김원사 서울대학교 지질학과 졸업(이학사) 캐나다칼톤 대학교 대학원 지질학과졸업(이학석사, 이학박사) 독일하이델베르크대학교객원교수 캐나다광물연구소 객원교수 현재 충남대학교 지질학과교수 저서 『 보석학』 『 지구환경과학』 둥다수

조암광물학

조암광물학

책머리에 우리가 살고 있는 지구의 표면은 고체 상태인 여러 종류의 암석 으로 구성되어 있고, 이들 암석은 다시 여러 종류의 광물로 되어 있는데, 이 를 조암광물이라고 한다. 조암광물은 인류의 역사가 시 작되면서 생활의 터전이 되는 대지와 불가분의 관계를 이어 왔으 며, 최근까지도 각종 화학원소 및 산업 재료가 되는 물질을 대부 분 광물로부터 얻고 있다. 이 책에서는 암석을 이루고 있는 수천 종의 광물 중에서 비교적 산출 빈도나 중요성이 많은 100 여 총의 광물을 선별하여 이들에 대한 주요한 광물학적 성질에 대해 기술하였다. 또한 이들을 편광 현미경을 비롯하여 주사전자현미경, 전자현미분석, X 선 형광분 석, 원자흡수분광분석, 적외선흡수분광분석, 시차열분석, X 선 회 절분석 등을 이용하여 연구하는 과정에 대해서도 기술하였다. 마 지막으로 상평형 이론을 도입하여 조암광물이 천연에서 어떠한 과 정을 통해 만들어지며, 또 이들의 지질학적, 광물학적 의미는 어

떠한지에 대해서도 간략하게 다루었다. 이 책을 저술할 수 있도록 재정 지원을 하여준 대우재단에 감사 드리며, 이 책의 원고를 읽어 주시고 조언을 해 주신 서울대학교 김수진 교수님께도 감사드린다. 또한 원고 정리에 도움을 준 충남대 학교 지질학과 광물학 연구실의 신현숙 박사와 집필에 전념할 수 있 도록 도와준 가족에게도 감사한다. 아무쪼록 이 책이 조암광물에 대해 한 단계 높은 공부 릅 하 는 데 도움이 되었으면 한다. 1998 년 9 월 김원사

차례

2.2.7 결정면 밀러지수법 • 59

3.3.1 항상 검게 보이는 경우 • 112

4.2.7 할로겐 광물 • 158

5.4 원자흡수분광분석 360

6.3.1 고용체를 형성하지 않는 경우 • 392

제 1 장 조암광물 1.1 조암광물의 정의 지구의 표면인 지각은 고체 덩어리로 되어 있고, 이 고체 덩어 리인 암석( 岩石 , rock) 은 다시 광물( 鑛 物, mi neral) 이라는 작은 구성 입자로 되어 있다. 광물은 〈하나 또는 여러 종류의 원소가 화학적 으로 결합하여 내부적으로 규칙적인 원자배열을 하고 있는 고체 물질로서, 천연에서 무기적 과정으로 생성된 것〉을 의미한다. 암 석은 성인(成因)에 따라 화성암, 퇴적암, 변성암으로 분류하며 이 들 암석을 구성하는 광물 역시 서로 다론 지질 환경의 영향을 받 는다. 암석을 구성하는 광물을 조암광물(造岩 鑛 物, rock-fo rming mi neral) 이라고 하는데, 그 수효는 약 3000 종이 된다. 조암광물을 연구하면 광물의 물리 • 화학적인 자료뿐만 아니라 광물을 산업적 으로 활용할 수 있게 되고, 또 이들 광물로 구성되어 있는 암석의 생성 환경 및 시기, 지질학적 변천과정 동에 대해서도 알 수 있게

된다. 1.2 조암광물의 생성 1.2.l 화성환경 1.2.1. 1 화성암의 생성 지각의 대부분은 화성암으로 되어 있다 . 그 러나 상당 부분 의 화 성암이 지표를 따라 얇게 분포하고 있는 퇴 적 압이나 변성암으 로 가려져 있다. 화성암은 맨틀 상부 또는 지 각 의 하 부 물질 이 녹아 만들어진 액체 상태의 마그마가 냉각되면서 형 성된 암석이다. 마 그마는 약 900~l600°C 정도인 고온의 물질인데, 100 여 가지의 화 학원소로 구성되어 있다 . 그 중에서 존재량이 약 1% 이상되는 성 분은 0(46.7 % ), Si (2 7.7% ) , Al(8.1 % ) , Fe(5.1% ) , Ca(3.6 % ) , Na(2.7%), K(2.6%), Mg (2 .1 % ) 등 8 가지이고, 이들이 전체의 99% 를 차지한다. Ti (0.86%) 을 비롯한 나머지 90 여 가지의 성분은 1% 정도를 차지할 뿐이다. 그래서 위에 기술한 8 가지의 원소 를 〈 지 각 구성의 8 대 원소〉라고 부른다. 마그마에는 H20, CO 2 뿐만 아니라 HzS, HCI, CH 』, CO 등의 기체 성분도 상당량 들어있다 . 그러나 기체 형태의 02 는 거의 포함되어 있지 않다 . 지구 중심부로부터 마그마로 전달되던 열이 어떤 이유로 인해 차단되는 경우에는 마 그마가 서서히 식게 되는데 이때 용융점이 높은 광물부터 정출( 晶 出)이 시작된다. 마그마가 냉각될 때 정출되는 광물의 종류와 순서 를 실험적으로 알아 낸 암석학자는 미국의 Bowen 교수로서, 그는 감람석 [(Mg , Fe )z S i 04] 이 제일 먼저 정출되며, 특히 Mg 성분이 많은 감람석 (fors te r i te, Mg zS i 04 ) 부터 정 출되 다가 점 점 Fe 성 분이

많은 감람석(fay al it e, FezS i O~ ）으로 변하는 사실을 발견하였다 . 이와 거의 동시에 정출되는 또 하나의 광물은 사장석인데 높은 온도에서 처음 만들어지는 사장석에는 Ca 성분이 많고, 온도가 점점 내려감 에 따라 Na 성분이 증가한다. 사방정계인 감람석이 정출된 후에는 Mg 성분이 높은 사방정계 또는 단사정계의 휘석이 정출되기 시작 하고, 이어서 Fe 성분이 많은 사방휘석이 정출한다. 역시 이 단계 에서도 사장석은 계속 정출하게 되며, 이 전단계에서 만들어 진 사 장석에 비해 Ca 성분은 감소하고 Na 성분은 증가한다. 휘석의 정 출 이 마쳐지면 이어서 각섬석이 정출하게 되며, 나중에 혹운모가 계속 정 출 한다. 특히 감람석 一 휘석~ 이어지 는 계열의 광물 들 은 결정구조가 모두 다른데 이를 불연속계열(不 連 紹 系列, dis c onti nu ous seri es ) 이 라고 부른다. 그러 나 사장석 은 Ca 와 Na 성분에 차이가 있을 뿐 삼사정계의 결정구조는 변하지 않는다. 이 때문에 Ca-사 장석 ~ (Ca, Na) - 사장석 ~ (Na, Ca) - 사장석 _> Na-사 장석 계열을 연속계열(連 領 系列, conti nu ous se ri es) 이라고 부 른 다 . 아직 마그마에는 액체 성분이 남아 있기 때문에 계속해서 칼리 장석, 백운모, 석영 등이 정출되며 이 과정은 액체 성분이 완전히 소비될 때까지 계속된다. 이렇게 마그마가 냉각될 때 일어 나는 광물의 연속적인 정출과정을 〈 Bowen 의 반응계열〉 (Bowen's reacti on se ri es) 이라고 한다(그림 1.1). 초기에 만들어진 감람석이나 휘석이 마그마 내에 그대로 존재하면서 마그마와 계속 반응을 하 여 새로운 광물을 정출시키는 경우도 있지만, 때로는 초기에 만들 어진 광물이 높은 비중으로 인해 마그마 챔버 아래에 가라앉아 잔 류 마그마 용액과 충분한 반응을 하지 않게 되는 불평형 상태가 만들어질 수도 있다. 후자(後者)의 경우를 분별정출작용(fra c ti onal c ry s t al li za ti on) 이라고 한다. 이러한 증거로는 휘석 결정의 바깥 부 분이 각섬석으로 둘러쌓여 있거나, 사장석의 중심부가 바깥 부분

