O Microscópio óptico Polarizante De Luz Reflectida

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Recursos Minerais O microscópio óptico polarizante de luz reflectida Álvaro Pinto O microscópio óptico polarizante de luz reflectida 1. Introdução Num método microscópico de formação de imagens planas uma determinada amostra é iluminada por um de vários tipos de radiações incidentes que podem ser a luz visível, electrões, iões, etc.. Utilizam-se lentes de diferentes tipos, de acordo com as radiações em utilização, para focalizar a radiação primária (radiação incidente), ou em alternativa actuar sobre a radiação secundária (reflectida ou transmitida) emitida pela amostra. Em qualquer dos casos o objectivo da utilização destas lentes visa a produção de uma imagem ampliada, na qual são evidenciados os contrastes devidos à variação da composição química ao longo do espécime em análise (Figura I.1.). Um diafragma localizado no plano da imagem permitirá seleccionar a radiação associada a um pequeno volume no espécime. Com o auxilio de um espectrómetro apropriado colocado por trás deste diafragma, a radiação pode ser analisada e o espectro pode ser usado para fornecer informação da composição de uma pequena área da amostra. Figura I.1. - Esquema de um microscópio com abertura para formação de imagens planas. O aparelho mais familiar que utiliza este modo de funcionamento é o microscópio óptico de luz polarizada utilizado no estudo petrológico de lâminas delgadas ou de superfícies polidas. A estrutura cristalina, o índice de refracção, a birrefringência, a cor, a reflectância, a birreflectância e as cores de interferência são características que 1 O microscópio óptico polarizante de luz reflectida dependem da composição química e que servem para a identificação dos minerais. Recorrendo a tabelas de minérios, geralmente de propriedades ópticas e microdurezas, é possível atribuir-lhes uma formula química estequiométrica geral. Por vezes é inclusivamente possível determinar a composição química dentro de uma solução sólida. O plano final da imagem é o olho humano (do observador) e o papel de diafragma e espectrometria é realizado pela retina e pelo cérebro (James Long, 1995). Ao longo do tempo foram-se construindo tabelas que correlacionam a composição química com as propriedades ópticas dos minerais, pelo que os petrólogos utilizaram os microscópios, ao longo de décadas, como uma ferramenta microanalítica capaz de fornecer informação qualitativa e semi-quantitativa. As limitações desta técnica são as variações composicionais que se verificam por vezes ao longo de soluções sólidas, ou devido à incorporação de elementos menores ou traço que introduzem variações não mensuráveis das características ópticas (James Long, 1995). Pode acontecer, também, que as variações detectadas não sejam o resultado de uma variação em termos composicionais e por consequência não possam ser interpretadas como tal. Os primeiros microscópios ópticos polarizantes de luz reflectida surgiram nos anos 20 e 30. Nessa época eram equipamentos muito rudimentares. Os princípios teóricos que governam os estudos realizados por reflexão foram desenvolvidos na passagem do século, nomeadamente por Drude (1890), Koenigsberger (1914) e Wright (1919), entre outros. O primeiro grande trabalho de petrologia de minérios foi realizado por Lindgren em 1905 sobre os minérios de Clifton-Morenci (Groves & Whittle, 1976). No entanto este tipo de trabalhos só terá expressão a partir dos anos 40, altura em que o microscópio atinge o desenvolvimento necessário para possibilitar a realização de trabalhos diagnósticos. 2. Os componentes do microscópio O microscópio óptico polarizante de luz reflectida é um instrumento indispensável no exame petrográfico de um dos mais importantes grupos de minerais com interesse económico. Referimo-nos aos minerais opacos que, na generalidade são minérios. É comum usar estes dois termos como sinónimos, uma vez que nenhum dos dois define correctamente este importante grupo de minerais. Efectivamente um cristal de pirite é 2 O microscópio óptico polarizante de luz reflectida sem dúvida alguma um mineral opaco, contudo não é um minério; pelo contrário a esfalerite ou a cassiterite constituem importantes minérios de zinco e estanho, respectivamente, mas nunca são completamente opacos (Craig e Vaughan, 1981). O sistema de lentes, polarizador, analisador e o conjunto de diafragmas empregues no microscópio óptico polarizante de luz reflectida é em tudo semelhante a estes mesmos sistemas de um microscópio petrográfico convencional. A principal diferença entre eles