็นสีแทรกสอด (white of higher order) ตามแผนภูมิมิเชล-ลีวีและแสดงการ แฝด รูไทล$สามารถเกิดได;ทั้งในหินอัคนีและหินแปร เกิดแบบเส;นใยในผลึกควอตซ$จนทำให;เกิดความสวยงามและ นิยมนำไปเปnนเครื่องประดับ อีกทั้งยังสามารถเกิดในสายแร=เพกมาไทต$และควอตซ$อะพาไทต$ 12.3 ซัลไฟด; (Sulfide) ซัลไฟด$เปnนกลุ=มแร=ที่สำคัญมากกลุ=มหนึ่ง เพราะโลหะหรือโลหะผสมมักจะได;มาจากการถลุงแร=กลุ=มนี้ เช=น เหล็ก ทองแดง ตะกั่ว สังกะสี พลวง เปnนต;น แร=ที่จัดอยู=ในหมู=ซัลไฟด$นี้ส=วนใหญ=มีลักษณะทึบแสง (opaque mineral) และมีสีและสีผงที่เด=นชัด แร=บางชนิดที่ไม=ทึบแสงก็จะมีค=าดัชนีหักเหสูง แสงผ=านได;เฉพาะขอบแร=บาง ๆ เท=านั้น กล;องจุลทรรศน$แบบแสงโพลาไรซ$จึงไม=สามารถใช;จำแนกแร=กลุ=มนี้ได; สูตรเคมีทั่วไปของแร=หมู=ซัลไฟด$ คือ XmZn เมื่อ X แทนธาตุโลหะ และ Z แทนธาตุอโลหะ ได;แก= S As Te Sb Bi Se ซึ่งมีขนาดอะตอมใหญ=กว=าอะตอม ของโลหะ 154
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU โครงสร;างอะตอมของแร=ซัลไฟด$เกือบทุกชนิดมีแรงยึดเกาะระหว=างอะตอมในโครงสร;างเปnนพันธะไอออนิก ในโครงสร;างอย=างง=าย เช=น สฟาเลอร$ไรต$ (ZnS) แร=บางชนิดมีลักษณะของแร=โลหะอย=างเด=นชัด เช=น กาลีนา (PbS) ความแข็งของแร=ในหมูนี้ส=วนใหญ=มีค=าประมาณ 2-3 ตามมาตราส=วนความแข็งของโมห$ อาจมี 1 บ;าง เช=นแร=โมลิบดี ไนต$ (MoS2) จนถึงความแข็ง 6 ในไพไรต$ (FeS2) หรือ 7 ในสเพอร$ริไรต$ (PtAs2) ดังนั้นแร=ในหมู=นี้จึงสามารถแบ=ง ออกเปnนกลุ=มเล็กที่มีโครงสร;างคล;ายคลึงกันได;หลายแบบ จนไม=สามารถกล=าวถึงแบบทั่วไปได;ง=ายนัก ในรูปลักษณะที่ประกอบกับธาตุกำมะถันจึงเปnนกลุ=มแร=ธาตุที่หาได;ยาก แร=ซัลไฟด$มักเกิดในลักษณะที่เปnน สายแร=จากหินหนืดที่เย็นลงในอุณหภูมิต=าง ๆ กัน โดยทั่วไปแร=ซัลไฟด$จะมีสีเข;มมีความวาวแบบโลหะ หนักและไม= ค=อยเหนียว มักจะแตกง=าย สีผงละเอียดจะเข;ม ส=วนมากหลอมง=ายและมักจะทึบแสง แร=ซัลไฟด$ ได;แก=แร=กลุ=มนี้ เปnน สารเริ่มต;นของโลหะผสม ได;แก= แอแคนไทต$ (Acanthite) บูแลนเจอไรต$ (Boulangerite) ซินนาบาร$(Cinnabar) กาลีนา (Galena) โมลิบดีไนต$ (Molybdenite) รีอัลการ$ (Realgar) สติบไนต$ (Stibnite) อาร$เซโนไพไรต$ (Arsenopyrite) คาลโคไซต$ (Chalcocite) โคเวลไลต$ (Covellite) ไพไรต$ (Pyrite) สฟาเลอไลต$(Sphalerite) บอร$ ไนต$ (Bornite) คาลโคไพไรต$(Chalcopyrite) มาร$คาไซต$ (Marcasite) พิร$โรไทต$ (Pyrrhotite) เปnนต;น 12.4 ซัลเฟต (Sulfate) แร=ซัลเฟตมีความละเอียดอ=อนและเกิดขึ้นใกล;พื้นผิวโลกในหินตะกอน โดยยิปซั่มเปnนแร=ซัลเฟตที่พบมาก ที่สุด ซัลเฟตเปnนไอออนลบที่มีสูตร SO4 2−และประกอบด;วยอะตอมกำมะถันอยู=ตรงกลางและมีอะตอมออกซิเจน 4 อะตอมล;อมรอบเรียงกันเปnนรูปทรงสี่หน;า อะตอมกำมะถันมีภาวะออกซิเดชัน +6 และอะตอมออกซิเจนทั้งสี่มี ภาวะออกซิเดชัน −2 ซัลเฟตไอออนมี 2 ประจุลบ ยิปซัม (Gypsum) เปnนแร=ในระบบหนึ่งแกนเอียง (Monoclinic system) มีสูตรเคมีทั่วไปคือ CaSO4·2H2O) หรือเรียกว=าเกลือจืด จัดเปnนแร=อโลหะที่มีความเปราะมากมีสีขาว ไม=มีสีหรือสีเทา มักมีสีเหลือง แดง หรือน้ำตาลเปnนมลทินปนอยู= มีความวาวคล;ายแก;ว มุก หรือไหม ความแข็ง 2 ตามมาตราส=วนความแข็งของโมห$ ความถ=วงจำเพาะเท=ากับ 2.7 เนื้อแร=โปร=งใสจนกระทั่งโปร=งแสง อาจเรียกชื่อต=างกันออกไปตามลักษณะของเนื้อแร= ได;แก= ชนิดซาตินสปาร$ (satinspar) เปnนแร=ยิปซัมลักษณะที่เปnนเนื้อเสี้ยน มีความวาวคล;ายไหม ชนิดอะลาบาสเทอร$ (alabaster) มีเนื้อเปnนมวลเม็ดอัดกันแน=น ชนิดซีลีไนต$ (selenite) ใสไม=มีสี เนื้อแร=เปnนแผ=นบางโปร=งใส ยิปซัมเกิดจากแร=ที่ตกตะกอนในแอ=งที่มีการระเหยของน้ำสูงมากและต=อเนื่อง ทำให;น้ำส=วนที่เหลือมีความ เข;มข;นสูงขึ้น ถึงจุดที่แร=กลุ=มที่เรียกว=า “เกลือระเหย (evaporites) ” จะสามารถตกตะกอนออกมาตามลำดับ ความสามารถในการละลาย (solubility) ซึ่งโดยทั่วไปเริ่มจากพวกคาร$บอเนต (carbonates) ซัลเฟต (sulphates) และเฮไลด$ (halides) ดังแสดงในรูปที่ 12.5 การกำเนิดแร=ยิปซัมของไทยมีเนื้อเปnนเกล็ดขนาดเล็กสมานแน=น เรียกว=า “อะลาบาสเทอร$ (alabaster)” ซึ่งมิได;เกิดจากการตกตะกอนทับถมกันในสภาพการณ$ปฐมภูมิจากการ ระเหยของน้ำ แต=เกิดจากการเติมน้ำ (rehydration) ให;กับช=วงบนสุดของมวลแอนไฮไดรต$ จนเกิดการเปลี่ยนแปลง 155
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU ชนิดแร=ยิปซัมในประเทศไทยมีประวัติที่ค=อนข;างซับซ;อน และการศึกษาธรณีวิทยาแหล=งแร=พบว=าเคยผ=านการ เปลี่ยนแปลงชนิดแร=ไปมาระหว=างยิปซัมกับแอนไฮไดรต$ (CaSO4) รูปที่ 12.5 แผนภาพแสดงการตกผลึกของแรDในน้ำทะเลด,วยกระบวนการระเหย แอนไฮไดรต$ (Anhydrite) เปnนแร=ในระบบสองแกนเท=า (Orthorhombic system) มี ความแข็ง 3.5 ตาม มาตราส=วนความแข็งของโมห$ ความถ=วงจำเพาะเท=ากับ 2.97 แอนไฮไดรต$เกิดแบบเกลือระเหย (Evaporite Mineral) ที่มีสูตรเคมีคล;ายกับแร=ยิปซัม ที่ต=างกันเพียงแอนไฮไดรต$ไม=มีน้ำในผลึกเท=านั้น มีสูตรเคมีเปnน CaSO4 มี หลากสีตั้งแต=สีขาว ไม=มีสี ฟìา ม=วง น้ำตาล จนถึงสีเทา โดยแองเจไลต$(Angelite) เปnนชื่อทางการค;าของแร=ชนิดนี้ที่ มีสีฟìาหม=น มักเกิดเปnนชั้นระนาบในแอ=งตะกอน ที่เกิดภายหลังจากการที่น้ำทะเลจำนวนมากระเหย ออกไป โดยทั่วไปแล;วมักจะถูกแทรกด;วยแร=พวกเฮไลต$ (Halite) ยิปซั่มและหินปูน ดังแสดงในรูปที่ 12.5 แอนไฮ ไดรต$สามารถก=อตัวได;ในแนวชายฝ§óงหรือเกิดเปnนตะกอนแผ=ไปในพื้นที่ผ=านของน้ำทะเลจากการระเหยของน้ำ แอนไฮไดรต$ยังเกิดจากการสะสมของสารประกอบในสารละลายน้ำร;อน ที่มักจะมาพร;อมกับแคลเซียม เฮไลต$ พร;อมด;วยองค$ประกอบซัลไฟด$จากแร=ในสายแร= แร=แบไรต$ (Barite) เปnนแร=ในระบบสองแกนเท=า (Orthorhombic system) ความแข็ง 3-3.5 ตามมาตรา ส=วนความแข็งของโมห$ ความถ=วงจำเพาะเท=ากับ 4.3-5 จึงทำให;มีน้ำหนักมากเมื่อคะเนด;วยมือจะรู;สึกหนักผิดปกติ ต=างไปจากแร=ชนิดอื่นที่มีขนาดเท=ากัน ซึ่งเปnนลักษณะทางกายภาพที่โดดเด=นของแร=นี้ แบไรต$มีส=วนประกอบทางเคมี เปnนแบเรียมซัลเฟต (BaSO4) สีขาวหรือเทาอ=อน เนื้อแร=โปร=งแสงถึงโปร=งใส แบไรต$ในประเทศไทยเกิดเปnนสายแร= แทรกในบริเวณที่มีรอยแตกหรือรอยเลื่อน โดยมีความสัมพันธ$กับหินแกรนิต พบมากทางภาคตะวันตกของประเทศ นอกจากนี้ยังพบแบไรต$เกิดร=วมกับแร=ตะกั่วและสังกะสีในหินปูน หินดินดาน และหินทรายในบริเวณภาคเหนือและ ภาคกลาง โดยพบที่จังหวัดเลย เพชรบูรณ$ อุดรธานี เชียงใหม= ลำพูน ลำปาง แพร= แม=ฮ=องสอน ตาก นครศรีธรรมราช สุราษฎร$ธานี กาญจนบุรี เพชรบุรี อุทัยธานี และราชบุรี ประโยชน$ส=วนใหญ=ใช;ทำเปnนโคลนผงใช; ในการเจาะสำรวจแหล=งแร=และป~โตรเลียม โดยเปnนตัวควบคุมความดันในการเจาะ นอกจากนั้นยังใช;ทำสารเคมี 156