잔류용액

보다 Ca 성분이 높아 편광현미경 관찰시 대상구조가 나타나는 현 상 등이 있다(그림 1.2) . 1.2. 1. 2 화성 암의 분류 ®형성 깊이에 따른분류 화성암은 마그마가 냉각될 때 정출되는 여러 광물로 이루어진 암석으로서, 그 화성암울 구성하고 있는 광물의 종류와 조직에 따

그림 1.2 불평형상태에서 형성된 사장석. 중심부분이 외곽보다 Ca 성분이

라 화성암의 명칭이 주어진다. 화성암을 구성하는 광물의 종류는 마그마의 성분과 마그마의 냉각 정도에 따라 결정되며, 광물의 조 직은 마그마의 냉각 속도에 의한 광물 결정의 크기에 의해 주로 좌우된다. 한편 마그마의 냉각 속도는 마그마의 고결 위치와 직접 적인 관련이 있다. 마그마가 지하 깊은 곳에서 천천히 고결될 경 우 광물 결정은 눈으로 식별이 가능할 정도로 크게 된다. 그러나 마그마가 지각에 생긴 어떤 틈을 따라 지표로 나와 급격히 식게 되면 광물 결정의 크기가 매우 작아 육안으로의 광물 식별이 거의 불가능해 진다. 지하 심부에서 마그마가 고결되어 만들어진 화성 암을 심성암(深成岩)이라 하며 이런 암석은 구성 광물의 입자가 크 기 때문에 눈으로도 식별이 가능하게 된다. 이런 암석 조직을 현 정질(顯晶質)이라 하며, 광물 입자들의 평균 크기가 5mm 이상이

면 조립질 (組粒 質 ), l ~5mm 이면 중립질(中粒/t'(), Imm 이하 이면 세립질(細粒 質) 이라고 한다. 마그마가 지각에 생긴 균열을 따라 솟아나오면 화산 폭발이 되 는데 이때 지표로 흐르는 마그마 물질을 특별히 용암( 炤岩 , lava) 이라고 한다. 용암이 굳어져 만들어진 암석을 화산암(火山岩)이라 고 하며, 이 암석은 지표에서 급히 냉각되어 만들어진 것이므로 이를 구성하고 있는 광물의 입자 크기는 매우 작게 된다. 대부분 세립질이지만(그림 1.3) 경우에 따라서는 더욱 미세한 유리질 조직 일 수도 있다. 마그마가 지하 심부에서 정출되기 시작하다가 지표 가까운 위치까 지 상승하는 경우도 있다. 이러한 환경에서 만 둘 어진 암석을 반심성 암(半深成岩)이라 한다. 반심성암에는 큰 광물 결정이 세립질의 광물 과 함께 공존하는데, 이 를 반상조직 (IkI 狀組籠t por p h yr it i c tex tu r e) 이 라고 한다(그림 1.4 ). 큰 광물 결정을 반정 (Iki 晶 phe nocrys t ) , 세립 질의 주위 부분을 석 기 (石基, matr i x ) 라고 한다. 따라서 암석의 조직만 관찰하여도 그 화성암의 생성 환경을 추 측할 수 있게 된다. ® 화성암을 구성하는 조암광물 화성암울 이루는 조암광물중 그 암석의 특징을 나타내는 중요한 광물들을 주요 조암광물이라 하고, 그 외 광물을 보조 조암광물이 라고 한다(표1.1) . 화성암의 주요 조암광물과 보조 조암광물의 예 는 표 1. 2 와 같다.

그림 1.3 화산암 에서 관 찰 되는 세립질 조직 .

그림 1.4 반 심 성암에서 관찰되는 반정과 석기로 구성됨.

표 1.1 화성암의 조암광물

1.2.2 퇴적환경 1.2.2.l 퇴적암의 생성 지표에 노출되어 있는 암석은 의부의 환경 요인에 의해 파괴되어 작게 부스러지게 되고 이런 암석 부스러기들은 비나 바람, 빙하 등에

표 1. 2 주요 화성 암의 주요 조암광물과 보조 조암광물

의해 이동되어 결국 바다나 호수 또는 강 바닥에 쌓이게 된다. 기존에 있던 화성암이나 변성암 또는 퇴적암이 서서히 부서지면서 파괴되는 현상을 풍화작용(風化作用, wea th e ri n g)이라고 하며, 풍화작용을 일으 키는 요인에 따라 기계적 풍화작용(機械的風化作用 , mechanic a l wea th e ri n g)과 화학적 풍화작용(化學的風化作用, chem ica l weath e rin g) 으로 나눈다. 전자(前者)에 해당하는 요인으로는 바람, 급격한 온도 변화, 지압력 변화 등이 있고, 후자(後者)에 속하는 요인으로는 강

수에 의한 물 등이 있다. 풍화산물인 암석 또는 광물 부스러기들은 바다나 호수로 이동된 후 오랜 기간 고결되지 않은 상태로 존재하게 되는데, 이 느슨한 상태의 물질을 퇴적물(:tftfti物 sed i men t s) 이라고 한다. 퇴적물은 그 위에 쌓인 퇴적물이 누르는 압력에 의해 입자 사이에 있던 수분이 추출되게 되고(탈수 작용, dehy dr ati on ), 그 결과 입자 간격이 좁 아 진다(다져짐 작용, comp ac ti on ). 그 후 물에 용해되어 있던 실리카 성 분이나 탄산칼슘 성분이 입자 틈새에 침전하게 되면 퇴적물이 서로 단 단하게 결합되어(교결 작용, cementa t io n ), 그 결과 퇴적물은 비 로소 굳은 암석이 되며 이를 퇴적암(사 t柏株 sedim enta r y rock) 이라고 한 다. 퇴적물이 퇴적암으로 변하는 일련의 물 리 • 화학적 과정을 속 성작용( 領成作用 , d i a g enes i s) 이라고 한다. 암석이나 광물의 부스러 기가 쌓여 만들어진 퇴적암을 쇄설성 퇴적암([i 십骨性推積岩 , elasti c sedim e nta ry rock) 이 라 한다. 때로는 바다나 호수에 녹아 있던 성분이 화학적으로 침전하여 퇴적물을 만들기도 한다. 깊은 바다에서 침전하는 탄산칼슘 성분 의 방해석으로 되어 있는 석회암, 사해(死海)처럼 증발량이 많고 고 립된 환경에 있는 해수로부터 침전한 소금으로 이루어진 암염, 호수 에서 침전하는 석고층, 선캠브리아기의 환원 환경에서 침전했던 퇴적기원 철광상 등은 화학적 퇴적암(化學的推積 岩 , chemi ca l sed i men tary rock) 의 예이다. 이처럼 쇄설성 퇴적암과 화학적 퇴적암 은 모두 퇴적물의 기원에 따른 명칭이다. 1.2.2.2 퇴적암을 이루는 주요 조암광물 퇴적암울 구성하는 광물은 첫째, 기계적인 풍화작용과 화학적인 풍화작용에 강하여 잘 견디어 낸 광물과 둘째, 기존에 있던 광물 이 화학적인 풍화작용으로 파괴되고 다시 새롭게 만들어진 광물로

표 1 3 풍화작용에 대한 광물의 안정성

나눌 수가 있다 . 풍화작용에 안정한 광물의 순서에 따르면 (표 1.3 ), 마그마 고결 말기에 만들어진 광물일수록 안정하며, 초기에 정 출 된 광물일수록 불안정함을 알 수 있다 . 즉, 감람석이나 휘석 처럼 고온·고압에서 안정하던 광물은 상온·상압에서 일어나는 풍 화작용 에 매우 불안정한 반면, 석영처럼 비교적 저온 • 저압의 환경 에서 만들어진 광물은 풍화작용에 안정함을 의미한다 . 퇴적암에서 흔히 관찰되는 광물로는 석영, 칼리장석, 운모, 사장석, 저어콘, 석 류석, 자 철석 등이 있다. 이 밖에도 캐올리나이트, 일라이트, 스멕타 이트 등과 같은 점토광물(＊占土 鑛 物, clay mi neral) 도 있는데, 이들은 풍화작용에 약한 감람석, 휘석, 일부 사장석 등이 파괴되면서 새 로 만들어진 것들이다 . 1.2.2.3 퇴적암의 종류와 주요 조암광물 역암( 礎岩 , cong lo merate ) 자갈과 모래, 점토 등의 입자가 한데 엉켜 있는 암석이다. 자갈이란 직경이 2mm 이상 되는 암석 파편

