편광 현미경과 광물의 광학적 성질

핵심 정리

편광 현미경은 암석 박편을 통과하는 빛의 성질을 이용해 광물을 관찰하는 현미경이다. 하부 편광판을 통과한 빛은 한 방향으로 진동하는 편광이 되며, 상부 편광판을 함께 넣어 두 편광판의 진동 방향이 직교하도록 하면 직교 니콜 상태가 된다. 시료가 없을 때 직교 니콜에서는 편광판이 직교하여 빛이 통과하지 않아 시야가 어둡다. 하부 편광판만 넣은 상태는 개방 니콜이며, 두 상태에서 관찰할 수 있는 성질은 다르다.

광물은 빛의 진행 방향이나 진동 방향에 따라 광학적 성질이 달라지는지에 따라 등방체와 이방체로 구분한다. 이방체에서는 방향에 따라 빛의 속도가 달라질 수 있고, 복굴절이 나타나 빛이 서로 다른 진동 방향을 가진 두 편광으로 갈라진다.복굴절을 보이는 광물에 입사한 빛은 진동 방향이 다른 두 편광으로 갈라진다. 등방체는 빛의 속도가 방향에 따라 달라지지 않으며, 직교 니콜에서 회전해도 계속 소광 상태를 유지한다.

관찰 성질은 니콜 상태와 재물대의 회전을 함께 고려해 해석한다. 개방 니콜에서는 광물의 고유색과 형태, 쪼개짐을 살피고, 회전 중 색이 변하는 다색성을 관찰한다. 직교 니콜에서는 간섭색과 소광을 살핀다. 이방체는 재물대를 돌리면 밝기가 달라지고 일정한 방향에서 어두워지는 소광이 나타난다.광학적 이방체 광물은 편광 현미경에서 회전 시 소광이 나타난다. 등방체와 이방체, 개방 니콜과 직교 니콜을 먼저 구분한 뒤 관찰 결과를 해석해야 한다.

자세히

암석 박편을 편광 현미경에 놓고 광원을 켜면 빛은 하부 편광판을 지나 시료에 이른다. 편광판은 빛의 진동 방향을 한 방향으로 제한한다. 위쪽에 있는 상부 편광판까지 넣고 두 편광판의 방향을 서로 직교시키면 직교 니콜 상태가 된다. 시료가 없으면 하부 편광판을 통과한 빛이 상부 편광판을 지나지 못하므로 시야가 어둡다. 상부 편광판을 빼면 개방 니콜 상태가 되어 빛이 시료를 통과한 모습과 광물 자체의 색을 관찰할 수 있다. 따라서 어떤 성질을 확인하는지에 따라 상부 편광판을 넣거나 빼야 하며, 관찰 조건을 확인하지 않은 채 색이나 명암만으로 성질을 단정해서는 안 된다.

광학적 이방체 광물에서는 빛의 진행 방향에 따라 속도가 달라질 수 있다. 광물에 들어간 빛은 서로 다른 진동 방향을 가진 두 편광으로 갈라지며, 이처럼 빛이 두 광선으로 갈라지는 현상을 복굴절이라고 한다. 복굴절은 광물 내부에서 빛이 두 광선으로 갈라지는 현상이므로, 단지 박편 표면이 둘로 보이는 현상과 혼동하지 않는다. 방해석은 규산염 광물이 아니지만 복굴절성을 가지며, 방해석을 통과한 빛은 두 광선으로 나뉜다. 방해석은 서로 다른 두 방향으로 쪼개지는 성질도 있고, 묽은 염산과 반응하면 이산화탄소 기포를 낸다. 방해석의 광학적 성질과 물리적·화학적 성질은 서로 다른 관찰 근거이므로 구별한다.

직교 니콜에서 재물대를 돌리면 이방체 광물의 밝기는 회전에 따라 달라진다. 빛이 상부 편광판을 통과하지 못하는 방향에 놓이면 광물이 어두워지는데, 이를 소광이라고 한다. 이방체는 회전 과정에서 소광과 밝은 상태를 번갈아 보인다. 재물대를 계속 돌렸을 때 명암이 반복해서 달라지는지를 확인하면 이방체의 성질을 판단하는 근거가 된다. 광학적 이방체는 회전에 따라 직교 니콜에서 밝기가 변하며, 일정한 회전 간격마다 소광한다. 반면 등방체는 직교 니콜에서 회전해도 계속 어둡다. 등방체가 어두운 것은 회전할 때마다 새로 소광하는 것과 다르다. 처음부터 계속 소광 상태인지, 회전에 따라 밝고 어두움이 바뀌는지를 구별해야 한다.