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU แบเรียมในทางอุตสาหกรรม เช=น แบเรียมซัลเฟตใช;ทำสี ในอุตสาหกรรมกระดาษ ยาง และพรมน้ำมัน แบเรียมคลอ ไรต$ใช;ในโรงงานทำหนัง เสื้อผ;า แบเรียมคาร$บอเนตใช;เปnนส=วนผสมการเคลือบเงาเซรามิก แบเรียมออกไซด$ใช;ใน การทำแก;วและการถลุงด;วยไฟฟìา แบเรียมไฮดรอกไซด$ใช;ผลิตน้ำตาล และใช;ผสมทำคอนกรีตสำหรับพอกท=อส=ง น้ำมันและแกÄสใต;ทะเล นอกจากนี้ยังนำมาบดทำยาสำหรับรับประทานก=อนที่จะทำการฉายเอกซเรย$เกี่ยวกับ กระเพาะอาหารและลำไส;อีกด;วย 12.5 ฟอสเฟต (Phosphate) ฟอสเฟตเปnนสารประกอบที่มีฟอสเฟต (PO4) อยู=ด;วยหรือมีธาตุฟอสฟอรัส แร=ที่สำคัญของฟอสเฟตคืออะ พาไทต$ (Apatite) ซึ่งเปnนแร=ในระบบผลึกสามแกนราบ (Hexagonal system) มีสูตรเคมีทั่วไป Ca5(PO4)3(F,Cl,OH)) มีค=าความแข็งที่ 5 ตามมาตราส=วนความแข็งของโมห$ สามารถใช;มีดพับขูดจะเปnนรอย เกิด เปnนผลึกขนาดเล็กที่มีรูปผลึกสมบูรณ$ เปnนผลึกรูปปริซึมที่มีหกเหลี่ยม (hexagonal prism) ผลึกเปnนแท=งสั้นหรือมี ลักษณะแบนแต=หนา อาจมีลักษณะเปnนมวลเมล็ดเนื้อสมานแน=น แสดงสีหลากหลายทั้งเขียว น้ำตาลแก= น้ำตาล อ=อน หรือน้ำเงินม=วง และไม=มีสีโปร=งใสถึงโปร=งแสง เนื้อเปราะรอยแตกมักไม=เรียบหรือเว;าโค;ง ประกายคล;ายแก;ว หรือกึ่งไข (รูปที่ 12.6) รูปที่ 12.6 ผลึกอะพาไทตKในหินอัคนี (ซ,าย) ภาพถDายภายใต,กล,องจุลทรรศนKฯ (กลาง) แบบแสงธรรมดา (ขวา) แบบ แสงโพลาไรซK (ดัดแปลงจาก www. microckscopic.ro/minerals) อะพาไทต$มีค=าดัชนีหักเหของแสงปานกลางจึงทำให;เห็นรีลีฟปานกลางเมื่อศึกษาภายใต;กล;องจุลทรรศน$ แบบแสงธรรมดา เนื่องจากมีค=าดัชนีหักเหของแสง 2 ค=า คือ nO = 1.629-1.667 และ nE = 1.624-1.666 อะพา ไทต$มีผลึกแบบแกนแสงเดี่ยวแบบลบ มักแสดงรูปผลึกแบบปริซึมหกเหลี่ยมขนาดเล็กมากที่ไม=แสดงสี (รูปที่ 12.6) อะพาไทต$มีค=าไบรีฟริงเจนซ$อยู=ในช=วง 0.001-0.007 จึงทำให;เห็นสีแทรกสอดต่ำในลำดับที่ 1 สีเทา ตามแผนภูมิมิ เชล-ลีวีและแสดงการมืดแบบขนาน (รูปที่ 12.6) ผลึกอะพาไทต$แตกต=างจากเซอร$คอนที่รีลีฟ และสีแทรกสอด สี แทรกสอดของอะพาไทต$อยู=ที่ลำดับที่ 1 คล;ายควอตซ$ ส=วนของเซอร$คอนอยู=ที่ลำดับที่ 3 และแสดงวงดำ การเกิดอะพาไทต$เกิดแทรกเปnนแร=รองรองในหินทุกประเภททั้งหินอัคนี หินตะกอน และหินแปร สามารถ เกิดในหินเพกมาไทต$และสายแร=น้ำร;อน บางโอกาสได;พบแหล=งใหญ=หรือเปnนสายแร=ร=วมกับหินสีเข;มจำพวกแกบโบร และมักเกิดเปnนแร=มลทินในแร=อื่นที่เกิดทีหลัง เช=น ควอตซ$ ไบโอไทต$ และฮอร$นเบลนด$ 157
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU คำถามท(ายบท 1. จงอธิบายความแตกต=างของแคลไซต$และโดโลไมต$อย=างละเอียด 2. จงอธิบายเหตุผลที่ไม=ค=อยมีการศึกษาแร=เฮไลด$ด;วยกล;องจุลทรรศน$ฯ 3. หากนำหินตะกอนเนื้อเม็ดมาศึกษาภายใต;กล;องจุลทรรศน$ฯ จะสามารถพบแร=ที่ไม=ใช=ซิลิเกตชนิดใดได;บ;าง 4. หากนำหินอัลตราเมฟ~กและหินอัคนีสีเข;มมาศึกษาภายใต;กล;องจุลทรรศน$ฯ เราจะสามารถพบแร=ที่ไม=ใช=ซิลิ เกตชนิดใดได;บ;าง 5. จงเปรียบเทียบความเหมือนและต=างของควอตซ$และอะพาไทต$ภายใต;กล;องจุลทรรศน$ฯ 158
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU เอกสารอaางอิง Sabra I.A. (1981). Theories of Light from Descartes to Newton. Cambridge University Press, London, 363 pp. Ashcroft N.W. (1976). Solid State Physics. W. B. Saunders Company, Pennsylvania, 73 pp. Aslin J., Mariani E., Dawson K., Barsoum M.W. (2019). Ripplocations provide a new mechanism for the deformation of phyllosilicates in the lithosphere. Nat Commun 10. doi:10.1038/s41467-019-08587- 2. Bowen N.L. (1928). The evolution of the igneous rocks. Princeton University Press, New Jersey, 334 pp. Bravais A. (1850). Memoir on the systems formed by points regularly distributed on a plane or in space. J. Ecole Polytech 19. p. 1–128. Brown H.,Bülow R., Neubüser J., Wondratschek H., Zassenhaus H. (1978). Crystallographic Groups of FourDimensional Space. Wiley, New York, 443 pp. Buser P.A., Imbert M., Kay R.H. (1992). Vision. MIT Press, Massachusetts, 50 pp. Deer W.A., Howie R.A., Zussman J. (1992). An introduction to the rock-forming minerals (2nd ed.). Longman Scientific & Technical, London, 549 pp. Dyar M.D., Gunter M.E. (2008). Mineralogy and Optical Mineralogy. Chantilly, VA: Mineralogical Society of America. ISBN 978-0939950812. Gibbs Ph. (1997). How is the speed of light measured?. The Physics and Relativity FAQ. Archived from the original on 9 August 2020. Holman S.W., Lawrence R.R., Barr L. (1895). Melting Points of Aluminum, Silver, Gold, Copper, and Platinum. Proceedings of the American Academy of Arts and Sciences 31, p. 218–233. doi:10.2307/20020628. Hook J.R., Hall H.E. (2010). Solid State Physics (2nd ed.). Wiley, New Jersey, p. 496. Laufer G. (1996). Introduction to Optics and Lasers in Engineering. Cambridge University Press, Cambridge, 500 pp. McGraw-Hill Concise Encyclopedia of Physics. (2002). Retrieved 1 August 2020 from www.encyclopedia2.thefreedictionary.com Mohs F. (1820). The Characters of the Classes, Orders, Genera, and Species; or the characteristic of the natural history system of mineralogy. Caledonian Mercury Press, Edinburgh, 109 pp. Nesse W.D. (2003). Introduction to Optical Mineralogy (3rd ed.). Oxford University Press, Oxford, 370 pp. Nesse W.D. (2000). Introduction to Mineralogy. Oxford University Press, New York. 491 pp. Pal G.K., Pal Pr. (2001). Textbook of Practical Physiology (1st ed.). Orient Blackswan, Chennai, 387 pp. ISBN 978-81-250-2021-9. Oldenbourg R., Shribak M. (2010). Handbook of Optics (3rd ed.). McGraw-Hill, New York, 1248 pp. 159
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU Simões M., Bertolino W., Tovar D., Braga W.S., Santos O., Luders D., Sampaio A., Kimura N., Palangana A. (2018). Optical signal and optical axes in uniaxial and biaxial nematic phases. Phase Transitions 92. 1-9. doi:10.1080/01411594.2018.1556269. www. microckscopic.ro www.alexstrekeisen.it www.serc.carleton.edu/research_education/equilibria/binary_diagrams.html www.911metallurgist.com/blog/mohs-hardness-test-kit www.chegg.com/homework-help/questions-and-answers/table-2 2 - coordination-numbers-geometriesvarious-cation-anion-radius-ratios-rclra-cn-rc-r-q26551057 www.geologylearn.blogspot.com/2016/02/mineral-classication.html www.lh3.googleusercontent.com/proxy www.microscopyu.com/techniques/polarized-light/polarized-light-microscopy www.opentextbc.ca/chemistry/chapter/10-6-lattice-structures-in-crystalline-solids www.science.smith.edu/geosciences/min_jb/Optics/Optics-2.pdf www.unouda.tk/16560/michel-levy-chart.html/michel-levy-chart-3 www.zeiss.com/microscopy 160
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU ปฏิบัติการวิทยาแร6 Mineralogy Lab