reside na fonte de iluminação. Enquanto que os microscópios convencionais possuem uma fonte luminosa colocada sob a platina possibilitando a transmissão da luz pela amostra em estudo, os microscópios de minerais opacos têm uma fonte de luz incidente sobre a amostra. É esta característica que possibilita o estudo de secções polidas de minerais opacos. O estudo sistemático dos jazigos minerais e a tentativa de compreender os mecanismos de formação envolvidos, tem conduzido a uma maior preocupação com o estudo dos minerais de ganga que acompanham os minérios. Por outro lado a análise textural das relações existentes entre estes dois grupos de minerais e a informação textural facultada pelos minerais translúcidos, quando estudados em luz transmitida, têm conduzido a um interesse crescente nos microscópios equipados com os dois sistemas de iluminação. A capacidade dos microscópios integrarem ambos os sistemas de iluminação, associado a técnicas de preparação de amostras específicas (lâminas delgadas polidas) possibilita a realização de todos estes tipos de estudos. 2.1. Platina rotativa Designa-se por platina do microscópio a peça onde se colocam as amostras preparadas para o estudo mineralógico. A platina forma um ângulo de 90º com o eixo óptico e pode ser centrada em relação a esse mesmo eixo. No caso dos microscópios mineralógicos esta platina deve poder rodar livremente. A existência de uma marcação angular permite a medição de ângulos nas amostras em estudo. A maior parte dos microscópios permite o acoplamento de uma sobre-platina com movimentos em duas direcções ortogonais, por forma a facilitar o estudo sistemático ou a contagem de pontos sobre as secções em estudo (Craig e Vaughan, 1981). 3 O microscópio óptico polarizante de luz reflectida 2.2. Objectivas Normalmente as objectivas classificam-se de acordo com os seguintes critérios (Craig e Vaughan, 1981): • tipo de lentes empregues na sua construção: acromáticas, apocromáticas e de fluorite; • ampliação e abertura numérica; • meio de utilização (utilização em ar ou emersão em meio líquido); • distância focal ou distância de trabalho. As lentes acromáticas são as mais comuns e ao mesmo tempo as mais baratas. A correcção de aberração esférica é feita apenas para uma cor, enquanto que a correcção de aberração cromática é feita para duas cores. As lentes apocromáticas são francamente mais caras, mas são as melhores lentes existentes para microscopia de minérios. A correcção de aberração esférica é feita para duas cores e a correcção de aberração cromática abrange as cores vermelho, verde e azul. Este tipo de objectiva é sem margem para dúvidas a que apresenta uma melhor definição de imagem e a mais bem adaptada para a realização de microfotografia, assim como para a determinação das características dos minerais opacos por métodos quantitativos. As lentes de fluorite, também conhecidas como “semiapocromáticas” são um compromisso entre o preço e a qualidade apresentados pelos dois tipos de lentes anteriores. A ampliação da objectiva consiste no aumento de que uma imagem é afectada quando a luz passa através da objectiva (Craig e Vaughan, 1981). A ampliação é descrita pelo número de vezes que a imagem é aumentada, 5×, 10×, 20×, até um máximo, normalmente, de 125×. A abertura numérica (N.A.) é a medida da capacidade de distinguir detalhes e estruturas muito finas numa amostra, determinando a profundidade da focagem e a área de ampliação (Craig e Vaughan, 1981). A abertura numérica (N.A.) é dada pela seguinte expressão: N . A. = n sin µ 4 O microscópio óptico polarizante de luz reflectida onde n é o índice de refringência do meio onde opera a objectiva (ar, água ou óleo) e µ é metade do ângulo de abertura (A.A.) da objectiva. As objectivas apocromáticas apresentam os valores de N.A. mais elevados. A abertura numérica normalmente apresenta valores que variam no intervalo 0,04 e 1,3, podendo atingir 1,4 para algumas objectivas especiais de imersão em óleo. O valor máximo de N.A. para uma objectiva em meio seco (ar) é de 0,95, que corresponde a um ângulo de abertura de 140º. As objectivas mais utilizadas em baixas e médias ampliações são geralmente do tipo “seco” ou de “ar”, ou seja o meio que preenche o espaço entre estas e a amostra é apenas o ar. As objectivas de imersão são particularmente utilizadas em microscopia de minérios, principalmente quando se pretende maiores ampliações e maior poder de resolução óptica. Para se operar com uma objectiva deste tipo é necessário colocar um óleo entre a amostra e a objectiva cujo índice de refringência deve ser de aproximadamente 1,515. Existem também objectivas de imersão cujo meio de trabalho é a água. A presença de um meio de imersão provoca uma redução na refletância dos minerais e na difusão da luz, permitindo ao mesmo tempo uma maior sensibilidade às pequenas variações de cor. Estas características em conjunto possibilitam ao mineralogista detectar anisotropismos e birreflectâncias muito fracos, que não são visíveis com objectivas de meio seco. Todas as objectivas de imersão apresentam distâncias de trabalho muito pequenas, o que requer um maior cuidado na sua utilização, para que não ocorram danos, quer na amostra, quer na própria objectiva. 