Abstract

Samples of Mexican obsidian that exhibit either “sheen” or “rainbow” optical properties were examined with a combination of EMP, SEM, TEM, as well as visible and IR spectroscopy. Electron-microprobe analyses of the sheen matrix give (in wt.%): 76.2 SiO2, 0.2 TiO2, 11.6 Al2O3, 2.2 FeOTOT, 0.07 MgO, 0.1 CaO, 4.8 Na2O and 4.4 K2O. The sheen is attributed to the presence of aligned flow-stretched hollow vesicles in the gemological literature. SEM images show that many of the flow-aligned lenticular areas are a second rhyolite glass with, on average, 74.6 SiO2, 0.2 TiO2, 12.7 Al2O3, 2.1 FeOTOT, 0.1 MgO, 0.9 CaO, 5.6 Na2O and 4.6 K2O. These two compositions do not overlap at the 2σ level. Their inferred indices of refraction differ by as much as 0.04, leading to optical interference along the elliptical interfaces of the two glasses. Thus we postulate that the sheen reflects differences in indices of refraction (η) between the matrix obsidian and the lower η of either gas-filled or glass-filled vesicles. In our sample, the presence of the second glass probably correlates with incorporation (and remelting?) of fragments of an earlier rhyolitic ash or tuff. Two different types of Mexican rainbow obsidian were studied. The first has layers of numerous trachytically oriented rods (0.2–2 by 10–20 μm) of hedenbergite (Ca0.88Mg0.07Fe0.98Mn0.06Si2.01O6). The composition of the matrix is: 76.3 SiO2, 12.5 Al2O3, 1.7 FeOTOT, 0.01 MgO, 0.16 CaO, 4.4 Na2O and 4.6 K2O. The second type has trachytically aligned plagioclase (~An20), also rod-shaped (as small as 0.5 × 2.0 μm). The composition of the matrix is: 76.1 SiO2, 13.5 Al2O3, 0.7 FeOTOT, 0.09 MgO, 0.7 CaO, 3.75 Na2O and 4.85 K2O. Multiple hypotheses are considered for the possible cause of the rainbow effects: gas or fluid inclusions, a small component of scattering centers, differential indices of refraction, Bragg diffraction of visible light, and thin-film interference. Our data support the last hypothesis.

Abstract

Nous avons étudié des échantillons d’obsidienne mexicains qui possèdent soit un reflet monochrome ou en arc-en-ciel au moyen d’analyses par microsonde électronique, microscopie électronique à balayage (MEB) et par transmission, et par spectroscopie visible et infra-rouge. Les analyses à la microsonde électronique de la matrice vitreuse où le reflet est monochrome donnent, en % pondéraux, 76.2 SiO2, 0.2 TiO2, 11.6 Al2O3, 2.2 FeOTOT, 0.07 MgO, 0.1 CaO, 4.8 Na2O et 4.4 K2O. Le reflet serait dû à la présence de microvésicules vides étirées lors d’un flux, selon la littérature gemmologique. Les images obtenues au MEB montrent que les domaines lenticulaires étirés contiennent un deuxième verre, de composition moyenne (%) 74.6 SiO2, 0.2 TiO2, 12.7 Al2O3, 2.1 FeOTOT, 0.1 MgO, 0.9 CaO, 5.6 Na2O et 4.6 K2O. Ces deux compositions sont distinctes à un écart de 2σ près. Leurs indices de réfraction diffèreraient par au moins 0.04, ce qui pourrait bien mener à une interférence optique le long de l’interface elliptique entre les deux verres. Le reflet monochrome résulterait donc de différences en indices de réfraction (η) entre l’obsidienne de la matrice et celle des vésicules, dont l’indice η est plus faible. Dans notre échantillon, la présence d’un deuxième verre pourrait bien résulter de l’incorporation (et refusion ?) de fragments d’une cendre rhyolitique ou d’un tuf antérieur. Nous avons aaussi étudié deux sortes d’obsidienne mexicaine à reflets polychromes (en arc-en-ciel). La première contient des trainees de microbâtonnets (0.2–2 (10–20 μm) d’hédenbergite (Ca0.88Mg0.07Fe0.98Mn0.06Si2.01O6), alignés par flux. La composition de la matrice (%) est: 76.3 SiO2, 12.5 Al2O3, 1.7 FeOTOT, 0.01 MgO, 0.16 CaO, 4.4 Na2O et 4.6 K2O. Le second type montre un alignement trachytique de plagioclase (~An20), aussi sous forme de bâtonnets (aussi petits que 0.5 × 2.0 μm). La composition de la matrice (%) est: 76.1 SiO2, 13.5 Al2O3, 0.7 FeOTOT, 0.09 MgO, 0.7 CaO, 3.75 Na2O et 4.85 K2O. Nous évaluons plusieurs hypothèses pour expliquer les effects en arc-en-ciel: inclusions de gaz ou de fluide, une faible proportion de centres de dispersion, des différences en indices de réfraction, une diffraction de la lumière visible selon la loi de Bragg, et une interférence de pellicules très minces. Nos données concordent avec la dernière de ces hypothèses.

(Traduit par la Rédaction)

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