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU ปฏิบัติการที่ 1 คุณสมบัติทางกายภาพของแร9ประกอบหิน วัตถุประสงค; เพื่อศึกษาลักษณะทางกายภาพของแร=ที่สำคัญด;วยตาเปล=าและอุปกรณ$เบื้องต;น คำอธิบาย คุณสมบัติทางกายภาพเปnนคุณสมบัติที่เปnนคุณสมบัติเบื้องต;นในการตรวจสอบแร= โดยเฉพาะแร=สามัญ ซึ่ง คุณสมบัติทางกายภาพเหล=านี้เปnนคุณสมบัติที่ตรวจสอบได;ด;วยสัมผัสต=าง ๆ ของมนุษย$ เช=น การมองเห็น การจับถือ หรืออาจเปnนคุณสมบัติที่ใช;เครื่องมือเบื้องต;นในการตรวจสอบ โดยลักษณะทางกายภาพของแร=ประกอบด;วย 18 ลักษณะ ได;แก= สี สีผง การเล=นสี ประกาย ความโปร=งและสมบัติอื่น ๆ ที่มีต=อแสง ความแข็ง รูปร=างลักษณะผลึก ลายเส;น แนวแยก แนวแตก การแตก สัมผัส กลิ่น รส ปฏิกิริยาต=อแม=เหล็ก และสมบัติทางไฟฟìา ความแกร=ง ความ ถ=วงจำเพาะ และการหลอม o สี (color) เปnนคุณสมบัติการดูดกลืน และการสะท;อนแสงของแร= การดูสีที่แท;จริง ต;องทุบดูเนื้อสด จะดี สี ตามรังสีหลัก ม=วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด แดง (สีรุ;ง) แร=บางชนิดมีหลายสี เนื่องจากมีธาตุเข;า แทนที่ในโครงสร;างผลึกได;หลายธาตุ (impurity) o สีผง (streak) ทำให;ตัวอย=างเปnนผง ด;วยการขีดบนกระเบื้อง แร=ที่มีพันธะไอออนิก และโควาเลนต$ จะมีสีผง จาง ส=วนแร=ที่มีพันธะโลหะสีผงจะเข;ม o การเล4นสี (play of color) แร=มีสีเปลี่ยนไปเมื่อทิศทางแสงตกกระทบเปลี่ยน หมุนผลึกไปมาแล;วสีเปลี่ยน o ประกาย (luster) ความวาวจากการสะท;อนแสง เหมือนโลหะ เหมือนเพชร เหมือนแก;ว เหมือนยางสน เหมือนมุก เหมือนน้ำมัน เหมือนไหม (เปnนเส;น) เหมือนดิน (ด;าน) o ความโปร4ง (diaphaneity) และสมบัติอื่นที่มีต=อแสง - ความโปร=งจากการผ=านได;ของแสง ได;แก= โปร=งใส (transparent) โปร=งแสง (translucent) และทึบ แสง (opaque) - การเรืองแสง (luminescence) เปnนคุณสมบัติของบางแร= ที่ถูกกระตุ;นด;วยคลื่นแม=เหล็กไฟฟìา อิเล็กตรอนถูกกระตุ;นพลังงาน ขึ้นไปอยู=ในระดับสูงขึ้น และเมื่อลดระดับลงมาจะคายพลังงานออกใน รูปสเปกตรัมของแสงที่มองเห็นได; o ความแข็ง (hardness) ความคงทนต=อการขูดขีดของแร=จากสิ่งที่แข็ง นิยามตามโมห$ (Moh’s scale) ซึ่ง อธิบายระดับความแข็งไว; 10 ระดับ o ลายเส"น (striation) แนวลายเส;นบริเวณผิวผลึกเปnนรูปแบบการเจริญเติบโต 163
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU ลำดับแร*ในมาตราส*วนความแข็งของโมหaตั้งแต* 1 ถึง 9 เทียบกับวัสดุที่ทราบความแข็ง o รูปร4างลักษณะผลึก (crystal habit) เปnนรูปทรงทั่ว ๆ ไปของผลึกที่เกิดตามธรรมชาติทั้งผลึกเดี่ยว และ การเกิดร=วมกันเปnนกลุ=ม รูปร*างลักษณะผลึกของแร* o แนวแยก (parting) แนวแยกในแร=ชนิดเดียวกันไม=เกิดทุกเม็ดแร= มักเกิดในแนวการแฝดหรือแนวที่ โครงสร;างของผลึกแร=ที่ไม=แข็งแรง เวลาเอาค;อนทุบแร=มันจะไม=แตกเหมือนแนวแตก o แนวแตก (cleavage) เปnนผลมาจากโครงสร;าง แร=จะแตกให;หน;าเรียบ และแตกต=างกันไปในแต=ละแร= แต= แร=เดิมจะแตกเหมือนเดิมทุกครั้ง การแตกในแต=ละแร=จะเห็นได;ง=ายหรืออาจไม=เห็นเปnนคุณสมบัติของแต=ละ แร= เช=น แร=ไบโอไทต$มีแนวแตก 1 ทิศทาง แร=เฟลด$สปาร$มีแนวแตก 2 ทิศทางแบบตั้งฉาก แร=ไพรอกซีนมี แนวแตก 2 ทิศทางทำมุม 87 และ 93 องศา แร=เฮไลต$มีแนวแตก 3 ทิศทางแบบตั้งฉาก แร=แคลไซต$มีแนว แตก 3 ทิศทางแบบไม=ตั้งฉากกัน เปnนต;น 164
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU o การแตก (fracture) เปnนลักษณะการหลุดของเนื้อแร=เมื่อมีแรงมากระทำ เช=น โดนทุบ รอยของการแตก อาจจะแตกต=างกันไปในแต=ละแร= เช=น การแตกเรียบ หรือไม=เรียบ การแตกขรุขระ การแตกแบบฝาหอย การ แตกเปnนเสี้ยน หรือการแตกร=วน o สัมผัส (touch) ผิวแร=ที่แตกต=างกันจะทำให;การคลำแร=เกิดความรู;สึกแตกต=างกันได; แร=บางชนิด ลื่น บาง ชนิดสาก บางชนิดเรียบ บางชนิดดูดน้ำ เมื่อสัมผัสด;วยลิ้นจะติดลิ้น o กลิ่น (smell) ถึงแม;ว=าแร=ส=วนใหญ=จะไม=มีกลิ่น แต=แร=บางชนิดก็มีกลิ่น และก็สามารถนำมาช=วยบอกชนิดแร= ได; เช=น กลิ่นโคลนและกลิ่นยางมะตอยของแร=ดิน กลิ่นไข=เน=าของแร=กลุ=มซัลไฟด$ กลิ่นฉุนของแร=อาร$เซนิก เปnนต;น o รส (flavor) เช=นเดียวกับการสัมผัสและการดม เมื่อชิมแร=หรือเมื่อแร=ถูกน้ำลายมันจะให;รสได;เช=น รสเปรี้ยว ของแร=โซเดียมซัลเฟต รสฝาดของแร=ไฮดรอกไซด$ของอัลคาไลน$เอิร$ท รสเฝñóอนเหมือนสารส;มของแร=อะลูไนต$ รสขมของแร=เอปซอมไมต$ รสเค็มเหมือนเกลือของแร=เฮไลต$ เปnนต;น o ปฏิกิริยาต4อแม4เหล็ก (magnetism and electrical properties) เช=น แร=แมกนีไทต$ดูดแม=เหล็ก แร=โคร ไมต$ดูดแม=เหล็กอย=างอ=อน แร=เซอร$คอนผลักแม=เหล็ก (ไม=แรง) แร=โลหะจำพวกเงิน ทอง และทองแดงเปnน ตัวนำไฟฟìา แร=แอสเบสทอสเปnนฉนวนไฟฟฟìา o ความแกร4ง (ductility and malleability) เปnนความทนทานต=อแรงที่มากระทำ ได;แก=แรงทุบ บด บีบ ดึง ดัน ซึ่งแร=มีความแกร=งต=างกัน เช=น เพชรมีลักษณะเปราะทุบแล;วแตก แร=ยิปซั่มมีลักษณะอ=อนสามารถตัด ได;ด;วยมีด ทองและเงินสามารถแผ=เปnนแผ=นได;เมื่อทุบด;วยค;อน ทองแดงยืดเปnนเส;นลวดได; แร=ไมกาสามารถ โค;งงอได; เปnนต;น o ความถ4วงจำเพาะ (specific gravity) คืออัตราส=วนระหว=างน้ำหนักต=อปริมาตรของแร= การหาความ ถ=วงจำเพาะนั้นสามารถหาได;หลายวิธี แต=ในการตรวจสอบแร=ขั้นต;นนี้ ความถ=วงจำเพาะคือการคะเนดู น้ำหนักของแร= เมื่อเปรียบเทียบกับขนาด ซึ่งเปnนความรู;สึกว=าแร=นี้หนักหรือเบา เช=น แร=แบไรต$ที่มีความ ถ=วงจำเพาะสูง สัมผัสแล;วรู;สึกหนัก o การหลอมละลาย (melting) คือความสามารถในการทนความร;อน เมื่อแร=ได;รับความร;อนจะหลอมที่ อุณหภูมิใด อุณหภูมิหนึ่ง ที่ไม=เท=ากันในแต=ละแร= เช=น โอลิวีน 1,800 องศาเซลเซียส ควอตซ$1,650 องศา เซลเซียส เปnนต;น (Bowen, 1928) 165
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU อุปกรณ; 1. แว=นขยาย 2. ใบมีด 3. แม=เหล็ก 4. กรดไฮโดรคลอริกเจือจาง 5. ตัวอย=างแร=แบบก;อน 6. แผ=นกระเบี้องสำหรับทดสอบสีผง 7. สมุดวาดภาพขนาด A4 8. ดินสอไม; ดินสอสี และเครื่องเขียนอื่น ปฏิบัติการ 1. ให;นักศึกษาเรียนรู;การจำแนกแร=ขั้นต;นด;วยคุณสมบัติทางกายภาพ 2. ให;นักศึกษายกตัวอย=างแร=ที่มีคุณสมบัติโดดเด=นทั้ง 18 ประการ ได;แก= สี สีผง การเล=นสี ประกาย ความ โปร=งและสมบัติอื่น ๆ ที่มีต=อแสง ความแข็ง รูปร=างลักษณะผลึก ลายเส;น แนวแยก แนวแตก การแตก สัมผัส กลิ่น รส ปฏิกิริยาต=อแม=เหล็ก และสมบัติทางไฟฟìา ความแกร=ง ความถ=วงจำเพาะ และการหลอม มาจำนวนอย=างน;อย 3 แร= พร;อมอธิบายลักษณะอย=างคร=าว 3. ให;นักศึกษาใช;อุปกรณ$ทดสอบอย=างง=ายที่กำหนดให;เพื่อพิสูจน$ข;อเท็จจริงจากทฤษฎี 4. ให;นักศึกษาใช;กรดไฮโดรคลอริกเจือจางทดสอบแร=ทุกก;อน และจดบันทึกการเกิดปฏิกิริยาที่สามารถสังเกต ได; - เกิดฟองฟู³อย=างรุนแรง - เกิดฟองฟู³อ=อนๆ - ขูดเปnนผงแล;วจึงเกิดฟองฟู³ - ไม=เกิดปฏิกิริยา 5. ให;นักศึกษาบันทึกผลว=าคุณสมบัติแต=ละประการมีแร=ชนิดใดบ;างที่แสดงลักษณะที่โดดเด=น พร;อมเหตุผล และวาดภาพประกอบ วิดีโออธิบายการศึกษาลักษณะทางกายภาพของแร= 166
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU ปฏิบัติการที่ 2 ธรณีเคมีของแร9ประเภทสารละลายของแข็ง วัตถุประสงค; เพื่อศึกษาวิธีการจำแนกแร=ชนิดสารละลายของแข็งด;วยธรณีเคมี และวิธีคะเนผลวิเคราะห$เคมีของ ออกไซด$หลักจากปริมาณแร=ประกอบหินอย=างคร=าว คำอธิบาย แร=มีส=วนประกอบทางเคมีที่ชัดเจนทั้งชนิดและปริมาณสัดส=วน หรือเปลี่ยนแปลงได;แบบจำกัด จากการ แทนที่ของธาตุในสภาวะไอออน ที่มีขนาดของไอออนและคุณสมบัติทางไฟฟìาใกล;เคียงกัน ในโครงสร;างผลึก สัดส=วนเทียบเปnนอัตราส=วนอะตอม (atomic ratio) เปnนตามในสูตรเคมี ตัวอย=างเช=น ฟอร$สเตอไรต$ (Mg2SiO4) ประกอบด;วย 2 Mg, 1 Si และ 4 O แคลไซต$ (CaCO3) ประกอบด;วย 1 Ca, 1 C และ 3 O ส4วนประกอบที่เปaนน้ำหนักธาตุ ธาตุที่อยู=ในแร= คิดเปnนสัดส=วนร;อยละโดยน้ำหนัก (weight %) จากการเปรียบเทียบมวลอะตอมของธาตุที่ อยู=ในแร=กับมวลโมเลกุลของแร= เช=น ฟอร$สเตอไรต$ (Mg2SiO4) ประกอบด;วย Mg (หนัก 24.305), Si (หนัก 28.085) และ O (หนัก 15.999) ดังนั้นจึงมีมวลโมเลกุล 140.69 เปรียบเทียบสัดส=วนอะตอมโดยน้ำหนักเปnนร;อยละของ Mg, Si และ O ได;เปnน 34.55, 19.96 และ 45.49 ร;อยละโดยน้ำหนัก ตามลำดับ แคลไซต$ (CaCO3) ประกอบด;วย Ca (หนัก 40.078), C (หนัก 12.011) และ O (หนัก 15.999) ดังนั้นจึงมี มวลโมเลกุล 100.09 เปรียบเทียบสัดส=วนอะตอมโดยน้ำหนักเปnนร;อยละของ Ca, C และ O ได;เปnน 40.04, 12.00 และ 47.95 ร;อยละโดยน้ำหนัก ตามลำดับ ส4วนประกอบที่เปaนสารประกอบออกไซด; ธาตุในแร=สามารถเทียบกับออกซิเจนที่อยู=ในสูตรแร= และคิดเปnนสัดส=วนของสารประกอบออกไซด$ของ ส=วนประกอบเปnนร;อยละโดยน้ำหนักของสารประกอบออกไซด$ เทียบโดยน้ำหนักของสารประกอบออกไซด$กับมวล โมเลกุลของแร= เช=น ฟอร$สเตอไรต$ (Mg2SiO4) ประกอบด;วย 2MgO และ 1SiO2 คิดเปnนสัดส=วนของสารประกอบออกไซด$ MgO และ SiO2 ได; 57.3 และ 42.7 ร;อยละโดยน้ำหนัก ตามลำดับ แคลไซต$ (CaCO3) ประกอบด;วย 1 CaO และ 1 CO2 คิดเปnนสัดส=วนของสารประกอบออกไซด$ CaO และ CO2 ได;เปnน 56.03 และ 43.97 ร;อยละโดยน้ำหนัก ตามลำดับ 167
