Obserwacje Ziemi w ramach EO-MINERS – Metody obserwacji Ziemi

Spread the love

Mineralogiczne

Skład mineralogiczny może być ważnym czynnikiem determinującym zachowanie środowiska i właściwości geotechniczne skał i osadów. Niektóre z opisanych poniżej metod obejmują zatem dziedziny geochemii i geotechniki/mechaniki gruntu.

Skały lite są zwykle charakteryzowane mineralogicznie w stanie nienaruszonym, podczas gdy związki mineralogiczne luźnych osadów lub mniej skonsolidowanych skał (np. mułowce) często można wyodrębnić do analizy.

Metody separacji minerałów – Do celów analitycznych (i handlowych) ziarna mineralne w luźnych osadach można rozdzielać według ich właściwości fizycznych, a mianowicie gęstości właściwej i właściwości magnetycznych. „Płukanie” w poszukiwaniu złota jest typową metodą oddzielania ciężkiego złota. Do celów analitycznych osad można zawiesić w cieczach o różnej gęstości, aby oddzielić „ciężkie minerały” od zwykłych ziaren kwarcu lub gliny. Flotacja to proces przemysłowy oparty na podobnej zasadzie oddzielania ziaren rudy od skały płonnej, m.in. kwarc. Zależna od gęstości mineralnej prędkość osiadania w długich (>10 m) pionowych rurach może być również wykorzystywana do separacji minerałów, chociaż ta metoda jest stosowana głównie do celów granulometrycznych. Minerały ferromagnetyczne, m.in. magnetyt i inne minerały żelaza można oddzielić, poddając je działaniu pola magnetycznego.

Mikroskopia optyczna – to klasyczna metoda mineralogii. Podczas gdy niektóre minerały można zidentyfikować gołym okiem w próbkach skał, ich dokładna identyfikacja i ocena ilościowa mogą wymagać badania pod mikroskopem. Stosuje się dwa rodzaje metod mikroskopowych, a mianowicie w świetle przechodzącym i w świetle odbitym (głównie dla nieprzezroczystych minerałów kruszcowych). W pierwszej kolejności próbki przygotowywane są w postaci cienkich przekrojów, tj. plastry skały są przyklejane do szklanego nośnika i szlifowane do grubości mniejszej niż 0,03 mm. W drugim przypadku drobne okazy osadza się w specjalnych nośnikach, a ich powierzchnia jest szlifowana na płasko, a następnie polerowana. Inspekcje przeprowadzane są w świetle normalnym, spolaryzowanym (niektóre minerały polaryzują światło i można je w ten sposób zidentyfikować) lub UV (niektóre minerały i węglowodory wykazują specyficzną fluorescencję w UV). Tradycyjnie mikroskopia optyczna wymaga dużego doświadczenia i dobrej zdolności identyfikacji kolorów po stronie operatora, wspomagana komputerowo analiza obrazu jest obecnie pomocna w rutynowych analizach.

Cienki skrawek bazaltu w normalnym świetle (po lewej) iw świetle spolaryzowanym (po prawej) (z www.zeiss.de).

Krystalografia rentgenowska – to klasyczna metoda krystalografii. Atomy w substancjach krystalicznych odchylają wiązki promieniowania rentgenowskiego według wzorów charakterystycznych dla ich przestrzennego rozmieszczenia w substancji. Wzory dyfrakcyjne różnią się w zależności od kierunku, z którego wiązka przenika przez sieć krystaliczną. Kryształ o odpowiedniej wielkości montowany jest w tzw. goniometrze i powoli obraca się w wiązce rentgenowskiej. Powstałe w ten sposób wzory dyfrakcyjne były pierwotnie rejestrowane na kliszach fotograficznych i analizowane ręcznie, podczas gdy obecnie fotopowielacze i zapis analogowo-cyfrowy uprościły przechwytywanie danych do przetwarzania w komputerze cyfrowym. Ta ostatnia znacznie ułatwia transformację Fouriera, która jest potrzebna do przekształcenia dwuwymiarowych wzorów dyfrakcyjnych na trójwymiarowe wzory gęstości elektronów, reprezentujących atomy w sieci krystalicznej.

Konfiguracja do krystalografii rentgenowskiej (z www.district87.org)

Dyfraktometria proszkowa — często minerał, który ma być zidentyfikowany, nie jest dostępny jako izolowany pojedynczy kryształ o wystarczającej wielkości i należy stosować mieszaniny minerałów. Dyfraktometria proszkowa (rentgenowska) pozwala na szybką identyfikację substancji krystalicznych. W przeciwieństwie do krystalografii rentgenowskiej, dwuwymiarowe wzory dyfrakcyjne nie są punktami, ale pierścieniami na płaskim detektorze, ponieważ wiele kryształów jest ułożonych losowo w próbce. Położenie i intensywność pierścieni można porównać ze standardowymi wzorcami, które są zestawiane w międzynarodowych bibliotekach standaryzacyjnych. Obecność kilku gatunków minerałów powoduje nakładanie się wzoru. Obecnie ich analizę znacznie ułatwiają analogowo-cyfrowe przechwytywanie danych i wspomagane komputerowo metody rozpoznawania wzorców optycznych. Procesom (re)krystalizacji mogą ulegać różne związki chemiczne, m.in. podczas diagenezy, a procesy te można zaobserwować w odmianach standardowego obrazu dyfrakcyjnego dla danego minerału.

Konfiguracja do rentgenowskiej dyfraktometrii proszkowej (z www.physik.tu-dresden.de).