Los minerales al microscopio

Estamos acostumbrados a ver y a tratar de identificar muestras de rocas y minerales a partir de ejemplares que caben fácilmente en nuestras manos, lo que llamamos identificación de visu. Esto resulta de utilidad cuando los minerales son de un tamaño considerable, algo a lo que no siempre vamos a tener acceso. En el caso de minerales de menor tamaño resulta necesario recurrir a la lupa de mano. Sin embargo cuando el tamaño de los minerales es todavía más pequeño y la lupa de mano no es suficiente, una de las herramientas más habituales que se usan para estudiar tanto minerales como rocas son los microscopios ópticos.

Los objetivos que tiene estudiar minerales al microscopio son variados. A continuación, se incluyen algunos de los más relevantes:

  • Identificar los minerales presentes en una roca a través de sus propiedades ópticas, incluso en aquellos minerales de pequeño tamaño que no se pueden ver a simple vista
  • Conocer la asociación de minerales de un yacimiento o roca concreta, ver el tamaño de los minerales o las proporciones en las que aparecen
  • Identificar texturas, que nos pueden dar información del proceso de formación y evolución
  • Identificar procesos de alteración y/o transformación de unos minerales en otros
  • Identificar organismos fósiles de muy pequeño tamaño que estén presentes en ellas, etc.

No todas las muestras se van a poder estudiar con un único tipo de microscopio. Por ello, existen distintos tipos de microscopios ópticos y la preparación de las muestras va a ser también diferente.

El microscopio de polarización de luz transmitida

Este tipo de microscopio, también conocido como microscopio de luz transmitida, se emplea para estudiar láminas delgadas de la muestra finamente pulidas. Estas láminas deben tener 0,03 milímetros, es decir, son muy finas si tenemos en cuenta que un pelo humano tiene un grosor de entre 0,06 y 0,08 milímetros, y está montada sobre una placa de vidrio. Este tipo de láminas se llevan empleando desde el siglo XIX y resultan muy útiles para estudiar minerales transparentes, los que dejan pasar la luz. Algunos ejemplos de este tipo de minerales son el cuarzo, la calcita, la biotita, el olivino, los granates, la turmalina, etc.

Este microscopio cuenta con dos filtros polarizadores, uno está situado entre la fuente de luz y la muestra, y el otro, llamado analizador, entre la muestra y el lugar por el que miramos (oculares). Estos filtros, que fueron desarrollados por primera vez en 1828 por William Nicol, permiten obtener luz polarizada a partir de luz natural.

Cuando se emplea luz no polarizada, las ondas vibran en cualquier dirección. Sin embargo, cuando se emplean polarizadores, esto ya no sucede, ya que solamente está vibrando en un único plano, dejando pasar una parte de la luz en una única dirección. Cuando estos dos filtros están paralelos, dejan pasar la luz en la misma dirección y cuando están uno perpendicular al otro (se dice que están cruzados), se ve más oscuro.

Animación de lo que sucede cuando la luz pasa por los filtros polarizadores y el efecto que tiene girar uno de ellos.
JozumBjada. Wikimedia Commons.

Otra particularidad de estos microscopios es que la platina puede girar, lo que permite ver algunas propiedades concretas en determinados minerales. Aunque el color es una de las propiedades ópticas de los minerales más fácilmente observables, tanto de visu como al microscopio, también es muy característico que algunos de ellos cambien de color al girar la platina y esto es debido precisamente al uso de la luz polarizada para ver las muestras. Cuando observamos algunos minerales con nicoles paralelos, como la biotita o la moscovita, se puede ver una variación de color al girar. Son minerales pleocroicos y la propiedad se llama pleocroismo. Esta variación puede ser más débil o más acentuada, en función del mineral.

Caja de láminas delgadas. Fotografía: V. Colás.
Láminas delgadas al microscopio. Fotografía: V. Colás.

Cuando se cruzan los polarizadores, la luz polarizada ya no puede pasar. Por eso, los minerales isótropos, que son los que presentan siempre el mismo comportamiento en todas sus direcciones (consecuencia directa de su estructura interna regular) se ven de color negro. Un claro ejemplo de minerales isótropos son los granates, que en nicoles cruzados siempre se ven de color negro. En cambio, en los minerales anisótropos, aquellos que no tienen una estructura interna tan regular, la velocidad de la luz varía según las direcciones cristalográficas, por ello presentan otros colores (como el cuarzo). En este caso, cuando las direcciones de vibración de la luz en el mineral coinciden con la del polarizador y con la del analizador, se vuelve de color negro, es lo que se llama la posición de extinción. Esto puede darse justo a los 90º ,fenómeno que se llama extinción recta, o a cualquier otro ángulo, extinción oblicua. Los minerales anisótropos tendrán así cuatro posiciones de máxima iluminación y cuatro de extinción, y los minerales isótropos siempre estarán en esta posición de extinción.

Fotografía de una lámina delgada en nicoles cruzados. Se ve un granate (de color negro, porque es isótropo), junto a micas (de color variable) y cuarzo (de color gris/blanco). Jackdann88. Wikimedia Commons.
Fotografía de una lámina delgada en nicoles cruzados la que se ve fundamentalmente cuarzo (de colores blanco a negro), un mineral anisótropo. Jackdann88. Wikimedia Commons.

El microscopio de polarización de luz reflejada

Este tipo de microscopio es de gran utilidad para estudiar los minerales opacos, aquellos que no dejan pasar la luz, como la pirita, la calcopirita, la hematites, el cinabrio, la calcosina, etc.). En este caso, la luz ilumina la muestra desde arriba y se refleja en ella, por ello permite ver minerales que no dejan pasar la luz. En cuanto al resto de características, son bastante similares; también cuenta con un polarizador, un analizador y una platina giratoria.

Para que se puedan ver bien las muestras con este microscopio, la superficie debe estar finamente pulida. En lugar de usar láminas delgadas, el tipo de muestra que se coloca en la platina suelen ser probetas pulidas. Son fragmentos de roca o mineral embutidos en resina que se van sometiendo a distintas fases de pulido hasta que casi parece un espejo.

Caja con probetas pulidas. Fotografía: V. Colás.
Probetas pulidas al microscopio. Fotografía: V. Colás.

En función de la cantidad de luz que va a reflejar cada mineral, lo vamos a ver de un color diferente con nicoles paralelos. Los otros minerales que lo rodean también van a influir en su color aparente. Hay otras propiedades en las que nos podemos fijar, como el cambio de tonalidad al girar la platina (pleocroísmo), si hay marcas (o no) debido al pulido (los minerales más blandos suelen presentar rallas de pulido), entre otros. Cuando cruzamos los nicoles, podremos ver si son isótropos o anisótropos, si tienen reflexiones internas, si están maclados, etc.

Pirita con oro nativo en el interior rodeados por una matriz de cuarzo.
Muestra de un nivel de hierro oolítico en la que todavía se aprecia parte de su laminación original.

En la actualidad, hay microscopios de polarización que tienen los dos tipos de luz (transmitida y reflejada) que permiten observar tanto minerales transparentes como opacos de forma más sencilla. Solo hay que encender/apagar el sistema de iluminación que nos interesa para poder identificar un mineral en concreto.

Algunos minerales al microscopio…

Microscopio de polarización de luz transmitida

(próximamente)

Microscopio de polarización de luz reflejada

(las fotografías están al final de cada ficha)

Bibliografía