또는 광물 입자를 말한다. 광물 입자는 침식작용에 강한 석영이 대부분이다. 자갈의 형태는 운반 거리에 따라 다른데, 일반적으로 이동 거리가 클수록 둥글게 된다. 따라서 자갈의 형태를 관찰하면 기원암의 위치 등을 추측할 수 있게 된다. 부정합면 위에 있는 기 저역암(基底礎岩, basal cong lomera t e) 을 구성하는 자갈은 대부분 주 변에 있는 암체으로부터 운반되어 온 것들이어서 모가 나 있다. 사암(砂岩, sandsto n e) 모래 크기의 광물 또는 암석 파편으로 된 퇴적암이다. 모래란 직경이 2~ 点 mm 범위 입자이다. 구성 광물 은 석영과 장석이 대부분이고, 혹운모, 녹니석과 같은 점토광물도 상당량 있다. 사암에는 수평층리와 사층리 같은 퇴적구조가 관찰 될 수가 있는데 퇴적구조는 퇴적 당시의 환경을 추측할 수 있게 한다. 사암의 색은 구성 입자들의 종류뿐 만 아니라 입자를 결합 시키는 고결 물질에 따라 주로 좌우되는데, 고결 물질이 석영이나 방해석일 경우 옅은 회색, 노란색 등 밝은 담색 계통의 사암이 되 고, 적철석이나 침철석인 경우는 적색 내지 갈색의 사암이 된다. 고결 물질이 녹니석인 경우에는 녹색 사암이 된다. 셰일 (shale) 점토 크기의 광물들이 쌓여 만들어진 암석으로서, 얇 고 미세한 퇴적층리가 발달한다. 점토라 함은 点 mm 이하의 입자를 가리킨다. 주요 구성 광물은 운모류를 포함한 점토광물이며, 석영 도 다수 존재한다. 석회암(石灰岩, lime sto n e) 석회암은 주로 방해석 (CaCO J)으로 구 성되어 있는 암석이다. 방해석은 해수에 용해되어 있던 칼슘과 탄 산 이온들이 화학적으로 결합하여 침전한 것이며, 그 밖에 조개껍 질이나 생물체의 각질부분이 발견되는 경우가 많다.

증발암( 蒸發岩 , evapo r ite ) 바닷물이 방파제에 의해 고립될 경우 수분이 증발하면 그 결과 물 속에 녹아 있던 성분들이 화학결합을 하면서 침전하게 된다. 침전하는 광물의 순서는 일반적으로 방해 석 一 석고 / 경석고 一 소금 一 칼리소금이다. 따라서 해수에서 형성 된 증발암인 경우 석고나 경석고로 이루어진 암층 위에 소금층이 형성되어 있는 경우가 많다 . 만약 300m 두께의 바닷물 속에 용해 되어 있는 성분이 모두 침전할 경우 0 . 15m 의 석고층과 3.6m 의 소 금 층, 0.8m 의 칼리소금 (KC!) 층이 만들어지는 것으로 알려져 있다. 1.2 .3 변성환경 l,2,3 .l 변성암의 생성 기존에 있던 화성암이나 퇴적암이 열이나 압력의 영향으로 원래 지니고 있던 암석의 조직 또는 광물의 조성에 변화가 생긴 경우 이 를 변성암( 幾 成岩, meta m orp hic rock) 이라 하며, 변성암이 만들어 지는 일련의 과정을 변성작용( 變 成作用, me t amo rphi sm) 이라고 한 다. 원래의 암석이 열에 의해 변성작용을 받을 경우 이를 열변성 작용( 熱發 成作用, heat me ta mo rp h i sm) 이라 하며, 열변성작용은 기존 의 암석과 지하 심부로부터 이동해 온 고온의 마그마의 접촉부에 서 일어나므로 이를 접촉변성작용(接觸 變 成作用, conta c t meta m orp h is m ) 이 라고도 한다. 변성 작용을 일으키 는 또 하나의 요인 인 압력에는 지표로부터 가해지는 지압력 (地壓力, confi nin g pre ssure) 과 지각변동에 따른 편압력 (偏 壓 力, dif fere nti al pre ssure) 등이 있는 데 이러한 요인으로 일어나는 변성작용을 동력변성작용(動力 變 成作 用, dyn a m ic me t amo rphi sm) 이라고 한다. 동력변성작용은 그 영향이 미치는 범위가 매우 넓기 때문에 광역변성작용(廣域 變 成作用, reg ion al meta m orp hism ) 이 라고도 한다.

변성작용을 받으면 광물의 입자 크기가 원래의 암석일 때보다 더 커진다. 이러한 현상은 원래 암석에 있던 다수의 미세한 광물 결정들이 모여서 소수의 큰 결정을 만들기 때문인데 이러한 현상 을 재결정작용(再結晶作用, recr y s t all i za ti on) 이라고 한다. 따라서 단 위면적에 들어 있는 광물의 총 수효는 이전보다 감소한다. 한편 원래의 암석에 운모나 각섬석처럼 납작하거나 또는 길쑥한 광물이 포함되어 있을 경우, 압력이 가해지는 방향에 수직되게 재배열을 하여 일종의 결이 만들어지는데 이를 엽리(j당뿐, fo l i a ti on) 라고 한 다 엽리는 동력변성작용을 받아 생긴 변성암의 특징 이다 . 1.2.3 .2 변성암을 구성하는 주요 조암광물 변성작용이 일어나면 암석의 전체적인 화학성분은 변하지 않은 채 새로운 온도와 압력 조건에 안정한 광물군(鑛物群, mi ne ral assembla g e) 으로 변하는 것이 일반적이다. 이 를 등화학 변성작용 (等化學變成作用, iso chem ica l meta m orp h is m ) 이 라고 한다. 그러나 석회암에 화성암체가 관입하여 석회규산염 광물을 만들 경우에는 석회암의 전체적인 화학성분이 변하게 된다. CaCOJ + Si0 2 ~ CaSiO J + C02 방해 석 이 산화규소 규희 석 탄산가스 위 방정식은 석회암의 주구성 광물인 방해석이 화성암 관입체로 부터 공급된 이산화규소 물질과 화학반응하여 규회석과 탄산가스 를 형성하는 과정을 나타낸 방정식으로서, 원래의 석회암에 없었던 이산화규소 성분이 추가되었을 뿐만 아니라 탄산가스 성분은 소실 된다 이러한 경우를 이화학 변성작용(異化學 變成作用, allochem ica l meta mo rp h is m ) 이 라고 한다.

변성작용이 일어나는 동안 새로 만들어진 광물을 변성광물( 變 成 鑛 物, meta m orp h ic mi ne ral ) 이 라고 하며 , 대 표적 인 예 로 투각섬 석 , 양 기석, 투휘석, 제이다이트, 규회석, 석류석, 홍주석, 규선석, 남 정석, 녹염석, 십자석, 사문석, 활석 등이 있다. ® 접촉 변성암 규암 (珪岩 , qua r tzit e) 사암이 열변성작용을 받아 만들어진 암석으 로서 , 구성 광 물은 대부분 석영이며, 그 밖에 백운모, 혹운모, 장 석 등이 소량 합유되어 있다. 암석의 색은 사암일 때보다 밝다 . 석재나 유리 원료로 사용된다. 대리암( 大理岩 , marble) 석희암이 열변성작용을 받아 만들어진 암석으로서, 재결정작용을 받아 커진 방해석 입자들이 모자이크 형태로 접해 있는 것이 특징이다. 햇빛에서 관찰하면 방해석 결정 의 표면에서 빛이 반사되어 반짝거린다. 건축재나 공예품 제조에 사 용된다. 호른펠즈 (hom fe ls) 셰일이 열변성작용을 받아 만들어진 암석으로 서, 세립질 조직과 검은색을 띤다. 이 암석의 이름은 세립질 조직 으로 인해 〈양의 뿔 (horn) 처럼 예민한 각을 가진 꺼칠꺼칠한 조각 으로 깨지는 덩어리(fe ls) 〉라는 의미에서 유래하였다. ®광역 변성암 판암(板岩, slate ) 셰일이 압력을 받게 되면 판상 형태의 운모 광 물들이 한 방향으로 평행하게 배열하게 된다. 이 때문에 엽리가 생겨 망치로 때릴 경우 얇은 판상체로 분리가 된다. 판암의 색은 검은 것이 대부분이지만 회색, 갈색, 녹색 등도 있다. 판암을 점

