Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU กรณีที่ 2 ค=า n ของวัตถุตัวมากกว=าของตัวกลาง (ns > nm) อธิบายการเดินทางของแสงในลักษณะ เดียวกับกรณี 1 กรณีนี้จะเกิด ปรากฏการณ$ในลักษณะตรงข;ามกัน ทางเดินของรังสีแสงจะหักเหหุบเข;าข;าง ในวัตถุ วงแสงสีที่เห็นรอบวัตถุเปnนวงเส;นเบกคีที่เกิดจากกรวยแสงหุบ กรณีนี้ถ;าเคลื่อนสไลด$ลง จะทำให;วง แสงที่เห็นหดตัวลง (move in) จะเห็นวงแสงเคลื่อนที่จากด;านตัวกลางเข;าไปข;างในเม็ดวัตถุ รูปที่ 4.3 การเกิดและการเคลื่อนที่ของเส,นเบกคีในวัตถุที่มีคDา n ตDางกันเมื่อเคลื่อนแทDนวางวัตถุลง (ดัดแปลงจาก www.science.smith.edu/geosciences/min_jb/Optics/Optics-2.pdf) ถ;าวัตถุที่ศึกษา มีค=า n ไม=เท=ากับของตัวกลาง เราจะเห็นความสูงต่ำและเส;นเบกคี ถ;ามีการเคลื่อน สไลด$ขึ้น-ลงจะทำเส;นเบกคีเคลื่อนตัว ถ;าเคลื่อนสไลด$ลงเส;นเบกคีจะเคลื่อนไปทางด;านวัตถุหรือตัวกลางที่มี ค=า n สูงกว=า ในขั้นตอนนี้การสังเกตสามารถบอกได;ว=าค=า n ของวัตถุหรือของตัวกลาง มีค=าสูงกว=ากัน (รูปที่ 4.3) 4.3 รีลีฟ (Relief) การมองเห็นวัตถุใสเกิดจากแสงที่ผ=านตัวกลางมากระทบวัตถุแล;วมีการหักเหของแสงมารวมกัน บริเวณขอบวัตถุ ทำให;บางบริเวณมีความเข;มแสงเพิ่มขึ้น บางบริเวณมีความเข;มแสงลดลง (รูปที่ 4.4) จนทำ ให;เกิดเงาและสามารถมองเห็นขอบของวัตถุได; (outline) ถ;าแสงเดินทางผ=านตัวกลางมากระทบวัตถุ ที่มีค=า n เท=ากันกับของตัวกลาง (ns = nm) แสงจะไม=หัก เห ในกรณีนี้เราจะไม=เห็นภาพของวัตถุ ดังนั้นยิ่งวัตถุกับตัวกลางมีค=า n ต=างกันมากก็จะเห็นภาพของวัตถุได; ชัดขึ้น ภาพขอบวัตถุที่มองเห็นเรียกว=าความสูงต่ำ (relief) เกิดขึ้นกรณีที่ค=า n ของวัตถุกับของตัวกลางไม= เท=ากัน แร=ในธรรมชาติมีค=า n ระหว=าง 1.5-2.0 และแผ=นหินบางมาตรฐานมีค=า n ของกาวเท=ากับ 1.54 ถ;า วัตถุตัวอย=างมีค=า n เท=ากับกาวจะมองไม=เห็นตัวอย=าง (match) แร=ส=วนใหญ=มีค=า n สูงกว=ากาว จะแสดง ความสูงต่ำเปnนแบบบวก (positive relief) แร=ที่มีค=า n ต่ำกว=าจะแสดงความสูงต่ำเปnนแบบลบ (negative relief) 41
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU ความแตกต=างของค=า n ของวัตถุที่อยู=ในกาว แยกออกเปnนกลุ=ม ได;ดังนี้ วัตถุที่มีค=า n ระหว=าง 1.54-1.60 จะแสดงความสูงต่ำแบบต่ำ (low relief) วัตถุที่มีค=า n ระหว=าง 1.60-1.70 จะแสดงความสูงต่ำแบบปานกลาง (moderate relief) วัตถุที่มีค=า n ระหว=าง 1.70-1.80 จะแสดงความสูงต่ำแบบสูง (high relief) วัตถุที่มีค=า n ระหว=าง 1.80-2.00 จะแสดงความสูงต่ำแบบสูงมาก (very high relief) วัตถุที่มีค=า n มากกว=า 2.00 จะแสดงความสูงต่ำแบบสุดขีด (extreme relief) รูปที่ 4.4 แสดงเส,นทางการเดินทางของแสงผDานวัตถุรูปเลนสKในตัวกลางที่มีคDา n ตDางกัน (ดัดแปลงจาก www.lh3.googleusercontent.com/proxy/) 4.4 สีของแร4ภายใต"กล"องจุลทรรศน;แบบแสงโพลาไรซ; การศึกษาแร=ภายใต;กล;องจุลทรรศน$แบบแสงโพลาไรซ$ แร=อาจไม=มีสี มีสีอ=อนหรือมีสีเข;ม บ=อยครั้งที่ สีของแร=ทางกายภาพและแผ=นหินบางมีสีเดียวกัน (เช=น แร=สีแดง แร=สีเขียว เปnนต;น) แม;ว=าสีในแผ=นหินบางจะ ไม=ค=อยเข;มเท=าดูด;วยตาเปล=า บางครั้งสีในแผ=นหินบางก็ไม=เหมือนกับสีของแร=จริงที่ศึกษาด;วยตาเปล=า โดยเฉพาะอย=างยิ่งสำหรับแร=ที่มีสีเข;ม เนื่องจากสีที่เห็นจากการศึกษาทางศิลาวรรณนาเปnนสีที่แสงส=องผ=าน แต=สีของแร=จริงที่ศึกษาด;วยตาเปล=าเปnนสีจากการสะท;อนของแสง ตัวอย=างเช=น ไบโอไทต$ (biotite) มีสีที่แสง สะท;อนเปnนสีดำ แต=เมื่อศึกษาภายใต;กล;องจุลทรรศน$จะเห็นเปnนสีน้ำตาล หรือสีเขียว (รูปที่ 4.5) รูปที่ 4.5 แสดงสีดำของไบโอไทตKเมื่อศึกษาด,วยตาเปลDาและสีน้ำตาลเมื่อศึกษาภายใต,กล,องจุลทรรศนKฯ 42
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU กลุ=มไอโซทรอป~กมีไม=มีความแตกต=างของโครงสร;าง แสงที่ผ=านผลึกมา จะผ=านโครงสร;างแบบ เดียวกัน ถ;ามีการดูดกลืนแสงจะเหมือนกันทุกทิศทาง ดังนั้นวัตถุไอโซทรอป~กจะมีสีเดียว ไม=มีการเปลี่ยนสี แต=กลุ=มแอนไอโซทรอป~กจะมีการเปลี่ยนสีได;เมื่อแสงเดินทางผ=านโครงสร;างผลึกที่แตกต=างกัน 4.5 ลักษณะผลึกแร4ภายใต"กล"องจุลทรรศน;แบบแสงโพลาไรซ; ผลึกของแร=ประกอบหินทั่วไปอาจเห็นหน;าเหลี่ยมผลึกชัดเจนเต็มผลึก (euhedral) แสดงถึงผลึกที่ สมบูรณ$ หรือผลึกอาจเจริญเติบโตโดยไม=เห็นหน;าเหลี่ยมผลึก (anhedral) และบางกรณีผลึกที่โตขึ้นมาแล;ว อาจเห็นหน;าเหลี่ยมผลึกเปnนบางหน;า (subhedral) รูปร=างลักษณะผลึกเปnนรูปทรงทั่ว ๆ ไปของผลึกที่เกิด ตามธรรมชาติทั้งผลึกเดี่ยว และการเกิดร=วมกันเปnนกลุ=ม การศึกษาแร=ด;วยคุณสมบัติทางแสงจะมีรูปร=าง เหมือนกับลักษณะทางกายภาพดังที่อธิบายไว;ในบทที่ 1 เช=น โอลิวีนแสดงลักษณะผลึกแบบเม็ด (equant) เฟลด$สปาร$แสดงลักษณะผลึกแบบแท=ง (tabular) ไบโอไทต$แสดงลักษณะผลึกแบบแผ=น (blade) ไพรอกซีน แสดงลักษณะผลึกแบบเส;น (fibrous) เปnนต;น 4.6 แนวแตกเรียบของแร4ภายใต"กล"องจุลทรรศน;แบบแสงโพลาไรซ; แนวแตกเรียบเปnนผลมาจากโครงสร;างและแตกต=างกันไปในแต=ละแร=ดังที่อธิบายไว;ในบทที่ 1 แนว แตกเรียบนี้เปnนผลมาจากตำแหน=งปกติของอะตอมและไอออนในผลึก ซึ่งสร;างพื้นผิวที่ทำซ้ำได;อย=างราบรื่น และสามารถมองเห็นได;ทั้งในกล;องจุลทรรศน$และด;วยตาเปล=า โดยการศึกษาทางศิลาวรรณนานั้นเราจะเห็น มุมมองของการแตกเรียบเปnนบางหน;าผลึกเท=านั้น เนื่องจากการเตรียมตัวอย=างต;องตัดแร=ให;บางมากจน กลายเปnนการศึกษาแร=เสมือน 2 มิติ เช=น ไบโอไทต$หรือแร=กลุ=มไมกาจะมีแนวแตกเรียบในหน;าผลึก {001} หรือตั้งฉากกับแกน c ดังนั้นจะสามารถเห็นแนวแตกได;ชัดเจนเมื่อตัดผลึกขนานกับแกน c ดังรูปที่ 4.6 รูปที่ 4.6 แสดงแนวแตกเรียบของไบโอไทตKในแตDละทิศทาง (ก) เมื่อตัดผลึกแรDตั้งฉากกับแกน c (ข) เมื่อตัด ผลึกแรDตั้งฉากกับแกน a และ b 43
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU คำถามท(ายบท 1. วัตถุไอโซทรอป~กคืออะไร จงอธิบายพร;อมยกตัวอย=างประกอบ และมีคุณสมบัติทางแสงที่แตกต=าง จากแอนไอโซทรอป~กอย=างไรบ;าง 2. วัตถุชนิดใดที่นำมาจัดทำแผ=นหินบางแล;วศึกษาภายใต;กล;องจุลทรรศน$ฯ แล;ววงเส;นเบกคีเกิดจาก กรวยแสงหุบ 3. จงใช;หลักการของแสงและส=วนประกอบภายในแผ=นหินบางอธิบายว=าเพราะเหตุใดแร=ที่มีค=า n มาก จึงแสดงรีลีฟมากกว=าแร=ที่มีค=า n น;อยกว=า 4. จงอธิบายว=าเพราะเหตุใดผลึกของไพรอกซีนเมื่อศึกษาภายใต;กล;องจุลทรรศน$แสดงแนวแตกเรียบทั้ง แบบสองทิศทางและหนึ่งทิศทาง 5. กรณีใดที่เราจะเตรียมตัวอย=างแผ=นหินบางแล;วไม=สามารถเห็นแนวแตกเรียบของแร=มัสโคไวต$ได; 44
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU บทที่ 5 คุณสมบัติทางแสงของผลึกแอนไอโซทรอปQก Chapter 5 Optical Properties of Anisotropic Crystal
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU บทที่ 5 คุณสมบัติทางแสงของผลึกแอนไอโซทรอปQก ผลึกในระบบนอกจากไอโซเมทริกเปnนผลึกที่มีการจัดเรียงตัวโครงสร;างภายในต=างกัน มีทั้งต=างกัน 2 ทิศทาง (ระบบสองแกนราบและระบบสามแกนราบ) และ 3 ทิศทาง (ระบบสามแกนต=าง ระบบหนึ่งแกน เอียง และระบบสามแกนเอียง) ผลึกที่มีโครงสร;างต=างกันจะเปnนวัสดุกรองการสั่นสะเทือนของคลื่นแสงตามธรรมชาติ (โพลารอยด$) และมีการกรองแสงสองทิศทางที่ตั้งฉากกัน เมื่อแสงธรรมดาผ=านผลึกแอนไอโซทรอป~กจะถูกกรองออก 2 รังสีตามโครงสร;างแนวโพลารอยด$ที่ต=างกัน และมีความเร็วแสงต=างกัน ซึ่งประกอบด;วยรังสีแนวที่เคลื่อนที่ เร็วกว=า (fast ray) และรังสีแนวที่เคลื่อนที่ช;ากว=า (slow ray) ผลึกจึงมีค=าดัชนีหักเหต=างกันในแนวของรังสี ทั้ง 2 แนว รังสีแสงผ=านแร=ที่สั่นสะเทือนในแนวโพลารอยด$ของแร=ใด ๆ จะมีทิศทางที่มีความเร็วสูงสุดและ ความเร็วต่ำสุด ผลึกแร=แบบแอนไอโซทรอป~กจึงมีค=า n สูงสุด (nmax)และต่ำสุด (nmin) ถ;ารังสีแสงตกกระทบผลึกไม=ขนานกับเส;นปกติ (q1 ¹ 0) รังสีทั้งคู=จะมีมุมการหักเหที่ต=างกัน ได;การ หักเหสองทิศทาง (double refraction) ทำให;เกิดการมองเห็นภาพซ;อนได; เมื่อมองภาพผ=านวัตถุแบบแอน ไอโซทรอป~ก (รูปที่ 5.1) รูปที่ 5.1 ผลึกแคลไซตKที่แสดงการหักเหสองทิศทางทำให,เกิดภาพซ,อนของวัตถุด,านลDาง (ดัดแปลงจาก www.edafologia.net/optmine/intro/isoaniw.htm) 5.1 ค4าดัชนีหักเหของแร4แอนไอโซทรอปìก (Reflective Index of Anisotropic Minerals) ค=าดัชนีหักเหของผลึกแบบแอนไอโซทรอป~กมีได;หลายค=า ขึ้นอยู=กับว=าแสงที่ผ=านผลึกมีการ สั่นสะเทือนตามแนวโครงสร;างแบบใด หรือผ=านผลึกไปในแนวโพลารอยด$ใด ผลึกแบบแอนไอโซทรอป~กที่มี โครงสร;างต=างกัน 2 ทิศทาง จะมี 1 ทิศทางที่แสงผ=านเข;าไปแล;วมีคุณสมบัติเหมือนผ=านไปในวัตถุแบบไอโซ ทรอป~ก เรียกทิศทางนั้นว=าแกนแสง (optic axis) เปnนผลึกแกนแสงเดี่ยว (uniaxial crystals) ส=วนผลึกที่มี โครงสร;างต=างกัน 3 ทิศทาง จะมีแกนแสง 2 ทิศทาง เรียกว=าผลึกแกนแสงคู= (biaxial crystals) ดังแสดงใน รูปที่ 5.2 47
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU รูปที่ 5.2 แรDแอนไอโซทรอปèกแกนแสงเดี่ยวและแกนแสงคูD ผลึกแกนแสงเดี่ยวได;แก=ผลึกที่เกิดในระบบเทระโกนอลและเฮกซะโกนอล มีการจัดเรียงตัว โครงสร;างผลึกต=างกัน 2 แนวตามแนวแกนผลึก a และ แกนผลึก c แนวโพลารอยด$ของผลึกแบบนี้ ก็เปnนไป ตามแนวโครงสร;าง a และ c นี้ เมื่อแสงธรรมดาเดินทางผ=านผลึกแกนแสงเดี่ยว จะเกิดการกรองแสงให;เหลือ การสั่นสะเทือนตามแนวโครงสร;างแกน a และ c แสงที่สั่นสะเทือนในแนวแกน a เปnนแนวรังสีแสงที่เรียกว=า รังสีสามัญ (ordinary ray, O-ray) แสงที่สั่นสะเทือนในแนวแกน c เปnนแนวรังสีแสงที่เรียกว=ารังสีพิเศษ (extraordinary ray, E-ray) ทั้งสองรังสีมีความเร็วต=างกัน แนวที่รังสีแสงทั้งสองผ=านไปโครงสร;างผลึกจึงมี n ต=างค=ากัน และเรียกชื่อตามแนวรังสีทั้ง 2 ค=า n ของรังสีสามัญเปnน nO ส=วนค=า n ของรังสีพิเศษเปnน nE ผลึกแอนไอโซทรอป~กทุกผลึกจะมี สัญลักษณ$ทางแสง (optic sign) ดังแสดงในรูปที่ 5.3 รูปที่ 5.3 สัญลักษณ)ทางแสงผลึกแกนแสงเดี่ยว (a) แบบบวกและ (b) แบบลบ (Simões et al., 2018) 48