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU แร=ที่มีการแทนที่กันอย=างสมบูรณ$ของไอออนบวกในโครงสร;างผลึก (complete solid-solution) จะมี ส=วนประกอบผสมกันของไอออนที่มาแทนที่กัน ถ;ามีเฉพาะส=วนประกอบตัวใดตัวหนึ่งจะเปnนประกอบสุดท;าย (End-member) แร=ที่มีการแทนที่กันของไอออนในส=วนประกอบทางเคมี จะมีชื่อเรียกแยกย=อยตามสัดส=วนของ End-member แร=โอลิวีน (olivine) มีการแทนที่กันของ Mg-Fe ในโครงสร;าง ได;เปnน (Mg,Fe)2SiO4 จะมี End-member เปnนฟอร$สเตอไรต$ (Mg2SiO4) และฟายาไลต$ (Fe2SiO4) โอลิวีนจึงมีส=วนประกอบทางเคมีเปnนสัดส=วนต=าง ๆ ของ ฟอร$สเตอไรต$ต=อฟายาไลต$ Olivine: forsterite (Fo)-content: fayalite (Fa)-content Þ Fo-content: Fa-content Fo-content = Fo/(Fo+Fa) * 100 Fo-content = Mg/(Mg+Fe) * 100 ตัวอยDางเชDน โอลิวีนที่มีส=วนประกอบเปnน Mg1.5Fe0.5SiO4 จะมี 1.5 Mg2SiO4 : 0.5 Fe2SiO4 Fo-content = 1.5/(1.5+0.5) * 100 = 75 โอลิวีนนี้จะมี Fo-content = 75 เขียนได;เปnน Fo75 ออร$โธไพรอกซีน (orthopyroxene, opx) มีการแทนที่กันของ Mg-Fe ในโครงสร;าง มีส=วนประกอบรวม เปnน (Mg,Fe)2Si2O6 มี End-member เปnนเอนสตาไทต$ (Mg2Si2O6) และเฟอร$โรซิไลต$ (Fe2Si2O6) ออร$โธไพรอก ซีนจะมีส=วนประกอบทางเคมีเปnนสัดส=วนของเอนสตาไทต$ต=อเฟอร$โรซิไลต$ opx: enstatite (En)-content: ferrosilite (Fs)-content Þ En-content: Fs-content En-content = En/(En+Fs) * 100 En-content = Mg/(Mg+Fe) * 100 ตัวอยDางเชDน ออร$โธไพรอกซีนที่มีส=วนประกอบเปnน Mg1.25Fe0.75Si2O6 จะมี 1.25 Mg2Si2O6 : 0.75 Fe2Si2O6 En-content = 1.25/(1.25+0.75) * 100 = 62.5 ออร$โธไพรอกซีนนี้จะมี En-content = 62.5 เขียนได;เปnน En62.5 ไคลโนไพรอกซีน (clinopyroxene, cpx) มีการแทนที่กันของ Ca-Mg-Fe ในโครงสร;าง มีส=วนประกอบ รวมเปnน (Ca,Mg,Fe)2Si2O6 มี End-member เปnนเอนสตาไทต$ (Mg2Si2O6) เฟอร$โรซิไลต$ (Fe2Si2O6) และ วอลลาสโตไนต$ (Ca2Si2O6) ไคลไพรอกซีนจะมีส=วนประกอบทางเคมีเปnนสัดส=วนของเอนสตาไทต$ต=อเฟอร$โรซิไลต$ต=อ วอลลาสโตไนต$ cpx: enstatite (En)-content: ferrosilite (Fs)-content: wollastonite (Wo-content) Þ En-content: Fs-content: Wo-contnet En-content = En/(En+Fs+Wo) * 100 = Mg/(Mg+Fe+Ca) * 100 Fs-content = Fs/(En+Fs+Wo) * 100 = Fe/(Mg+Fe+Ca) * 100 Wo-content = Wo/(En+Fs+Wo) * 100 = Ca/(Mg+Fe+Ca) * 100 168
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU ตัวอยDางเชDน ไคลโนไพรอกซีนที่มีส=วนประกอบเปnน CaMg0.25Fe0.75Si2O6 จะมี 0.25 Mg2Si2O6 : 0.75 Fe2Si2O6 : 1 Ca2Si2O6 En-content = Mg/(Mg+Fe+Ca) * 100 = 0.25/(0.25+0.75+1) * 100 = 12.5 = En12.5 Fs-content = Fs/(Mg+Fe+Ca) * 100 = 0.75/(0.25+0.75+1) * 100 = 37.5 = Fs37.5 Wo-content = Ca/(Mg+Fe+Ca) * 100 = 1/(0.25+0.75+1) * 100 = 50 = Wo50 ไคลโนไพรอกซีนนี้จะมีส=วนประกอบตาม End-member เปnน En12.5 Fs37.5Wo50 ไคลโนไพรอกซีนแบ=งตามส=วนประกอบทางเคมีได;เปnนชื่อแร=ย=อยต=าง ๆ เปnนพิกจีโอไนต$ ออร$ไจต$ ไดออป ไซด$-เฮดเดนเบอร$ไจต$ แพลจิโอเคลส Ca2Al2Si2O8-NaAlSi3O8 แร=แพลจิโอเคลส (plagioclase) มีการแทนที่กันของ Ca-Na ในโครงสร;าง ได;เปnน (Ca,Na)Al2-1Si2-3O8 มี End-member เปnนอะนอร$ไทต$ (CaAl2Si2O8) และแอลไบต$ (NaAlSi3O8) แพลจิโอเคลสจึงมีส=วนประกอบทางเคมี เปnนสัดส=วนต=างๆของอะนอร$ไทต$ต=อแอลไบต$ Plagioclase: anorthite (An)-content: Albite (Ab)-content Þ An-content: Ab-content An-content = An/(An+Ab) * 100 An-content = Ca/(Ca+Na) * 100 ตัวอยDางเชDน แพลจิโอเคลสที่มีส=วนประกอบเปnน Ca0.65Na0.35Al1.65Si2.35O4 จะมี 0.65 CaAl2Si2O8 : 0.35 NaAlSi3O8 An-content = 0.65/ (0.65+0.35) * 100 = 65 แพลจิโอเคลสจะมี An-content = 65 เขียนได;เปnน An65 แพลจิโอเคลส แบ=งตามส=วนประกอบ An-content ออกได;เปnน 6 ชนิด อะนอร$ไทต$ An-content 90-100 ไบทาวไนต$ An-content 70-90 แลบราโดไลต$ An-content 50-70 แอนดีซีน An-content 30-50 โอลิโกเคลส An-content 10-30 แอลไบต$ An-content 0-10 169
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU อุปกรณ; 1. เครื่องคิดเลข 2. ตารางธาตุที่มีเลขมวล 3. สมุดแลป A4 4. ดินสอไม; ปากกา และเครื่องเขียนอื่น ปฏิบัติการ 1. ให;นักศึกษาคำนวณ Fo-content และจำแนกชนิดของโอลิวีนที่มีสูตร Mg0.25Fe1.75SiO4 2. ให;นักศึกษาคำนวณ En-content และจำแนกชนิดของออร$โธไพรอกซีนที่มีสูตร Mg1.2Fe0.8Si2O6 3. ให;นักศึกษาคำนวณสูตรและจำแนกชนิดแพลจิโอเคลสที่มี An-content เท=ากับ 42 4. ให;นักศึกษาคำนวณสูตรเคมีของไคลโนไพรอกซีนที่มีสัดส=วน En-Fs-Wo เท=ากับ 22:38:40 5. ให;นักศึกษาคำนวณออกไซด$หลักของหินบะซอลต$ก;อนหนึ่งที่ประกอบด;วยแพลจิโอเคลส (An85) 55% ไพร อกซีน (En25Fs40Wo35) 27% และโอลิวีนที่มี Fo-content 60 ปริมาณ 18% วิดีโออธิบายการศึกษาธรณีเคมีของแร= 165 170
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU ปฏิบัติการที่ 3 ส9วนประกอบและหน(าที่ของกล(องจุลทรรศนGแบบแสงโพลาไรซG วัตถุประสงค; เพื่อศึกษาชนิด ส=วนประกอบ และคุณสมบัติของกล;องจุลทรรศน$แบบแสงโพลาไรซ$ คำอธิบาย ผลึกและวัตถุอัญรูปสามารถแสดงคุณสมบัติทางแสงที่แตกต=างกันให;เห็นได; โดยใช;แสงส=องผ=านแร=และ สังเกตผ=านกล;องจุลทรรศน$โพลาไรซิง โดยทั่วไปจะมีอยู= 3 แบบ ได;แก= แบบตาเดียวหรือเลนส$ตาเพียงหนึ่งอัน (monocular) แบบสองตาหรือเลนส$ตาสองอัน (binocular) และแบบสามตาหรือเลนส$ตาสามอัน (Trinocular) สำหรับต=อพ=วงกับอุปกรณ$ฉายภาพอื่นด;านบน Monocular Binocular Trinocular กล;องนี้ศึกษาตัวอย=างที่แสงส=องผ=านได;นั้น จึงเรียกอีกชื่อหนึ่งว=ากล;องแบบแสงส=องผ=าน (transmitted light microscope) หลักการทำงานของกล;องนี้มีคุณสมบัติต=างจากกล;องจุลทรรศน$ทั่วไป เพราะมีอุปกรณ$ในการ บังคับให;แสงเปnนแสงแบบโพลาไรซ$ (polarized light) จำนวน 2 แผ=น อุปกรณ$ดังกล=าวเรียกว=าแผ=นโพลารอยด$ (polaroid) แผ=นแรกอยู=ก=อนที่แสงจะผ=านเข;าไปในแร= ส=วนอีกแผ=นหนึ่งจะอยู=หลังจากที่แสงผ=านแร=ขึ้นมาแล;ว โดย ทำหน;าที่บังแสงให;เปnนแสงโพลาไรซ$ ซึ่งมีการสั่นสะเทือนตั้งฉากกับทิศทางที่แสงเคลื่อนที่ไปเพียง 1 ทิศทาง ส=วนประกอบและหน;าที่การทำงานของกล;องจุลทรรศน$โพลาไรซิงมีดังนี้ ส=วนฐานที่เปnนที่ตั้งของกล;องเปnนส=วนสำคัญที่สุด ซึ่งเปnนส=วนที่ให;แสงในการศึกษา หลอดไฟฟìาฮาโลเจน (halogen lamp) เปnนแหล=งกำเนิดแสงแสงที่ผลิตได;เปnนแสงเหลือง หลอดติดอยู=ที่ฐานส=วนหลังของกล;อง แล;ว ปล=อยแสงผ=านกระจก สะท;อนเข;าสู=เส;นทางเดินแสงตามศูนย$กลางกล;อง ที่ฐานมีปุ³มปรับความสว=างของหลอดไฟใน ระดับต=าง ๆ เนื่องจากแสงที่ออกมาจากหลอดไฟเปnนแสงเหลือง ความต;องการแสงในการศึกษาเปnนแสงขาว จึงมี ฟ~ลเตอร$ที่ปรับให;แสงเปnนแสงขาวป~ดอยู=ที่ช=องแสงออก (blue sky filter) กล;องบางรุ=นอาจมีแผ=นกรองแสงที่ กำหนดชนิดสีแสงได;ตามความต;องการหรืออาจเปnนฟ~ลเตอร$สีอื่น และบริเวณปล=องที่ปล=อยแสงออกจะมีไดอะแฟรม (diaphragm) ซึ่งเปnนรูรับแสงที่สามารถหรี่แสงลงได; 171