판암(*胡反岩)이라고도 한다. 오래전에는 지붕이나 온돌을 만드는 데 많이 사용하였다. 천매암(千枚岩, phy llite) 판암이 될 때보다 더 큰 압력을 받을 때 만들어지는 변성암으로서, 주로 견운모와 녹니석으로 구성되어 있 다. 녹색과 소규모의 파랑상(波浪狀) 표면구조를 나타내는 것이 특 징이다 녹색은 변성광물로 녹니석이 다수 생겼기 때문인데, 햇빛 아래에서 관찰하면 이 광물의 표면으로부터 빛이 반사하여 마치 비단 옷감에서 처럼 반짝인다. 소규모의 파랑상 엽리구조 를 천매 구조라고 한다 . 견운모, 녹니석, 혹운모 등 운모류 광물이 주구성 물질이다. 편암(片岩, schis t) 천매암이 만들어질 때보다 더 높은 압력을 받 게 되면 뚜렷한 엽리구조를 나타내면서 광물 입자도 육안으로 식 별이 가능할 정도로 커진다. 편암에서의 엽리 특징은 구불구불하 며 파랑상 형태보다는 규모가 더 크다. 이를 특히 편리(片理, schi- s t os ity)라고 한다. 편암을 구성하는 주요 광물로는 석영, 백운 모, 혹운모, 각섬석, 십자석, 규선석, 남정석, 석류석, 녹니석 등 이 있다. 편마암(片麻岩) 매우 높은 압력이 가해질 때 만들어지는 암석으 로서, 암색층과 담색층이 교호하고 있는 특징적인 구조를 나타낸 다. 이러한 특이한 구조를 편마구조(片麻構造, gn e i ssos ity)라고 한 다. 편마구조가 만들어지는 과정에 대해서 확실히 밝혀진 것은 없 으나, 암석 속에 있던 광물들이 상하 이동을 한 결과인 것으로 추 정하고 있다. 죽 백색을 띠는 석영과 장석이 한데 모이고, 어두운 색을 지니는 각섬석, 혹운모 등이 따로 모여 각각 담색충과 암색

층을 형성한다. 석류석, 휘석, 각섬석, 근청석 등의 변성광물이 생성될 수 있다.

제 2 장 조암광물의 물리 • 화학적 성질 2.1 색 광 물 이 지니는 색을 몸색 (bod y color ) 이라고 하며, 흔히 색(色, color) 이라고 간략하게 표현한다. 색은 광물의 고유한 성질로서, 광 물 에 의해 반사되거나 통과된 빛이 우리 눈을 통해 뇌에 전달됨으 로써 느끼게 되는 것인데, 광물의 색을 느끼기 위해서는 반드시 빛 이 존재해야 한다 . 태양으로부터 나오는 빛은 파장이 다른 연속적인 에너지로 구성되어 있는데, 이를 전자기파( 電 磁 氣 波, electr om agn e tic wave) 또는 전자기 스펙트럼 (electr om agn e ti c s p ec tru m) 이라고 한다 (그림 2.1 ). 이 중 우리의 눈으로 느낄 수 있는 전자기파를 가시광 선(可視光線, v i s i ble lig h t)이라고 하며, 그 파장의 범위는 대략 3800 ~7800A 이다 . 가시광선에 속하는 모든 파장의 광선이 한데 모이 면 무색인 광선이 되는데 이를 백색광(白色光, wh ite light)이라고 한다. 뉴턴 (New t on) 은 백색광을 프리즘에 통과시켜 봄으로써 백색

감마선 / ’ 400} 3900A

광은 여러 가지의 색으로 구성되어 있음을 발견하였으며, 각 색의 대 략적 인 파장의 범 위 는 다음과 같다 . 빨강 (7800~6300 A), 주황 (6300~5900 A), 노랑 (5900~5700 A), 연두 (5700~5500 A), 초록 (5500~5100 A), 청 록 (5100~4800 A), 파랑 (4800~4500 A), 보라 (4500~3800 A) 등이 다. 2.1.l 광물의 발색 원인 광물이 색을 띠는 가장 대표적인 원인은 가시광선에 속하는 파 장의 일부를 광물이 선택적으로 흡수하거나 또는 모든 색의 파장 울 고르게 홉수하기 때문이며, 그 밖에도 고체 불순물, 분산, 간 섭, 형광, 인광 등에 의해서도 색을 떨 수 있다. 한 가지 유념해 야 할 점은 동일한 광물인 경우, 화학적 • 결정구조적으로 순수하 고 완전할 경우에는 같은 색을 띠게 되지만 천연에서 산출되는 광 물처럼 주구성 성분 원소가 아닌 다론 원소를 함유하고 또 결정구 조의 완벽성이 유지되지 않는 경우에는 동일 광물일지라도 산출지 나 생성 환경에 따라 색깔이 다른 경우가 일반적이다. 여기서는 조암광물의 가장 일반적인 발색 원인인 홉수와 고체 불순물에 대 해서만 기술하기로 한다. 2.1.2 홉수 광물에는 가시광선의 일부 파장 또는 전부를 흡수할 수 있는 능 력이 있다 . 광물이 빛의 일부 파장만 흡수하는 것을 선택흡수(選擇 吸收, selecti ve abso rpti on) 라고 하며, 이때 느껴지는 색은 광물에 의 해 흡수되지 않은 파장들로 이루어진 잔류색(殘留色, resid u alcolor) 인 셈이며, 따라서 특정한 색을 띠게 된다. 가시광선에 속하는 파

장을 모두 고르게 홉수하면 그 정도에 따라 무색, 회색, 검은색 등이 되는데 이 를 일반흡수( 一般 吸收, gen eral abso rpti on) 라고 한다. 광물에서 선택흡수가 일어나는 대표적인 원인에는 이른바 발색원소 (정社色元素, colori ng elemen t)라고 부르는 전이원소(轉 移元素, tran sit ion elemen t)가 존재하기 때문이다(표 2.1). 전이원소가 광물을 구성하 는 주요 화학원소일 경우 자색(自色, idio c hromatic color) 이라고 하 며(표 2.2), 이들 원소가 주구성 원소가 아닌 미량으로 포함되어 있는 경우 타색 (他色, allochromatic color) 이 라고 한다(표 2.3 ) . 강옥의 변종인 루비를 예로 들어 어떠한 과정으로 선택흡수가 일어나 적색을 띠는지에 대해 알아보자 . 강옥 (Ah0 3) 은 순수한 경 우 무색인데 소량의 크롬 원소를 불순물로 함유하여 적색을 띤다 . Cr3 ．은 Al3. 을 치환하게 되는데 , 크롬 원자에는 원래 24 개의 전자가 원자핵 주위를 돌고 있고, 그 중 6 개가 쌍을 이루지 않은 상태로 있다(그림 2.2 a ). 그러나 Cr3 ♦ 이온에는 쌍을 이루지 않은 6 개의 전 자 중 3 개는 화학결합에 사용되고, 나머지 3 개만 쌍을 이루지 않 은 상태로 있게 된다(그림 2.2b). 루비가 빛을 받게 되면 이 3 개 의 전자가 빛에 있는 2.2e.V. （연두색)와 3.0e . V. （보라색)의 에너지 를 흡수하여 높은 궤도로 옮겨진다. 결국 루비에 닿은 가시광선 중 연두색과 보라색 파장의 에너지는 전자 이동에 소모되어 없어지고 그 나머지 파장들만 반사 또는 통과되어 아름다운 적색을 띤다. 루비의 적색을 구성하고 있는 실제 빛의 파장을 확인하기 위해 분 광기 (分光器, s p ec tr osco p e) 로 관찰한 결과는 그림 2 .3과 같으며, 연 두색과 보라색 영역의 파장이 흡수되어 검게 나타남을 알 수 있다. 동일한 발색원소라도 광물에 따라 색이 달라질 수 있다. 예를 뇰어 크롬이 녹주석에 존재하면 녹색을 띠게 하는데, 이것은 강옥 은 삼방정계이고, 녹주석은 육방정계의 결정구조를 하고 있어 크 롬의 최외각에 위치한 전자에 미치는 힘이 각각 다르기 때문이다 .

표 2.1 발색 원소

표 2.2 자색 광 물 의 예 .

표 2.3 타색 광물의 예 .

빛의 흡수를 일으키는 기타 요인으로는 착색 중심(着色中心)이라고 일컫는 컬러센터 (color cente r ), 분자궤도전이 (分子軌道轉移 molecular orbit al tr ans iti on) 에 따른 전하 이동(電荷移動, charge tran sfe r ), 외 래 원소(外來元素) 존재 등이 있다. 착색 중심은 전자의 결함구조(缺 格構造, defe c t s tru c tur e) 에 기인하는 것으로서, 형석인 경우 음전하

d3

의 전자가 불소이온의 자리에 자리잡기 때문에 발색이 되는 전자 컬러센터 (electr o n color cen t er) 의 경우이며, 연수정의 경우에는 S i 4 ♦ 대 신 Al3 ♦ 이 치 환하여 생 기 는 구멍 컬 러 센터 (hole color cente r ) 때 문에 발색이 된다. 전하 이동에 의한 발색은 서로 다른 산화수를 가지 는 2 개 또는 그 이상의 발색원소 이온이 궤도를 돌고 있을 때 일 어나며 근청석과 청색 강옥의 발색 원인이 된다. 황색 또는 청색 다이아몬드는 탄소와 전자수가 다른 질소나 붕소가 불순물로 들어 있기 때문에 발색이 되는데 이것은 외래 원소가 존재하기 때문에 생기는 빛의 홉수의 예이다 .