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU ผลึกแกนแสงเดี่ยวที่มี nE > nO เปnนผลึกแกนแสงเดี่ยวแบบบวก (positive uniaxial) และผลึกแกน แสงเดี่ยวที่มี nO > nE เปnนผลึกแกนแสงเดี่ยวแบบลบ (negative uniaxial) ในกรณีที่แสงผ=านผลึกไปในทิศทางที่ไม=ตั้งฉากกับแกน c แสงจะแยกออกเปnน 2 รังสี และมีการหัก เหสองทิศทางที่มีมุมหักเหไม=เท=ากัน โดยแนวรังสีสามัญยังคงมีการสั่นสะเทือนในแนวแกน a รังสีสามัญจึง ยังคงมีค=า n เปnน nO ส=วนรังสีพิเศษที่มีการสั่นสะเทือนในแนวแกน c จะมีทิศทางการสั่นสะเทือนไม=ขนานกับ แกน c ทำให;ค=า n เปลี่ยนไปเปnน nE ' , nE '' , หรือ nE ''' , ... โดยที่ ค=า nEจะเปลี่ยนไปตามมุมของการตก กระทบ และมีค=าอยู=ในช=วงระหว=าง nO กับ nE nE ' จะน;อยกว=า nE ในผลึกแกนแสงเดี่ยวแบบบวก และจะ มากกว=า nE ในผลึกแกนแสงเดี่ยวแบบลบ ถ;าแสงเดินทางผ=านผลึกไปตามแนวแกน c การสั่นสะเทือนของคลื่นแสง จะอยู=ในแนวแกน a เท=านั้น ทำให;ไม=เกิดการหักเหสองแนว การเดินทางของแสงแบบนี้จะเหมือนผ=านเข;าไปในวัตถุแบบไอโซ ทรอป~ก แสงจะไม=มีการเปลี่ยนแปลงทิศทางการสั่นสะเทือน ทิศทางนี้เรียกว=าแนวแกนแสง (optic axis, O.A.) นั่นคือแนวแกนแสงในผลึกแบบแกนแสงเดี่ยว มีแกนเดียวและอยู=ในทิศทางที่ขนานกับแนวแกน c ของ ผลึก ความแตกต=างของค=า n สองค=าตามแนวโครงสร;างที่ต=างกัน (n1 - n2) ในผลึกแร=แอนไอโซทรอป~ก เรียกว=าไบรีฟริงเจนซ$ (birefringence, B.F.) ในผลึกแกนแสงเดี่ยว B.F. ของผลึกมีได;หลายค=า ขึ้นอยู=กับ ทิศทางที่แสงผ=านเข;าไปในผลึก ไบรีฟริงเจนซ$ของผลึกแกนแสงเดี่ยวจะมีค=าได;ต=างกัน กรณีที่แสงเดินทางผ=านผลึกในแนวตั้งฉากกับ c จะได; maximum B.F. = ½nO - nE½ กรณีที่แสงเดินทางผ=านผลึกในแนวไม=ตั้งฉากกับ c จะได; partial B.F. = ½nO - nE'½ กรณีที่แสงเดินทางผ=านผลึกในแนวขนานกับ c จะได; B.F. = ½nO - nO½ = 0 ผลึกแกนแสงคู=เปnนผลึกที่เกิดในระบบออร$โทรอมบิก โมโนคลินิก และไทรคลินิก มีการจัดเรียงตัว ต=างกัน 3 แนว ตามแนวแกนผลึก a b และ c แนวโพลารอยด$ในผลึกมี 3 แนว แต=อาจอยู=ตามแนวแกนผลึก หรือไม=อยู=ก็ได; แต=ผลึกแกนแสงคู=ก็ยังคงกรองแสงที่ผ=านผลึก ให;เหลือการสั่นสะเทือนแค= 2 ทิศทาง คล;ายกัน กับผลึกแกนแสงเดี่ยว แนวโพลารอยด$ในผลึกแกนแสงคู= เปnนแนวโพลารอยด$ X Y และ Z แสงที่สั่นสะเทือน ผ=านผลึกแกนแสงคู=ตามแนวโพลารอยด$ที่มีความเร็วต=างกัน จะมีค=า n ที่สัมพันธ$กับความเร็วในแต=ละแนว เปnน nx ny และ nz (รูปที่ 5.4) แนวโพลารอยด$ที่แสงผ=านแล;วมีความเร็วน;อยสุด (Vmin, nmax) เปnนแนวโพลารอยด$Z (nz) แนวโพลารอยด$ที่แสงผ=านแล;วมีความเร็วมากสุด (Vmax, nmin) เปnนแนวโพลารอยด$X (nx) แนวโพลารอยด$Y (ny) เปnนแนวที่แสงผ=านแล;วมีความเร็วระหว=างแนวโพลารอยด$Z และ X และแนว โพลารอยด$ Y จะวางตัวในแนวตั้งฉากกับแกนแสงที่มี 2 แกน (O.A.1 และ O.A.2) แกนแสงทั้งสองแกนจะ 49
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU วางตัวอยู=ในแนวระนาบ X-Z และมีมุมระหว=างกันเปnนมุม 2Vo ระนาบที่มีเส;นแกนแสงทั้งสองแกนอยู=ด;วย (ระนาบ X-Z) เรียกอีกอย=างว=าระนาบแกนแสง (optic axis plane) กรณีที่แสงผ=านไม=ตั้งฉากกับแนวโพลา รอยด$จะแสดงค=า n เปnน nx' หรือ nz' แล;วแต=กรณี รูปที่ 5.4 สัญลักษณKทางแสงผลึกแกนแสงคูD (a) แบบบวก และ (b) ผลึกแบบลบ (ดัดแปลงจาก Simões et al., 2018) สัญลักษณ$ทางแสงของผลึกแบบแกนแสงคู= กำหนดตามค=า nx ny และ nz ดังนี้ ผลึกแกนแสงคู= ny มีค=าเข;าใกล; nx มากกว=า nz เปnนผลึกแกนแสงคู=บวก (positive biaxial) ผลึกแกนแสงคู= ny มีค=าเข;าใกล; nz มากกว=า nx เปnนผลึกแกนแสงคู=ลบ (negative biaxial) ไบรีฟริงเจนซ$ของผลึกแกนแสงคู=จะมีค=าได;ต=างกันดังนี้ แสงเดินทางผ=านผลึกในแนว ตั้งฉากกับ X-Z จะได; maximum B.F. = ½ nz- nx½ แสงเดินทางผ=านผลึกในแนว ขนานกับแกนแสง จะได; B.F. = ½ny- ny½ = 0 แสงเดินทางผ=านผลึกในแนวอื่นจะได; partial B.F. ซึ่งมีค=าได;หลายแบบขึ้นอยู=กับทิศทางที่แสงผ=าน ผลึก เทียบกับแนวโพลารอยด$เช=น B.F = ½nz- ny½, B.F = ½ny- nx½, B.F = ½nz' - nx'½ 5.2 สีแทรกสอด (Interference Color) สีแทรกสอดเปnนแสงสีที่เห็นได;ภายใต;กล;องจุลทรรศน$โพลาไรซิง เมื่อสอดแอนาไลเซอร$ขวางทางเดิน แสงไว; ปรากฏการณ$นี้จะเกิดขึ้นกับผลึกแร=แอนไอโซโทรป~กเท=านั้น เมื่อหมุนผลึกบนแท=นวางวัตถุครบรอบ (360o ) ขณะที่ใส=แอนาไลเซอร$ ผลึกแร=แอนไอโซทรอป~กจะมืด (extinction position/90o position) และ สว=าง (interference color/45o position) อย=างละ 4 ครั้ง (รูปที่ 5.5) 50
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU รูปที่ 5.5 การมืด-สวDางของผลึกแอนไอโซทรอปèกเมื่อหมุนผลึกขณะใสDแอนาไลเซอรK ถ;าแสงโพลาไรซ$ที่ผ=านตัวอย=างขึ้นมาโดยมีการสั่นสะเทือนของแสงอยู=ในแนวโพลารอยด$ของผลึก แล;วสอดแอนาไลเซอร$เข;าไป แสงจะไม=ผ=านขึ้นมา (มืด) แสงที่ผ=านแนวโพลารอยด$ขึ้นมา อาจเปnนแนวรังสีที่ เคลื่อนที่เร็ว (fast ray, nf) หรือแนวรังสีที่เคลื่อนที่ช;า (slow ray, ns) ค=า n ของผลึกตามแนวรังสีเคลื่อนที่ ช;าจะมากกว=าแนวรังสีเคลื่อนที่เร็ว (ns > nf) ดังแสดงในรูปที่ 5.6 รูปที่ 5.6 รังสีเคลื่อนที่เร็วและช,าเมื่อแสงผDานผลึกแอนไอโซทรอปèก (ดัดแปลงจาก Nesse, 2003) กรณีที่แนวโพลารอยด$ของผลึกไม=ขนานกับแนวโพลาไรเซอร$ แสงโพลาไลซ$จะแตกเวกเตอร$ แล;วเดิน ทางผ=านผลึกตามแนวโพลารอยด$ได;เปnน 2 รังสี รังสีเคลื่อนที่เร็ว และรังสีเคลื่อนที่ช;า เมื่อรังสีเคลื่อนที่ช;าขึ้น มาถึงผิวผลึกด;านบน รังสีเคลือนที่เร็วจะพ;นผิวผลึกออกมาเปnนระยะทางหนึ่ง ได;ระยะทางการเคลื่อนที่ ระยะทางที่ต=างกัน (path difference, D) เมื่อรังสีเคลื่อนที่ช;าพ;นผิวผลึก ก็จะเดินทางเข;าสู=ตัวกลางเดียวกัน กับรังสีเคลื่อนที่เร็ว 51
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU ระยะทางที่แตกต4าง (D) ของทั้งสองรังสีสัมพันธ$กับค=า n ในแต=ละแนว (ns และ nf) ดังนี้ รังสีเคลื่อนที่เร็ว ได;ระยะทาง sf = vft หรือ t = sf /vf รังสีเคลื่อนที่ช;า ได;ระยะทาง ss = vst หรือ t = ss /vs ช=วงที่ผ=านผลึกระยะทางคือความหนาของผลึก s = d เมื่อรังสีเคลื่อนที่ช;ามาถึงผิวผลึกด;านบน t = d/vs ในเวลาเดียวกันรังสีเคลื่อนที่เร็วเคลื่อนที่ได; t = d/vf + D/vair ดังนั้น d/vs = d/vf + D/vair D/vair = d/vs- d/vf D / 1/nair = d (1/vs- 1/vf) และถ;า v = 1/n D*nair = d* (ns- nf) และถ;า nair = 1 D = d* B.F. “ความหนาของผลึกแรDในแผDนหินบางมาตรฐานเทDากับ 30 ไมโครเมตร หรือ 0.03 มิลลิเมตร” ระยะทางที่แตกต=างกันระหว=างรังสีเคลื่อนที่เร็วและรังสีเคลื่อนที่ช;า (D) จะทำให;เกิดการแทรกสอด แบบหักล;างหรือส=งเสริมกันของคลื่นที่มีความยาวคลื่นเท=ากัน ถ;าระยะทางที่แตกต=างมีขนาดเต็มจำนวนลูกคลื่นพอดี (nl, เมื่อ n = จำนวนเต็มใดๆ) รังสีทั้ง 2 จะ หักล;างกัน ทำให;ไม=มีแสงผ=านแอนาไลเซอร$ขึ้นมา ถ;าระยะทางที่แตกต=างมีขนาดไม=เท=ากับช=วงความยาวคลื่น รังสีทั้ง 2 จะแทรกสอดเสริมกันทำให;ผ=านแอนาไลเซอร$ขึ้นมาได; และแสงสีมีความเข;ม (intensity) สูงสุดเมื่อ ระยะทางที่แตกต=าง มีค=าเท=ากับครึ่งลูกคลื่นใดใด (nl + l/2, เมื่อ n = จำนวนเต็มใดใด) ดังแสดงในรูปที่ 5.7 ระยะทางที่แตกต=างของแสงที่แทรกสอดผ=านแอนาไลเซอร$ขึ้นมาจะมีความสว=าง (brightness) มาก ขึ้นเมื่อระยะทางที่แตกต=างมากขึ้น เรียกช=วงของความสว=างของแสงสีเปnนลำดับ (order) เรียงไปตามช=วงของ ความยาวคลื่น ตามนุษย$จะเห็นสีถึงช=วงลำดับที่ 4 เท=านั้น ระยะทางที่แตกต=างที่อยู=ในช=วงลำดับมากกว=านี้ จะทำให;ความสว=างสูงมากจนตาเราแยกสีไม=ออก รวมเรียกแสงสีที่ได;เปnนสีขาวของลำดับที่สูงกว=า (white of higher order) ถ;าแสงสีที่ผ=านผลึกเปnนแสงสีแดงที่มีความยาวคลื่น 760 นาโนเมตร (monochromatic light) ระยะทางที่แตกต=างที่ทำให;มองเห็นสีแทรกสอดเปnนสีแดงเข;มสุดจะอยู=ที่ 380 1,140 1,900 และ 2,660 นา โนเมตร และความสว=างจะมากขึ้น หลังจากนั้นจะเห็นเปnนแสงขาว (รูปที่ 5.7) 52
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU รูปที่ 5.7 ระยะทางที่แตกตDางของแสงที่แทรกสอดผDานแอนาไลเซอรKตDอความเข,มแสงที่ปรากฏเปPนชDวงของ ความสวDางของแสงสีเปPนลำดับ 5.3 แผนภูมิมิเชล-ลีวี (Michael-Levy Chart) แสงที่ใช;ศึกษาในกล;องจุลทรรศน$แบบแสงโพลาไรซ$เปnนแสงขาวที่มีช=วงความยาวคลื่น 380-760 นา โนเมตร (polychromatic light) และจะถูกกรองเปnนแสงโพลาไรซ$ เมื่อแสงผ=านผลึกแบบแอนไอโซทรอป~ก แล;วเกิดการแทรกสอดจะทำให;มีการแทรกสอดของแสงสีหลายสี ระยะทางที่แตกต=างระหว=างรังสีเคลื่อนที่ เร็วกับรังสีเคลื่อนที่ช;าจะทำให;เกิดการดับของบางคลื่นแสงเท=านั้น และความเข;มของแต=ละแสงสีที่แทรกสอด ผ=านแอนาไลเซอร$จะไม=เท=ากัน เมื่อผสมแสงสีกันแล;ว ได;มีแบบฉบับของสีแทรกสอดเปnนไปตามแผนภูมิมิเชลลีวี (Michael - Levy chart) ดังแสดงในรูปที่ 5.8 สีแทรกสอดในแผนภูมิมิเชล-ลีวี แสดงแสงสีจากถึงลำดับที่ 1 ถึง 4 ถ;าระยะทางที่แตกต=างเกิดขึ้น มากกว=านี้ แสงสีที่เห็นจะเปnนแสงขาว หนึ่งลำดับของแผนภูมิจะอยู=ในช=วงความยาวคลื่น 550 นาโนเมตร และแต=ละลำดับจะจบด;วยสีแดง สีในแต=ละลำดับตามระยะทางที่แตกต=างมีดังนี้ ลำดับที่ 1 จะเริ่มต;นด;วยสีดำ เทา ขาว เหลือง แสด แดง ลำดับที่ 2 จะเริ่มต;นด;วยสีม=วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด แดง ลำดับที่ 3 จะเริ่มต;นด;วยสีม=วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด แดง แต=ช=วงสีเขียวจะมาก ลำดับที่ 4 จะเริ่มต;นด;วยสีม=วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด แดง แต=ช=วงสีแดงจะมาก ลำดับที่ > 5 สีขาวของลำดับที่สูงกว=า (white of higher order) การแสดงสีตามลำดับของแผนภูมิมิเชล-ลีวี มีการแปรเปลี่ยนความหนา (ตามความสัมพันธ$ D = d* B.F.) ที่แสดงในแผนภูมิ โดยให;แกน x เปnนความหนา (d) y เปnนระยะทางที่แตกต=าง (D) แล;ว B.F. คงที่ ก็ ได;เส;นตรงแทนการสัมพันธ$ระหว=าง d และ D ที่มีค=าความชันต=างกันไปตาม B.F. (รูปที่ 5.8) 53
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU การแปรเปลี่ยนความหนาในแผนภูมิ จะทำให;การกำหนดสีแทรกสอดของแร=ที่รู; B.F. แล;วทำได;ง=าย ขึ้น แร=ที่มี B.F. ต่ำ จะแสดงสีแทรกสอดในลำดับที่ต่ำ แร=ที่มี B.F. สูงจะแสดงสีแทรกสอดในลำดับที่สูง และ แร=ที่มี B.F. สูงมากจะแสดงสีแทรกสอดแบบสีขาวในลำดับที่สูงกว=า แร=แอนไอโซทรอป~กทุกชนิดจะมีแนวที่ แสงผ=านแล;วเกิด B.F สุด และจะมีสีแทรกสอดในลำดับสูงสุด ที่ความหนาเดียวกัน รูปที่ 5.8 แผนภูมิมิเชล-ลีวี แสดงสีแทรกสอดที่เปลี่ยนตามความหนา (D = d* B.F.) โดยให,แกน x เปPน ความหนา ( d) และ y เปPนระยะทางที่แตกตDาง (D) และ B.F. คงที่ (ด ั ด แ ป ล ง จ า ก www.zeiss.com/microscopy) 5.4 สีแทรกสอดผิดปกติ (Anomalous Interference Color) สีแทรกสอดที่เกิดขึ้นในบางแร= อาจจะมีสีไม=สัมพันธ$กับระยะทางที่แตกต=าง ตามแผนภูมิมิเชล-ลีวี เนื่องจากคลื่นแสงสีผสมกันไม=ครบแสงสีตามที่ควรจะเปnน จะได;สีแทรกสอดที่ผิดปกติไปจากแผนภูมิมิเชล-ลีวี เปnนสีแทรกสอดผิดปกติ (anomalous interference color/abnormal interference color) แร=บางชนิดมีการดูดกลืนคลื่นแสงในแต=ละแนวโพลารอยด$ทำให;แร=มีสี เมื่อมีการแทรกสอดของคลื่น แสงจะมีการผสมกันของแสงสีไม=ครบตามช=วงแสงขาว ทำให;สีของการแทรกสอดไม=เปnนไปตามแผนภูมิฯ แร=บางชนิดมีคุณสมบัติเปnนสารไอโซทรอป~กสำหรับบางคลื่นแสง และเปnนสารแอนไอโซทรอป~ก สำหรับบางคลื่นแสง เมื่อแสงผ=านผลึกขึ้นมา แสงบางส=วนจึงถูกกักไว;ด;วยแอนาไลเซอร$ ทำให;แสงสีที่ผ=านแอ นาไลเซอร$ขึ้นมาผสมกันไม=ครบตามช=วงแสงขาว ทำให;สีของการแทรกสอดไม=เปnนไปตามแผนภูมิฯ 5.5 สีและการเปลี่ยนสี (Color and Dichroism/Pleochroism) แนวโพลารอยด$ที่แสงขาวผ=านผลึกมาในแต=ละแนว มีโครงสร;างไม=เหมือนกัน คลื่นแสงขาวอาจไม=ได; ผ=านผลึกมาทุกช=วงคลื่นแสง อาจการดูดกลืนแสงบางช=วงคลื่นแสง ทำให;เราเห็นแสงสีที่เหลือผ=านผลึกมา ทำ ให;ผลึกมีสีต=างๆได;โครงสร;างผลึกแร=มีความแตกต=างกันใน 3 กลุ=ม กลุ=มไอโซทรอป~ก ผลึกแกนแสงเดี่ยว และ ผลึกแกนแสงคู= 54