2.3. Oculares O sistema de oculares tem por função ampliar a imagem primária produzida pelas objectivas tornando-as “visíveis” para o olho humano. Geralmente a ampliação produzida por este tipo de lentes varia de 5 a 12 vezes. A ampliação máxima que um microscópio pode alcançar é o resultado do produto das ampliações efectuadas pela objectiva e pela ocular. Por exemplo utilizando uma ocular 10× em associação com uma objectiva 50×, obtemos uma 5 O microscópio óptico polarizante de luz reflectida ampliação total de 500×, (10 × 50 = 500). Se o tubo utilizado no microscópio possui um prisma, por onde a luz passa, esta ampliação deve ser multiplicada por um factor, normalmente superior a 1, fornecido pelo fabricante (e.g. 10 × 50 × 1,1) = 550. Uma das oculares, normalmente, apresenta dois fios cruzados a 90º (fios do retículo), podendo um deles ser graduado. Há situações onde estes fios podem ser substituídos por um disco ou grelha de malha fixa conhecida que possibilita a estimação do tamanho de partículas observadas na amostra. 2.4. Sistemas de iluminação Existem dois tipos principais de lâmpadas para microscopia de minérios: lâmpadas de filamento incandescente e lâmpadas de gás por descarga (geralmente xénon). Os microscópios de mineralogia de opacos podem ser equipados com um ou ambos os sistemas de iluminação. A maior parte do trabalho realizado por rotina num microscópio de opacos pode ser feito com lâmpadas de filamento incandescente. A voltagem requerida por este tipo de lâmpada varia de 6 a 12 V e potência luminosa varia de 15 a 100 W. O tempo de vida destas lâmpadas oscila entre as 100 e as 300 horas de utilização. A temperatura de cor de uma lâmpada com filamento de tungsténio de 15 W a 6 V é de aproximadamente 2850º K . Uma mesma lâmpada em gás de halogéneo com 100 W e 12 V atinge os 3300º K . Estas temperaturas de cor são relativamente baixas, quando comparadas com os cerca de 6100º K que se atinge numa lâmpada de Xénon por descarga. Para que se obtenha uma luz tão próxima quanto possível à luz do dia convém que seja introduzido um filtro azul (C21 referência da Leica) entre a fonte luminosa e o polarizador do microscópio. As pequenas variações de cor que se observam num mesmo mineral quando observado em microscópios diferentes devem-se fundamentalmente às pequenas diferenças da temperatura de cor das fontes de iluminação. 6 O microscópio óptico polarizante de luz reflectida 2.5. Reflector Este é o componente que estabelece a diferença e a singularidade dos microscópios de reflexão relativamente a qualquer outro microscópio óptico conhecido. É ele que confere a possibilidade, ao microscópio, de produzir uma iluminação vertical ortogonal sobre as amostras em observação. Existem dois tipos de reflectores (Craig e Vaughan, 1981): reflector de vidro plano (Figura I.2.a) e reflector de prisma de meio campo (Figura I.2.b). Figura I.2. – Corte esquemático de um microscópio, ilustrando os componentes principais e o percurso da luz através do sistema: a) reflector de vidro plano; b) reflector de prisma de meio campo. (Craig and Vaughan, 1981). Em alguns microscópios é possível encontrar ambos os reflectores montados sobre um mecanismo de deslizamento horizontal que permite seleccionar um ou outro sistema. 7 O microscópio óptico polarizante de luz reflectida O reflector de vidro plano (Figura I.2.a) é aplicado a 45º dentro do estativo do microscópio na intercepção da coluna óptica vertical com o tubo de iluminação horizontal. Uma parte da luz proveniente da lâmpada em utilização é reflectida para baixo em direcção à amostra, e outra parte passa através do reflector e perde-se. A luz que passa em direcção à amostra é reflectida pelos minerais presentes na superfície polida e regressa pela objectiva em direcção às oculares. No seu percurso ascendente parte da luz atravessa o reflector e finalmente alcança as oculares permitindo a análise pelo observador. Outra parte dessa luz ascendente é reflectida em direcção à fonte