그림 2.3 루비의 홉수 스펙트럼. 연두색과 보라색 영역에 넓은 흡수띠가 있음.

2.1.3 고체 불순물 칼세도니는 순수할 경우 회색 계통의 색을 띠고, 수정은 무색을 띠게 된다. 만약 칼세도니 속에 적철석 입자가 미세하게 분산되어 있으면 적색을 띠는데 이런 변종을 재스퍼 Uas pe r) 라고 한다. 석영의 경우는 미세한 녹니석이 함유되어 있으면 녹색을 띤다. 2.2 결정구조 광물은 〈구성 원자들이 3 차원적으로 규칙적인 배열을 하고 있는 천연 고체〉라고 표현할 수 있는데, 원자들이 공간적으로 배열할 수 있을 가능성은 230 가지이다. 이를 230 공간군(空間群, spa c e grou p ) 이라고 한다. 공간군을 대칭축, 대칭면, 대칭심 등 대칭의 3 요소의 조합으로만 분류하면 32 가지가 되는데 이를 32 정족(晶族, class) 또 는 점군(點群 poi n t gr ou p)이라고 한다. 결정구조를 대칭축만의 특 징으로 분류하면 7 가지 로 분류할 수 있는데 이 를 7 정 계 (晶系, cry st a l s y s t em) 라고 한다. 조암광물을 연구할 때 결정구조적인 내용을 잘 알고 있어야 광물의 결정형 및 광학적인 특징을 이해할 수 있게 된다. 2.2.1 결정 의 3 요소 결정질 고체가 결정면(結晶面)이라 불리우는 평탄한 면으로 둘 러싸여 있을 때 이를 결정(結晶)이라 한다. 결정에는 결정면뿐만 아니라 서로 나란하지 않은 두 개의 결정면이 만나는 능(稷, edg e)

우각

과 3 개 이상의 결정면이 만나는 우각(隅角, comer) 이 있다(그림 2.4 ). 이 3 요소를 〈결 정의 3 요소〉라고 하며 결정면 (F), 능 (E), 우 각 (C) 사이에는 F+C=E+2 인 관계식이 성립하는데 이를 〈오일러 의 방정 식 >(E uler' s equ a ti on ) 아 라고 한다. 2.2 .2 대 칭 의 3 요소 결정을 회전하거나 양분할 때, 또는 반전시킬 경우 결정의 외 부 특징이 동일한 형태로 규칙적으로 반복될 수가 있는데 이를 대칭 (對稱 s y mme try)이라 하고, 이러한 과정을 대칭조작(對稱操 作, sym metr y op era ti on) 이라고 한다. 결정의 중심을 통과하는 직선 울 기준으로 3(j() ° 회전했을 때 크기와 모양이 같은 동일한 형태가 규 칙적으로 반복될 때 이 회전시킨 축을 회전대칭축(回轉對稱軸 rota tion axis o f s ymm e try)이 라 하며 간단히 회전축(回轉軸 rota t io n ax i s) 이라 고도 한다. 결정을 한 바퀴 회전시킬 때 동일한 형태가 1 회, 꼬], 3 회, 4 회, 6 회 반복될 수가 있는데(그림 2.5 ) 이때 회전시킨 직선 방 향을 각각 1 회, 2 회, 3 회, 4 회, 6 회 회전축이라 하며, 1 회 회전축

{/\/ \/ \ /\ / (\Oll‘\\ \\I/ I/)/l/// 1 \/ / \ D /\ /`- -_一_ _ 一_- -`/

은 어떤 결정에서도 나타날 수 있으므로 대칭축으로 간주하지는 않는다. 따라서 회전대칭축에는 2 회, 3 회, 4 회, 6 회 등 4 가지가 있다(그림 2.6). 5 회 대칭축이 없는 이유는 원자들이 5 회 대칭을 유 지한 채로 3 차원적인 배열을 연속적으로 할 수 없기 때문이다(그림 2.7 a ). 대칭축에는 회전축(回轉對稱軸)뿐만 아니라 회반축, 회영축 등이 있으며 대칭축이라 할 때는 일반적으로 회전대칭축을 의미한 다. 회전대칭축의 특징과 표시법은 표 2 .4와 같다. 결정을 양분시킬 경우 결정의 특징(크기, 모양, 결정면, 능, 우 각)이 그 면을 기준으로 거울에 비친 것같이 대칭적으로 존재할 때 이 양분시킨 면을 대칭면(對稱面, p laneo f s y mme try)이라 한다 (그림 2.8). 대칭면은 m 또는 P 로 표시한다. 또한 결정의 한 쪽에 있는 모든 특징들이 결정 내에 있는 한 점 울 기준으로 같은 거리의 반대쪽에 투영시킨 것처럼 존재할 때 이

(a) (b) (c) (d)

(a) (b)

표 2.4 회전 대칭축의 특징과 표시법 .

그림 2.8 대칭면의 예 .

A

점을 대칭심 (對稱心, cen t ero f s y mme try)이라 한다(그림 2.9). 대칭심 은 C 또는 i로 표시한다. 결정에 대칭심이 있는지를 쉽게 알 수 있는 방법은 그 결정에 있는 모든 결정면에 대해 한 결정면을 평 면 위에 놓아 밀에 있는 결정면과 동일한 모양과 크기를 가지는 결정면이 위에 수평으로 존재하고 동시에 그 방향이 반대일 경우 라면 그 결정에는 대칭심이 있다는 결론을 내릴 수가 있다. 대칭 축, 대칭면, 대칭심을 〈대칭의 3 요소〉라고 한다. 회반축(廻反軸 ro t o in vers i on axi s) 은 회전의 개념에 반전(反轉 in- vers i on) 이 결합된 것이라 할 수 있으며 숫자 위에 -(bar) 를 사용하

표 2.5 회전 대칭축의 특징과 표시법 .

여 나타내고(ii), 기호법은 표 2.5 와 같다. 회전축은 그림 2 .5처럼 같은 형태가 동일한 위치에 규칙적으로 반복되는 경우이지만 회반 축은 일단 회전을 시킨 다음 계속하여 반전을 시켜야 한다. 예를 들어 지구의 북반구에 한 점이 있을 때(그림 2.1 0 ) 1 회 회반축 (I) 은 북극과 남극점을 연결한 축을 따라 360° 를 회전시키고, 이어서 지 구 중심을 통해 아래로 반전을 시키면 된다. 그리고 적도 아래의 남반구에 있는 이 점을 다시 360° 회전한 후 지구 중심을 기준으 로 반전시키면 북반구에 있던 원래의 점에 되돌아 오게 된다 (a). 적도면 위에 있는 점은 실선으로, 그리고 그 아래 있는 점은 점선 으로 표시하였다. 완성된 회반축의 결과를 얻기 위해서는 같은 그 림이 반복될 때까지 계속 시행하여야 한다. 2 회 회반축 (2) 은 북반 구의 점을 180° 회전시킨 다음 계속하여 지구 중심을 통해 반전시 킨다. 그리고 같은 그림이 계속 반복될 때까지 과정을 되풀이한다 (b) . 3 회 회반축 (3) 은 북반구에 있는 점을 120° 회전시킨 후 지구 중심을 통해 남반구로 반전을 시키고, 계속 이를 120° 회전시켜 다시 북반구로 반전시키는 과정을 되풀이한다 (c). ~ 회반축 (4) 은 900 의 간격으로, 6 회 회반축 (6) 은 600 의 간격으로 동일한 과정을 반복하면 된다 (d,e). 홍미로운 사실은 1 회 회반축은 대칭심 (C), 2 회 회반축은 대칭면 (m), 3 회 회반축은 3 회 회전축과 대칭심이 결