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU โพลาไรเซอร$ (polarizer) เปnนอุปกรณ$ชิ้นแรกที่แสงเดินทางผ=านวางอยู=ที่ฐานกล;อง ทำหน;าที่บังคับให;แสง สั่นสะเทือนทิศทางเดียว ทิศทางการสั่นสะเทือนของคลื่นแสงมักถูกกำหนดให;อยู=ในแนวตะวันออก-ตะวันตก ซึ่งตั้ง ฉากกับทิศทางการบังคับแสงของแผ=นโพลารอยด$แผ=นบน การติดตั้งเปnนแบบหมุนเปลี่ยนทิศทางได; การตรวจสอบ ทิศทางการวางตัวว=าตั้งฉากกับโพลารอยด$แผ=นบน ทำได;โดยการเสียบแอนาไลเซอร$โดยไม=มีวัตถุคั่นกลาง แล;วจะ ปรากฏเปnนความมืดนั่นคือแสงจะไม=สามารถผ=านออกมาได; ไดอะแฟรม (aperture diaphragm) เปnนรูรับแสงที่สามารถหรี่แสงก=อนที่จะเข;าสู=ตัวอย=างที่ศึกษา ในบาง กรณีการศึกษาต;องการความคมชัดของขอบภาพก็จำเปnนจะต;องหรี่แสงลง เลนส$รวมแสง (condenser lens) ทำหน;าที่ปรับความเข;มของแสงที่ผ=านมาจากแหล=งกำเนิดให;มีความเข;ม มากขึ้น และปรับทิศทางเดินของแสงให;เปnนเส;นตรงที่ขนานกันให;มากที่สุด เพื่อทำการศึกษาวัตถุแบบโฟกัสที่วัตถุ (orthoscopic viewing) การศึกษาในขั้นตอนนี้เมื่อปรับโฟกัสจะเห็นภาพของวัตถุที่ศึกษา เลนส$รวมแสงชิ้นที่ 2 (auxiliary condenser lens) สามารถปรับเข;าหรือออกจากทางเดินของแสงได; เลนส$นี้ทำหน;าที่รวมแสงให;เข;มและปรับให;ทางเดินของแสงก=อนเข;าสู=วัตถุเปnนรูปกรวย อุปกรณ$ส=วนใช;สำหรับ การศึกษาวัตถุแบบโฟกัสที่ระยะอนันต$ (conoscopic viewing) การศึกษาขั้นตอนนี้จะมองไม=เห็นวัตถุ แต=จะเห็น ปฏิกิริยาของแสงที่ผ=านวัตถุขึ้นมา แท=นวางวัตถุ (stage) เปnนแผ=นโลหะรูปวงกลมที่มีรูตรงกลางติดตั้งแบบหมุนได; เพื่อให;แสงผ=านขึ้นมาถึง วัตถุที่ศึกษาได; มีขีดบอกองศารอบวงกลม 360o และมีเวอร$เนีย (vernier) สำหรับวัดมุมที่หมุนไป อีกทั้งยังมีปุ³ม ล็อคเพื่อไม=ให;หมุน แท=นวางวัตถุนี้จะวางอยู=ใต;เลนส$วัตถุ การปรับโฟกัสของภาพใช;การเคลื่อนที่ขึ้นลงของวัตถุ โดย ใช;ปุ³มที่แขนของกล;อง สำหรับปรับการเคลื่อนที่ขึ้นลง ซึ่งมีทั้งปุ³มปรับหยาบ (coarse focus adjust knob) และปุ³ม ปรับละเอียด (fine focus adjust knob) แท=นวางวัตถุจะมีรูสำหรับติดตั้งอุปกรณ$ในการจับวัตถุ (clip) หรือ อุปกรณ$ศึกษาอื่น อาทิเช=น เครื่องนับเม็ดแร=อัตโนมัติ (automatic counting machine) เลนส$วัตถุ (objective lens) มีรูปร=างเปnนทรงกระบอกติดอยู=ที่แท=นจับเลนส$ ทำหน;าที่รับภาพที่แสงส=อง ผ=านวัตถุมาและขยายภาพที่ได;รับ เลนส$วัตถุมีกำลังขยายหลายขนาด ได;แก= o กำลังขยายต่ำ (low power, 4x-5x) มีสีคาดสีแดง o กำลังขยายปานกลาง (medium power, 10x-20x) มีสีคาดสีเหลืองและเขียวตามลำดับ o กำลังขยายสูง (high power, 40x) มีสีคาดสีฟìา o กำลังขยายสูงมาก (very high power, 100x) มีสีคาดสีขาว เลนส$วัตถุกำลังขยายยิ่งสูงจะยิ่งเคลื่อนเข;าใกล;ตัวอย=างเมื่อปรับโฟกัส เลนส$กำลังขยายสูงมากต;องให; ตัวกลางระหว=างตัวอย=างและเลนส$เปnนน้ำมัน ดังปรากฎเปnนตัวหนังสือที่กระบอกเลนส$ว=า oil เมื่อใช;งานเลนส$วัตถุ จะต;องให;ศูนย$กลางเลนส$ตรงกลับศูนย$กลางกล;อง (centering) กระบอกเลนส$ที่ติดอยู=กับแท=นจับเลนส$อาจเอียง ออกจากศูนย$กลางกล;อง จึงมีเครื่องมือแก;ให;ศูนย$กลางเลนส$กลับมาตรงกับศูนย$กลางกล;อง โดยใช;ไขควง (screw) หมุนที่ช=องปรับศูนย$กลาง บริเวณแท=นจับเลนส$ร=วมกับการหมุนแท=นวางวัตถุ 172
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU อุปกรณ$เพิ่มหรือหน=วงความเร็วคลื่นแสง (accessory plate) ติดตั้งอยู=ด;านบนของเลนส$วัตถุ ทำมาจาก แผ=นแร= ติดอยู=บนแผ=นที่สอดเข;าทางเดินของแสงได; (slot) แร=ที่นำมาติดตั้งมี 3 แบบ แร=มัสโคไวต$ (mica plate) แร= ยิปซัม (gypsum plate) หรือแร=ควอตซ$ (quartz wedge) อุปกรณ$นี้ทำหน;าที่ปรับคุณสมบัติของแสง ทำให;เกิดการ เปลี่ยนแปลงก=อนที่จะเดินทางถึงแอนาไลเซอร$ อุปกรณ$นี้เปnนอุปกรณ$ทางเลือก สามารถสอดเข;าทางเดินของแสง หรือไม=ใช;ก็ได; แอนาไลเซอร$ (analyzer) เปnนแผ=นโพลารอยด$แผ=นบน เปnนอุปกรณ$ที่สอดหรือถอดออกจากทางเดินแสงได; ทำหน;าที่กรองแสงที่ผ=านวัตถุที่ศึกษาขึ้นมา จะมีแสงบางคลื่นแสงผ=านแอนาไลเซอร$ขึ้นมาได; บางคลื่นแสงผ=านมา ไม=ได; ทำให;ผู;ศึกษาเห็นสีของแร=ที่ศึกษาได; แสงสีที่ปรากฎให;เห็นหลังจากผ=านแอนาไลเซอร$ขึ้นมาเรียกว=าสีแทรก สอด เบอร$ทรานด$เลนส$ (bertrand lens) เปnนเลนส$ที่ทำให;แสงไม=โฟกัสที่วัตถุ ไปโฟกัสที่ระยะอนันต$ (conoscopic viewing) ติดตั้งด;านบนของแอนาไลเซอร$ ก=อนที่แสงจะเข;าสู=สายตาผู;ศึกษา การศึกษาโดยใช;เบอร$ท รานด$เลนส$ ใช;ร=วมกับการใส=เลนส$รวมแสงและใช;เลนส$วัตถุกำลังขยายสูง สัญลักษณ$ของเบอร$ทรานด$เลนส$ใช;อักษร B เลนส$ตา (eyes pieces) ในกล;องป§จจุบัน มีสองข;าง เปnนแบบสเตอริโอ กระบอกเลนส$ตา 2 กระบอก สามารถปรับให;แคบ-ห=างได; ตามระยะห=างของตาผู;ศึกษา ในเลนส$ตาข;างขวามีกากบาทเส;นผม (cross hair) และไม โครสเกล (micro scale) เลนส$ตาสามารถปรับระยะชัดได;ในระยะจำกัด เพื่อปรับให;เข;ากับสายตาผู;มองที่สั้นยาวไม= เท=ากัน ในตา 2 ข;าง วิธีการใช;งานคือปรับเลนส$ตาให;สายตาข;างขวามองเห็นกากบาทเส;นผมชัดเจน ก=อนปรับโฟกัส ให;เห็นภาพที่ศึกษา หลังจากนั้นปรับที่เลนส$ตาข;างซ;ายให;มองเห็นภาพคมชัด การใช;งานเลนส$ตาอาจมีคราบไขมัน ติดอยู=ที่เลนส$ ทำให;การเห็นภาพไม=ชัดเจน ควรทำความสะอาดเลนส$ตาด;วยกระดาษเช็ดเลนส$ก=อนการใช;ทุกครั้ง วิดีโอแนะนำกล;องจุลทรรศน$ฯ 173
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU แผนภาพแสดงการทำงานของกล5องจุลทรรศนaแบบแสงโพลาไรซa อุปกรณ; 1. กล;องจุลทรรศน$แบบแสงโพลาไรซ$ 2. สมุดวาดภาพขนาด A4 3. ดินสอไม; ดินสอสี และเครื่องเขียนอื่น ปฏิบัติการ 1. ให;นักศึกษาทำความรู;จักกล;องจุลทรรศน$แบบแสงโพลาไรซ$หมายเลขของตนเอง 2. ให;นักศึกษาวาดภาพกล;องจุลทรรศน$แบบแสงโพลาไรซ$ของตนเอง ชี้ส=วนประกอบที่สำคัญ พร;อมทั้งอธิบาย หน;าที่ส=วนประกอบนั้นอย=างคร=าว 174
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU ปฏิบัติการที่ 4 การเตรียมตัวอย9างแผ9นหินบาง วัตถุประสงค; เพื่อศึกษาวิธีการทำแผ=นหินบางเพื่อใช;ศึกษาด;วยกล;องจุลทรรศน$แบบแสงโพลาไรซ$ คำอธิบาย ตัวอย=างสำหรับการศึกษาภายใต;กล;องจุลทรรศน$แบบโพลาไรซิงเปnนตัวอย=างแผ=นสไลด$ ซึ่งมีอยู=หลายขนาด โดยแผ=นสไลด$ในห;องปฏิบัติการเปnนแบบยาว การเตรียมตัวอย=างมี 2 แบบ แบบผงตัวอย=าง (grain mount) และ ตัวอย=างแผ=นหินบาง (thin section) สไลด$แบบผงตัวอย=างทำได;ด;วยการตำหรือบดตัวอย=าง ซึ่งอาจเปnนของแข็งชนิดเดียวหรือหลายแล;วร=อนให; มีขนาดประมาณ 100-120 เมช นำผงตัวอย=างที่จะศึกษาโรยลงบนแผ=นกระจก ใส=ตัวกลาง (medium) แบบ ชั่วคราวหรือถาวร แล;วป~ดด;วยกระจกป~ดสไลด$เพื่อนำไปศึกษาภายใต;กล=องจุลทรรศน$แบบโพลาไรซ$ แผ=นหินบางมาตรฐาน (standard thin section) เปnนการเตรียมตัวอย=างสไลด$โดยการขัดหินที่มีขนาดเท=า สไลด$ให;เรียบด;วยเครื่องขัดที่มีใบขัดขนาดต=าง ๆ หรือผงขัดที่ทำมาจากซิลิกอนคาร$ไบด$ (silicon carbide) เบอร$ ต=าง ๆ ได;แก= 200 400 และ 600 ตามลำดับ (ขนาดของเม็ดผงขัด) นำหินที่ขัดเรียบมาติดกับกระจกด;วยกาวที่มีค=า ดัชนีหักเห 1.54 นำเอาแผ=นกระจกที่มีหินติดอยู=มาตัดหินออกด;วยเครื่องตัดแผ=นหินบาง (thin section cut off machine) และทำให;บางลงด;วยเครื่องฝนแผ=นหินบาง (thin section grinding machine) หลังจากนั้นนำด;านที่ เปnนหินไปขัดต=อด;วยผงขัดตามลำดับข;างต;น จนเรียบและเนื้อหินบาง 0.03 มิลลิเมตร และนำแผ=นหินและแผ=น กระจกสไลด$ที่ขัดแล;ว (พอให;ขึ้นฝìา) ไปวางบนเตาให;ความร;อนโดยปรับอุณหภูมิให;เหมาะสมประมาณ 70 ถึง 80 องศาเซลเซียส ทิ้งไว;ประมาณ 10 – 30 นาที เพื่อไล=ความชื้น เมื่อตัวอย=างที่เตรียมไว;แห;งสนิทให;ป~ดกระจกป~ดสไลด$ ด;วยกาวและทิ้งไว;จนกาวแห;ง หลังจากนั้นทำความสะอาดแผ=นหินบาง โดยการขูดกาวที่ติดกระจกสไลด$ออกด;วย แผ=นมีดบางและเช็ดแผ=นสไลด$ด;วยอะซีโตนหรือแอลกอฮอล$หรือน้ำยาไซลีนบริสุทธิ์ (Xylene pure) เพื่อทำความ สะอาดแผ=นหินบางให;เรียบร;อย ภาพแสดงการวางแผ*นหินขัดเรียบบนกระจกสไลดa 175