luminosa e perde-se. Idealmente a utilização destes sistemas de vidro espelhado para modificação do percurso da luz deveriam conduzir a que 100 % da luminosidade proveniente da fonte luminosa alcançasse a amostra, e toda a luz reflectida pela amostra deveria passar pelo reflector e alcançaria as oculares. Na prática, o que se verifica efectivamente é que do total da luz que alcança o vidro espelhado pela primeira vez, apenas 25 % consegue atingir as oculares. A alternativa ao reflector de vidro espelhado plano é o reflector de prisma de meio campo (Figura I.2.b). Neste caso no lugar do vidro espelhado encontrase um prisma que ocupa apenas metade do espaço existente na coluna do estativo do microscópio. A luz proveniente da fonte luminosa é totalmente reflectida para baixo em direcção à amostra. No seu percurso ascendente a luz viaja pela metade livre da coluna do estativo. Este sistema apresenta a desvantagem de a luz incidente e reflectida ser ligeiramente oblíqua, o que provoca alguma aberração na imagem formada. Por outro lado tem a vantagem de aproveitar melhor a luz, pois permite a chegada ao nível das oculares de cerca de 50 % da luz primária. A evolução dos sistemas de iluminação no sentido de se alcançar elevadas potências luminosas (lâmpadas de xénon) diminui a importância da utilização dos reflectores de prisma de meio campo. 2.6. Polarizador e analisador O polarizador dos microscópios de reflexão pode localizar-se entre a fonte de iluminação e as lentes colectoras ou entre os diafragmas de abertura e de campo. A polarização da luz é feita com auxílio de um cristal de calcite ou mais 8 O microscópio óptico polarizante de luz reflectida frequentemente com um poloroide. A luz polarizada consiste em permitir que apenas passe a luz cuja vibração se dá num só plano, normalmente o plano norte - Sul. O analisador é um polarizador montado a 90º do polarizador e localizado antes das oculares, na coluna óptica do microscópio. Contudo no estudo dos minerais opacos é frequentemente encontrar analisadores montados em suportes que possibilitam a sua rotação. Frequentemente utiliza-se a técnica de descruzar ligeiramente o analisador, cerca de 3 a 5 graus, por forma a facilitar a detecção de suaves anisotropias. Isto é particularmente importante quando se observa um mineral cujos efeitos de polarização são muito suaves, estando ao mesmo tempo rodeado por minerais de forte anisotropia. 3. Identificação dos minerais por métodos qualitativos O Objectivo primeiro quando se coloca uma secção polida na platina do microscópio é sempre a identificação dos minerais constituintes dessa amostra. Através do estudo de um leque muito variado de propriedades físicas e ópticas dos minerais podemos frequentemente alcançar a identificação das diferentes fases constituintes de um minério. Contudo, ao contrário do que se passa com os estudos em luz transmitida, os estudos em luz reflectida fazem uso de propriedades essencialmente qualitativas. Daqui resulta que em alguns casos não é possível obter uma identificação inequívoca dos minerais. Há situações onde o melhor resultado augurado consiste em obter uma pequena listagem de (3 a 10) minerais possíveis para uma determinada fase em estudo. Facilmente se compreende que a extensão e o alcance de um estudo de identificação de fases ao microscópio óptico polarizante de luz reflectida depende consideravelmente do conhecimento e experiência do mineralogista (Craig e Vaughan, 1981). As propriedades qualitativas utilizadas na identificação dos minerais podem ser divididas em três categorias principais, (Craig e Vaughan, 1981): 1 - propriedades ópticas; 2 - propriedades dependentes da dureza e 3 - propriedades dependentes da morfologia e estrutura. 9 O microscópio óptico polarizante de luz reflectida 3.1. Propriedades ópticas qualitativas O estudo destas propriedades pode ser efectuado em ar ou em óleo, recorrendo, neste caso, a objectivas especiais para imersão. As condições de iluminação variam entre luz linearmente polarizada (polarizador introduzido) e luz analisada (polarizador + analisador (a 90º) introduzidos). Em luz polarizada podem ser observadas as seguintes propriedades: cor, reflectância, birreflectância e pleocroísmo de reflexão. A luz analisada permite-nos estudar mais duas propriedades, o anisotropismo e as reflexões internas. 