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU กลุ=มไอโซทรอป~กไม=มีความแตกต=างของโครงสร;าง แสงที่ผ=านผลึกมา จะผ=านโครงสร;างแบบเดียวกัน ถ;ามีการดูดกลืนแสงจะเหมือนกันทุกทิศทาง ดังนั้นวัตถุไอโซทรอป~กจะมีสีเดียว ไม=มีการเปลี่ยนสี ผลึกแกนแสงเดี่ยวมีโครงสร;างต=างกัน 2 ทิศทาง การดูดกลืนแสง อาจมีความแตกต=างกันได; 2 ทิศทาง ทำให;เห็นสีของแร=มีการเปลี่ยนสีได; 2 สี (dichroism) เปnนสีตามแนว E และ O ผลึกแกนแสงคู=มีโครงสร;างต=างกัน 3 ทิศทาง การดูดกลืนแสง อาจมีความแตกต=างกันได; 3 ทิศทาง ทำให;เห็นสีของแร=มีการเปลี่ยนสีได; 3 สี (pleochroism) เปnนสีตามแนว X Y และ Z สีของแร=แต=ละชนิดจะเปnนคุณสมบัติเฉพาะตัว ตามการจัดเรียงตัวของโครงสร;าง ที่เปnนไปตาม ส=วนประกอบทางเคมี โครงสร;างของแร=ไม=เปลี่ยนแปลง สีของแร=ก็ไม=เปลี่ยนแปลง ดังนั้นแร=ที่มีสีจะมีสูตรการ เปลี่ยนสี (pleochroic formula) สูตรการเปลี่ยนสีของผลึกแกนแสงเดี่ยว เปลี่ยนสีไปตามแนวโพลารอยด$แร=ที่มีสีจะบอกสีในแนว E และ O หรือบอกระดับของการดูดกลืนว=า แนวไหนดูดกลืนมากกว=ากัน ตัวอย=าง ทัวร$มาลีน (tourmaline) ตกผลึกในระบบเฮกซะโกนอล ที่มี O > E (รูปที่ 5.9) มีสูตรการ เปลี่ยนสี คือ E = light brown, O = brown หรือ E – weak, O – strong รูปที่ 5.9 ภาพตัดขวางผลึกแสดงการเปลี่ยนสีของแรDทัวรKมาลีนในแนว E และ O สูตรการเปลี่ยนสีของผลึกแกนแสงคู= เปลี่ยนสีไปตามแนวโพลารอยด$แร=ที่มีสีจะบอกสีในแนว X Y และ Z หรือบอกระดับของการดูดกลืนว=า แนวไหนดูดกลืนมากกว=ากัน ตัวอย=าง ฮอร$นเบลนด$ (hornblende) ตกผลึกในระบบโมโนคลินิก ที่มี Z > Y > X (รูปที่ 5.10) มี สูตรการเปลี่ยนสี คือ X = yellow, Y = green Z = bluish green รูปที่ 5.10 ภาพตัดขวางผลึกแสดงการเปลี่ยนสีของแรDฮอรKนเบลนดKในแนว X แนว Y และแนว Z 55
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU 5.6 ตำแหน4งมืดและมุมมืด (Extinction Position and Extinction Angle) ผลึกแร=แอนไอโซทรอป~กที่ศึกษาภายใต;กล;องจุลทรรศน$แบบโพลาไรซิง ในขั้นที่สอดแอนาไลเซอร$ ผลึกจะแสดงสีแทรกสอดที่ตำแหน=ง 45o (interference color position) และมืดที่ตำแหน=ง 90o (extinction position) สลับตำแหน=งกัน เมื่อหมุนแท=นวางวัตถุ แร=ที่มีผลึกเปnนแท=งยาว อาจมีแนวโพลารอยด$ขนานแนวยาว หรือเอียงออกจากแนวยาวก็ได; ขึ้นอยู= กับระบบผลึก ผลึกที่อยู=ในระบบเททระโกนอล เฮกซะโกนอล และออร$โทรอมบิก จะมีแนวโพลารอยด$ขนาน กับแกนผลึก a b และ c ผลึกที่อยู=ในระบบโมโนคลินิก และไทรคลินิก จะมีแนวโพลารอยด$ทำมุมเอียง ออกไปจากแกนผลึก และเอียงออกไปเปnนมุมเฉพาะตัวของแต=ละแร= กรณีของผลึกที่มีแนวโพลารอยด$ขนานแกนผลึก เมื่อวางผลึกให;แนวยาวอยู=ในแนว n-s บนแท=นวาง วัตถุ (ขอบผลึกขนานกากบาทเส;นผม) แนวโพลารอยด$จะขนานกับการสะเทือนของโพลาไรเซอร$ แล;วสอดแอ นาไลเซอร$ ผลึกจะเปnนตำแหน=งมืด การมืดของผลึกแบบนี้เรียกว=ามืดขนาน (parallel extinction) ผลึกมีมุม เอียงในการมืดเปnนศูนย$ (extinction angle = 0) กรณีของผลึกที่มีแนวโพลารอยด$ทำมุมเอียงจากแกนผลึก เมื่อวางผลึกให;แนวยาวอยู=ในแนว N-S บนแท=นวางวัตถุ แล;วสอดแอนาไลเซอร$ ผลึกจะไม=มืด ถ;าจะให;อยู=ในตำแหน=งมืด จะต;องหมุนให;แนวโพลา รอยด$ของผลึกขนานการสั่นสะเทือนของโพลาไรเซอร$ (เอียงขอบผลึกออกจากแนว N-S) การมืดของผลึกของ ผลึกแบบนี้เรียกว=ามืดเอียง (incline extinction) และมุมที่เอียงไปเรียกว=ามุมมืด (extinction angle ¹ 0) มุมมืดเอียงของผลึกสามารถเปลี่ยนแปลงได;ตามมุมมอง หรือหน;าตัดที่แสงผ=านขึ้นมา (รูปที่ 5.11) รูปที่ 5.11 การมืดขนานของออรKโธไพรอกซีน (OPx) และการมืดเอียงของแพลจิโอเคลส (Pl) ภายใต,กล,อง จุลทรรศนKฯแบบแสงธรรมดา (ซ,าย) และแสงโพลาไรซK (ขวา) ที่กำลังขยาย 100X 5.7 การแฝด (Twinning) ผลึกของแร=ชนิดเดียวกัน ที่เกิดร=วมกันโดยมีความสัมพันธ$กันทางโครงสร;าง เรียกว=าผลึกแฝด (twinning) การแฝดมีหลายรูปแบบและเปnนรูปแบบเฉพาะตัวของแต=ละผลึกแร= รูปแบบการแฝดที่แตกต=าง OPx OPx Pl Pl 56
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU กันอธิบายได;ด;วยระนาบการแฝด (twin plane) และแกนแฝด (twin axis) ระนาบการแฝดเปnนพื้นผิว ระหว=างผลึกที่มาแฝดกัน แกนแฝดเปnนแกนอ;างอิงที่ผลึกแฝดใช;ร=วมกันเมื่อเทียบกับแกนผลึก การแฝดจึง สามารถแยกออกเปnนกลุ=มได;ดังนี้ Simple twin เปnนการแฝดอย=างง=าย ที่มีผลึกมาแฝดกัน 2 ผลึก ผลึกแฝดอย=างง=ายที่มีระนาบการ แฝดแบบเรียบเรียกว=าแฝดสัมผัส (contact twin) เช=น ฮอร$นเบลนด$ ไพรอกซีน ผลึกแฝดอย=างง=ายที่มี ระนาบการแฝดแบบไม=เรียบเรียกว=าแฝดแทรก (penetrate twin) เช=น ออร$โทเคลส สตอโรไลต$(รูปที่ 5.12) Multiple twin เปnนการแฝดซ้ำซ;อนที่มีผลึกมาแฝดกันมากกว=า 2 ผลึก ผลึกแฝดซ้ำซ;อนที่มีระนาบ การแฝดขนานกันเรียกว=าแฝดขนาน (parallel twin) เช=น แพลจิโอเคลส แคลไซต$(รูปที่ 5.12) ส=วนแฝด ซ้ำซ;อนที่มีระนาบการแฝดไม=ขนานกันจะเกิดการแฝดที่เรียกว=าแฝดวง (cyclic twin) เช=น รูไทล$ รูปที่ 5.12 การแฝดขนานของแคลไซตK(ซ,าย) และแฝดแทรกของออรKโทเคลส (ขวา) ภายใต,กล,องจุลทรรศนK แบบแสงโพลาไรซKที่กำลังขยาย 40X ในผลึกแร=ที่มีการแทนที่กันของธาตุได; (solid solution) อาจมีการแปรเปลี่ยนส=วนประกอบทางเคมี ในผลึกเดียวกัน แยกออกเปnนโซน (zoning) และทำให;คุณสมบัติทางแสงแปรเปลี่ยนตามส=วนประกอบทาง เคมีไปด;วย โซนทางเคมีจะสามารถเห็นได;ก=อนใส= analyzer ในแร=ที่มีสี เรียกว=าโซนสี (color zoning) ส=วน แร=ที่ไม=มีสี จะปรากฏลักษณะของโซนให;เห็นได;ตามความแตกต=างของสีแทรกสอด (รูปที่ 5.13) รูปที่ 5.13 โซนในผลึกแพลจิโอเคลสภายใต,กล,องจุลทรรศนKแบบแสงโพลาไรซKที่กำลังขยาย 100X 57
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU 5.8 สัญลักษณ;ตามแนวยาวของผลึก (Sign of Elongation/Sign of Cleavage Trace) ผลึกรูปแท=งหรือผลึกที่แสดงแนวแตกเรียบชัดเจน จะมีค=า n ของโครงสร;างตามแนวแกนยาว หรือ ตามแนวแตกเรียบ ที่แตกต=างกับ n ในแนวสั้นหรือที่ตั้งฉากกับแนวแตกเรียบ ค=า n ที่ต=างกันจะสัมพันธ$กับ รังสีเคลื่อนที่เร็ว และรังสีเคลื่อนที่ช;า (fast ray-slow ray) ถ;าผลึกมีโครงสร;างในแนวยาวทำให;เกิดการเคลื่อนที่ของรังสีเปnนรังสีเคลื่อนที่เร็ว (nf < ns) ค=า n ตามแนวยาวของผลึกมีค=าต่ำกว=า n ในแนวสั้น จัดเปnนผลึกที่มีสัญลักษณ$แนวยาวหรือตามแนวแตกเรียบแบบ เร็ว (length fast, negative, (-)) ถ;าผลึกมีโครงสร;างในแนวยาวทำให;เกิดการเคลื่อนที่ของรังสีเปnนรังสีเคลื่อนที่ช;า (ns > nf) ค=า n ตาม แนวยาวของผลึกมีค=าสูงกว=า n ในแนวสั้น จัดเปnนผลึกที่มีสัญลักษณ$แนวยาวหรือตามแนวแตกเรียบแบบช;า (length slow, positive, (+)) การตรวจสอบสัญลักษณ$ตามแนวยาวภายใต;กล;องจุลทรรศน$ ทำได;โดยวางแนวยาวของผลึกให;ขนาน กับแนวรังสีเคลื่อนที่เร็วในอุปกรณ$เสริม (accessory plate) แล;วสอดอุปกรณ$เสริมเข;าไป ถ;าระยะทางที่ แตกต=างเพิ่มขึ้น ลำดับของสีแทรกสอดเพิ่มขึ้น แนวยาวของผลึกเปnนแบบเร็ว (length fast, (-)) แต=ถ;า ระยะทางที่แตกต=างลดลง ลำดับของสีแทรกสอดลดลง แนวยาวของผลึกเปnนแบบช;า (length slow, (+)) อุปกรณ;เปลี่ยนความเร็วคลื่นแสง (Accessory plate) กล;องจุลทรรศน$แบบแสงโพลาไรซ$มีอุปกรณ$แผ=นแร=ที่ขวางทางเดินของแสงอยู=ด;านบนเลนส$วัตถุ ก=อน เข;าสู=แอนาไลเซอร$ ซึ่งเปnนอุปกรณ$ที่ทำให;สีแทรกสอดเปลี่ยนแปลง เนื่องจากการเพิ่มหรือลดขนาดของ ระยะทางที่แตกต=างของรังสีเคลื่อนที่เร็วและรังสีเคลื่อนที่ช;า อุปกรณ$เสริมสำหรับเปลี่ยนความเร็วคลื่นแสง (accessory plate) มี 3 แบบ ได;แก= แผ=นแร=แร=ยิปซัม (gypsum plate) แผ=นแร=ไมกา (mica plate) หรือ ลิ่มแร=ควอตซ$ (quartz wedge) ดังแสดงในรูปที่ 5.14 รูปที่ 5.14 อุปกรณKเปลี่ยนความเร็วคลื่นแสงและความยาวคลื่นแสงที่สามารถเปลี่ยนแปลงได, 58
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU การวางตัวของแผ=นแร=เหล=านี้จะวางให;แนวโพลารอยด$ในแนว NW-SE เปnนแนวที่แสงผ=านมาแล;วเปnน รังสีเคลื่อนที่เร็ว (fast component) และด;านที่ตั้งฉากกัน NE-SW เปnนแนวรังสีเคลื่อนที่ช;า (slow component) เมื่อแสงโพลาไรซ$ผ=านแร=เหล=านี้ขึ้นมาจะเกิดระยะทางที่แตกต=าง (D) ดังแสดงในรูปที่ 5.14 ยิปซัม มี D = 530 นาโนเมตร ประมาณ (1l) ของแสงขาว ทำให;เกิดสีแทรกสอด 1 ลำดับ ไมกา มี D = 137 นาโนเมตร ประมาณ (1/4l) ของแสงขาว ทำให;เกิดสีแทรกสอด 1/4 ลำดับ ควอตซ$ มีความหนาแปรเปลี่ยน (รูปลิ่ม) ทำให; D มีค=าเปลี่ยนตามไปได;ถึงหลายลำดับ การเพิ่มอุปกรณ$เปลี่ยนความเร็วคลื่นแสงเข;าไปจะทำให;เกิดการเปลี่ยนแปลงของระยะทางที่แตกต=าง จากผลของการเสริมหรือหน=วงจากระยะทางที่แตกต=างของอุปกรณ$เสริมกับของแร=ที่ศึกษา ถ;าแนวรังสีเคลื่อนที่เร็วและรังสีเคลื่อนที่ช;าของอุปกรณ$เสริมและของแร=ที่ศึกษาอยู=ในแนวเดียวกัน ระยะทางที่แตกต=างจะเสริมกัน ทำให;ผลรวม D เพิ่มขึ้น (åD = ½Dmin + Dacc½) ตามชนิดของ อุปกรณ$เสริม แต=ถ;าแนวรังสีเคลื่อนที่เร็วและรังสีเคลื่อนที่ช;าของอุปกรณ$เสริมและของแร=ที่ศึกษาอยู=สลับแนว ระยะทางที่แตกต=างจะหักล;างกัน ทำให;ผลรวม D ลดลง (åD = ½Dmin - Dacc½) ตามชนิดของ อุปกรณ$เสริม การสอดอุปกรณ$เสริมเข;าไปจะทำให;สีแทรกสอดเปลี่ยนแปลงไป ตามระยะทางที่แตกต=างรวมใหม=ที่ เกิดขึ้น สีแทรกสอดอาจมีลำดับเพิ่มขึ้นหรือลด การศึกษาลำดับที่เปลี่ยนไป ทำให;เปรียบเทียบสแทรกสอด ของแร=กับสีแทรกสอดในแผนภูมิมิเชล-ลีวี ได;ชัดเจนขึ้น และถ;าสีแทรกสอดของแร=เปnนสีขาวลำดับที่สูงกว=า (white of higher order) เมื่อสอดอุปกรณ$เสริมนี้เข;าไป ตาเราก็จะไม=เห็นการเปลี่ยนแปลง อุปกรณ$เสริมนี้ จึงช=วยในการตรวจสอบลำดับของสีแทรกสอดได; โดยใช;คู=กับแผนภูมมิเชล-ลีวี 5.9 ปฏิกิริยาทางแสงเมื่อโฟกัสที่ระยะอนันต; (Conoscopic Viewing) การศึกษานี้มองปฏิกิริยาทางแสงผ=านแอนาไลเซอร$ ศึกษาเฉพาะปฏิกิริยาทางแสง ไม=มองที่รูปร=าง ลักษณะของวัตถุ โดยโฟกัสไปที่ระยะอนันต$ สำหรับวิธีการศึกษาสามารถทำได;ดังนี้ o ใช;เลนส$เบอร$ทรานด$ (bertrand lens) o ใช;กำลังขยายสูง (40x) เพื่อให;วัตถุชนิดเดียวอยู=ในมุมมอง o ใส=เลนส$รวมแสงใต;แท=นวางวัตถุ (substage condenser lens) เพิ่มเข;ามาในทางเดินของแสง เพื่อเพิ่มความเข;มแสง และให;รังสีแสงเดินทางเปnนรูปกรวย ภาพที่เห็นจะเปnนปฏิกิริยาทางแสงที่แทรกสอดไปปรากฏที่ระยะอนันต$ ภาพที่เห็นเรียกว=าภาพ แทรกสอด ในภาพจะประกอบด;วยแสงสีแทรกสอด และส=วนที่ไม=มีแสงได;แก=ไอโซไจรี(isogyre) ดังรูปที่ 5.15 59