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU ขั้นตอนการตัดแผ*นหิน ตัดบาง และไล*ความชื้นบนเตา วิดีโออธิบายวิธีการทำแผ=นหินบาง อุปกรณ; 1. ตัวอย=างหิน 2. เครื่องมือตัดหยาบและตัดบาง 3. กระจกสไลด$และกระจกป~ด 4. ผงขัด กาว และอุปกรณ$อื่น 5. ด;วยอะซีโตนหรือน้ำยาไซลีนบริสุทธิ์ 6. กล;องจุลทรรศน$แบบแสงโพลาไรซ$ ปฏิบัติการ 1. ให;นักศึกษาเลือกตัวอย=างหินที่น=าสนใจที่สุด โดยไม=ซ้ำชื่อกับเพื่อนในปฏิบัติการเดียวกัน อาจเปnนหินอัคนี หินตะกอน หรือหินแปร 2. ให;นักศึกษาถ=ายภาพตัวอย=างหินที่ตนเองเลือก พร;อมกับอ;างอิงมาตราส=วนที่ชัดเจน 3. ให;นักศึกษาฝÕกบรรยายลักษณะศิลาลักษณ$และแร=ประกอบหิน 4. ให;นักศึกษาฝÕกทำแผ=นหินบางตามขั้นตอนในคำอธิบายปฏิบัติการที่ 4 5. ให;นักศึกษาตรวจสอบความบางของแผ=นหินให;เปnนไปตามมาตรฐานที่ 0.03 มิลลิเมตร โดยใช;กล;อง จุลทรรศน$ฯ ตรวจสอบแร=ที่มีค=าสีแทรกสอดต่ำที่สุด 6. เมื่อแผ=นตัวอย=างเสร็จเรียบร;อยแล;ว ให;นักศึกษาถ=ายภาพแบบแสงธรรมดาและโพลาไรซ$ของตัวอย=างไว;ใส= ในรายงาน 176
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU ปฏิบัติการที่ 5 การวัดขนาดและนับปริมาตรภายใต(กล(องจุลทรรศนGแบบแสงโพลาไรซG วัตถุประสงค; เพื่อศึกษาวิธีการวัดขนาดและนับปริมาตรแร=ภายใต;กล;องจุลทรรศน$แบบแสงโพลาไรซ$ คำอธิบาย ภาพของแร=จะถูกขยายขึ้นตามกำลังขยายของกล;องจุลทรรศน$แบบแสงโพลาไรซ$ ขนาดของแร=จริงเล็กกว=า ภาพที่เห็นจากกล;องจุลทรรศน$ฯ เราจะทราบขนาดที่แท;จริงได;โดยการวัดด;วยเครื่องมือที่มีความเที่ยงตรงสูงและ เชื่อถือได; เครื่องมือที่ใช;กับกล;องจุลทรรศน$ มี 2 ชนิด คือ เวอร$เนีย (Stage venire) และไมโครมิเตอร$ (Micrometer) ภาพที่เห็นภายใต;กล;องจุลทรรศน$ได;จากผลคูณของกำลังขยายของเลนส$ใกล;ตา X กำลังขยายของ เลนส$วัตถุ เลนสaใกล5วัตถุที่กำลังขยายต*าง ๆ และกล5องจุลทรรศนaแบบแสงโพลาไรซa เลนส$ใกล;ตา X เลนส$วัตถุ = 10x X 4 = กำลังขยายภาพ 40 เท=า เลนส$ใกล;ตา X เลนส$วัตถุ = 10x X 10 = กำลังขยายภาพ 100 เท=า เลนส$ใกล;ตา X เลนส$วัตถุ = 10x X 40 = กำลังขยายภาพ 400 เท=า เลนส$ใกล;ตา X เลนส$วัตถุ = 10x X 100 = กำลังขยายภาพ 1,000 เท=า หน=วยวัดขนาด อาจจะเปnนเซนติเมตร (cm) มิลลิเมตร (mm) ไมโครเมตร (µ) นาโนเมตร (nm) 1 ไมโครเมตร (µ) = 1/1,000 มิลลิเมตร = 10–3 มิลลิเมตร = 10-6 เมตร 1 มิลลิไมโครเมตร (mµ) = 1/1,000 ไมโครเมตร (10-3 ไมโครเมตร) =10-6 มิลลิเมตร=10-9 เมตร 1 นาโนเมตร = 10-9 เมตร = 10 Angstrom 1 Angstrom (A๐) = 10–10 เมตร สำหรับ Micrometer ที่ใช;ในการวัดขนาดของวัตถุมี 2 ชนิด ได;แก= 177
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU o Ocular micrometer มีลักษณะเปnนแผ=นแก;วกลมใส ขนาดพอดีที่จะใส=เข;าไปในเลนส$ตาของกล;อง จุลทรรศน$ บนแผ=นมีสเกลป~ดเอาไว;เปnนช=องเล็ก ๆ ที่เท=ากับ 100 ช=องมีขีดยาวทุก ๆ 10 ช=อง ซึ่งมีตัวเลข กำกับไว;ทุก ๆ 10 ช=อง คือ 0 10 20 .... 100 o Stage micrometer มีลักษณะเปnนแผ=นสไลด$ขนาดประมาณ 7.5 X 2.5 เซนติเมตร ตรงกลางแผ=นสไลด$ จะมีแผ=นแก;วกลมบางขนาดเล็กติดอยู= ซึ่งมีขีดแบ=งไว; 100 ช=อง แต=ละช=องกว;าง 0.01 มิลลิเมตร Ocular micrometer การวัดขนาดของวัตถุจะใช; Ocular micrometer เปnนตัววัด ซึ่งจะต;องคำนวณหาขนาดสเกลของ Ocular micrometer ว=าแต=ละช=องมีขนาดเท=าใด ที่แต=ละกำลังขยายของกล;องจุลทรรศน$ที่เราใช; โดยเทียบกับสเกลของ Stage micrometer ดังนี้ 1) นำ Ocular micrometer ใส=ลงในกระบอกเลนส$ตาของกล;องจุลทรรศน$ 2) นำ Stage micrometer ไปส=องดูด;วยกล;องจุลทรรศน$ที่เราใช; โดยเริ่มจากกำลังขยายต่ำสุดก=อน 3) เลื่อนสเกลของ Ocular และ Stage micrometer ให;ขีดแรกของ Ocular micrometer ทับกับขีดแรก ของ Stage micrometer (ทางด;านซ;ายมือ) 4) จากนั้นค=อยมองไปทางขวามือ หาดูว=าขีดที่เท=าใดของ Micrometer ทั้งสองทับกันสนิทพอดี แล;วนับ จำนวนช=องของ Ocular micrometer และ Stage micrometer ระหว=างสเกลที่ทับกันสนิท แล;วนำไป คำนวณหาขนาดสเกล ของ Ocular micrometer ต=อไป ในกรณีที่กล;องไม=มี Ocular micrometer 100 ช=อง สามารถคำนวณระยะของเส;นผ=านศูนย$กลางภาพเปnน micrometer ได; โดย ! " ของระยะเส;นผ=านศูนย$กลางของจอภาพ (diameter) มีค=าเท=ากับ Ocular micrometer 100 ช=อง นอกจากนี้ยังสามารถใช;วิธีการคำนวณขนาดเทียบจากกำลังขยายเดิมได; =กำลังขยายของเลนสaต่ำสุด × เส5นผ*านศูนยaกลางของจอภาพต่ำสุด กำลังขยายของเลนสaที่กำลังใช5งาน 178
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU ถ;า Diameter กำลังขยายรวม 40X จะเท=ากับ 5 มิลลิเมตร (mm.) กำลังขยายรวม 100X จะเท=ากับ #$ × ' !$$ = 2 มิลลิเมตร (mm.) กำลังขยายรวม 400X จะเท=ากับ #$ × ' #$$ = 0.5 มิลลิเมตร (mm.) ตัวอย4าง แร=มีขนาดภายใต;กล;องจุลทรรศน$ฯ ที่กำลังขยาย 100X เปnน 70 ช=อง สามารถเทียบเปnนขนาดจริงได;เปnน !" $%&.× ) **. )"" $%&. = 0.7 . เนื่องจาก 100 ช=องจะเท=ากับรัศมีของ diameter (1 mm.) ตารางเทียบเส;นผ=านศูนย$กลางจอภาพกับกำลังขยายของเลนส$ต=าง ๆ กำลังขยายเลนส1ตา (ocular lens) กำลังขยายเลนส1วัตถุ (objective lens) กำลังขยายรวม (total magnification) เสJนผDานศูนย1กลางจอภาพ (diameter | mm.) 10X 4X 40X 5 10X 10X 100X 2 10X 20X 200X 1 10X 40X 400X 0.5 การนับเม็ดแร9และคำนวณรOอยละองคnประกอบแร9 การศึกษาและวิเคราะห$ศิลาวรรณนาภายใต;กล;องจุลทรรศน$แสงโพลาไรซ$เพื่ออธิบายแร=ประกอบหินและ จำแนกชื่อหิน โดยอาศัยปริมาณร;อยละของแร=องค$ประกอบ สามารถศึกษาได;โดยการนับแร=ที่ปรากฏบริเวณตรง กลาง (crosshair) แบบสุ=มและเลื่อนแท=นวางวัตถุทีละ 1 มิลลิเมตร จนครบ 400 ตารางมิลลิเมตร ตามหลักสถิติ (Nesbitt, 1964) และนำมาคำนวณร;อยละโดยปริมาตรของแร=ประกอบหิน การนับปริมาณแร=ประกอบหินอีกวิธีหนึ่งคือการคำนวณแร=จากอัตราซ้ำหรือความถี่ปรากฏบนแผ=นกริดที่ แทรกทับอยู=บริเวณเลนส$ใกล;ตา (microscope eyepiece with counting grid reticle) ซึ่งเปnนกริดสี่เหลี่ยมจัตุรัส แบ=งช=องขนาดเท=า ๆ กัน มีทั้งแบบ 100 ช=อง และ 400 ช=อง • 10mm square divided in 100 parts, each square 1.0mm • 10mm square divided in 400 parts, each square 0.5mm การคำนวณแร=แบบนี้อาจทำให;ปริมาณร;อยละคลาดเคลื่อนจากความเปnนจริงได; เนื่องจากมิติการมองแต=ละ ครั้งเปnนเพียงตัวแทนพื้นที่เล็ก ๆ ของแผ=นหินบาง ดังนั้นเพื่อให;เกิดข;อมูลที่คลาดเคลื่อนน;อยที่สุดควรทำซ้ำและ เคลื่อนกริดออกให;ทั่วแผ=นอย=างน;อย 3-4 ตำแหน=ง หรือจนกว=าปริมาณแร=องค$ประกอบจะคงที่ 179