3.1.1. Cor A determinação da cor é uma das etapas mais importantes para a utilização de um sistema clássico de identificação por métodos qualitativos. Contudo também é uma das propriedades mais subjectiva e de maior dificuldade de determinação rigorosa, não só pelas diferentes sensibilidades visuais dos diferentes observadores, mas também porque a maioria dos minerais opacos não são distintamente coloridos. Efectivamente, o número de minerais inequivocamente coloridos é muito reduzido (e.g. covelite, bornite, ouro). A grande maioria dos minerais opacos são fracamente coloridos, fazendo parecer, ao observador mais incauto, que ou são brancos ou são cinzentos em diferentes níveis. Acresce ainda que o cérebro humano tem uma memória de cor muito limitada e esta é bastante influenciada pela cor do meio envolvente. Por este motivo é mais correcto e frequente descrever as cores dos minerais por comparação a outros minerais comuns facilmente observáveis. A cor dos minerais opacos é, ainda, influenciada pela intensidade e tipo de iluminação, assim como pelo uso ou não de filtros. 3.1.2. Reflectância A reflectância de um mineral define-se como a percentagem de luz incidente que é reflectida, para o observador, quando esse mineral é 10 O microscópio óptico polarizante de luz reflectida estudado em superfície polida. Matematicamente define-se a reflectância de acordo com a seguinte equação: intensidade da luz reflectida Reflectância (R%) =  × 100 intensidade da luz incidente A reflectância é uma das propriedades quantitativas que se utilizam em microscopia de minérios. Recorrendo a microrreflectómetros ópticos é possível obter valores absolutos da reflectância de cada mineral em particular. Esta é uma das mais importantes técnicas quantitativas da caracterização e identificação dos minerais opacos. A reflectância de um mineral pode variar devido a muitos factores: a orientação cristaligráfica, o comprimento de onda da luz reflectida e o ângulo de incidência da luz (no caso do sistemas com reflector de prisma de meio campo). Na pratica a forma de usar a reflectância como critério auxiliar da identificação dos minerais passa pela comparação com minerais de referência que possuem reflectâncias conhecidas e cujo escalonamento nos permite enquadrar o mineral em análise. Normalmente utilizam-se minerais bem conhecidos e suficientemente ubíquos, tais como por exemplo o quartzo (R% ~ 5), a magnetite (R% ~20), a galena (R% ~ 43), a pirite (R% ~55), entre outros. Convém sempre ter presente que a reflectância exibida pela resina epóxida (R% ~ 5), frequentemente utilizada na montagem das secções polidas, é muito semelhante à reflectância dos minerais de gangas transparentes, tais como o quartzo. Há vários factores que afectam a reflectância de um mineral. De entre outros destacam-se o polimento deficiente, a oxidação da superfície de estudo e a maior tendência de alguns minerais para, num curto espaço de tempo, desenvolverem capas de oxidação (“tarnishing”). O polimento deficiente, quer pela apresentação de elevada quantidade de riscos, quer pelo “cozimento” dos minerais cuja origem é a deficiente lubrificação durante as última etapas do processo de polimento, pode conduzir a erros 11 O microscópio óptico polarizante de luz reflectida importantes na identificação de um mineral. Este factor combinado com a oxidação da superfície polida pode, por exemplo, fazer com que se confunda uma pequena partícula de calcopirite com ouro. Ainda assim, se houver o cuidado necessário e profissionalismo a lidar come este tipo de problemas, a reflectância pode ser estimada pelo mineralogista, com um rigor suficiente para auxiliar na identificação dos minerais por metodologias qualitativas. 3.1.3. Birreflectância e Pleocroísmo A variação da reflectância é uma propriedade designada por birreflectância, e a variação da cor, ou tonalidade constitui outra propriedade designada por pleocroísmo de reflexão (Craig e Vaughan, 1981). A percepção da intensidade destas duas propriedades é normalmente descrita, de uma forma subjectiva, como sendo fraca, moderada ou forte. As características particulares destas peropriedades em cada mineral variam com o seu sistema de cristalização e com a orientação cristalográfica dos grãos sob o microscópio. Assim os minerais cúbicos não exibem qualquer pleocroísmo ou birreflectância. O mesmo se verifica com uma secção basal de cristais dos sistemas hexagonal ou tetragonal. Como ambas as propriedades são função da orientação cristalográfica dos grãos, podendo um mesmo mineral não exibir qualquer efeito até apresentar o valor máximo de cada uma delas, é importante, na avaliação qualitativa destas características, utilizar vários grãos da mesma espécie mineral. 