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU รูปที่ 5.15 ภาพแทรกสอดของปฏิกิริยาทางแสงที่ระยะอนันตKที่แสดงแสงสีแทรกสอดและไอโซไจรี 5.9.1 ภาพแทรกสอดของผลึกแกนแสงเดี่ยว (Uniaxial Interference Figure) ผลึกแกนแสงเดี่ยวมีค=า n ตามแนวโพลารอยด$ที่ขนานแนวแกนผลึก a และ c เปnน nO และ nE (หรือ nE') แสงโพลาไรซ$ที่ผ=านผลึกขึ้นมาตามแนวโพลารอยด$จะถูกกักด;วยแอนาไลเซอร$เกิดเปnนแถบมืด (ไอโซไจรี) ถ;าการสั่นสะเทือนไม=ขนานกับแนวโพลารอยด$แสงจะแตกออกเปnน 2 รังสี (fast ray, slow ray) แล;วแทรก สอดผ=านแอนาไลเซอร$ขึ้นมาเปnนสีแทรกสอด (รูปที่ 5.16) รูปที่ 5.16 ภาพแทรกสอดของผลึกแกนแสงเดี่ยวที่แกนแสงวางตัวในลักษณะแตกตDางกัน (ดัดแปลงจาก www.viva.pressbooks.pub/petrology/chapter/2-8-interference-figures/) 1) ภาพแทรกสอดแนวแกนแสง (optic axis figure) กรณีที่แกนแสงวางตัวในแนวตั้งฉากกับแท=นวางวัตถุ ผลึกจะไม=มีค=าไบรีฟริงเจนซ$ (B.F. = 0) เมื่อมองภาพแบบสอดแอนาไลเซอร$จะไม=แสดงสีแทรกสอด เมื่อศึกษาแบบโคโนสโคป~กจะเกิดภาพ การแทรกสอดแบบภาพแทรกสอดแนวแกนแสง ในภาพจะมีแกนแสงอยู=บริเวณตอนกลางของภาพ รังสีแสงที่ผ=านมาจากเลนส$รวมแสงใต;แท=นวางวัตถุมีรังสีทำมุมเอียงเปnนรูปกรวย และเปnนแสงแบบ โพลาไรซ$ในแนว E-W สำหรับกรณีที่แสงที่ผ=านผลึกขึ้นมาจากด;านล=าง ผ=านแนวโพลารอยด$ของผลึก 60
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU จะมีแนวโพลารอยด$อยู=ในแนวรัศมี (radial) และแนวล;อมรอบแกนแสง (tangent) เปnนมีแนวโพลา รอยด$ E และ O ตามลำดับ แสงโพลาไรซ$จากด;านล=างจึงผ=านผลึกขึ้นมาในแนวโพลารอยด$ E และ O ทำให;แนวการสั่นสะเทือนที่ผ=านผลึก มีทั้งขนานกับแนวโพลารอยด$และไม=ขนานกับแนวโพลารอยด$ แนวรังสีที่สั่นสะเทือนขนานกับแนวโพลารอยด$จะมืดเมื่อสอดแอนาไลเซอร$เข;าไป ส=วนแนว รังสีที่ทำมุมกับแกนแสงไม=เท=ากันเมื่อสอดแอนาไลเซอร$จะถูกทำให;แนวสั่นสะเทือนของแสงที่ไม=ขนาน กับแนวโพลารอยด$เกิดสีแทรกสอด และมีระยะทางที่แตกต=าง (D) ไม=เท=ากัน เพิ่มขึ้นจาก 0 บริเวณ แกนผลึก และมีมากขึ้นเมื่อออกห=างแกนแสง ทำให;เกิดสีแทรกสอดที่มีลำดับเพิ่มขึ้นจากกลางผลึกสู= ขอบผลึก ในการศึกษาผลึกแกนแสงเดี่ยว เมื่อมองจากด;านบนแกนแสงตั้งฉากกับแท=นวางวัตถุจะเห็น ภาพแทรกสอดเปnนส=วนที่มืด แถบดำเปnนรูปกากบาทคือไอโซไจรี บริเวณจุดตัดของแถบดำเปnน ตำแหน=งของแกนแสงหรือมีลาโทป (melatope) และส=วนที่มีสีแทรกสอด ถ;าผลึกมีไบรีฟริงเจนซ$สูง สีแทรกสอดจะปรากฏถึงลำดับที่สูง จึงมองเห็นวงสีล;อมรอบแกนแสงที่เรียกว=าเส;นโค;งสมรงค$ (isochromatic curve) ไอโซไจรีจะมี 4 แนวล;อมรอบมีลาโทป เหนือ-ใต;-ออก–ตก (รูปที่ 5.16) โดย แบ=งพื้นที่แสดงสีแทรกสอดออกเปnน 4 ส=วนวงกลม (quadrants) 2) ภาพแทรกสอดแนวแกนแสงเอียง (off-center optic axis figure) ผลึกที่มีแกนแสงเอียงจากแท=นวางวัตถุจะมีสีแทรกสอดที่ตำแหน=ง 45o แต=ไม=เปnนสีแทรกสอด ลำดับสูงสุด (B.F. ¹ maximum) ภาพแทรกสอดที่เกิดเมื่อศึกษาแบบโคโนสโคป~กยังคงมีแถบดำไอโซ ไจรี แต=จะมีมีลาโทปเอียงจากศูนย$กลางกล;องออกไป ถ;าเอียงมากๆ จะไม=เห็นมีลาโทปในภาพ เพราะ ตำแหน=งของแกนแสงย;ายออกไปอยู=ไกลจากศูนย$กลางของกล;อง และจะเห็นไอโซไจรีแถบเดียว แถบ ของไอโซไจรีมีขนาดใหญ=ขึ้น การหมุนแท=นวางวัตถุ แกนแสงจะเคลื่อนที่ไปด;วย ไอโซไจรีจะเคลื่อนที่ตามการหมุน การ เคลื่อนที่ของไอโซไจรีจะทำให;หาตำแหน=งแกนแสงนอกพื้นที่ภาพได; และบอกได;ไอโซไจรีที่เห็นเปnน แถบไอโซไจรีในแนวใด และคั่นอยู=ระหว=างสีแทรกสอดในส=วนวงกลมใด (quadrant) ดังรูปที่ 5.16 3) ภาพแทรกสอดแนวแกนแสงนอน (flash figure) เมื่อแกนแสงอยู=แนวนอนในตำแหน=ง 90o จะมองเห็นไอโซไจรีใหญ=ขึ้น แต=ความคมเข;มของ ภาพจะจางลง และเมื่อหมุนผลึกไปเล็กน;อยไอโซไจรีจะแยกตัวออกและเคลื่อนที่ไปทางด;านปลาย แกนแสงทั้งสองด;าน ถ;าหมุนไปที่ตำแหน=ง 45o จะเห็นเพียงสีแทรกสอด สีแทรกสอดในภาพจะมีสีแตกต=างกันจากระยะทางที่แตกต=างกัน จากมุมของรังสีที่เอียงทำ มุมกับแกนแสงไม=เท=ากัน ทำให;แต=ละรังสีแสงกำเนิดไบรีฟริงเจนซ$ที่ไม=เท=ากัน และผ=านผลึกที่ระยะทาง ต=างกัน (ความหนาต=าง) ดังรูปที่ 5.16 รังสีที่ตรงขึ้นมามีไบรีฟริงเจนซ$สูงสุด ส=วนรังสีที่เอียงทำมุมกับ 61
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU แกนแสงจะมีไบรีฟริงเจนซ$เท=าเดิมหรือลดลง แต=ผ=านผลึกที่มีความหนาเพิ่มขึ้น ทำให;ได;เฉดสีของการ แทรกสอดไม=เหมือนวงสีแบบเส;นโค;งสมรงค$ สีแทรกสอดที่เกิดจากรังสีเอียงในแนวแกนแสงจะมีไบรีฟริงเจนซ$ต่ำลงทางด;านปลายแกน แสง (สีแทรกสอดลดลงจากจุดศูนย$กลางออกด;านนอก) ส=วนสีแทรกสอดที่เกิดจากรังสีเอียงใน แนวตั้งฉากกับแกนแสงจะมีไบรีฟริงเจนซ$เท=าศูนย$กลาง แต=มีความหนาเพิ่มขึ้น (สีแทรกสอดเพิ่มขึ้น จากศูนย$กลางออกด;านนอก) 4) การหาสัญลักษณ;ทางแสงโดยอุปกรณ;เปลี่ยนความเร็วคลื่นแสง เมื่อเห็นสีแทรกสอดของแร= จากการสอดแอนาไลเซอร$ อุปกรณ$เปลี่ยนความเร็วคลื่นแสง สามารถทำให;สีแทรกสอดเปลี่ยนแปลงได; ในทางเพิ่มขึ้นหรือลดลงของระยะทางที่แตกต=าง ขึ้นอยู=กับ แนวรังสีคลื่นเคลื่อนที่เร็ว หรือแนวรังสีเคลื่อนที่ช;าในผลึกกับในอุปกรณ$เปลี่ยนความเร็วคลื่นแสง อยู= ในแนวเดียวกันหรือไม= ถ;าอยู=แนวเดียวกันจะเสริมกันให;ระยะทางแตกต=างรวมเพิ่มขึ้น ถ;าต=างแนวกัน จะทำให;ระยะทางที่แตกต=างลดลง การสอดอุปกรณ$เปลี่ยนความเร็วคลื่นแสง จะทำให;สีแทรกสอดใน แต=ละส=วนวงกลมเปลี่ยนแปลง แผ=นยิปซัมจะทำให;มีการเปลี่ยนแปลงระยะทางที่แตกต=างเพิ่มขึ้นหรือลดลง 1 l หรือมีสี แทรกสอดเปลี่ยนแปลง 1 ลำดับ แผ=นไมกาจะทำให;มีการเปลี่ยนแปลงระยะทางที่แตกต=างเพิ่มขึ้นหรือลดลง 1/4 l หรือมีสี แทรกสอดเปลี่ยนแปลง 1/4 ลำดับ แผ=นควอตซ$รูปลิ่มจะทำให;มีการเปลี่ยนแปลงระยะทางที่แตกต=างค=อยๆเพิ่มขึ้นหรือลดลง จนถึงหลาย l หรือมีสีแทรกสอดเปลี่ยนแปลงไปได;หลายลำดับ การตรวจสอบสัญลักษณ$ทางแสงในภาพแทรกสอดแบบภาพแนวแกนแสง สำหรับแร=ที่มีไบ รีฟริงเจนซ$ต่ำสามารถทำได;โดยสอดแผ=นยิปซัมและตรวจสอบการเปลี่ยนสีในแต=ละส=วนวงกลม ถ;า ส=วนที่ 1, 3 มีลำดับสีแทรกสอดเพิ่มขึ้น และส=วนที่ 2, 4 มีลำดับสีแทรกสอดลดลง แสดงถึงแนวรังสี E เปnนแนวรังสีเคลื่อนที่ช;า แนวรัวสี O เปnนแนวรังสีเคลื่อนที่เร็ว กรณีนี้ nE > nO เปnนผลึกแกนแสงเดี่ยว แบบบวก และถ;าเกิดปรากฏการณ$ตรงข;ามจะเปnนผลึกที่มี nO > nE เปnนผลึกแกนแสงเดี่ยวแบบลบ (รูปที่ 5.17) การตรวจสอบสัญลักษณ$ทางแสง ในภาพแทรกสอดแบบแนวแกนแสง สำหรับแร=ที่มีไบรีฟริง เจนซ$สูง (เห็นวงสีเส;นโค;งสมรงค$) สามารถทำได;โดยสอดแผ=นไมกาและตรวจสอบการเคลื่อนที่ของวง แดงในแต=ละส=วนวงกลม ถ;าส=วนที่ 1, 3 มีการเคลื่อนที่ของวงแดงออกนอกศูนย$กลางและเกิดจุดดำ บริเวณที่ติดกับมีลาโทป และส=วน 2, 4 วงแสงมีการเคลื่อนที่เข;าสู=ศูนย$กลางแสดงถึงแนวรังสี E เปnน แนวรังสีเคลื่อนที่ช;า แนวรัวสี O เปnนแนวรังสีเคลื่อนที่เร็ว กรณีนี้ nE > nO เปnนผลึกแกนแสงเดี่ยวแบบ บวก และถ;าเกิดปรากฏการณ$ตรงข;ามจะเปnนผลึกที่มี nO > nE เปnนผลึกแกนแสงเดี่ยวแบบลบ 62
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU การตรวจสอบสัญลักษณ$ทางแสงจากภาพแทรกสอดแบบภาพแนวแกนแสงเอียง ซึ่งอาจเห็น ไอโซไจรีเพียงข;างเดียว ให;ตรวจสอบส=วนที่เปnนสีแทรกสอดว=าเปnนส=วนของวงกลมส=วนใด แล;ว ตรวจสอบตามขั้นตอนเหมือนในภาพแทรกสอดแบบภาพแนวแกนแสง รูปที่ 5.17 การหาสัญลักษณKทางแสงของผลึกแกนแสงเดี่ยวโดยอุปกรณKเปลี่ยนความเร็วคลื่นแสง (ดัดแปลง จาก www.studfile.net/preview/3571978/page:11) 5.9.2 ภาพแทรกสอดของผลึกแกนแสงคู4 (biaxial interference figure) การเกิดการแทรกสอดในภาพแทรกสอดของผลึกแกนแสงคู= จากรังสีรูปกรวย จะแตกต=างจากผลึก แกนแสงเดี่ยว เนื่องจากผลึกแกนแสงคู=มีแกนแสงสองแกน ดังนั้นปรากฏการณ$ที่เกิดขึ้นจะเกิดขึ้นรอบแกน แสงทั้งคู= และมีลักษณะของแถบสีแทรกสอดและไอโซไจรีที่แตกต=างจากในผลึกแกนแสงเดี่ยว ภาพที่เห็นมีได; หลายแบบ ขึ้นอยู=กับทิศทางการวางตัวของแสงที่ผ=านผลึกขึ้นมา เทียบกับแนวส=วนประกอบเครื่องแสดง ลักษณะทางแสง และภาพเมื่อผลึกวางในตำแหน=งมืด (90o ) กับตำแหน=งที่ผลึกแสดงสีแทรกสอด (45o ) จะ ต=างกัน (รูปที่ 5.18) รูปที่ 5.18 ภาพแทรกสอดของผลึกแกนแสงคูDที่แกนแสงวางตัวในลักษณะแตกตDางกัน (ดัดแปลงจาก www.viva.pressbooks.pub/petrology/chapter/2-8-interference-figures) 63
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU 1) ภาพแทรกสอดแนวแกนแบ4งครึ่งมุมแหลม (acute bisectrix figure, Bxa figure) ภาพแทรกสอดแนวแกนแบ=งครึ่งมุมแหลมเกิดจากการตัดผลึกในแนวตั้งฉาก กับแกนแบ=งครึ่ง มุมแหลม (Bxa) ตำแหน=งกลางภาพจะเปnนตำแหน=ง Bxa และมีแกนแบ=งครึ่งมุมปìาน (Bxo) ตั้งฉากกับ Bxa ในแนวระนาบ มีตำแหน=งของแกนแสง (O.A) อยู=บนแนวเส;น Bxo ห=างออกจาก Bxa ออกไป เท=าใดขึ้นอยู=กับมุมระหว=างแกนแสงทั้งสอง (2Vo ) ถ;ามุมระหว=างแกนแสงแคบ ตำแหน=งแกนแสงจะ ปรากฏในภาพแทรกสอด ถ;ามุมกว;างตำแหน=งแกนแสงจะอยู=นอกพื้นที่ภาพแทรกสอดที่มองเห็น เมื่อ หมุนผลึกตัวอย=าง แกนต=าง ๆ จะหมุนและย;ายตำแหน=งไปด;วย ยกเว;นแกน Bxa จะหมุนอยู=กับที่ ภาพแทรกสอดที่เกิดขึ้นที่ตำแหน=ง 90o ไอโซไจรีจะวางตัวแนว NS-EW ตัดกันเปnนมุมฉากที่ ตำแหน=ง Bxa ไอโซไจรีด;านที่มีแกนแสงอยู=ด;วยมีขนาดใหญ=กว=าด;านที่ไม=มีแกนแสง ผลึกแร=ที่มีไบรีฟริง เจนซ$ต่ำจะมีสีแทรกสอดสีเดียว ผลึกแร=ที่มีไบรีฟริงเจนซ$สูงจะแสดงวงแสงสีล;อมรอบแกนแสง จึงมี 2 วง เมื่อหมุนให;ผลึกอยู=ในตำแหน=ง 45o ไอโซไจรีจะแยกออกจากกัน ตามระยะห=างของแกนแสง (2Vo ) และบิดออกเปnนแนวโค;งล;อมแกนแสง ทั้งสองแกน จะหันแนวโค;งของไอโซไจรีเข;าหาตำแหน=ง Bxa การประมาณค=ามุม 2Vo ระหว=างแกนแสงทั้งสองแกน ที่เปnนค=าเฉพาะของผลึกแร=แต=ละชนิด ดู ได;จากระยะห=างของไอโซไจรีเมื่อผลึกแร=วางตัวอยู=ในตำแหน=ง 45o o ตำแหน=ง 45o มุม 2Vo แคบ (small 2Vo , 0-30o ) ไอโซไจรีจะขยับออกห=างจาก Bxa ไม=มาก o ตำแหน=ง 45o มุม 2Vo ปานกลาง (medium 2Vo , 30-60o ) ไอโซไจรีขยับออกห=างจาก Bxa มากขึ้นแต=ยังอยู=ในภาพที่มองเห็น o ตำแหน=ง 45o มุม 2Vo กว;าง (large 2Vo , 0-30o ) ไอโซไจรีขยับออกห=างจาก Bxa มาก และ เคลื่อนที่ออกจากภาพที่มองเห็น off-center Bxa figure ถ,าการตัดผลึก ไมDตั้งฉากกับแนวการวางตัวของ Bxa ในภาพแทรกสอดจะมีตำแหนDงของ Bxa ไมDอยูDที่ ศูนยKกลางผลึก ผลึกยังคงแสดงปฏิกิริยาทางแสงเหมือนกับภาพแทรกสอดแบบ Bxa แตDภาพการแยก ไอโซไจรีไมDสมมาตร เมื่อเคลื่อนที่เทียบจากจุดศูนยKกลางภาพ 2) ภาพแทรกสอดแนวแกนแสง (Optic axis figure, O.A figure) ภาพแทรกสอดแนวแกนแสง ที่เกิดจากการตัดผลึกในแนวตั้งฉากกับแกนแสง แกนใดแกน หนึ่ง เปnนแนวตัดที่ไม=มีค=าไบรีฟริงเจนซ$ (B.F. = 0) ผลึกไม=แสดงสีแทรกสอดเมื่อสอดแอนาไลเซอร$ เมื่อศึกษาแบบโคโนสโคป~ก จะมีตำแหน=งของแกนแสง (O.A) อยู=กลางภาพ ในตำแหน=ง 90o โอโซไจรี จะอยู=ในแนวตรงตามแนว N-S หรือ E-W ขึ้นอยู=กับ Bxa อยู=แนวใด และในตำแหน=ง 45o ไอโซไจรีจะ โค;งงอล;อมรอบแกนแสง และหันด;านนอกของแนวโค;งเข;าหา Bxa (รูปที่ 5.18) การโค;งของแนวไอโซไจรี ที่ตำแหน=ง 45o จะมีมุมการโค;งที่ไม=เท=ากัน ขึ้นอยู=กับมุม 2Vo ระหว=างแกนแสงทั้งสอง มุม 2Vo แคบ มุมภายในไอโซไจรีที่โค;งจะมีค=าน;อย ได;เส;นโค;งงอมาก ถ;ามุม 2Vo กว;าง มุมภายในไอโซไจรีที่โค;งจะมีค=ามาก ได;เส;นแนวการโค;งงอน;อย (เส;นไอโซไจรี ค=อนข;างตรง) 64