,. /一 _.—\ \

(a)o: 三) CJ 웅

합되어 있는 것 (3+C), 그리고 6 회 회반축은 3 회 회전축에 대칭면이 결합되어 있는 것 (3/m) 과 동일하다는 점이다. 회영축(廻映軸 roto r efl ec ti on ax i s) 은 회전과 반사가 결합된 것이 다 즉, 주어진 각도만큼 회전시킨 다음 계속하여 적도면을 기준으 로 반사시킨다. 회영축의 표시법은 숫자 위에 . ～를 사용한다(ii). 1 회 회영축은 대칭면 (m), 2 회 회영축은 대칭심 (C), 3 회 회영축은 3 회 회전축에 대칭면이 결합된 것 (3/m), 6 회 회영축은 3 회 회전축 에 대칭심이 결합되어 있는 것 (3+C) 과 동일한 기능이 있다. 회영 축을 나타내는 기호법은 따로 없다. 회반축과 회영축의 관계는 1=2, 2=1, 3=6, 4=4, 6=3 이 다. 결정면에 대한 회전축, 회반죽 회영축의 상호관계는 그림

2.11 과 같다. 결정의 대칭을 나타낼 때 회반축이나 회영축을 사용 하지 않고 회전축을 사용하는 이유는 회반축과 회영축의 기능을 회전축에 대칭면 또는 대칭심을 결합시켜 표현할 수 있기 때문이 다, 2.2,3 결정축과 축각 결정축(結晶軸 cryst al log r aphic axi s) 이 란 결정의 특징 (결정면, 능, 우 각)을 공간적으로 나타내는 데 필요한 최소한의 기준 방향을 말하 는데, 결정계에 따라 3 개 또는 4 개가 있다. 결정축은 a, b,C 로 표시 하며 a 는 전후축(前後軸), b 는 좌우측(左右軸), c 는 수직 축(垂直軸)을 나타낸다. 이들 결정축이 교차하는 점을 근원점(根源點 o rigi n) 이라 고 한다. 근원점을 기준으로 a 축은 앞쪽이 (+), b 축은 오른쪽이 (+), C 축은 위쪽이 (+) 방향이며, 이와 반대 방향들은 (-）가 된 다. 결정축과 결정축이 교차하여 이루는 사잇각을 축각(軸角, axia l ang le) 이라고 하는데, b 축과 c 축이 이루는 각 (b/\c) 을 a, a 축과 c 축 이 이루는 각 (a/\c) 을 /3, a 축과 b 축의 각 (a/\b) 을 y로 표시 한다. 삼방정계와 육방정계에는 수평 방향의 동일한 축이 3 개 (a,, a2, &), 이들에 수직인 c 결정축 등 모두 4 개의 결정축이 있다(그림 2.1 2 ) . 2.2.4 결정축과 대칭축과의 관계 결정축을 설정할 때에는 그 결정에 존재하는 대칭축과 관련하여 정한다. 만약 대칭축이 있는 결정인 경우 대칭축과 결정축을 일치 시킨다. 대칭도가 다른 대칭축이 다수 존재할 경우에는 대칭도가 높은 대칭축과 결정축을 일치시킨다• 예를 들어 그림 2 .1 3 와 같이

+c

+c

+b

+c

정육면체에는 4 회 대칭축이 3 개, 3 회 대칭축이 4 개, 2 회 대칭축이 6 개가 존재한다 . 따라서 결정축은 최대 대칭도를 나타내는 4 회 대 칭축과 일치시키고 각각 a,b,c 로 표시하면 되는데, 등측정계인 정 육면체의 경우, 세 결정축 (a,b,c) 이 모두 성질이 동일하므로 a1,a i, 印로 표시 한다. 이 때 1, 2, 3 은 전후축, 좌우측, 수직 축을 각각 의 미한다 대칭축은 없고 대칭면만 있는 경우에는 대칭면에 수직인 방향으로 결정축을 위치시킨다(그림 2.1 4 ). 대칭축과 대칭면이 모 두 없는 경우에는 그 결정에 있는 가장 큰 결정면들이 교차하여 만 들 어지는 능에 나란하게 결정축을 설정한다(그림 2.1 5 ). 이때 결 정축은 결정면에 직각이 아니고 바스듬히 통과하는 상태가 된다. 2.2.5 7 정계 모든 광물 결정은 대칭축의 대칭도 특징에 따라 7 가지로 분류되 는데 이 를 7 정계라고 한다(그림 2.1 6 ). 과거에는 결정축과 축각의 특징에 따라 6 정계로 분류하였다. 등축정계 이 정계에 속하는 결정에는 반드시 3 회 대칭축이 4 개 있다 . 이러한 특징을 가지는 등축정계(等軸晶系, cub i cs y s t em) 의 결 정을 공간적으로 나타낼 때 서로 직각인 3 개의 동일한 결정축이 필요한데, 결정축은 3 개의 4 회 대칭축 방향과 일치시킨다. 따라서 a=b=c 가 되어 이를 a,=&=& 로 표시하며, 축각은 a=f3 =r= 90° 이다. 등측정계에 속하는 결정들이 가질수 있는 최대 대칭요소 는 3A4, 4AJ , 6A i, 9m, C 이 다(그림 2.1 7 ) . 정방정계 이 정계에 속하는 결정은 반드시 4 회 대칭축을 하나 가 진댜 이러한 특징을 지니는 정방정계(正方晶系, tetr a g o n alsys te m )

z z z

의 결정을 공간적으로 표시하기 위해서는 서로 직각인 결정축이 3 개가 필요한데, 그 중 전후(前後), 좌우(左右) 방향의 결정축은 성 질이 동일하다 (a=b). 따라서 수직방향의 4 회 대칭축과 c 결정축을 일치시키고, 2 개의 2 회 대칭축에 a 와 b 결정축을 일치시킨다. 결국 a[=&:: !i;:c , a= /3＝y= 90° 인 관계가 성립한다. 정방정계에 속하는 결정이 가질 수 있는 최대 대칭요소는 1A4, 4&, 5m , C 이다.

+a2

사방정계 서로 직각으로 교차하는 2 회 대칭축이 3 개 있는 결정계 로서, 이 3 개의 2 회 대칭축과 결정축을 일치시킨다. 2 회 대칭축의 성질이 모두 다르고 직각이므로 a~b~c, a= f3=y= 90° 가된다. 사 방정계( 斜方晶系 , o rt horhomb i cs y s t em) 에 속하는 결정이 가질 수 있 는 최대 대칭요소는 3A2, 3m, C 이다 단사정계 2 회 대칭축이 하나 있다. 수평 방향의 꼬 1 대칭축을 b 결 정축과 일치시키고, 앞쪽으로 기울어진 능의 방향과나란하게 a 축 울, 수직방향의 능에 나란하게 c 결정축을 위치시킨다. a 와 c 결정축 의 축각(p)은 직각이 아니며, +a 방향 쪽이 90° 보다 크다. 따라 서 a~b~c, a=y =9 0°, f3픽 900 이다. 이때 a 와 c 결정축은 결정면 에 수직 이 아닌 상태 로 교차한다. 단사정 계 (單斜晶系, monoclin ic s y s t em) 의 결정이 가질 수 있는 최대 대칭요소는 lA i, lm, C 이다.

삼사정계 대칭축이 없는 정계로서, 크게 발달한 결정면 들 이 교 차하여 만들어지는 능에 나란하게 3 개의 결정축을 잡는다. 축각은 모두 직 각이 아니 다. 따라서 a=s; :b =s ;:c , a= i;:f3=s;=,o] 다. 삼사정 계 ( 三 斜晶系, tricl in i c s y s t em) 의 결정이 가질 수 있는 최대 대칭요소는 C 이댜 삼방정계 3 회 대칭축이 하나 있는 정계이다 . 결정축은 4 개로서 수직축 (c) 은 3 회 대칭축과 일치시키고, 나머지 결정축 3 개는 2 회 대칭축과 일치시킨다 . 3 개의 수평축은 한 평면 내에 있고 모두 동 일한 특징을 가지므로 a1, ai, aJ로 표시한다. 결정축과 축각의 관 계는 a1=a2=a J=s;:c , +a1/\ 十&= +ail \ +aJ= +aJ/ \ +a1= 120°, a/\ c=90° 이다. 삼방정계(三方晶系 trig onals y s t em) 에 존재할 수 있는 최대 대칭요소는 lAJ , 3Az, 3m, C 이다. 육방정계 6 회 대칭축이 하나 존재하는 정계이다. 결정축의 수효 와 축각의 관계는 육방정계와 동일하지만 c 결정축이 6 회 대칭축이 되며, 나머지 3 개의 수평 방향의 결정축 (a1, ai, &)은 2 회 대칭축과 일치시킨다. 육방정계(六方晶系 hexa g onals y s t em) 에 존재할 수 있 는 최대 대칭요소는 lA6, 6k, 7m, C 이다. 7 정계에서의 결정축과 축각의 특징, 최대 대칭도는 표 2.6 과 같다. 2.2.6 결정형 결정에 발달한 결정면들 중에서 동일한 결정면이 하나 이상 있 고 또 이들이 그 결정에 존재하는 어느 대칭요소에 의해서 서로

표 2.6 7 정계의 특징.