3.1.4. Anisotropismo No estudo de um mineral de simetria cubica em luz analisada, (vulgarmente descrita como “nicois cruzados”), verifica-se que permanece sempre escuro (em extinção), qualquer que seja a posição de rotação da platina e qualquer que seja a orientação cristalográfica do grão 12 O microscópio óptico polarizante de luz reflectida observado. Quer isto dizer que a luz incidente linearmente polarizada é reflectida com uma direcção de vibração paralela à direcção de vibração dos raios incidentes. Os minerais com estas características são denominados minerais isotrópicos. Se o mineral em estudo apresentar uma simetria inferior, a luz incidente polarizada é reflectida segundo duas direcções de vibração perpendiculares entre si, que dependem da cristalografia do mineral. Rodando a platina, com os nicois cruzados, verificamos que a posição de máxima iluminação obtem-se a um ângulo de 45º relativamente às direcções de extinção. Os minerais com estas características designam-se minerais anisotrópicos. Para classificar a intensidade da anisotropia de um mineral, tal como nas duas propriedades referidas anteriormente, utilizamos uma classificação qualitativa onde são comuns os seguintes termos: muito fraca, fraca, moderada, forte e muito forte. Tal como para o pleocroísmo e birreflectância, as secções basais dos minerais com simetria hexagonal ou tetragonal não se distinguem dos minerais isotrópicos, permanecendo sempre em posição de extinção. As secções não basais podem exibir uma anisotropia variável, de mínima (quase imperceptível) a máxima (eventualmente forte), sendo portanto recomendável o estudo de vários grão de um mesmo mineral para decidirmos sobre a presença e intensidade desta caracterísitica. Para uma observação inequívoca deste fenómeno nos minerais opacos é necessário ter alguns cuidados com a intensidade luminosa e o tipo de iluminação empregue. Uma das técnicas utilizadas para facilitar a detecção de anisotropias muito fracas ou para determinação das cores de interferência consiste no “descruzamento” ligeiro do analisador, que dependendo dos autores pode ser de 3 a 5º ou de 5 a 10º. A qualidade do polimento, nomeadamente no que se refere à presença de arrancamentos ou riscos em quantidades significativas, influencia de forma significativa a determinação da anisotropia, (o mesmo se passando com a birreflectância e o pleocroísmo), podendo conduzir a determinações erradas. 13 O microscópio óptico polarizante de luz reflectida 3.1.5. Reflexões internas Os minérios com um coeficiente de absorção reduzido e os minerais transparentes deixam-se atravessar pelos raios luminosos da luz incidente. Nestes casos a luz é frequentemente reflectida pelas fendas, inclusões, descontinuidades e defeitos da rede cristalina existentes no seio desses minerais. A este fenómeno é dado o nome de reflexões internas. O resultado desta luz não uniformemente reflectida é melhor observado com uma objectiva de grande ampliação, com intensidades luminosas mais elevadas e sem filtro azul. Contudo, há casos em que a intensidade das reflexões internas pode ser tão elevada que mascare a anisotropia de um mineral. A observação com imersão em óleo também facilita a observação das reflexões internas. A cor das reflexões internas pode ser característica do mineral ou de uma determinada variação na sua composição. 3.2. Propriedades físicas qualitativas de dureza 3.2.1. Dureza de polimento A dureza de polimento é a resistência à abrasão durante o processo de polimento de uma determinada amostra. O efeito produzido designase por relevo de polimento. A determinação desta característica permite-nos apenas definir a dureza relativa entre dois minerais cujos contornos se tocam. Para isso realiza-se um teste muito simples, que recorre à observação da linha de Kalb (Figura I.3.). Embora a natureza deste fenómeno seja completamente diferente, na prática é muito semelhante ao estudo da linha de Beck utilizado na microscopia de luz transmitida. O procedimento utilizado pode ser resumidamente descrito da seguinte forma: “fecha-se o diafragma de abertura até que surja uma linha luminosa a separar os contornos dos minerais (linha de Kalb); desfoca-se 14 O microscópio óptico polarizante de luz reflectida a imagem deslocando a platina no sentido descendente; nesta operação a linha de Kalb desloca-se para o interior do mineral menos duro, que se encontra a um nível ligeiramente inferior”. As durezas de polimento podem ser referidas em termos qualitativos como mole, médio, duro e muito duro. Normalmente estabelece-se uma relação com minerais bem conhecidos para que facilite a determinação desta característica. O limite mole / médio é dado pela calcopirite ou galena, e o limite médio / duro é dado pela pirrotite ou esfalerite. Figura I.3. - Corte esquemático de uma superfície polida exemplificando a origem da linha de Kalb no contacto entre dois minerais com durezas de polimento diferentes. (Craig and Vaughan, 1981). 