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU off-center optic axis figure ถ,าตัดผลึกเอียงจากแนวแกนแสง ภาพแทรกสอดที่ได,จะมีตำแหนDงแกนแสง ไมDอยูDตรงศูนยKกลางของ ภาพ การภาพที่ได,จะเปPนภาพที่เห็นไอโซไจรีแขนเดียวที่มีตำแหนDงแกนแสงไมDอยูDตรงกลางภาพ เมื่อ หมุนแทDนวางวัตถุ ภาพไอโซไจรีจะเคลื่อนที่แบบขวางคล,ายภาพแทรกสอดแบบแนวแกนแสง 3) ภาพแทรกสอดแนวแกนแบ4งครึ่งมุมปôาน (obtuse bisectrix figure, Bxo figure) ภาพแทรกสอดที่เกิดจาการตัดผลึกเสมือนตัดแกนแบ=งครึ่งมุมปìาน (Bxo) ของอินดิเคทริกซ$ หรือแกนแบ=งครึ่งมุมปìานตั้งฉากกับแท=นวางวัตถุ ผลึกแสดงสีแทรกสอดในช=วงกลาง (B.F. = nz - ny) แกนแสงทำมุมกับแกนแบ=งครึ่งมุมปìานมากกกว=า 45o ภาพนี้แกนแสงจะอยู=นอกภาพแทรกสอด เมื่อ ผลึกอยู=ในตำแหน=ง 90o จะเห็นไอโซไจรีคล;ายกับที่เห็นในภาพแทรกสอดแนวแกนแบ=งครึ่งมุมแหลม แต=มีขนาดกว;างกว=า และเมื่อหมุนแท=นวางวัตถุไอโซไจรีจะเคลื่อนที่ออกไปหาแกนแสงด;านนอกภาพ และที่ 45o จะเห็นเฉพาะแถบของเส;นโค;งสมรงค$ที่อ;อมไปล;อมรอบแกนแสงทั้งสองด;าน (รูปที่ 5.18) 4) ภาพแทรกสอดแนวตั้งฉากระนาบแกนแสง (optic normal figure, flash figure) ภาพแทรกสอดแนวตั้งฉากกับระนาบแกนแสงหรือภาพแทรกสอดแบบแกนแสงราบ ผลึกที่ แสดงสีแทรกสอดสูงสุด (B.F. = nz - nx) จะให;ภาพไอโซไจรีที่ใหญ=และจางในตำแหน=ง 90o และเมื่อ หมุนแท=นวางวัตถุไอโซไจรีจะเคลื่อนที่ออกจากกันและไปหาแกนแสงทั้งสองอย=างรวดเร็ว ที่ตำแหน=ง 45o จะเห็นเฉพาะสีแทรกสอด ซึ่งสีแทรกสอดจะสูงขึ้นออกไปทางด;านนอก (รูปที่ 5.18) 5) การหาสัญลักษณ;ทางแสงโดยอุปกรณ;เปลี่ยนความเร็วคลื่นแสง ให;ทำการตรวจสอบแบบเดียวกันกับในผลึกแบบแกนแสงเดี่ยว โดยใช;อุปกรณ$เปลี่ยน ความเร็วคลื่นแสง (accessory plate) ทำการตรวจสอบโดยพิจารณาการเปลี่ยนสีแทรกสอดเมื่อ สอดอุปกรณ$ ในแต=ละส=วนวงกลม พิจารณาในพื้นที่ใต;โค;งของไอโซไจรีที่ตำแหน=ง 45o (รูปที่ 5.19) รูปที่ 5.19 การหาสัญลักษณKทางแสงของผลึกแกนแสงคูDโดยอุปกรณKเปลี่ยนความเร็วคลื่นแสง (ดัดแปลงจาก www.studfile.net/preview/3571978/page:11) 65
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU 5.10 เครื่องแสดงลักษณะทางแสง (Indicatrix) การอธิบายแนวค=าดัชนีหักเหของผลึก เมื่อแสงเดินทางผ=านผลึกในแนวต=างๆ จะใช;เครื่องแสดง ลักษณะทางแสง (indicatrix) เครื่องแสดงลักษณะทางแสงจะเปnนทรงสามมิติที่มีรัศมีเปnนค=า n แนวต=าง ๆ ของผลึก ผลึกที่มี n มีค=าเดียว เครื่องแสดงลักษณะทางแสงของผลึกนั้นจะเปnนทรงกลม (sphere) ผลึกที่มี n หลายค=า เครื่องแสดงลักษณะทางแสงของผลึกจะเปnนทรงรี (ellipsoid/spheroid) และทรงรีมีหลายแบบ เครื่องแสดงลักษณะทางแสงนี้จะวางตัวในผลึก เทียบกับแนวแกนผลึกที่ไม=เหมือนกัน การอธิบายค=า n ของ ผลึกเมื่อแสงผ=านผลึกในแนวหน;าตัดต=าง ๆ เสมือนการตัดเครื่องแสดงลักษณะทางแสงผ=านจุดศูนย$กลาง และ สามารถอธิบายค=า n ในแต=ละแนวได;ด;วยหน;าตัดของเครื่องแสดงลักษณะทางแสงเหล=านี้ 5.10.1 เครื่องแสดงลักษณะทางแสงแบบไอโซทรอปìก (Isotropic indicatrix) ผลึกหรือวัสดุแบบไอโซทรอป~กมีค=า n ในทุก ๆ แนวเหมือนกัน มีค=า n มีค=าเดียว เครื่องแสดง ลักษณะทางแสงจะมีรัศมีเท=ากันหมด ได;รูปทรงของเครื่องแสดงลักษณะทางแสงเปnนทรงกลม ทรงกลมนี้จะ สวมไปบนผลึก โดยมีจุดศูนย$กลางของเครื่องแสดงลักษณะทางแสงทับกับแนวจุดศูนย$กลาง (a1 a2 a3) ของ ผลึก เมื่อตัดผลึกแนวไหน ก็จะเสมือนตัดเครื่องแสดงลักษณะทางแสงแล;วได;หน;าตัดเปnนวงกลม (รูปที่ 5.20) แสงที่สั่นสะเทือนในแนวรัศมีของเครื่องแสดงลักษณะทางแสงก็จะทำให;ผลึกมีค=า n ตามแนวนั้น แสงที่ผ=าน หน;าตัดเครื่องแสดงลักษณะทางแสงไอโซทรอป~ก จะมีค=า n ค=าเดียว เหมือนกันทุกทาง รูปที่ 5.20 เครื่องแสดงลักษณะทางแสงแบบไอโซทรอปèกมีคDา n คDาเดียวที่เหมือนกันทุกแนว 5.10.2 เครื่องแสดงลักษณะทางแสงของผลึกแกนแสงเดี่ยว (Uniaxial indicatrix) ผลึกแอนไอโซทรอป~กแบบผลึกแกนแสงเดี่ยว มีค=า n ของแต=ละแนวโครงสร;างไม=เหมือนกัน ต=างกัน 2 แนวหลัก ตามแนวแกนผลึก a และ c มีค=า n ของผลึกแปรเปลี่ยนจาก nO, nE', nE เครื่องแสดงลักษณะ ทางแสงจึงสร;างด;วยค=า n และกำหนดให;แนวแกนแสง (optic axis) อยู=ในแนวเส;นผ=านศูนย$กลางแนวตั้ง รูปทรงของเครื่องแสดงลักษณะทางแสงแบบแกนแสงเดี่ยว จึงมีรัศมีของทรงกลมในแนวตั้งเปnน nE และแนวนอน ระนาบที่ตั้งฉากกับแกนแสงมีรัศมีเปnน nO มีรูปทรงสองแบบ ตามค=าความต=างระหว=าง nE และ nO ผลึกแกนแสงเดี่ยวบวก (nE > nO) จะมีรูปร=างเปnนทรงกลมรีที่มีขั้วยาว หรือแกนตั้งยาว (prolate 66
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU spheroid) ผลึกแกนแสงเดี่ยวลบ (nO > nE) จะมีรูปร=างเปnนทรงกลมรีที่มีขั้วสั้น หรือแกนตั้งสั้น (oblate spheroid) ดังรูปที่ 5.21 ภาคตัดขวางผ=านจุดศูนย$กลางในแนวดิ่ง (ขนานแกนแสง) ของเครื่องแสดงลักษณะทางแสง จะเปnน วงรีที่มีรัศมีเปnน nE และ nO เปnนรัศมีสั้นสุดและยาวสุด เรียกว=าภาคตัดหลัก (principle section) ภาคตัดขวางผ=านจุดศูนย$กลางในแนวระนาบ (ตั้งฉากกับแกนแสง) จะเปnนวงกลมที่มีรัศมีเปnน nO เท=ากัน เรียกว=าภาคตัดวงกลม (circular section) ภาคตัดขวางแนวอื่นจะเปnนวงรีที่มีรัศมีเปnน nE' และ nO เรียก ภาคตัดวงรี (ellipse section) ดังรูปที่ 5.22 รูปที่ 5.21 เครื่องแสดงลักษณะทางแสงแบบแกนแสงเดี่ยว รูปที่ 5.22 ภาคตัดแนวตDาง ๆ ของเครื่องแสดงลักษณะทางแสงแบบแกนแสงเดี่ยว 67
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU เครื่องแสดงลักษณะทางแสงของผลึกแกนแสงเดี่ยววางแนวแกนแสงทับแนวแกน c ของผลึก เมื่อ เทียบทิศทางการสั่นสะเทือนของคลื่นแสงที่ผ=านผลึก ก็จะเหมือนกับผ=านในเครื่องแสดงลักษณะทางแสงด;วย การตัดผลึกแล;วให;แสงผ=านในทิศทางที่ตั้งฉากกับหน;าตัดนั้น ก็อธิบายค=า n และ B.F. ได;ตามแนวหน;าตัดใน เครื่องแสดงลักษณะทางแสงและผลึกเหล=านี้มีแนวโพลารอยด$ขนานขอบผลึกจึงแสดงการมืดแบบมืดขนาน 5.10.3 เครื่องแสดงลักษณะทางแสงของผลึกแกนแสงคู4 (Biaxial indicatrix) ผลึกแอนไอโซทรอป~กชนิดแกนแสงคู=มีแกนแสงสองแกนและมีแนวโพลารอยด$ตามโครงสร;างที่ ต=างกัน 3 ทิศทาง คือ X Y และ Z มีค=า n แต=ละแนวโพลารอยด$ต=างกันเปnน nx ny และ nz ตามลำดับ ดังนั้น เครื่องแสดงลักษณะทางแสงของผลึกแกนแสงคู=จึงมีรัศมีเปnนค=า nx ny และ nz เครื่องแสดงลักษณะทางแสงแบบแกนแสงคู= วางให;แนว nz (สูงสุด) อยู=ในแนวตั้ง nx อยู=ในแนวนอน ny อยู=ในแนวตั้งฉากกับแกนแสง แกนแสงอยู=ในระนาบ XZ ระนาบนี้เรียกว=าระนาบแกนแสง (optic axis plane, O.A.P) มุมระหว=างแกนแสงทั้งคู=เรียกว=ามุม 2Vo (2V angle) แนว Z หรือ X อาจเปnนเส;นแบ=งครึ่ง มุมแหลมของมุมระหว=างแกนแสง (acute bisectrix, Bxa) หรือเส;นแบ=งครึ่งมุมปìานของมุมระหว=างแกนแสง (obtuse bisectirx, Bxo) แนวรัศมีที่มีค=าเปnน ny และตั้งฉากกับระนาบแกนแสงเรียกว=า แนวตั้งฉากระนาบ แกนแสง (optic normal) ผลึกแกนแสงคู=แบบบวกจะมี Z = Bxa และ X = Bxo ผลึกแบบแกนแสงคู=ลบจะ มี X = Bxa และ Z = Bxo (รูปที่ 5.23) รูปที่ 5.23 เครื่องแสดงลักษณะทางแสงแบบแกนแสงคูD ภาคตัดหลักของเครื่องแสดงลักษณะทางแสง ในผลึกแกนแสงคู= คือภาคตัดที่มีรัศมีเปnนค=า n สูงสุด (nz) และค=า n ต่ำสุด (nx) เปnนภาคตัดที่มีค=า B.F. สูงสุด ภาคตัดวงกลม ตัดตั้งฉากกับแกนแสง มีค=า n ค=า เดียว (ny) เปnนภาคตัดที่มีค=า B.F. = 0 ภาคตัดอื่นจะมีค=า B.F. ระหว=าง 0 - สูงสุด (รูปที่ 4.7) เครื่องแสดงลักษณะทางแสงแบบแกนแสงคู= จะวางตัวในผลึก ในผลึกแต=ละระบบต=างกัน โดยมีการ วางแนวโพลารอยด$ X Y และ Z เทียบกับแกนผลึกในแต=ระบบผลึกดังนี้ ผลึกระบบออร$โทรอมบิก มีแนวแกนผลึกตั้งฉากกันทั้งสามแกน แนวโพลารอยด$ X Y หรือ Z อาจ วางอยู=ในแนวทับแกนผลึก a b หรือ c แนวแกนใดแกนหนึ่งอาจจะเปnน X Y หรือ Z แกนผลึกที่เหลือจะเปnน แนวโพลารอยด$ที่เหลือ ผลึกระบบนี้มีแนวโพลารอยด$ขนานกับขอบผลึก จึงแสดงการมืดแบบมืดขนาน (parallel extinction) 68
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU ผลึกระบบโมโนคลินิก เปnนผลึกระบบหนึ่งแกนเอียง มีแนวแกนผลึก a เอียงมาจากแกน c ไม=เท=ากับ 90o (b ¹ 90o ) ผลึกระบบโมโนคลินิกมักมีแนวโพลารอยด$ Y ทับอยู=ในแนวแกนผลึก b และแนวระนาบ แกนแสง (optic axis plane = xz-plane) อยู=ในแนวระนาบแกนผลึก a-c (ac- plane) โดยแนวโพลารอยด$ X และ Z ไม=ขนานกับแกนผลึก a และ c ผลึกระบบนี้มีแนวโพลารอยด$ไม=ขนานกับขอบผลึก ทำให;แสดงการ มืดแบบเอียง (inclined extinction) ผลึกระบบไทรคลินิก เปnนผลึกที่มีแนวแกนผลึกทั้งสามแกนไม=ตั้งฉากกัน ( g ¹ a ¹ b ¹ 90o ) ผลึกในระบบนี้ มีแนวโพลารอยด$ X Y และ Z ที่วางตัวไม=ทับกับแนวแกนผลึกใดๆเลย ไม=ขนานกับขอบผลึก ทำให;แสดงการมืดแบบเอียง คำถามท(ายบท 1. ถ;าเราขัดแร=ที่มีค=า B.F. = 0.09 บาง 40 ไมครอน เราจะเห็นสีแทรกสอดของแร=นั้นเปnนสีอะไร 2. เพราะเหตุใดแร=ทัวร$มาลีนจึงแสดงการเปลี่ยนสีในบางมิติและไม=แสดงการเปลี่ยนสีในบางมิติ 3. แร=กลุ=มใดแสดงลักษณะการมืดแบบขนาด จงอธิบายเหตุผลพร;อมวิธีศึกษาภายใต;กล;องจุลทรรศน$ฯ 4. จงแสดงวิธีทำเพื่อหาค=า path difference ของแร=ไบโอไทต$ในแผ=นหินบางมาตรฐานที่มีค=า n เท=ากับ 1.651 และ 1.696 รวมทั้งสีและลำดับขั้นของ interference color โดยแสดงผ=านการ พลอต Michel-Levy Chart 5. จงแสดงสัญลักษณ$ทางแสงของผลึกการ$เน็ต เซอร$คอน และไดออปไซด$ 6. จงอธิบายวิธีการจำแนกควอตซ$และอะพาไทต$ภายใต;กล;องด;วยปฏิกิริยาแสงที่ระยะอนันต$ 69