연관될 경우 이 결정면들은 하나의 결정형(結晶形, Fonn) 을 이루 게 된다. 즉, 결정형이란 〈대칭요소에 의해 연관되는 하나 이상의 동일한 결정면들의 집합체〉라고 정의할 수 있다. 여기서 〈동일한 결정면〉이라는 의미는 모양과 크기가 같아야 한다는 뜻이다. 〈대칭 요소〉라 함은 그 결정에 존재하는 대칭축, 대칭면, 대칭심을 말하 며, 이 중 어느 하나 이상의 요소에 의해서 서로 연관되어야 한다. 예를 들어 등축정계에 속하는 정육면체(그림 2 .1 8a) 에는 정사각형 모양의 결정면이 6 개가 있고 이들은 이 결정에 존재하는 4 회 대칭축 이나 3 회 대칭축, 또는 대칭면, 대칭심에 의해 서로 연관된다. 따라

(a) (b)

서 6 개의 결정면온 하나의 결정형을 이루고, 이 결정형의 이름은 정 육면체(正六面體, cube) 이다. 대칭심만 있는 삼사정계 결정인 경우 (그림 2.1 8 b), 동일하고 나란한 2 개의 결정면은 탁(卓, pi naco i d) 이 라는 결정형을 이루지만 대칭심도 없는 삼사정계 결정의 경우에는 (그림 2.1 8 c) 결정면들을 연관시켜 줄 수 있는 대칭요소가 존재하 지 않으므로 각 결정면 하나 하나가 독립된 결정형을 이루는데 이 를 단면형(單面形, pedi on) 이라고 한다. 광물 결정에서 발견될 수 있는 결정형의 예는 그림 2 .1 9 와 같으며, 이둘중 조암광물에서 빈 번히 관찰될 수 있는 주요 결정형에 대해 간략히 설명하기로 한다. 단면형 (單面形, p e di on) 은 하나의 결정면으로 이루어 진 결정형 이다. 탁(卓 pin aco i d) 은 서로 나란한 두 개의 동일한 결정면으로 구성

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“

되어 있는 결정형이다 . 비 (廊 dome) 는 서로 기울어진 두 개의 동일한 결정면으로 구성 된 결정형으로서, 이 두 결정면은 대칭면에 의해 연관된다. 주(柱, pri sm) 는 3, 4, 6 개의 면이 한 방향으로 나란하게 발달한 결정형으로서, 이 결정면들이 3 회 대칭축에 의해 연관되면 삼방주 (三方柱), 4 회 대 칭 축이 면 정 방주(正方柱), 6 회 대 칭 축이 면 육방주 (六方柱)가 된다. 녹주석, 인회석, 전기석 등이 있다 . 추(銀 py r ami d) 는 서로 기울어져 있는 3, 4, 또는 6 개의 결정면 이 한 점에서 만나고 동시에 각각 3 회, 4 회, 6 회 대칭축에 의해 서로 연관되어 있을 경우를 말하며 이때 이 결정형의 이름은 각각 삼방추(三方雜), 정 방추(正方維), 육방추(六方雜)가 된다. 방해 석, 석영 등이 있다. 양추(兩銀 bip yra m id) 수평면을 기준으로 위 아래에 추가 발달 하며, 이들이 서로 대칭면에 의해 연관될 때의 결정형을 말한다 . 수평면이 대칭면 구실을 한다. 양추에 속하는 결정면들이 3,4,6 회 대칭축에 의해 연관될 때 각각 삼방양추, 정방양추, 육방양추가 된다. 강옥, 저어콘이 있다. 정육면체(正六面體, cube) 는 6 개의 정사각형 결정면으로 이루어 진 결정형으로서, 간단히 육면체라고도 한다. 황철석, 형석 등이 속한다. 정팔면체(正八面體, octa he dron): 8 개의 정삼각형 결정면들로 이 루어진 결정형이다. 다이아몬드, 형석, 스피넬 등이 속한다. 정 십 이 면체 (正十二面體, dodecahedron) 는 평 행사변 형 인 12 개 의 결 정면으로 구성된 결정형이다. 석류석이 있다. 어느 한 종류의 결정형에 의해 공간이 완전히 폐쇄될 수 있을 경 우, 이 결정 형 을 폐 형 (閉形, closed form ) 이 라고 하고, 그렇지 않을

경우 개형(開 該 ope n fo nn) 이라고 한다 . 정육면체, 정팔면체, 정십 이면체, 양추 등은 폐형의 예이며, 단면형, 탁, 주 등은 개형의 예이다. 또한 어떤 광물 결정이 하나의 결정형으로만 이루어져 있 으면 이 를 단형(單該 s i m p le fo nn) 이라 하고, 두 개 이상의 결정형 으로 구성되어 있으면 취형( fr~形 , comb i na ti on) 이라고 한다. 폐형일 경우 단형이나 취형으로 결정이 존재할 수 있으나, 개형인 경우에 는 반드시 다른 결정형과 결합된 취형으로만 존재할 수 있다. 2,2,7 결정면 밀러지수법 결정에 발달하는 결정면이 결정축과 어떤 기하학적인 배열 상태 를 하고 있는지를 간단한 지수(指數 i nd ic es) 를 써서 나타내면 편리 할 경우가 많다. 그동안 여러 표현법이 제안된 바가 있었으나 밀 러가 고안해 낸 밀러지수 (M i ller i nd i ces) 가 가장 널리 사용된다 . 밀 러지 수는 결정 축을 단위 거 리 (單位距離, uni t len gth)로 교차하는 단 위면( 單位面 un itp lane) 을 기준으로 어떤 결정면이 각 결정축을 절 단하는 거리를 단위거리의 배수로 나타낸 다음 이들의 역수(逆數) 의 비(比)로서 표현하는 방법이다. 결정면의 밀러지수는 반드시 (h k I) 처 럼 소괄호를 사용하여 나타내며, h 는 a 축과, k 는 b 축, l 은 c 축과의 관계를 의미한다. 밀러지수 사이에는 쉼표 등을 사용하지 않는다. b. ABC 가 a, b, c 결정 축의 단위 거 리 인 h, t2, h 을 교차하는 단위면일 때(그림 2.20) 세 결정축 a,b,c 를 교차하는 길이는 lt1 : lt2 : l tJ이 되며 이 배수의 역수의 비는 1 : 1 : 1 이 된다. 따라서 단위면의 밀러지수는 (1 11) 이다. b. AB'C 는 단위면을 기준으로 a 축은 같은 거리(lt 1), b 축은 2 배 (2 t z), C 축은 1 배{ltJ)의 거리로 교 차하므로 길 이 의 비 는 1 : 2 : 1 이 고 그 역 수의 비 는 1/1 : 1/2 : 1/1 이어서 여기에 2 를 곱해 정수비로 계산하면 2 : I : 2 가 된다.

c

따라서 t::,, AB'C 의 밀러지수는 (212) 이다. 결정면 t::,, A'BC ' 인 경 우 결정축을 교차하는 거리의 비는 1/2 : 1: 1/2 가 되고 이들의 역수비는 2 : 1 : 2 이어서 밀러지수는 (212) 이 된다 . 중요한 것은 단위면과 나란한 결정면은 결정축과 교차하는 길이 배수에 관계없 이 단위면의 밀러지수와 같은 지수를 가지는 점이다. c 측만 교차하고 a 와 b 축과는 나란한 결정면일 경우(그림 2.21 ) a, b 축과의 교차거리는 OO 로 나타낼 수 있고 c 축은 단위 길이만큼 절 단하므로 이들의 역수 비는 0 : 0 : 1 이 된다. 따라서 C 결정면

cA

f

t\: (+) (-) (-) ai(+ ) B >· A J•홉요卜르<〈 ) a1(+) | \ 그림 2.2 3 육방정계 및 삼방정계에서 4 개의 결정축을 모두 교차하는 결정면 .

