Atrapar el arco iris

18/12/2015 0 comentarios
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Los geólogos usamos la interacción de la luz con los minerales en lámina delgada para identificarlos y reconocer sus relaciones en las rocas. En esta entrada os cuento los fundamentos de la petrografía y os muestro algunos ejemplos.

La luz interacciona con los minerales de muy diversas formas. Son muy conocidos los fenómenos de la doble refracción del espato de Islandia, el índice de refracción, que se ha utilizado en las novelas policíacas para esconder diamantes tallados, o la iridiscencia del ópalo.

Pero no quisiera dejar pasar este Año Internacional de la Luz sin mostraros cómo usamos los geólogos la luz para el estudio de las rocas al microscopio.

El microscopio petrográfico

Todos tenemos en mente el típico microscopio al que se asoma un biólogo para observar las intimidades de células, tejidos o neuronas (como nuestro Nobel Santiago Ramón y Cajal); se compone básicamente de un ocular (por donde se mira), un objetivo (pegado a la muestra), una platina donde va colocada la lámina delgada y una fuente de luz.

Santiago Ramón y Cajal y su microscopio.

Sin embargo, nosotros le añadimos algunas cosillas a nuestros microscopios para poder estudiar la interacción de la luz con secciones delgadas de los minerales. Uno de estos artilugios es el polarizador, y un microscopio petrográfico debe llevar dos, uno fijo, situado justo encima de la fuente de luz, y otro de quita y pon, localizado debajo del ocular, y que recibe el nombre de analizador. En este vídeo realizado por mis compañeros de departamento tenéis descritas las partes más importantes del microscopio petrográfico.

Luz polarizada

Aunque la naturaleza de la luz es ciertamente compleja, nosotros vamos a centrarnos en su comportamiento ondulatorio. La luz ordinaria que emite nuestro Sol o cualquier bombilla incandescente vibra en todas direcciones con un ángulo perpendicular a la dirección de propagación.

 Luz ordinaria (izquierda) y polarizada (derecha).

Sin embargo, a nosotros nos interesa que la luz vibre únicamente en una dirección, la llamada luz polarizada plana, y para conseguirla tenemos dos métodos. El primero, denominado prisma de Nicol, fue diseñado por el geólogo escocés William Nicol en 1828, aprovechando la doble refracción del espato de Islandia y su índice de refracción. Resulta que la luz, al atravesar el espato de Islandia se divide en dos rayos que vibran en ángulo recto uno del otro y tienen diferente velocidad.

 Cómo cortar un romboedro de espato de Islandia para construir un prisma de Nicol (izquierda) y cómo funciona (derecha): de los dos rayos que se forman al atravesarlo, el de la línea punteada se refracta y sólo consigue pasar el otro.

Cortando un cristal de espato de Islandia a un determinado ángulo y pegándolo de nuevo con un pegamento especial (bálsamo de Canadá, muy utilizado en microscopía), podemos conseguir deshacernos de uno de esos rayos por refracción y quedarnos únicamente con un rayo de luz polarizada.

Gracias a William Nicol comenzó el estudio de las rocas bajo el microscopio, disciplina conocida como petrografía. Como todas las novedades, al principio, fue despreciado porque sus colegas decían que era absurdo estudiar las montañas al microscopio, pero esa percepción cambió rápidamente.

En España, el microscopio petrográfico fue introducido por el geólogo autodidacta José Macpherson a mediados del siglo XIX.

Más adelante, se desarrollaron otros primas polarizadores aunque en la actualidad se utilizan materiales que presentan una absorción selectiva (segundo método), es decir, que dejan pasar la luz en un plano, bloqueando el resto. En cualquier caso, aunque ya no se utilicen prismas de Nicol, a los polarizadores actuales se les sigue llamando "nícoles" en su honor.

Os recomiendo este vídeo de la sección de Antonio Martínez Ron en Órbita Laika, donde explica fenomenalmente la polarización.

Rocas al microscopio

Pero dejémonos de teoría, vamos a ver algunos ejemplos de rocas bajo el microscopio.

Empecemos por un mineral isótropo, es decir, un mineral cuya estructura cristalina es igual en los tres ejes del espacio, por ejemplo el granate. Poniendo los nícoles paralelos (es decir, poniendo los polarizadores inferior y superior con la misma orientación) se ven perfectamente las características ópticas del granate.

 Esos minerales ovalados de color crema que aparecen en esta imagen son granate. El campo de visión es de unos 5 mm. Nícoles paralelos.

Pero lo interesante ocurre cuando cruzamos nícoles.

El granate con nícoles cruzados se ve negro.

¿Por qué se ve negro el granate? Al cruzar nícoles, lo que estamos haciendo es poner los polarizadores a noventa grados. Si el mineral es isótropo (y el granate, al cristalizar en el sistema cúbico, lo es), la orientación de la luz polarizada no cambiará, por lo que la luz no podrá atravesar el analizador. Como resultado, el granate se verá negro.

El resto de los minerales que acompañan al granate (que en este caso son principalmente cuarzo y biotita) son anisótropos, sus tres ejes cristalográficos tienen direcciones diferentes. Al pasar la luz a través de ellos, esta anisotropía consigue que la luz polarizada se desvíe, de tal manera que al llegar al analizador, consigue atravesarlo.

Como cada mineral tiene una estructura diferente, desvía la luz de manera diferente y por eso nosotros conseguimos identificarlos al microscopio.

Así que ya sabéis, para atrapar el arco iris, sólo tenéis que ponerlo entre los polarizadores perpendiculares.

¿Dónde encontrar más imágenes de rocas al microscopio?

Hay muchos manuales de petrografía disponibles en internet (yo tengo el mío también), pero yo os recomiendo que sigáis la etiqueta #ThinSectionThursday en Twitter. Se trata de una curiosa iniciativa por la que, todos los jueves, geólogos tuiteros ponen fotos de rocas al microscopio. Algunas son realmente espectaculares.

Y si queréis ver láminas delgadas interpretadas de una manera diferente, deberíais leer estas entradas de mi (otro) blog.

Espero que lo disfrutéis.