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU “ กลุ<มแร<ซิลิเกต (Silicate mineral) เปLนกลุ<มแร<ที่มีมากมายหลายชนิดและมีปริมาณมากถึง 90% ของ จำนวนแร<ทั้งหมดที่พบบนเปลือกโลก ธาตุที่เกิดในกลุ<มซิลิเกตมีถึง 1 ใน 3 ของธาตุต<าง ๆ ที่พบในโลกนี้ ชนิดของแร<ซิลิเกตที่สำคัญและมีมากที่สุดมี 2 ชนิด คือ กลุ<มแร<เฟลดhสปารh (feldspars) มีถึง 60% และควอตซhมีถึง 12% ของปริมาณแร<ซิลิเกตทั้งหมด อนุมูลของกลุ<มแร<ซิลิเกตประกอบดmวยธาตุซิลิกอน (Si) และออกซิเจน (O2) จับตัวกันเปLนรูปสามเหลี่ยมสี่หนmา ที่เรียกกันว<า ซิลิกอน-ออกซิเจน เตตระฮี ดรอน (silicon-oxygen tetrahedron) เหตุผลที่พบแร<ซิลิเกตมากเพราะธาตุซิลิกอนและธาตุออกซิเจนเปLนธาตุที่มีปริมาณมาก กระจัด กระจายไปทั่วเปลือกโลก คือมี ธาตุออกซิเจน 47% ธาตุซิลิกอน 28% และธาตุอะลูมิเนียม 8% เมื่อ เทียบกับปริมาณธาตุอื่นบนเปลือกโลก แต<ถึงจะพบปริมาณซิลิเกตมาก แต<ก็มีเพียงไม<กี่ธาตุที่เกิดร<วมกับ อนุมูลซิลิเกต ที่พบมากไดmแก< ธาตุโพแทสเซียม (K) และธาตุโซเดียม (Na) หรืออาจกล<าวไดmว<าแร<ซิลิ เกตเปLนแร<ประกอบหิน (rock-forming minerals) ที่เปLนส<วนประกอบของแข็งสำคัญของโลก 71
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU บทที่ 6 แร6นีโซซิลิเกต Chapter 6 Nesosilicates
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU บทที่ 6 แรUนีโซซิลิเกต กลุ=มนีโซซิลิเกต (Nesosilicates group) หรือออร$โทซิลิเกต (Orthosilicates group) มีโครงสร;าง ง=ายที่สุดในบรรดากลุ=มแร=ซิลิเกต ประกอบด;วยโมเลกุลของซิลิกอนเตตระฮีดรอน (Silica tetrahedron) เพียงตัวเดียว อัตราส=วน Si:O = 1:4 แต=ละโมเลกุลซิลิกอนเตตระฮีดรอนจะเหลือประจุ 4 ประจุสำหรับเกาะ กับไอออนบวกอื่น เช=น Fe Mg Mn Ca และ Al ด;วยพันธะไอออนิก โดยไม=ต;องใช;ออกซิเจนเปnนตัวเชื่อม ประสาน การอัดตัวในโครงสร;างของอะตอมค=อนข;างแน=น จึงทำให;ความถ=วงจำเพาะของแร=หมู=นี้ค=อนข;างสูง เนื่องจากซิลิกอนเตตระฮีดรอนเปnนอิสระต=อกันไม=มีการเชื่อมต=อเปnนแนวหรือแผ=น จึงพบว=าแร=หมู=นี้ไม=แสดง แนวแตกเรียบที่ชัดเจน รูปผลึกมีขนาดเท=ากันทุกทิศทาง มีการแทนที่ของ Al ใน Si ค=อนข;างต่ำ ตัวอย=างของ แร=ในกลุ=มนีโซซิลิเกตที่สำคัญได;แก= 1) กลุ4มโอลิวีน (Olivine) มีสูตรโมเลกุลเปnน (Mg,Fe)2 SiO4 ประกอบด;วยแร=ที่สำคัญได;แก= o ฟอร$สเตอไรต$ (Forsterite) - Mg2SiO4 o ฟายาไลต$(Fayalite) - Fe2SiO4 2) กลุ4มการ;เน็ต (Garnet) มีสูตรโมเลกุลเปnน X3Y2(SiO4)3 โดยที่ X อาจจะเปnน Fe, Ca, Mg, Mn และ Y อาจจะเปnน Al Fe Cr แบ=งเปnน 2 กลุ=มได;แก= o แร=การ$เน็ตกลุ=มไพราลสไพต$(pyralspite group) ประกอบด;วย ไพโรป (Pyrope) - Mg3Al2(SiO4)3 แอลแมนดีน (Almandine) - Fe3Al2(SiO4)3 สเปสซาร$ทีน (Spessartine) - Mn3Al2(SiO4)3 o แร=การ$เน็ตกลุ=มอูแกรนไดต$(ugrandite group) ประกอบด;วย อูวาโรไวต$(Uvarovite) - Ca3Cr2(SiO4)3 กรอสซูลาร$ (Grossular) - Ca3Al2(SiO4)3 แอนดราไดต$ (Andradite) - Ca3Fe2(SiO4)3 3) กลุ4มอะลูมิโนซิลิเกต (Alumino-silicate) ได;แก= ซิลิมาไนต$(Silimanite) ไคยาไนต$(Kyanite) และ แอนดาลูไซต$(Andalusite) ที่เปnนพหุผลึก (polymorph) แต=มีสูตรเคมีAl2SiO5 เหมือนกัน 4) สตอโรไลต;(Staurolite) - Fe,Mg,Zn)2Al9(Si,Al)4O20(OH)4 5) ไททาไนต;(Titanite) - CaTiSiO5 6) โทแพซ (Topaz) - Al2SiO4(F,OH)2 7) เซอร;คอน (Zircon) - ZrSiO4 75
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU 6.1 กลุ4มโอลิวีน (Olivine) โอลิวีนเปnนแร=ในระบบสามแกนต=าง (Orthorhombic system) รูปผลึกทั่วไปมักผสมระหว=างฟอร$ม ของปริซึม 3 ฟอร$ม พีนาคอยด$ (pinacoid) 3 ฟอร$ม และพีระมิดคู= (dipyramid) 1 ฟอร$ม ผลึกมักแบนราบ ขนานตามแนว {100} หรือ {010} คุณสมบัติทางเคมีทั่วไปประกอบด;วยธาตุแมกนีเซียมและเหล็กที่แทนที่กัน ได;กับซิลิกอนเตตระฮีดรอน (Mg, Fe)2SiO4 เปnนผลึกผสมเนื้อเดียวอย=างสมบูรณ$ อยู=ระหว=างแร=ฟอร$สเทอร$ ไรต$ (Forsterite : Mg2SiO4) และฟายาไลต$ (Fayalite: Fe2SiO4) ภายใต;อุณหภูมิที่แตกต=างกันดังรูปที่ 6.1 และสามารถเขียนเปnนสัดส=วนของของฟอร$สเทอร$ไรต$(Fo) และฟายาไลต$(Fa) ได; เช=น Fo70Fa30 ส=วนใหญ= พบโอลิวีนที่มีปริมาณของ Mg มากกว=า Fe2+ จึงทำให;สูตรของฟอร$สเทอร$ไรต$มีปริมาณมากกว=าฟายาไลต$ โดยมักพบเปnนเม็ดฝ§งตัวอยู=ในหินหรือเกาะกันเปnนกลุ=มก;อน (massive) รูปที่ 6.1 แผนภาพแสดงการตกผลึกของโอลิวีนที่อุณหภูมิตDางกัน (Deer et al., 1992) โอลิวีนสามารถจำแนกได;จากสัดส=วนของแมกนีเซียมและเหล็ก โดยใช;สมการ Fo-content = Fo/(Fo+Fa) x 100 นั่นคือ Fo-content = Mg/(Mg+Fe) x 100 จำแนกได;เปnน 5 ชนิด ได;แก= Fo-content 70-90% --> Chrisotile Fo-content 50-70% --> Hyalosiderite Fo-content 30-50% --> Hotonolite Fo-content 10-30% --> Ferro-Hotonolite Fo-content 0-10% --> Fayalite โอลิวีนมีความถ=วงจำเพาะ (S.G.) ระหว=าง 3.27 ถึง 3.37 โดยความถ=วงจำเพาะจะเพิ่มขึ้นตาม ปริมาณของ Fe2+ โอลิวีนแสดงสีเขียวอมเหลืองอ=อนจนถึงเขียวมะกอก (รูปที่ 6.2) ประกายคล;ายแก;วใน ลักษณะโปร=งใสถึงโปร=งแสง มีความแข็งอยู=ในระดับ 6.5-7 ตามมาตราส=วนความแข็งของโมห$และมีรอยแตก คล;ายฝาหอย 76
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU รูปที่ 6.2 ผลึกโอลิวีน (ซ,าย) ภาพถDายภายใต,กล,องจุลทรรศนKฯ (กลาง) แบบแสงธรรมดา (ขวา) แบบแสง โพลาไรซKที่กำลังขยาย 40X โอลีวีนเปnนแร=ที่มีค=าดัชนีหักเหของแสงสูงจึงทำให;เห็นรีลีฟสูงเมื่อศึกษาภายใต;กล;องจุลทรรศน$แบบ แสงธรรมดา (รูปที่ 6.2) ไม=ปรากฏสีและแนวแตกเรียบ แต=แสดงการแตกแบบฝาหอยและมักเกิดลักษณะเปnน เม็ด (รูปที่ 6.2) โอลีวีนมีผลึกเปnนแกนแสงคู=แบบบวกและลบที่มีระนาบแสงแบบ (001) มีค=าดัชนีหักเหของ แสง 3 ค=า ตามแนวแกนต=าง ๆ ได;แก= ค=าดัชนีหักเหของแสงตามแนวแกน X (nx) = 1.636-1.827 ค=าดัชนีหักเหของแสงตามแนวแกน Y (ny) = 1.651-1.869 ค=าดัชนีหักเหของแสงตามแนวแกน Z (nz) = 1.669-1.879 โอลิวีนมีค=าไบรีฟริงเจนซ$ (B.F.) อยู=ในช=วง 0.033 ถึง 0.052 จึงทำให;เห็นสีแทรกสอดในลำดับที่ 2 ถึง 3 ตามแผนภูมิมิเชล-ลีวี(รูปที่ 6.2) แสดงการมืดแบบขนาน มีสัญลักษณ$แนวยาวแบบเร็วและแบบช;า มุม ระหว=างแกนแสง (2V) มีขนาดกว;างอยู=ระหว=าง 46 องศา ถึง 98 องศา โอลิวีนเปnนแร=ประกอบหินที่พบมากในหินอัคนีสีเข;ม (mafic rock) หรือหินอัคนีที่ประกอบด;วย Mg และ Fe เปnนส=วนใหญ= เช=น แกบโบร และบะซอลต$ อีกทั้งยังเปnนแร=หลักในหินอัลตราเมฟ~ก (ultramafic rock) หรือหินอัคนีที่มีปริมาณซิลิกาต่ำกว=า 45% มี MgO มากกว=า 18% เช=น ดันไนต$ และเพอร$ริโดไทต$ นอกจากนี้ยังสามารถพบในหินแปรแบบสัมผัสชนิดแคลก$ซิลิเกต (calc-silicate) ที่มีความร;อนสูงและระบบ ที่ไม=มีน้ำ โอลิวีนสีแดงมีการแปรเปลี่ยนไปเปnนอิดดิงไซต$/ คลอโรฟoไอต$ที่ประกอบด;วยแร=สเมกไตต$ คลอไรต$ เกอไธต$ และฮีมาไทต$ ในขณะที่โอลิวีนสีเขียวมีการแปรเปลี่ยนเปnนโบลิงไกต$ที่ประกอบด;วยแร=สเมกไตต$ คลอ ไรต$ และเซอร$เพนทีน หรือเกิดกระบวนการกลายเปnนแร=เซอร$เพนทีน (serpentinization) ทั้งหมด แหล=งแร= ที่สำคัญ เช=น สหรัฐอเมริกา นอร$เวย$ เยอรมนี พม=า รัสเซีย และนิวซีแลนด$ สำหรับในประเทศไทย พบที่ แพร= กาญจนบุรี ตราด ลำปาง ศรีสะเกษ และอุบลราชธานี นอกจากนี้โอลิวีนที่มีปริมาณของแมกนีเซียมมากยัง พบได;ในดาวอังคาร และดวงจันทร$ได;อีกด;วย โอลิวีนสีเขียวและโปร=งใสสามารถนำมาทำเปnนอัญมณี เรียกว=า เพอริดอต (Peridot) นอกจากนี้ยังใช;ทำเปnนทรายทนไฟในงานอุตสาหกรรมหล=อและอิฐทนไฟ รวมทั้งเปnน สินแร=แมกนีเซียมและใช;เปnนฟลักซ$ในอุตสาหกรรมเหล็กกล;า 6.2 กลุ4มการ;เน็ต (garnet) การ$เน็ตเปnนแร=ในระบบสามแกนเท=า (Isometric system) ฟอร$มผลึกสามัญที่พบคือทรงสิบสอง หน;า (dodecahedron) และ เทรปโซฮีดรอน (trapezohedron) ส=วนฟอร$มอื่นพบน;อยมาก การ$เน็ตมักพบ 77
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU เปnนผลึกที่เด=นชัด หรือเกิดเปnนเม็ดกลมทั้งแบบละเอียดและหยาบ เกาะตัวเปnนกลุ=มก;อน และมีหลากหลายสี (รูปที่ 6.3) รูปที่ 6.3 ผลึกการKเน็ตแบบสมบูรณK(ซ,าย) ภาพถDายภายใต,กล,องจุลทรรศนKฯ (กลาง) แบบแสงธรรมดา (ขวา) แบบแสงโพลาไรซKที่กำลังขยาย 40X คุณสมบัติทางเคมีทั่วไปประกอบด;วยธาตุที่แทนที่กันได;หลายตัวในตำแหน=ง A สามอะตอม (Ca, Mg, Fe2+ หรือ Mn2+) และตำแหน=ง B สองอะตอม (Al, Fe3+, Cr3+) กับซิลิกอนเตตระฮีดรอนสามชุด A3B2(SiO4)3 ทำให;การ$เน็ตสามารถแบ=งออกเปnน 2 กลุ=มหลัก ได;แก= ไพรอลสไปต$ (Pyralspite) และอูแกรน ไดต$ (Ugrandite) 1) ไพรอลสไปตKได;แก= ไพโรป แอลแมนดีน และสเปซาร$ทีน o ไพโรป (Pyrope) - Mg3Al2(SiO4)3 แต=บางครั้งอาจพบ Ca2+ และ Fe2+ ปนอยู=ด;วย มีสีแดงเข;มถึง เกือบดำ (dark red to near black) โปร=งใส ความถ=วงจำเพาะเท=ากับ 3.78 o แอลแมนดีน (Almandine) - Fe3Al2(SiO4)3 อาจมี Fe2+ เข;ามาแทนที่ Al และ Mg อาจเข;าแทนที่ Fe3+ ได; มีสีแดงเข;ม แดงอมน้ำตาล โปร=งใส ความถ=วงจำเพาะเท=ากับ 3.84 o สเปซาร$ทีน (Spessartine) - Mn3Al2(SiO4)3 สีส;มอมเหลือง ถึงส;มอมแดง มีสีคล;ายคลึงกับ Hessonite โปร=งใส ความถ=วงจำเพาะเท=ากับ 4.05 2) อูแกรนไดตKได;แก= กรอสซูลาไรต$ แอนดราไดต$ และอูวาโรไวต$ o กรอสซูลาไรต$ (Grossularite) - Ca3Al2(SiO4)3 ชนิดที่เปnนอัญมณี เรียกว=า Hessonite สีเหลืองส;ม ส;มอมแดง ถึง ส;ม-น้ำตาล ความถ=วงจำเพาะเท=ากับ 3.61 o แอนดราไดต$ (Andradite) - Ca3Fe2(SiO4)3 เปnนการ$เน็ตที่พบมาก โดย Al แทนที่ Fe3+ แร=มีสี เหลือง เขียว น้ำตาล ดำ อัญมณีที่มีสีเขียวถึงเขียวอมเหลือง เรียกว=า ดีมานทอยด$ (Demantoid) มีสีเขียวสวยงาม ประกายคล;ายเพชร ความถ=วงจำเพาะเท=ากับ 3.85 o อูวาโรไวต$ (Uvarovite) - Ca3Cr2(SiO4)3 มีสีเขียวมรกต ประกายดี แต=ไม=ค=อยพบในตลาดอัญมณี เนื่องจากมีขนาดเล็ก เจียระไนยาก ความถ=วงจำเพาะเท=ากับ 3.7 – 3.8 การ$เน็ตมีความถ=วงจำเพาะ (S.G.) ระหว=าง 3.7 ถึง 4.05 มีสีที่หลากหลาย ส=วนใหญ=พบสีแดง น้ำตาล เหลือง ไม=มีสี เขียว ดำ โดยความถ=วงจำเพาะและสีที่ปรากฎขึ้นอยู=กับธาตุประกอบ ประกายคล;าย แก;วถึงยางสนในลักษณะโปร=งใสถึงโปร=งแสง มีความแข็งอยู=ในระดับ 6.5-7.5 ตามมาตราส=วนความแข็งของ โมห$และมีรอยแตกคล;ายฝาหอยถึงไม=เรียบ (รูปที่ 6.3) การ$เน็ตเปnนแร=ไอโซทรอป~กที่มีค=าดัชนีหักเหของแสงสูงเพียงค=าเดียว ซึ่งอยู=ในช=วง 1.714 ถึง 1.856 จึงทำให;เห็นรีลีฟสูงมากเมื่อศึกษาภายใต;กล;องจุลทรรศน$แบบแสงธรรมดา (รูปที่ 6.3) ส=วนใหญ=ไม=ปรากฏสี 78
