Каталог Минералов
 

Как впервые увидели микроскопические минералы


Грунтоведение / Как впервые увидели микроскопические минералы
обсудить на форуме

Ученые всегда стремились увидеть малые объекты: частицы глинистых минералов, микробы, вирусы и т. д. Впервые удалось увидеть коллоидные частицы размером менее 1—0,1 мкм в ультрамикроскопе. Он основан на так называемом эффекте Тиндаля. Если в комнату проникает через щель в занавеске или ставне тонкий луч солнца, то на его пути видны тысячи тонких пылеватых частиц. Этот эффект и лежит в основе действия ультрамикроскопа. В нем коллоидные частицы видимы в направлении, перпендикулярном к направлению луча света.

Конечно, видимость таких частиц в подобном микроскопе совершенно недостаточна для их изучения. Лишь с появлением электронного микроскопа по-настоящему увидели тонкие частицы глинистых минералов. Первым для этой цели был использован электронный микроскоп просвечивающего типа. В нем вместо световых лучей используется пучок быстролетящих в вакууме электронов. Их полет ускоряется электрическим напряжением в десятки и даже сотни тысяч вольт. В таком микроскопе  вместо  стеклянных  используются     электронные  линзы.

Длина возникающих волн для электронов в сотни тысяч раз короче световых волн. В просвечивающем электронном микроскопе можно увидеть частицы размером в несколько сот раз меньше, чем в лучшем оптическом микроскопе. Он дает возможность получать увеличения до 100 000 крат и даже больше. В такой установке исследовались прежде всего суспензии (смеси глины с водой). В них впервые увидели по-настоящему тончайшие частицы каолинита, монтмориллонита и других глинистых минералов. Стали ясны формы и размеры их кристаллов.

Оказалось, что эти тонкие минералы очень разнообразны по форме. Одни образуют шестиугольные пластинки, другие — иголки, трубочки, зерна с расплывчатыми краями, нитки и т. д.

Несколько больше информации дал метод реплик. Реплика представляет собой отпечаток, получаемый с поверхности кусочка глины путем напыления на нее в вакууме графита либо какого-нибудь другого вещества. Затем глина удаляется, и на электронном микроскопе исследуется отпечаток-реплика.

Наконец, делались попытки изучения тончайших срезов с глинистых грунтов. Применение этих методов позволило узнать много нового о тонкой структуре глин.

Следующий шаг был сделан в 50-х годах XX в., когда были созданы принципиально новые растровые электронные микроскопы. Они широко открыли окно в загадочный мир тончайших структур грунтов. В таких микроскопах узкий электронный луч (зонд) обегает поверхность исследуемого образца.  В  каждой точке соприкосновения электронного луча (зонда) с грунтом возникает несколько видов отраженного излучения. Здесь и вторичные, и рассеянные электроны, и рентгеновские лучи, и, наконец, световые волны. Они и дают яркое изображение объекта на экране электронно-лучевых трубок. Благодаря комплексности изучения с помощью такого прибора получают информацию о самых разнообразных свойствах поверхности грунта.

Эта установка, в отличие от оптического микроскопа, позволяет увидеть даже при небольших увеличениях (в 200—500 раз) более тонкие детали строения глинистого грунта. Для изучения структуры глинистых грунтов в растровом электронном микроскопе их поверхность покрывается тончайшим слоем металла (чаще всего золотом) с тем, чтобы она могла отражать электронный луч.

С помощью растрового электронного микроскопа можно рассмотреть детали  строения  поверхности  размером до   1—0,5  мкм.     Это позволило  изучить  многие  особенности   микроструктуры  глинистых грунтов, которые до этого были неизвестны.

Использование физических методов исследования дало новые возможности для развития науки о грунтах. Так, сейчас начали применять ультразвуковой    и рентгеновский  микроскопы.  Пока  они оказались пригодными     для решения  лишь  отдельных  вопросов.     Однако  в  их использовании сделаны только первые робкие шаги.

Важную информацию о составе минералов, слагающих глинистые грунты, дают рентгеноструктурные методы. Они позволяют получить дифракционную   картину,   возникающую   при   прохождении   рентгеновских  лучей  через  столбик  спрессованного  глинистого  вещества, помещенный в специальную рентгеновскую камеру.

В основе этих методов лежит явление дифракции — огибание рентгеновскими лучами атомов и ионов, слагающих кристаллические решетки минералов. Такой луч, прошедший через вещество, фиксируется на пленку-рентгенограмму, по которой специалисты судят о составе минералов.

Рентгеновский метод дает также возможность выяснить, как располагаются в глинах частицы минералов. Для этой цели используются как обычные рентгеновские камеры, так и специальные дифрактомеры — рентгеновские установки, в которых регистрация изменений ведется с помощью специальных счетчиков.

Применяя все эти методы, грунтоведы обнаружили, что глинистые грунты обладают самыми разнообразными тонкими структурами. Среди них есть структура «карточный домик», в которой частицы образуют из первый взгляд совершенно неустойчивую «воздушную» постройку. Но это оказывается не совсем так. Электромолекулярные силы особенно проявляются на концах частиц, поэтому-то такие микроструктуры достаточно прочны.

Советский ученый В. И. Осипов с помощью растрового электронного микроскопа подробно исследовал строение глин и обнаружил целую серию структур. Он показал, что наиболее рыхлыми являются глинистые осадки, содержащие гидрослюду и монтмориллонит. Они образуют причудливые скопления лепестков разных форм. Их «узор» зависит от среды, в которой возникает осадок, химического состава минералов и ряда других факторов.

В природных глинистых грунтах В. И. Осипов обнаружил семь основных типов микроструктур. Он убедительно показал, что многие свойства глин тесно связаны с особенностями их микростроения. Так наука все глубже и глубже проникает в тайны тончайшего строения грунтов.



  • Моя коллекция
  • Добавить образец
  • Добавить месторождение
  • Предложить новость
  • Управление рассылкой
  • Профайл