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU microscope eyepiece with counting grid reticle วิธีการอย=างง=ายคือเทียบกับแผนภาพแสดงความถี่ของแร=ประกอบหินภายใต;กล;องจุลทรรศน$ฯ ดังภาพ โดยกำหนดแร=ที่สนใจให;เปnนส=วนเดียวกันและเทียบสัมพันธ$เพื่อระบุปริมาณร;อยละโดยปริมาตร (modal%) อุปกรณ; 1. ตัวอย=างแผ=นหินบาง 2. กล;องจุลทรรศน$แบบแสงโพลาไรซ$ 3. microscope eyepiece 4. Ocular micrometer 5. สมุดวาดภาพขนาด A4 6. ดินสอไม; ดินสอสี และเครื่องเขียนอื่น ปฏิบัติการ 1. ให;นักศึกษาเลือกตัวอย=างแผ=นหินบางที่น=าสนใจที่สุด โดยไม=ซ้ำชื่อกับเพื่อนในปฏิบัติการเดียวกัน 2. ให;นักศึกษาฝÕกวัดขนาดแร=ประกอบหินภายใต;กล;องจุลทรรศน$ฯ จากตัวอย=างที่ตนเองเลือก พร;อมทั้งเทียบ สัดส=วนกับขนาดจริง 3. ให;นักศึกษาฝÕกนับเม็ดแร=และคำนวณร;อยละองค$ประกอบแร=จากวิธีการทั้ง 3 แบบ • นับแบบสุ=มและเลื่อนแท=นวางวัตถุทีละ 1 มิลลิเมตร จนครบ 400 ตารางมิลลิเมตร • นับโดยใช; microscope eyepiece • คำนวณโดยประมาณค=าจากภาพความถี่ 180
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU แผนภาพแสดงความถี่ของแร*ประกอบหินภายใต5กล5องจุลทรรศนaฯ ในหน*วยร5อยละโดยปริมาตร (modal%) 181
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU ปฏิบัติการที่ 6 การศึกษาแร9ภายใต(กล(องจุลทรรศนGแบบแสงธรรมดา วัตถุประสงค; เพื่อศึกษาลักษณะศิลาวรรณนาและการจำแนกแร=ภายใต;กล;องจุลทรรศน$แบบแสงธรรมดา คำอธิบาย การศึกษาโดยแสงธรรมดา (ordinary light) การศึกษานี้ยังไม=ใส=แอนาไลเซอร$ (analyzer) คุณสมบัติต=าง ๆ ที่ควรศึกษามีดังนี้ 1. รูปร=างผลึก (shape/ habit) ผลึกเดี่ยวมีรูปร=างของผลึกที่เกิดขึ้นแตกต=างกันไปตามโครงสร;างภายใน ในธรรมชาติจะมีผลึกที่เห็นเปnนรูป เหลี่ยมผลึกครบทุกหน;า (euhedral) เห็นหน;าผลึกเหลี่ยมเปnนบางหน;า (subhedral) และผลึกที่เจริญเติบโต ขึ้นมาโดยไม=เห็นหน;าเหลี่ยมเลย (anhedral) ผลึกของแร=แต=ละชนิดยังมีความแตกต=างกันตามรูปทรงทั่วไป ดังนี้ o Equant เปnนผลึกที่มีรูปร=างกลมๆ หรือเปnนกล=องที่มีความกว;าง ยาว สูง เท=าๆ กัน o Tabular เปnนผลึกที่มีรูปร=างเปnนแผ=นหนา มีความยาวด;านหนึ่งน;อยกว=าด;านอื่น รูปร=างคล;ายหนังสือ o Blade/sheet เปnนผลึกที่มีรูปร=างแบน บางมาก มีความยาวด;านหนึ่งน;อยกว=าด;านอื่นมากมาก รูปร=าง คล;ายแผ=นคล;ายกระดาษ o Columnar เปnนผลึกที่มีรูปร=างเปnนแท=ง มีความยาวด;านหนึ่งมากกว=าด;านอื่น คล;ายเสา o Acicular เปnนผลึกที่มีรูปร=างเรียว ยาวมาก มีความยาวด;านหนึ่งมากกว=าด;านอื่นมากมาก คล;ายเข็ม o Prism เปnนผลึกที่มีรูปร=างเปnนแท=ง o Stubby เปnนผลึกแท=งสั้นๆ อ;วนๆ o Fibrous เปnนกลุ=มผลึกที่ทีรูปร=างเปnนแท=งยาวเกิดเจริญเติบโตร=วมกัน อาจเปnนรัศมีหรือรูปพัด 2. รีลีฟ (relief) การทำแผ=นหินบางจะใช;กาวที่มีค=าดัชนีหักเห 1.54 ความแตกต=างของค=าดัชนีหักเห (n) ของผลึกแร=กับ ตัวกลางทำให;เกิดการหักเหของแสง เห็นเปnนเงา (relief) ความต=างของดัชนีหักเหมากขึ้น จะทำให;การหักเหสูงขึ้น และเกิดเปnนเงาชัดเจนขึ้น สามารถแยกระดับของ relief ได;เปnนสองกลุ=มใหญ= o กลุ=มที่มีดัชนีหักเหต่ำกว=ากาว (< 1.54) เปnนแร=ที่แสดง negative relief ผลึกแท*ง sillimanite แบบ columnar และผลึกเม็ด quartz แบบ equant 182
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU o กลุ=มที่มีดัชนีหักเหสูงกว=ากาว (> 1.54) เปnนแร=ที่แสดง positive relief แร=ทั่วไปจะมีดัชนีหักเหสูงกว=ากาว จึงแสดง relief แบบ positive relief และแบ=งลักษณะของ relief ย=อยลงไปตามความแตกต=างของดัชนีหักเหได;ดังนี้ ดัชนีหักเหของแร=1.54 - 1.60 แสดงลักษณะ low relief ดัชนีหักเหของแร=1.60 - 1.70 แสดงลักษณะ moderate relief ดัชนีหักเหของแร=1.65 - 1.80 แสดงลักษณะ high relief ดัชนีหักเหของแร=1.80 - 2.00 แสดงลักษณะ very high relief ดัชนีหักเหของแร= > 2.00 แสดงลักษณะ extreme relief olivine แบบ high relief อยู*ใน serpentine แบบ low relief 3. Color/pleochroism แสงขาวที่ผสมกันมาทุกช=วงคลื่น ทำให;ตาเรามองไม=เห็นสี หรือใส แสงขาวที่ผ=านผลึกแร=อาจถูกดูดกลืนไว; ในผลึกแร=เปnนบางช=วงคลื่น ทำให;แสงที่ผ=านผลึกออกมาไม=ครบทุกช=วงคลื่น ตาเราจะมองเห็นเปnนสีต=าง ๆ (color) ขึ้นอยู=กับคลื่นแสง หรือการผสมกันของคลื่นแสงที่ผ=านออกมาได; คลื่นแสงที่สั่นสะเทือนทิศทางเดียว (plane polarized light) เมื่อผ=านโครงสร;างผลึกที่แตกต=างกัน อาจจะ ถูกดูดกลืนได;ต=างกัน ทำให;แสงที่ผ=านผลึกในทิศทางต=างกันมีสีต=างกัน ดังนั้นผลึกที่มีโครงสร;างต=างกัน อาจมีสี ต=างกันเมื่อแสงผ=านตามแนวโครงสร;างนั้น หรือมีการเปลี่ยนสี (pleochroism) และการเปลี่ยนสีสำหรับผลึกแร=ใด ๆ จะเปnนแบบเดิม ทำให;แร=แต=ละชนิดที่มีการเปลี่ยนสี มีสูตรการเปลี่ยนสี (pleochroic formula) เปnนแบบเดิม o สีของผลึกแร=ระบบ isometric จะมีสีเดียว ไม=มีการเปลี่ยนแปลงตามลักษณะโครงสร;างที่เหมือนกันทุก ทิศทาง o สีของผลึกแร=ระบบ tetragonal และ hexagonal อาจมีการเปลี่ยนสีได; 2 สี ตามลักษณะโครงสร;างที่ แตกต=างกัน 2 ทิศทาง มีการเปลี่ยนสีตามแนว E และ O และอาจเรียกการเปลี่ยนสีแบบ 2 สีนี้ว=า dichroism o สีของผลึกแร=ระบบ orthorhombic, monoclinic และ triclinic อาจมีการเปลี่ยนสีได; 3 สี ตามลักษณะโครงสร;างที่ แตกต=างกัน 3 ทิศทาง มีการเปลี่ยนสีตามแนว X, Y และ Z และอาจเรียกการเปลี่ยนสีแบบ 2 สีนี้ว=า pleochroism biotite ที่มีสีต*างกันจาก pleochroism 4. Cleavage/parting ผลึกแร=บางแร=จะมีระนาบการแตก (cleavage) ตามแนวเรียบในโครงสร;างผลึก ซึ่งขึ้นอยู=กับลักษณะ โครงสร;างผลึก แนวแตกอาจแตกแบบสมบูรณ$มองเห็นได;ชัดเจน หรือแตกเปnนรอยจางๆ เห็นได;ไม=ชัดเจน หรือแตก เด=นเปnนบางแนว แนวแตกเรียบที่วางตัวในแนวราบเมื่อเทียบกับแกน c เรียกว=า basal cleavage แนวแยก 183
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU (parting) เปnนการแตกที่ไม=อยู=ในแนวเรียบของโครงสร;าง แต=จะแตกตามแนวโครงสร;างที่ไม=แข็งแรงของผลึก และ มักเกิดเมื่อผลึกแร=ถูกลดความดัน แนวแตกในแร=ที่เด=น ๆ จะใช;ในการจำแนกแร=ได; ดังนี้ o Prismatic cleavage มีแนวแตก 2 ทิศทาง ตั้งฉากกันหรือไม=ตั้งฉากกัน o Pyroxene cleavage มีแนวแตก 2 ทิศทาง ตัดขวางกันเปnนมุม 87o /93o o Amphibole cleavage มีแนวแตก 2 ทิศทาง ตัดขวางกันเปnนมุม 124o /56o o Basal cleavage มีแนวแตก 1 ทิศทาง ในแนว เช=น mica o Rhombohedral cleavage มีแนวแตก 3 ทิศทาง ไม=ตั้งฉากกัน เช=น calcite o Cubic cleavage มีแนวแตก 3 ทิศทาง ตั้งฉากกัน เช=น halite, galena o Octahedral cleavage มีแนวแตก 4 ทิศทาง เช=น fluorite o Dodecahedral cleavage มีแนวแตก 6 ทิศทาง เช=น sphalerite แนวแตกในหน5าตัด (001) (ซ5าย) pyroxene cleavage (ขวา) amphibole cleavage อุปกรณ; 1. ตัวอย=างแผ=นหินบาง 2. กล;องจุลทรรศน$แบบแสงโพลาไรซ$ 3. สมุดวาดภาพขนาด A4 4. ดินสอไม; ดินสอสี และเครื่องเขียนอื่น ปฏิบัติการ 1. ให;นักศึกษาเลือกตัวอย=างแผ=นหินบางที่น=าสนใจที่สุด โดยไม=ซ้ำชื่อกับเพื่อนในปฏิบัติการเดียวกัน 2. ให;นักศึกษาบรรยายลักษณะศิลาวรรณนาของแร=ในแผ=นตัวอย=าง โดยอธิบายลักษณะเด=นที่แสงธรรมดา ได;แก= รูปร=างผลึก รีลีฟ สีและการเปลี่ยนสี และแนวแตกเรียบ พร;อมวาดภาพประกอบและระบุค=าดัชนีหัก เหแสง 3. ให;นักศึกษาวัดมุมการแตกเรียบของแร=ที่พบแนวแตกเรียบมากกว=า 1 ทิศทาง 184