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU และแนวแตกเรียบ แต=อาจแสดงสีชมพูอ=อน เหลืองอ=อน หรือน้ำตาลอ=อนได;ขึ้นอยู=กับส=วนประกอบทางเคมี แสดงการแตกแบบฝาหอยและมักเกิดลักษณะเปnนเม็ด การ$เน็ตเปnนแร=ประกอบหินที่เกิดได;อย=างกว;างขวางมาก พบมากในหินแปรและเปnนแร=รองในหิน อัคนีบางชนิด อีกทั้งยังเกิดในพนังหินเพกมาไทต$หรือลำดับขั้นสุดท;ายของการเกิดหินแกรนิต o ไพโรปเกิดในหินอัลตราเมฟ~ก เช=น หินเพอร$ริโดไทต$ หรือหินคิมเบอร$ไลต$ ซึ่งพบร=วมกับเพชร แหล=งที่สำคัญอยู=ในประเทศเชโกสโลวาเกีย นอกจากนี้พบที่แอฟริกาใต; ออสเตรเลีย แทนซาเนีย พม=า บราซิล และสหภาพโซเวียต o แอลแมนดีนพบในหินแปร และในแหล=งอัญมณีทุติยภูมิ (secondary deposit) สะสมตัวกัน ในลานแร= แหล=งที่พบมากคือประเทศอินเดีย o สเปซาร$ทีนเกิดในหินแปรสภาพแบบสัมผัส โดยพบอยู=ร=วมกับแร=อื่นที่มีแมกกานีส แหล=ง สำคัญอยู=ที่พม=า ศรีลังกา มาดากัสการ$ บราซิล และสหรัฐอเมริกา o กรอสซูลาไรต$เกิดที่แปรสภาพมาจากหินปูนสกปรก แหล=งเฮสโซไนต$(Hessonite) หรือ โกเมน (ชื่อการ$เน็ตโปร=งใสทางอัญมณี) สีส;มที่สำคัญคือศรีลังกาและแคนาดา o แอนดราไดต$เกิดที่แปรสภาพมาจากหินปูนสกปรกในสภาพแวดล;อมเดียวกับกรอสซูลาไรต$ และอาจเกิดในสภาพหินปูนที่มีซิลิกาปนอยู= แหล=งที่สำคัญของดีมานทอยด$(demantoid) หรืออัญมณีการ$เน็ตสีเขียว อยู=ที่เทือกเขาอูราลในสหภาพโซเวียต อิตาลี และสวิตเซอร$แลนด$ o อูวาโรไวต$เกิดในแหล=งแร=โครเมียม พบในเทือกเขาเทือกเขาอูราลและฟ~นแลนด$ การ$เน็ตมีการแปรเปลี่ยนไปเปnนคลอไรต$หรือแร=ดินได;ทั้งนี้ขึ้นอยู=กับสัดส=วนธาตุประกอบ การ$เน็ต แทบทุกชนิดสามารถนำมาทำอัญมณีได; ที่มีค=าที่สุดคือดีมานทอยด$ ที่มาจากเทือกเขาอูราล ประโยชน$ด;าน อื่นคือสามารถนำการ$เน็ตมาทำกระดาษทราย 6.3 กลุ4มอะลูมิโนซิลิเกต (Alumino-silicate) กลุ=มแร=อะลูมิโนซิลิเกตที่สำคัญประกอบด;วยธาตุอะลูมิเนียมกับซิลิกาเตตระฮีดรอน ในที่นี้คือแร=ซิ ลิมาไนต$แร=ไคยาไนต$และแร=แอนดาลูไซต$ ซึ่งเปnนพหุผลึก (polymorph) แต=มีส=วนประกอบเคมีเหมือนกัน คือ Al2SiO5 แร=สามชนิดนี้แสดงสีผงสีขาว แต=จะเกิดที่อุณหภูมิและความดันต=างกันดังรูปที่ 6.4 6.3.1 แอนดาลูไซต; แอนดาลูไซต$เปnนแร=ในระบบสามแกนต=าง (Orthorhombic system) ผลึกทั่วไปพบเปnนแท=งปริซึม ขนาดหยาบและมีประกายคล;ายแก;ว หน;าตัดเกือบเปnนรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัส มีฟอร$ม {001} ป~ดหัวท;าย (รูปที่ 6.5) แสดงสีแดงสด น้ำตาลแดง และเขียวมะกอก มีลักษณะโปร=งใสถึงทึบแสง ส=วนวาไรตี้ไคแอสโตไลต$ (Chiastolite) จะมีมลทินคาร$บอนสีดำเปnนรูปกากบาท (inclusions of carbon or clay which form a checker-board pattern) มีความแข็งอยู=ในระดับ 7.5 ตามมาตราส=วนความแข็งของโมห$ แสดงแนวแตก เรียบหนึ่งทิศทางและรอยแตกคล;ายฝาหอยถึงไม=เรียบ 79
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU รูปที่ 6.4 แผนภาพแสดงการเกิดแอนดาลูไซต5 ซิลิมาไนต5และไคยาไนต5ที่อุณหภูมิและความดันตBางกัน รูปที่ 6.5 ผลึกและแนวแตกเรียบของอะลูมิโนซิลิเกต (ที่มา www.slideserve.com/deborah-prince/mytriplet-polymorphs-kyanite-andalusite-sillimanite) แอนดาลูไซต$เปnนแร=ที่มีค=าดัชนีหักเหของแสงสูงจึงทำให;เห็นรีลีฟสูงเมื่อศึกษาภายใต;กล;องจุลทรรศน$ แบบแสงธรรมดา ไม=ปรากฏสีและแนวแตกเรียบ แต=แสดงการแตกแบบฝาหอยและมักเกิดลักษณะเปnนแท=ง ยาวหรือเปnนแผ=น แอนดาลูไซต$มีผลึกเปnนแกนแสงคู=แบบลบที่มีระนาบแสงแบบ (001) และมีค=าดัชนีหักเห ของแสง 3 ค=า ตามแนวแกนต=าง ๆ ค=าดัชนีหักเหของแสงตามแนวแกน X (nx) = 1.629-1.640 ค=าดัชนีหักเหของแสงตามแนวแกน Y (ny) = 1.634-1.645 ค=าดัชนีหักเหของแสงตามแนวแกน Z (nz) = 1.638-1.650 โอลิวีมีค=าไบรีฟริงเจนซ$ (B.F.) อยู=ในช=วง 0.009 ถึง 0.013 จึงทำให;เห็นสีแทรกสอดต่ำในลำดับที่ 1 ตามแผนภูมิมิเชล-ลีวี แสดงการมืดแบบขนาด มีสัญลักษณ$แนวยาวแบบเร็ว และมุมระหว=างแกนแสง (2V) มี ขนาดกว;างอยู=ระหว=าง 77-88 องศา (รูปที่ 6.6) 80
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU รูปที่ 6.6 ผลึกไคแอสโตไลตK(ซ,าย) ภาพถDายแอนดาลูไซตKภายใต,กล,องจุลทรรศนKฯ (กลาง) แบบแสงธรรมดา (ขวา) แบบแสงโพลาไรซKที่กำลังขยาย 100X (ดัดแปลงจาก www.alexstrekeisen.it) แอนดาลูไซต$เกิดในบริเวณแหล=งสัมผัส (Aureole) ที่มีหินอัคนีแทรกขึ้นมาในหินเนื้อดิน ซึ่งในกรณีนี้ พบเกิดร=วมกับแร=คอร$เดียไรต$ และพบเกิดร=วมกับแร=ไคยาไนต$และซิลิมาไนต$ และอาจพบร=วมกับแร=ทั้งสองใน เขตที่ถูกแปรสภาพบริเวณไพศาล (regional metamorphism) แหล=งที่พบแร=แอนดาลูไซต$ ได;แก= สเปน ออสเตรเลีย บราซิล สหรัฐอเมริกา ส=วนในประเทศไทยพบตามบริเวณหินแปรที่ถูกแปรเปลี่ยนโดยหินแกรนิต ได;แก= พังงา ภูเก็ต และระนอง ประโยชน$ของแอนดาลูไซต$ใช;ทำหัวเทียน และเครื่องถ;วยชาม เพราะเปnนแร=ที่ ทนความร;อนมาก ส=วนวาไรตี้ไคแอสโตไลต$ใช;ทำอัญมณี 6.3.2 ซิลิมาไนต; ซิลิมาไนต$เปnนแร=ในระบบสามแกนต=าง (Orthorhombic system) ผลึกทั่วไปพบเปnนผลึกยาวเรียว เล็กปลายทั้งสองไม=มีฟอร$มผลึกที่เด=นชัด เกิดเปnนกลุ=มผลึกที่ขนานกัน ลักษณะคล;ายเส;นใยที่เรียกว=า ไฟโบร ไลต$ (Fibrolite) มักพบบ=อย มีประกายคล;ายไหมและคล;ายแก;ว แสดงสีน้ำตาล เขียวอ=อน และขาว ลักษณะ โปร=งใสถึงโปร=งแสง มีความแข็งอยู=ในระดับ 7.5 ตามมาตราส=วนความแข็งของโมห$แสดงแนวแตกเรียบหนึ่ง ทิศทางและรอยแตกคล;ายฝาหอยถึงไม=เรียบ ซิลิมาไนต$เปnนแร=ที่มีค=าดัชนีหักเหของแสงสูงจึงทำให;เห็นรีลีฟสูงเมื่อศึกษาภายใต;กล;องจุลทรรศน$แบบ แสงธรรมดา ไม=ปรากฏสีแต=แสดงแนวแตกเรียบชัดเจนในหน;าผลึก {010} และแนวแตกเรียบฐานหน;าผลึก {001} มักเกิดลักษณะเปnนแท=งยาวขนาดเล็กหรือเปnนเส;นใย (รูปที่ 6.7) ซิลิมาไนต$มีผลึกเปnนแกนแสงคู=แบบ บวกที่มีระนาบแสงแบบ (001) และมีค=าดัชนีหักเหของแสง 3 ค=า ตามแนวแกนต=าง ๆ ได;แก= ค=าดัชนีหักเหของแสงตามแนวแกน X (nx) = 1.653-1.661 ค=าดัชนีหักเหของแสงตามแนวแกน Y (ny) = 1.657-1.662 ค=าดัชนีหักเหของแสงตามแนวแกน Z (nz) = 1.672-1.683 รูปที่ 6.7 ผลึกซิลิมาไนตK(ซ,าย) ภาพถDายภายใต,กล,องจุลทรรศนKฯ (กลาง) แบบแสงธรรมดา (ขวา) แบบแสง โพลาไรซK 81
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU ซิลิมาไนต$มีค=าไบรีฟริงเจนซ$ (B.F.) อยู=ในช=วง 0.018 ถึง 0.022 จึงทำให;เห็นสีแทรกสอดปานกลาง (น้ำเงินถึงเขียว) ในลำดับที่ 2 ตามแผนภูมิมิเชล-ลีวี แสดงการมืดแบบขนาด มีสัญลักษณ$แนวยาวแบบช;า และมุมระหว=างแกนแสง (2V) มีขนาดอยู=ระหว=าง 20 องศา ถึง 30 องศา (รูปที่ 6.7) ซิลิมาไนต$เกิดในหินเนื้อดินที่ถูกแปรสภาพภายใต;อุณหภูมิสูง นอกจากนี้ยังเกิดในหินที่ถูกแปรสภาพ แบบสัมผัส ซึ่งอาจเกิดในหินซิลิมาไนต$-คอร$เดียไรต$ไนซ$ที่ถูกแปรสภาพแบบไพศาล และหินอัคนีประเภท แกรนิตที่เกิดในสภาพแวดล;อมที่มีอุณหภูมิสูง แหล=งที่พบแร=ได;แก= เชโกสโลวาเกีย เยอรมนี บราซิล และ สหรัฐอเมริกา ส=วนในประเทศไทยพบในหินไนส$ หินชีสต$และหินแกรนิตบริเวณภาคเหนือ ซึ่งซิลิมาไนต$ใช; ทำอัญมณีได; 6.3.3 ไคยาไนต; ไคยาไนต$เปnนแร=ในระบบสามแกนเอียง (Triclinic system) ผลึกทั่วไปพบเปnนผลึกยาวแบน ปลาย ทั้งสองไม=พบหน;าผลึกที่ชัดเจน เกาะกลุ=มกันคล;ายใบมีด มีประกายคล;ายไข=มุกและคล;ายแก;ว แสดงสีฟìา ขาว เทา เหลือง ชมพูและส;ม ลักษณะโปร=งใสถึงโปร=งแสง มีความแข็งอยู=ในระดับ 4.5 ถึง 5 ตามมาตราส=วน ความแข็งของโมห$แสดงแนวแตกเรียบหนึ่งทิศทางแบบสมบูรณ$ที่หน;าผลึก [100] แบบไม=สมบูรณ$ที่หน;าผลึก [010] ทำมุมต=อกัน 79° อีกทั้งยังแสดงผลึกแฝดบนหน;าผลึก {100} ไคยาไนต$เปnนแร=ที่มีค=าดัชนีหักเหของแสงสูงมากจึงทำให;เห็นรีลีฟสูงมากเมื่อศึกษาภายใต;กล;อง จุลทรรศน$แบบแสงธรรมดา ไม=ปรากฏสีแต=แสดงแนวแตกเรียบชัดเจนในหน;าผลึก {100} และ {010} กับ แนวแตกเรียบฐานหน;าผลึก {001} แสดงการคล;ายแตกออกเปnนชิ้นเล็กแบบขั้นบันได (รูปที่ 6.8) มักเกิด ลักษณะเปnนแท=งยาวขนาดเล็กหรือเปnนเส;นใย ซิลิมาไนต$มีผลึกเปnนแกนแสงคู=แบบลบที่มีระนาบแสงตั้งฉาก กับหน;าผลึก (100) และมีค=าดัชนีหักเหของแสง 3 ค=า ได;แก= ค=าดัชนีหักเหของแสงตามแนวแกน X (nx) = 1.710-1.718 ค=าดัชนีหักเหของแสงตามแนวแกน Y (ny) = 1.719-1.725 ค=าดัชนีหักเหของแสงตามแนวแกน Z (nz) = 1.724-1.734 รูปที่ 6.8 ผลึกไคยาไนตK(ซ,าย) ภาพถDายภายใต,กล,องจุลทรรศนKฯ (กลาง) แบบแสงธรรมดา (ขวา) แบบแสง โพลาไรซK ไคยาไนต$มีค=าไบรีฟริงเจนซ$ (B.F.) อยู=ในช=วง 0.012 ถึง 0.016 จึงทำให;เห็นสีแทรกสอดต่ำแสดงสี เหลืองถึงส;มในลำดับที่ 1 ตามแผนภูมิมิเชล-ลีวี แสดงการมืดแบบเอียงที่มีการแฝดแบบมัลติเพิล (multiple twin) อีกทั้งยังมีสัญลักษณ$แนวยาวแบบช;า และมุมระหว=างแกนแสง (2V) มีขนาด 78 องศา ถึง 84 องศา 82
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU (รูปที่ 6.8) ไคยาไนต$เกิดในหินแปรที่ความดันสูงและอุณหภูมิต่ำถึงปานกลาง หรือบริเวณการชนกันของแผ=น เปลือกโลก (suture zone) ซึ่งไคยาไนต$ใช;ทำอัญมณีได; 6.4 สตอโรไลต;(staurolite) – (Fe,Mg,Zn)2Al9(Si,Al)4O20(OH)4 สตอโรไลต$เปnนแร=ในระบบหนึ่งแกนเอียง (Monoclinic system) คุณสมบัติทางเคมีทั่วไป ประกอบด;วยธาตุแมกนีเซียม เหล็ก และสังกะสีที่แทนที่กันได;กับอะลูมิเนียมและซิลิกอนเตตระฮีดรอนกับไฮ ดรอกไซด$โดยมักพบเปnนแท=งปริซึมทรงคล;ายออร$โทรอมบิก สตอโรไลต$มีความถ=วงจำเพาะ 3.71 แสดงสี น้ำตาลจนถึงสีดำ (รูปที่ 6.9) ประกายคล;ายแก;วในลักษณะโปร=งใส มีความแข็งอยู=ในระดับ 7 – 7.5 ตาม มาตราส=วนความแข็งของโมห$และมีรอยแตกคล;ายฝาหอย สตอโรไลต$เปnนแร=ที่มีค=าดัชนีหักเหของแสงสูงจึงทำให;เห็นรีลีฟสูงเมื่อศึกษาภายใต;กล;องจุลทรรศน$ แบบแสงธรรมดา (รูปที่ 6.9) ไม=ปรากฏสีและแนวแตกเรียบ แสดงสีแฝด ให;เห็นความแตกต=างกันระหว=างสี เหลืองอ=อน - เหลืองแกมแดง – แดงเข;ม สตอโรไลต$มีผลึกเปnนแกนแสงคู=แบบบวกที่มีระนาบแสงแบบ (001) และมีค=าดัชนีหักเหของแสง 3 ค=า ตามแนวแกนต=าง ๆ ได;แก= ค=าดัชนีหักเหของแสงตามแนวแกน X (nx) = 1.736-1.747 ค=าดัชนีหักเหของแสงตามแนวแกน Y (ny) = 1.740-1.754 ค=าดัชนีหักเหของแสงตามแนวแกน Z (nz) = 1.745-1.762 สตอโรไลต$มีค=าไบรีฟริงเจนซ$ (B.F.) อยู=ในช=วง 0.009 ถึง 0.015 จึงทำให;เห็นสีแทรกสอดในลำดับที่ 1 ตามแผนภูมิมิเชล-ลีวี(รูปที่ 6.9) แสดงการมืดแบบเอียง มีสัญลักษณ$แนวยาวแบบช;า มุมระหว=างแกนแสง (2V) มีขนาดกว;างมากอยู=ระหว=าง 80 องศา ถึง 90 องศา สตอโรไลต$มักเกิดในหินแปรเกรดปานกลางโดยเฉพาะไมกาชีสต$ (mica schist) หรือหินแปรที่มีหิน ต;นกำเนิดเปnนหินเนื้อละเอียดที่มีอะลูมิเนียมสูง โดยสตอโรไลต$สามารถแปรเปลี่ยนไปเปnนแร=เซอริไซต$หรือ คลอไรต$ได; แร=ชนิดนี้สามารถนำมาใช;เปnนอัญมณีที่มีลักษณะเด=นได;เช=นกัน รูปที่ 6.9 ผลึก(ซ,าย) ภาพถDายภายใต,กล,องจุลทรรศนKฯ (กลาง) แบบแสงธรรมดา (ขวา) แบบแสงโพลาไรซKที่ กำลังขยาย 40X ดัดแปลงจาก www.earth.ox.ac.uk/~oesis) 6.5 ไททาไนต;(Titanite) - CaTiSiO5 ไททาไนต$เปnนแร=ในระบบหนึ่งแกนเอียง (Monoclinic system) คุณสมบัติทางเคมีทั่วไป ประกอบด;วยธาตุแคลเซียม ไทเทเนียม และซิลิกอนเตตระฮีดรอน CaTiSiO5 โดยมักเกิดเปnนผลึกรูปร=าง คล;ายลิ่ม แต=อาจเกิดเปnนชั้นบางหรือเปnนกลุ=มก;อนก็ได;ไททาไนต$มีความถ=วงจำเพาะ (S.G.) 3.48 -3.60 83