3.2.2. Arrancamentos Durante o processo de desgaste e polimento podem ocorrer arrancamentos no contacto entre dois minerais diferentes. Normalmente o mineral menos duro apresenta uma maior quantidade de arrancamentos, que nos permite definir a dureza relativa entre eles. Contudo alguns minerais duros, por serem mais friáveis, podem sofrer arrancamentos profundos nas etapas mais agressivas do desgaste na preparação da amostra. Estes arrancamentos permanecem mesmo depois das etapas finais de polimento podendo inverter a situação normal, ou seja, o mineral mais duro passa a ser o que apresenta maior quantidade de arrancamentos ao longo do contacto com um mineral mais mole. Por este motivo este teste deve ser utilizado com cuidado. 15 O microscópio óptico polarizante de luz reflectida 3.3. Propriedades físicas de morfologia e estrutura Estas propriedades caracterizam-se por serem as que dependem mais directamente da estrutura cristalina dos minerais. Por esse motivo, constituem um aspecto essencial a ter em consideração no estudo de texturas e principalmente na identificação dos seus minerais constituintes. 3.3.1. Hábito e Forma Normalmente os minerais constituintes dos minérios não apresentam formas cristalinas bem delineadas com muita frequência. A imagem de uma superfície polida é uma representação a duas dimensões de um objecto que se desenvolve em três dimensões, pelo que deve haver sempre algum cuidado na análise das formas observadas. Por exemplo um cubo (objecto com três dimensões) pode ser observado a duas dimensões como sendo um quadrado, um rectângulo ou um triângulo As formas e terminologias utilizadas nos estudos de microscopia por transmissão são as mesmas que podem ser observadas e descritas em estudos em luz reflectida. Para os minerais que apresentam formas perfeitas (contornos completamente limitados por formas cristalinas) utiliza-se a designação “cristais euédricos” (e.g. arsenopirite, pirite, magnetite); os minerais apenas parcialmente limitados por formas cristalinas são normalmente descritos como “cristais subédricos” (e.g. pirite, arsenopirite, esfalerite); os minerais que não exibem qualquer limite regular são designados por “cristais anédricos” (e.g. calcopirite, tetraedrite-tenantite, esfalerite, bornite). Em microscopia de minérios é comum utilizar-se toda a terminologia mineralógica especifica para descrição de hábitos (e.g. cúbico, octaédrico, tabular, acicular, colofórmico, etc.). 16 O microscópio óptico polarizante de luz reflectida 3.3.2. Partição e Clivagem Em microscopia de luz reflectida a partição e a clivagem detectamse por um ou mais conjuntos de alinhamentos de arrancamentos do mineral. Se o mineral apresentar três ou mais direcções de clivagem, podem ser observados alinhamentos paralelos de arrancamentos triangulares. O mineral mais comum que apresenta este aspecto é a galena. A facilidade de observação destas propriedades nos minerais em estudo varia com a orientação da superfície polida, relativamente às direcções de clivagem, e com a técnica de polimento empregue. As margens dos minerais ou as regiões com defeitos de polimento, ou ainda as áreas onde se regista alguma alteração dos minerais, constituem as zonas onde estas duas propriedades são mais evidentes. 3.3.3. Maclas Nos minerais opacos descrevem-se três tipos principais de maclas: de crescimento, de inversão e de deformação. A observação de maclas em minerais isotrópicos é mais difícil. É necessário recorrer a algumas técnicas específicas para que tal seja possível. Assim devem-se observar estes minerais em luz analisada, nas etapas inicias do polimento ou após ataque químico da superfície polida. Alguma maclas em determinados minerais são características, constituindo um importante factor para a sua identificação. De entre diversos exemplos destacamos dois casos observados ocasionalmente em Neves Corvo: I - Maclas de deformação ou recristalização (maclas lamelares) na esfalerite, (Estampa 12.6.), e II - Maclas de inversão na estanite. 