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU ปฏิบัติการที่7 การศึกษาแร9ภายใต(กล(องจุลทรรศนGแบบแสงโพลาไรซG วัตถุประสงค; เพื่อศึกษาลักษณะศิลาวรรณนาและการจำแนกแร=ภายใต;กล;องจุลทรรศน$แบบแสงโพลาไรซ$ คำอธิบาย การศึกษาแร=ภายใต;กล;องจุลทรรศน$ฯ แบบแสงโพลาไรซ$เปnนการศึกษาโดยใช;โพลารอยด$จำนวน 2 แผ=นที่ วางตัวตั้งฉาก นั่นคือการใส=แอนาไลเซอร$ (analyzer) ขณะที่ทำการศึกษา 1. การแฝด (twinning) ผลึกของแร=ชนิดเดียวกัน ที่เกิดร=วมกันโดยมีความสัมพันธ$กันทางโครงสร;าง เรียกว=าผลึกแฝด (twinning) การแฝดมีหลายรูปแบบและเปnนรูปแบบเฉพาะตัวของแต=ละผลึกแร= รูปแบบการแฝดที่แตกต=างกันอธิบายได;ด;วย ระนาบการแฝด (twin plane) และแกนแฝด (twin axis) ระนาบการแฝดเปnนพื้นผิวระหว=างผลึกที่มาแฝดกัน อาจ เรียกว=าระนาบส=วนประกอบ (composition plane) แกนแฝดเปnนแกนอ;างอิงที่ผลึกแฝดใช;ร=วมกันเมื่อเทียบกับ แกนผลึก การแฝดจึงสามารถแยกออกเปnนกลุ=มได;ดังนี้ o Simple twin เปnนการแฝดอย=างง=าย ที่มีผลึกมาแฝดกัน 2 ผลึก ผลึกแฝดอย=างง=ายที่มีระนาบการแฝดแบบเรียบเรียกว=า แฝดสัมผัส (contact twin) เช=น hornblende pyroxene ผลึกแฝดอย=างง=ายที่มีระนาบการแฝดแบบไม=เรียบเรียกว=า แฝดแทรก (penetrate twin) เช=น orthoclase staurolite o Multiple twin เปnนการแฝดซ้ำซ;อน ที่มีผลึกมาแฝดกัน มากกว=า 2 ผลึก ผลึกแฝดซ้ำซ;อนที่มีระนาบการแฝดขนาน กันเรียกว=าแฝดขนาน (parallel twin) เช=น plagioclase calcite ส=วนแฝดซ้ำซ;อนที่มีระนาบการแฝดไม=ขนานกัน จะ เกิดการแฝดที่เรียกว=าแฝดวง (cyclic twin) เช=น rutile plagioclase แสดงแฝดขนาน (บน) staurolite แสดงแฝดแทรก (ล*าง) 2. การเกิดโซน (zoning) ในผลึกแร=ที่มีการแทนที่กันของธาตุได; (solid solution) อาจมีการแปรเปลี่ยนส=วนประกอบทางเคมีใน ผลึกเดียวกัน แยกออกเปnนโซน (zoning) และทำให;คุณสมบัติทางแสงแปรเปลี่ยนตามส=วนประกอบทางเคมีไปด;วย โซนทางเคมีจะสามารถเห็นได;ก=อนใส= analyzer ในแร=ที่มีสี เรียกว=าโซนสี (color zoning) ส=วนแร=ที่ไม=มีสี จะ ปรากฏลักษณะของโซนให;เห็นได;ตามความแตกต=างของสีแทรกสอด 185
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU โซนใน plagioclase 3. การเกิดมุมมืด (extinction angle) ตำแหน*งมืดของผลึกแร*กลุ*ม biaxial เกิดขึ้นเมื่อระนาบการสั่นสะเทือนของแสงโพลารa (plane of polarized light) ขนานกับแนว O, E หรือ X, Y, Z ในผลึก แนวเหล*านี้ขนานกับแกนยาวของผลึกในระบบ tetragonal, hexagonal และ orthorhombic ซึ่งอาจเปáนแกน c ทำ ให5ตำแหน*งมืดของผลึกเหล*านี้เกิดขึ้นในขณะที่แกนยาวของผลึกวางขนานกับแนว polarizer-analyzer หรือ แนวกากบาท เรียก การมืดแบบนี้ว*ามืดขนาน (parallel extinction) ผลึกในระบบ monoclinic และ triclinic จะมีแนว X, Y, Z ไม*ขนานแกนยาว และเมื่อวางแนวยาวขนานกากบาท ผลึก จะไม*มืด ถ5าจะให5มืดต5องหมุนให5แนวยาวของผลึก เอียงออกไปจากแนวกากบาท เรียกการมืดของผลึกแบบนี้ว*ามืดเอียง (inclined extinction) มุมที่เอียงไปแล5วมืด วัดได5จากการหมุนแท*นวางวัตถุ การมืดของผลึกแบบ anisotropic ในการศึกษาแบบใส* analyzer อุปกรณ; 1. ตัวอย=างแผ=นหินบาง 2. กล;องจุลทรรศน$แบบแสงโพลาไรซ$ 3. สมุดวาดภาพขนาด A4 4. ดินสอไม; ดินสอสี และเครื่องเขียนอื่น 186
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU ปฏิบัติการ 1. ให;นักศึกษาเลือกตัวอย=างแผ=นหินบางที่น=าสนใจที่สุด โดยไม=ซ้ำชื่อกับเพื่อนในปฏิบัติการเดียวกัน 2. ให;นักศึกษาบรรยายลักษณะศิลาวรรณนาของแร=ในแผ=นตัวอย=าง โดยอธิบายลักษณะเด=นและจำแนก ประเภทในแสงแบบโพลาไรซ$ ได;แก= การแฝด การเกิดโซน และมุมมืด พร;อมวาดภาพประกอบและระบุ ชนิดของการแฝด 3. ให;นักศึกษาวัดมุมมืดของแร=ที่แสดงการมืดแบบเอียง 187
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU ปฏิบัติการที่8 การศึกษาสีแทรกสอดและภาพแทรกสอด วัตถุประสงค; เพื่อศึกษาลักษณะศิลาวรรณนาและการจำแนกแร=ด;วยสีแทรกสอดและภาพแทรกสอด คำอธิบาย การศึกษาแสงสีแทรกสอด (cross polar) เปáนการศึกษาแร=ภายใต;กล;องจุลทรรศน$ฯ แบบแสงโพลาไรซ$เปnน การศึกษาโดยใช;โพลารอยด$จำนวน 2 แผ=นที่วางตัวตั้งฉาก นั่นคือการใส=แอนาไลเซอร$ (analyzer) ขณะที่ ทำการศึกษา คุณสมบัติต=าง ๆ ที่ควรศึกษามีดังนี้ 1) Isotropic/anisotropic ผลึกแร=ในระบบ isometric และ amorphous ในแผ=นหินบางจะมืดเมื่อใส= analyzer เนื่องจากแสงที่ผ=าน ผลึกมา ไม=สามารถผ=าน analyzer ขึ้นมาได; และมืดตลอดเมื่อหมุนแท=นวางวัตถุ เปnนวัตถุในกลุ=ม isotropic ผลึกแร= ระบบอื่นที่เหลือทั้งหมดจะแสดงสีแทรกสอด เปnนผลึกแร=ในกลุ=ม biaxial เมื่อหมุนแท=นวางวัตถุจะมีตำแหน=งมืดและ สว=างสลับกันอย=างละ 4 ครั้ง เมื่อหมุนไปครบ 1 รอบ 2) Interference color ผลึกแร=กลุ=ม biaxial จะแสดงสีแทรกสอด (interference color) จากการผสมกันของคลื่นแสงสี ที่ผ=าน ผลึกขึ้นมาตามความสัมพันธ$ของความหนา (d) กับดัชนีหักเหของผลึก (birefringence) ได;เปnน path difference ของแต=ละคลื่นแสง สีแทรกสอดที่ผสมกันเปnนไปตามแผนภูมิมิเชล-ลีวี (Michel-Levy Chart) ในแบบปกติ การเกิด สีแทรกสอดในแต=ละคลื่นแสง จะสว=างมากขึ้นตาม path difference และตาเราจะแยกสีไม=ออกเนื่องจากความ สว=างที่มากขึ้น ตั้งแต=ลำดับที่ 4 ของแผนภูมิมิเชล-ลีวี เปnนต;นไป สีที่เห็นในช=วงสว=างมานี้ เรียกว=าสีขาวลำดับสูง (white of higher order) Michel - Levy Chart แร=ที่มีการดูดกลืนแสงสีไว; จะทำให;การการผสมสีไม=เปnนไปตามปกติ ทำให;ได;สีแทรกสอดแบบแบบไม=ปกติ (anomalous/abnormal interference color) แร=บางชนิดมีความเปnน isotropic สำหรับบางแสงสี ทำให;แสงสี ไม=ผ=าน analyzer ขึ้นมา ทำให;เกิดปรากฏการณ$สีแทรกสอดผิดปกติได;เช=นกัน 189
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU 3) Sign of elongation สีแทรกสอดของผลึกแร=แบบ anisotropic ที่เห็นในตำแหน=งสว=าง (45o position) เกิดจากการแทรกสอด ของเวกเตอร$แสงที่เคลื่อนที่ช;า-เร็ว ผ=านผลึกขึ้นมาในแนวตั้งฉากกัน ตามแนวโพลารอยด$ในโครงสร;างผลึก (แนว O,E หรือ X, Y, Z) แนวโพลารอยด$ของผลึกมักวางตัวขนานกับแนวยาว-สั้นของผลึก เวกเตอร$แสงด;านใดเคลื่อนที่ ได;ช;าหรือเร็ว จะสัมพันธ$กับค=าดัชนีหักเหในแนวโพลารอยด$นั้น เทียบกับอีกแนวที่ตั้งฉากกัน ด;านที่เคลื่อนที่เร็วกว=า เปnน fast ray ด;านที่เคลื่อนที่ช;ากว=าเปnน slow ray ซึ่งเปnนลักษณะเฉพาะของผลึกแร=แต=ละชนิด ดังนั้นด;านยาวของ ผลึกแร=ใด ๆ จะเปnนแนว fast ray หรือ slow ray หรืออาจเปnนได;ทั้งสองแบบขึ้นอยู=กับทิศทางที่แสงผ=านเข;าไปใน ผลึก ดังนั้นการตรวจสอบ sing of elongation ของผลึกแร= จะเปnนส=วนหนึ่งของการจำแนกแร=ได; การตรวจทำโดยหมุนผลึกให;วางแนวยาวในแนว N45o W แล;วใส=แผ=นยิปซัม (gypsum plate) เข;าไปใน ทางเดินของแสง แผ=นยิปซัมวางแนว fast ray ไว;ในแนว N45o W และมี path difference ประมาณ 550 นาโน เมตร (1 order ของแสงขาว) o ถ;าแนว fast ray ของแผ=นยิปซัมขนานกับแนว fast ray ของแร= path difference รวม จะขยาย ออกอีก 550 นาโนเมตร หรือมี interference color เพิ่มขึ้นอีกประมาณ 1 order เรียกว=าผลึกมี sign of elongation เปnนแบบ length fast (-) o ถ;าแนว fast ray ของแผ=นยิปซัมขนานกับแนว slow ray ของแร= path difference รวม จะหดลง 550 นาโนเมตร หรือมี interference color ลดลงประมาณ 1 order เรียกว=าผลึกมี sign of elongation เปnนแบบ length slow (+) การเปลี่ยน interference color เมื่อสอดแผ*นยิปซัม การศึกษาภาพแทรกสอด (interference figure) การศึกษานี้ใส= bertrand lens คุณสมบัติต=าง ๆ ที่ควรศึกษามีดังนี้ 1) Uniaxial crystal/biaxial crystal การศึกษาแบบ conoscopic viewing โดยการโฟกัสที่ระยะอนันต$จะเห็นภาพแบบ interference figure เปnนภาพของแถบสีดำที่เรียกว=า isogyre และ สีที่พื้นเปnน interference color cและอาจเห็นสีที่พื้นเปnนแถบสี (isochromatic curve) ในกรณีที่ผลึกมี birefringence สูง ภาพที่เห็นจะมีความแตกต=างของลักษณะ isogyre ของผลึกแร=กลุ=ม uniaxial และ biaxial ภาพที่เห็นมีหลายรูปแบบ ขึ้นอยู=กับแนวที่แสงผ=านเข;าไปในผลึก 190