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU แสดงสีน้ำตาลแดง เทา เหลือง เขียว แดง หรือสีดำ (รูปที่ 6.10) ประกายคล;ายยางสนจนถึงคล;ายเพชร ใน ลักษณะโปร=งใสจนถึงโปร=งแสง มีความแข็งอยู=ในระดับ 5 – 5.5 ตามมาตราส=วนความแข็งของโมห$และมี รอยแตกคล;ายฝาหอย ไททาไนต$เปnนแร=ที่มีค=าดัชนีหักเหของแสงสูงมากจึงทำให;เห็นรีลีฟเข;มสูงมากเมื่อศึกษาภายใต;กล;อง จุลทรรศน$แบบแสงธรรมดา (รูปที่ 6.10) ปรากฏสีน้ำตาลหรือน้ำตาลเหลืองและแสดงการเปลี่ยนแปลงสี (pleochroism) แสดงแนวแตกเรียบและลักษณะผลึกแฝด (twinning) เปnนแบบการแฝดอย=างง=ายที่มีผลึก มาแฝดกัน 2 ผลึก (simple twinning) บน {100} ไททาไนต$มีผลึกเปnนแกนแสงคู=แบบบวกที่มีระนาบแสง แบบ (001) และมีค=าดัชนีหักเหของแสง 3 ค=า ได;แก= ค=าดัชนีหักเหของแสงตามแนวแกน X (nx) = 1.843-1.950 ค=าดัชนีหักเหของแสงตามแนวแกน Y (ny) = 1.870-2.034 ค=าดัชนีหักเหของแสงตามแนวแกน Z (nz) = 1.943-2.110 ไททาไนต$มีค=าไบรีฟริงเจนซ$ (B.F.) อยู=ในช=วง 0.100 ถึง 0.192 จึงทำให;เห็นสีแทรกสอดในลำดับที่ สูงมากจนไม=สามารถแยกได;ตามแผนภูมิมิเชล-ลีวี(รูปที่ 6.10) แสดงการมืดแบบเอียง มีสัญลักษณ$แนวยาว แบบบวก มุมระหว=างแกนแสง (2V) มีขนาดแคบอยู=ระหว=าง 17-40 องศา ไททาไนต$เกิดเปnนผลึกขนาดเล็กในหินอัคนีสีจางถึงสีปานกลาง ได;แก= แกรนิต ไรโอไลต$ ไดออไรต$ และแอนดีไซต$ อีกทั้งยังสามารถเกิดในหินแปรจำพวกไนส$ ชีสต$ และสการ$น รูปที่ 6.10 ผลึกไททาไนตK(ซ,าย) ภาพถDายภายใต,กล,องจุลทรรศนKฯ (กลาง) แบบแสงธรรมดา (ขวา) แบบแสง โพลาไรซKที่กำลังขยาย 40X (ดัดแปลงจาก www.alexstrekeisen.it) 6.6 โทแพซ (Topaz) - Al2SiO4(F,OH)2 โทแพซมีส=วนผสมของอะลูมิเนียมและฟลูออรีน มีสูตรเคมีเปnน Al2SiO4 (F,OH)2 โทแพซมีผลึกใน ระบบสามแกนต=าง (Orthorhombic system) และผลึกของมันส=วนใหญ=เปnนปริซึมปลายป~ด ค=าความแข็ง เท=ากับ 8 ตามมาตราส=วนความแข็งของโมห$และเปnนแร=ที่แข็งที่สุดในกลุ=มแร=ซิลิเกต ความแข็งนี้รวมกับความ โปร=งใส และความหลากหลายของชนิดสี ได;แก= เหลือง เทาซีด แดง ส;ม สีน้ำตาลเข;ม ขาว เขียวอ=อน ฟìา ทอง และชมพู ทำให;ได;รับการใช;เปnนเครื่องประดับอย=างกว;างขวาง (รูปที่ 6.11) โทแพซเปnนแร=ที่มีค=าดัชนีหักเหของแสงปานกลางจึงทำให;เห็นรีลีฟปานกลางสูงเมื่อศึกษาภายใต; กล;องจุลทรรศน$แบบแสงธรรมดา ไม=ปรากฏสี แต=ปรากฏแนวแตกเรียบแบบฐาน และมักเกิดเปnนแท=งยาว โท แพซมีผลึกเปnนแกนแสงคู=แบบบวกที่มีระนาบแสงแบบ (001) และมีค=าดัชนีหักเหของแสง 3 ค=า ได;แก= 84
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU รูปที่ 6.11 ผลึกโทแพซ (ซ,าย) ภาพถDายภายใต,กล,องจุลทรรศนKฯ (กลาง) แบบแสงธรรมดา (ขวา) แบบแสง โพลาไรซKที่กำลังขยาย 40X (ดัดแปลงจาก www.alexstrekeisen.it) ค=าดัชนีหักเหของแสงตามแนวแกน X (nx) = 1.606-1.635 ค=าดัชนีหักเหของแสงตามแนวแกน Y (ny) = 1.609-1.637 ค=าดัชนีหักเหของแสงตามแนวแกน Z (nz) = 1.616-1.644 โทแพซมีค=าไบรีฟริงเจนซ$ (B.F.) อยู=ในช=วง 0.008 ถึง 0.011 จึงทำให;เห็นสีแทรกสอดในลำดับที่ 1 ตามแผนภูมิมิเชล-ลีวี แสดงการมืดแบบขนาด มีสัญลักษณ$แนวยาวแบบช;า มุมระหว=างแกนแสง (2V) มีขนาด ปานกลางอยู=ระหว=าง 44 องศา ถึง 68 องศา (รูปที่ 6.11) โทแพซเกิดในหินอัคนีสีจางจำพวกเพกมาไทต$ (Pegmatite) และ ไรโอไลต$(Rhyolite) โดยเกิดใน ในช=วงท;ายของการเย็นตัว นอกจากนี้ยังพบเปnนก;อนกรวดในลำธารที่เปnนตะกอนที่ไหลมาจากการกัดเซาะ ของน้ำจากหินอัคนีเหล=านี้โทแพซพบได;ในหลายพื้นที่ทั่วโลก โดยจะเกิดเปnนแร=รองโดยขึ้นกับการมี องค$ประกอบของฟลูออรีนที่เกิดในสถานที่เหล=านั้น และอาจถือเปnนแร=หายาก แร=นี้มีความคงทนสูง แต=อาจ เกิดการแปรสภาพโดยสายแร=น้ำร;อนไปเปnนแร=ดินหรือเซอริไซต$ได; บราซิลเปnนแหล=งของโทแพซชั้นนำในป§จจุบัน ศรีลังกาเปnนอีกหนึ่งผู;ผลิตที่สำคัญ อีกทั้งยังพบใน ประเทศไนจีเรีย ออสเตรเลีย ปากีสถาน รัสเซีย อินเดีย ซิมบับเว มาดากัสการ$และนามิเบีย ในสหรัฐอเมริกา ยกย=องโทแพซสีส;มให;เปnนอัญมณีประจำรัฐยูทาห$ เนื่องจากโทแพซเปnนอัญมณีที่รู;จักกันอย=างแพร=หลายใน หลายสี หลายรูปแบบ บางสีเปnนสีที่เกิดจากการปรับปรุงคุณภาพ จากตัวโทแพซใสหรือสีอ=อน ด;วยวิธีการเผา ฉายรังสี และเคลือบด;วยโลหะ โทแพซที่พบบ=อยในธรรมชาติคือโทนสีน้ำตาลทองถึงสีเหลือง ทำให;ในหลายๆ ครั้ง จะสับสนกับอัญมณีที่มีค=าน;อยกว=าอย=างซิทริน ชนิดของมลทินมีผลให;เกิดสีต=าง ๆ รวมถึงการปรับปรุง คุณภาพ อาจทำให;มีสีไวน$แดง เทาอ=อน สีส;มแดง สีเขียวอ=อนหรือสีชมพู(หายาก) อาจเกิดเปnนทึบแสง โปร=ง แสงจนถึงโปร=งใส ชนิดสีชมพูและสีแดงมาจากการที่ธาตุโครเมียมแทนที่ตำแหน=งของธาตุอะลูมิเนียมใน โครงสร;างผลึก อิมพิเรียลโทแพซ คือ โทแพซชนิดสีเหลือง ชนิดที่หายากในธรรมชาติของโทแพซเปnนชนิดสีชมพู และสีชมพูส;ม โทแพซสีเหลืองของบราซิลโทนสีเหลืองจนถึงสีน้ำตาลทองเข;ม บางครั้งก็เปnนสีม=วง โทแพซสี น้ำตาลหรือสีซีดจางๆ มักถูกนำมาปรับปรุงคุณภาพเพื่อให;กลายเปnนสีเหลือง ทอง ชมพู หรือสีม=วง บางครั้งสี ของโทแพซอาจจางหายไปจากการสัมผัสกับแสงแดดเปnนระยะเวลานาน 85
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU บลูโทแพซเปnนอัญมณีประจำรัฐของรัฐเท็กซัส โทแพซสีฟìาที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติค=อนข;างหา ยาก โดยปกติไม=มีสี สีเทาหรือสีเหลืองอ=อน และสีฟìาอ=อน ซึ่งมักจะถูกนำมาปรับปรุงคุณภาพโดยความร;อน และการฉายรังสีเพื่อทำให;ได;สีที่ชัดเจนมากขึ้น เช=น สีน้ำเงินเข;ม เปnนต;น โทแพซสีเร;นลับ (Mystic Topaz) เปnนโทแพซใส ที่ถูกนำมาเคลือบสีไอโลหะ ด;วยกระบวนการ CVD (Coated via a vapor deposition) ทำให;เกิดสีรุ;งที่ผิวของมัน แม;ว=าโทแพซจะเปnนอัญมณีที่แข็งชนิดหนึ่ง แต=โทแพซกลับต;องการได;รับการดูแลอย=างระมัดระวัง มากกว=าอัญมณีชนิดอื่นที่มีระดับความแข็งใกล;เคียงกัน เช=น คอรันดัม (พวกทับทิม ไพลิน หรือบุษราคัม) เนื่องจากความอ=อนแอของพันธะอะตอมของโมเลกุลของหินตามแนวระนาบหนึ่งแกน หรืออีกระนาบหนึ่ง แกน ด;วยเหตุนี้จึงทำให;มีแนวโน;มที่จะแตกหักไปตามแนวระนาบ หากมีการกระทบหรือการกระแทกที่แรง มากพอ โทแพซมีดัชนีการหักเหเมื่อเทียบในกลุ=มของอัญมณีที่ค=อนข;างต่ำ ทำให;เมื่อนำมาเจียรทรงตัดหรือ เจียรเปnนตาราง จะไม=ส=องประกายเหมือนอัญมณีชนิดอื่นที่มีค=าดัชนีหักเหที่สูงมากกว=า แต=โทแพซชนิดที่ไม=มี สี จะมีประกายที่ดูดีกว=า โทแพซสีอื่น ๆ และหากได;รับการเจียรเปnนทรงตัดที่ "ยอดเยี่ยม" จะยิ่งแลดูมี ชีวิตชีวามากกว=าควอตซ$ในทรงเดียวกันเสียอีก 6.7 เซอร;คอน (Zircon) เซอร$คอนเปnนแร=ในระบบสองแกนราบ (Tetragonal systems) ผลึกทั่วไปเปnนผลึกยาวหรือพีระมิด คู=ขนาดเล็กมาก แต=มีความถ=วงจำเพาะสูงถึง 4.7 มีประกายกึ่งคล;ายเพชร (subadamantine) แสดงสีน้ำตาล อ=อนถึงเข;ม ไม=มีสี เทา เขียว และแดง ลักษณะโปร=งใสถึงโปร=งแสง (รูปที่ 6.12) มีความแข็งอยู=ในระดับ 7.5 ตามมาตราส=วนความแข็งของโมห$แสดงแนวแตกไม=ดีที่หน;าผลึก {010} และรอยแตกคล;ายฝาหอย รูปที่ 6.12 ผลึกเซอรKคอน (ซ,าย) ภาพถDายภายใต,กล,องจุลทรรศนKฯ (กลาง) แบบแสงธรรมดา (ขวา) แบบแสง โพลาไรซK เซอร$คอนประกอบด;วยเซอร$โคเนียมไดออกไซด$67.2% ซิลิกอนไดออกไซด$32.8% มีสูตรเคมีเปnน ZrSiO4 เซอร$คอนมักประกอบด;วยธาตุฮาฟเนียม Hf ปนอยู=ด;วยเสมอในปริมาณ 1-4 % และอาจสูงถึง 24% นอกจากนี้ยังพบธาตุกัมมันตรังสีพวกยูเรเนียมและธอเรียม ซึ่งไปทำลายโครงสร;างของเซอร$คอนทำให;มี โครงสร;างไม=เปnนระเบียบ มีผลทำให;คุณสมบัติทางกายภาพและแสงเปลี่ยนแปลงไป โดยมีความแข็ง ความ 86
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU ถ=วงจำเพาะ และดัชนีหักเหลดลง บางครั้งเปลี่ยนเปnนสีเขียว แต=รูปร=างผลึกเดิมไม=เปลี่ยน ยังคงแสดงหน;า ผลึกสมบูรณ$ เซอร$คอนเปnนแร=ที่มีค=าดัชนีหักเหของแสงแบบสูงสุดจึงทำให;เห็นรีลีฟสูงอย=างยิ่ง (extreme relief) เมื่อศึกษาภายใต;กล;องจุลทรรศน$แบบแสงธรรมดา ไม=ปรากฏสีมักเกิดลักษณะเปnนแท=งปริซึมหรือพีระมิดคู= ฐานสี่เหลี่ยมขนาดเล็ก (รูปที่ 6.12) เซอร$คอนมีผลึกเปnนแกนแสงเดี่ยวแบบบวกและมีค=าดัชนีหักเหของแสง 2 ค=า คือ nO = 1.922-1.960, nE = 1.961-2.015 เซอร$คอนมีค=าไบรีฟริงเจนซ$ (B.F.) อยู=ในช=วง 0.042 ถึง 0.065 จึงทำให;เห็นสีแทรกสอดต่ำแสดงสี เขียวถึงแดงในลำดับที่ 3 ตามแผนภูมิมิเชล-ลีวี แสดงการมืดแบบขนานและการเปลี่ยนสีแบบฮาโล (haloes) จากธาตุกัมมันตรังสี อีกทั้งยังมีสัญลักษณ$แนวยาวแบบช;า (รูปที่ 6.12) เซอร$คอนเปnนแร=ที่คงทนสูงและเกิดอย=างกว;างขวาง โดยเกิดเปnนแร=รองในหินอัคนี เช=น แกรนิต แกร โนไดออไรต$ ไซอีไนต$ พบในหินปูนที่ตกผลึก หินไนส$ หินชีสต$ เซอร$คอนที่เปnนอัญมณีมักพบอยู=ร=วมกับก;อน กรวดทรายในแหล=งตะกอน แหล=งที่สำคัญเช=น ออสเตรเลีย เวียดนาม ลาว กัมพูชา บราซิล ไนจีเรีย และ แทนซาเนีย สำหรับในประเทศไทยพบทั่วไปในหินแกรนิต หินไนส$ และหินอัคนีสีจางอื่น อาจพบได;หินบะซอลต$ ในแหล=งทับทิมและแซปไฟร$จังหวัดจันทบุรีตราด ศรีสะเกษ และแพร= นอกจากนี้ยังพบเม็ดละเอียดในลาน แร=ดีบุก และชายหาดจังหวัดชลบุรี ระยอง ประจวบคีรีขันธ$ เซอร$คอนที่โปร=งใสนำมาทำอัญมณี สีฟìาที่พบตามตลาดอัญมณีนั้นเกิดจากการเพิ่มคุณภาพโดยการ ให;ความร;อน ส=วนเซอร$คอนที่ไม=มีสี สีเหลือง สีควันไฟ เรียกว=า จาร$กอน (Jargon) มีลักษณะคล;ายเพชร แต= ราคาต่ำกว=ามาก ประโยชน$ในด;านอื่นคือ เปnนแหล=งเซอร$โคเนียมออกไซด$ ซึ่งใช;เปnนสารทนความร;อน เปnน แหล=งโลหะเซอร$โคเนียม ใช;ในการก=อสร;างเตาปฏิกรณ$ปรมาณู เม็ดแร=เซอร$คอนในหินชนิดยังมีประโยชน$ใน การกำหนดอายุหินด;วย คำถามท(ายบท 1. จงอธิบายการเกิดของแร=โอลิวีนที่มีปริมาณเหล็กร;อยละ 80 เมื่อขณะที่เปnนของเหลว ณ อุณหภูมิ 1,700 องศาเซลเซียส 2. จงเปรียบเทียบความแตกต=างทั้งหมดของกลุ=มแร=อะลูมิโนซิลิเกตในหินแปรทั้งคุณสมบัติทาง กายภาพ ทางแสง เคมี และการกำเนิด 3. การ$เน็ตเปnนแร=ที่เกิดขึ้นอย=างกว;างขวาง การ$เน็ตตัวใดที่พบในหินแปรที่แปรสภาพมาจากหิน คาร$บอเนต จงอธิบายเหตุผลมาโดยสังเขป 4. ถ;าทำการศึกษาศิลาวรรณนาของหินแกรนิต นักศึกษาจะเจอแร=นีโซซิลิเกตชนิดใดบ;าง สามารถ จำแนกความแตกต=างของแต=ละแร=ภายใต;กล;องจุลทรรศน$ฯ ได;อย=างไร 87
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU บทที่ 7 แร6โซโรซิลิเกต Chapter 7 Sorosilicates
Mineralogy by Dr. Vimoltip Singtuen | Department of Geotechnology, KKU