17 O microscópio óptico polarizante de luz reflectida 3.4. Paragénese Mineral, Associação Mineralógica e Equilíbrio de Fases Foram vários os autores - Romes de Lille em França; Severgin na Rússia; Vezrer na Alemanha e Jemson na Inglaterra, entre outros - que nos finais do século XIX, princípios do século XX chegaram individualmente a uma mesma conclusão de que havia associações mineralógicas que se observavam de uma forma constante em rochas e minérios (Craig, 1986). Posteriormente Breithaupt (1848) clarifica a conclusão obtida por aqueles autores sugerindo a introdução do conceito de paragénese mineral, que ele definiu como sendo “a maior ou menor tendência que os minerais têm para uma ocorrência comum” (Ibidem). Ao longo do século este conceito foi evoluindo e diferentes autores defenderam diferentes definições, o que dificultou a interpretação dos estudo que se publicavam. Em resposta a este problema em 1967 realizou-se em Freiberg, um Workshop internacional, mas onde não foi alcançada uma opinião comum. Contudo desta reunião saiu o que se intitulou a definição recomendada e que ainda hoje é aceite: “a paragénese mineral é uma associação originada no decurso de um processo limitado no espaço e no tempo, e que tem lugar em determinadas condições físico-químicas” (Shadlun, 1967; Rosler and Wolf, 1969; in: Craig, 1986). As associações mineralógicas são importantes ferramentas auxiliares dos estudos ao microscópio óptico por nos permitir verificar, por um lado as fases que se encontram em equilíbrio e por outro lado definir as características mais importantes de diferentes tipos de minérios. As associações que registam desequilíbrios, ou reajustamentos na associação mineralógica, podem estar expressas pela formação de novos minerais ou novas estruturas nos minerais préexistentes. Por esse motivo o reconhecimento de um mineral atípico deve sempre conduzir o mineralogista à procura de outros minerais atípicos nessa associação. O estudo do equilíbrio de fases demonstra que muitos minerais reequilibram, por exemplo, no decurso de arrefecimento, modificando as associações para outras mais estáveis nas novas condições vigentes. Os diagramas de fases fornecem, desta forma, um importante conjunto de 18 O microscópio óptico polarizante de luz reflectida informações e de pistas para o estabelecimento de uma possível, mas não necessária, associação mineralógica. Também fornecem pistas para o entendimento de certas texturas, revelando a extensão e temperatura de que dependem determinadas soluções sólidas. 4. Identificação dos minerais por métodos quantitativos O estudo das propriedades como a reflectância e dureza pode ser efectuado em termos quantitativos, recorrendo para isso à utilização de equipamento específico. Com este equipamento é possível medir a resistência, oferecida pelo mineral, à penetração de um dispositivo especial, em cuja extremidade se encontra uma ponta de diamante com um formato padrão bem conhecido. Na figura I.4. apresentam-se os valores da microdureza de Vickers (VHN) para um conjunto de minerais opacos relativamente comuns. Figura I.4. - Dados para determinação da micro-dureza de Vickers (VHN) para um conjunto de minerais opacos (segundo Bowie and Simpson - Zuaaman, 1977; in: Meurig P. Jones, 1987). 19 O microscópio óptico polarizante de luz reflectida Figura I.5. - Dados sobre a reflectância de um conjunto de minerais obtidos a 470 nm (A) e a 546 nm (B). (segundo Bowie and Simpson - Zussman, 1977; in: Meurig P. Jones, 1987). 20 O microscópio óptico polarizante de luz reflectida No quadro da figura I.4. a maioria dos minerais não apresenta um valor único para a micro-dureza de Vickers. Um pequeno traço representa o intervalo de valores possíveis de serem encontrados num determinado mineral. Isto resulta do facto de a maior parte destes minerais poderem apresentar variações na composição química ou simplesmente apresentarem anisotropia nas estruturas cristalinas. O valor exacto de reflectância de um mineral obtem-se realizando várias medições com uma série de feixes de luz monocromáticos. Os resultados alcançados são comparados com os valores obtidos, em idênticas condições de análise, para um conjunto de espécimes padrão. A figura I.5. representa diferentes reflectâncias obtidas para um conjunto de minerais, quando medidas em diferentes comprimentos de onda. Quando de utilizam os valores quantitativos de reflectância e de microdureza para identificar minerais muito semelhantes podem ser encontradas algumas dificuldades, que podem mesmo impedir a sua distinção. Isto acontece porque frequentemente os minerais (salvo raras excepções) apresentam mais do que um valor quer para a reflectância, quer para a microdureza de Vickers, podendo existir uma sobreposição de valores para diferentes minerais. Este facto constitui a maior limitação da utilização de meios quantitativos na identificação dos minerais opacos, uma vez que o rigor com que os valores que caracterizam estas propriedades são obtidos é muito grande. 21