의 밀러지수는 (001) 이다. X 면처럼(그림 2.2 2 ) a 축과 c 축을 절단하 고 b 축과는 나란할 경우, 교차하는 길이의 비는 2 : 00 : 3 이고 이들의 역수의 비인 밀러지수는 (302) 가 된다. 육방정계나 삼방정 계는 결정축이 4 개가 있기 때문에 밀러지수는 (hk i I) 이 된다. h,k, i는 결정면이 a1, ai, &축과, 그리고 l 은 c 축과의 관계를 의미한다. 예를 들어 +a1, ＋往 국 b, +c 를 교차하는 결정면 !::::.ABC( 그림 2.23) 의 밀러지수는 (1 121) 이 된다. h, k, i의 사이에는 항상 h+k+ i=O 관계가 성립한다. 단위포가 각 결정축을 교차하는 실제 거리를 단위포 상수(單位 胞常數, uni t cell p arame t er) 라고 한다. 이 단위길이를 비로 나타낸 것을 축률(軸率 axial rati o) 또는 표축비 (標軸比, par amete r ra ti o) 라 고 한다. 예를 들어 원소광물인 황의 단위포 상수는 a=l0.4 5

A, b= 12.84A, c=24 .4 6A 이 며 축률 또는 표축바 는 a : b : c= 0.8139: 1 : 1. 9049 가 된다. 석영의 단위포상수는 a=4.913A, c=5.405 A 이며, 축률은 a : c=l : 1.1 00 이다. 2.2.8 결정 투영 결정 면과 결정 축과의 관계를 3 차원적 인 구면 투영 (sp he ric a l p ro j ec ti on) 으로 묘사하기가 그리 쉽지 않다. 따라서 이들의 관계를 2 차원의 평면에 도시하여 나타내는 것을, 스테레오 투영 (s t ereo g ra p h i c p roj ec ti on) 이라고 한다 . 이 투영법은 구(球, s p here) 의 중심에 결정의 중심을 일치시키고 중심으로부터 투영하려는 각 결 정면에 수선을 그어 이 직선이 구의 표면에 만나는 점(그림 2.2 4 ) 을 북극점 또는 남극점에 연결시킬 때 이 직선이 적도면과 만나는 점(그림 2.25) 을 사용하는 것으로서, 적도와의 교점을 그 결정면의

입: \三

_001 \

스테레오 투영점(投 影點 )이라고 한다. 스테레오 투영을 할 때 적도 면으로 사용하는 도면이 있는데 이를 스테레오 망면 (s t ereo gra ph ic net) 또는 울프 망면 (Wul ff ne t)이라고 한다(그림 2.2 6 ). 결정면을 스 테레오 망면에 투영하기 위해서는 북극과 남극점을 연결하는 축 (N-S 축)과 결정면에 그은 수선이 이루는 각(p)을 측각기로 xl 고, 결정면에 그은 수선이 (010) 면에 그은 수선 (o=0°) 과 이루는 각(¢)을 잰다. 예를 들면, 그림 2.25 의 정팔면체에 있는 (1 11) 면 에 그은 수선이 N-S 축과 이루는 각(p)은 54.4 4 °, 동서방향의 직 선 (E-W 축)과 이루는 각(¢)은 +45° 이다 . 스테레오 망면에 투명지

그림 2. 2 6 스테 레 오 망면 (ste re ogr a p hic n et) .

롤 올려 놓고 E-W 선(가로선)상의 오른쪽을 기준점(硏 =0°) 으로 하 고 원주를 따라 시계도는 방향으로 +45° 가 되는 위치를 정한 다 음 스테레오 망면의 중심으로부터 직선을 긋는다. 그리고 이 직선 이 ~=00 인 직선과 일치되도록 투명지를 회전시킨다. 그 다음 스 테레오 망면의 중심으로부터 바깥쪽으로 54.44°( p)만큼 이동하여 점을 찍으면 (1 11) 면의 스테레오 투영점이 된다. 그런 다음 투명 지를 원래의 위치로 돌려 놓는다. 적도면 아래에 있어 남반구에 투영되는 결정면은 p값을 (기값으로 표시한다. o 를 (-）로 표시할 때는 ¢=0° 를 기준으로 반시계 방향으로 회전하는 것을 의미한다.

정육면체와 정팔면체, 그리고 정십이면체가 결합된 취형 결정 (그림 2.24) 에 대해 각 결정면의 스테레오 투영점을 표시하기 위해 서는 결정면의 좌표(p, ~)를 측정하면 다음과 같다. 정육면체 결정면 (1 00)=(90°, 90°), (010)=(90°, 0°), (001 )= (0°, 0°), (foO )=(90°, 270°), (OTO)=(90°, 180°), (Oof )= (-0°, 00 ) 정팔면체 결정면 (1 1 I)= (54.4 4 °, 45°), (11 1)=(54.44°' 135°), (f f I) = (54.44° , 225° ) , (1 「 1) = (54.44° , 315° ) , (1 l l) = (-5 4.44° , 45°), (TT l)= (-54.44°, 135°), (TT 0=(-54.44°, 225°), (T 1 T)= (-54.44° , 315° ) 정십이면체 결정면 (O 11 )= (45° , 0° ), (10 1 )= (45° , 90° ), (O 「 l)= (45° , 180° ), (「 0 I) = (45° , 270° ), (I 1 O) =(90° , 45° ), (1 1 O) = (90°, 135°), (11O)=(90°, 225°), (「 10)=(90°' 315°)' (01 「)= (-45°, 0°), (10 1)=(-45°, 90°), (O1「) =(-45°, 180°), (10 1)= (-45 ° , 270° ) 정육면체의 (001) 면, 정팔면체 중 (1 11 ), (1 11 ), (1 11 ), (1 1 f)면, 그리고 정십이면체중 (011), (10 1), (011), (I OI) 은 적도 면 아래인 남반구에 투영되므로 •으로 표시하는 북반구의 결정면 과 구별하기 위하여 0 으로 표시한다(그림 2.27). 참고로 c 결정축에 수직이고 a 와 b 결정축에 평행인 (OO I) 결정면 온 스테레오 망면의 중앙에 투영이 되며, c 결정축과 평행인 (h0 0), (OkO), (hkO) 결정면은 스테레오 망면의 원주상에 투영이 된 다. 그리고 세 결정축을 모두 교차하는 (hkl) 결정면은 스테레오 망면의 내부에 투영이 된다. c 결정축을 교차하고 동시에 a 또는 b 결정축 중 하나와 교차하는 (hOI), (0kI ) 결정면들은 스테레오 망 면의 가로 및 세로선상에 투영된다.

100

2.2 .9 32 정족 32 정족(晶族, class) 은 회전축뿐만 아니라 대칭면, 대칭심 모두를 기준하여 구분한 것이다. 7 정계에 속하는 32 정족과 각 정족에 있 는 대칭요소의 내용은 표 2 .7과 같다. 32 정족에서 일반 (hkl) 결정면으로부터 유도되는 결정면의 공간 적인 배치 및 대칭요소, 그리고 결정형 등에 대한 정보는 스테레 오 투영을 한 자료를 이해하면 된다(그림 2.28). 각 정족의 특징을 알기 위해서는 정족을 표시하는 기호의 의미를 알아야 한다. 삼사 정계에서 정족을 가리키는 숫자는 1 차 방향(一次方向, prim ary d i rec ti on) 대칭을 의미하며, 수직축인 c 결정축 방향이 된다. 즉 N-

표 2.7 32 정족과 대칭요소 .

삼 사 정계 단 사정계(제 I 방 법) 정방 정계

〈:〉군33@@33@삼방 y 정 2계 m 육방정교 2I`m,mI`2'mI, 계 @沿@@ 훌8毋를틀를를 홀412 뼈 m.'3/22&_32/乙:、〉`ij강4\l`?:; ,t,:\;\,/,8Im / 多?-'♦. ,- '&&‘^1一 `’望습-円jt- 多 합장I`'\:\??/\ ,',♦\1?

S 축이 1 회 대칭축(I 정족) 또는 1 회 회반죽 (T 정족)이 된다는 것이 다 단사정계에 속하는 정족도 하나의 기호로 표시하는데, 1 차 방 향인 b 결정축의 대칭울 의미한다. 즉 2 정족에서는 가로방향인 b 결정축이 2 회 대칭축이 된다. m 정족은 1 차 방향인 b 결정축에 수 직으로 대칭면이 있다는 의미이다. 숫자가 없이 m 만 있으면 그 방 향에 수직으로 대칭면이 존재한다는 것을 의미한다. 2/m 정족은 1 차 방향인 b 축이 2 회 회전축이고 동시에 이에 수직인 대칭면이 존 재한다는 의미이다. 사방정계의 정족인 경우 세 숫자 또는 문자 (m) 가 있는데 각각 1 차 방향 (a 축), 2 차 방향 (b 축), 3 차 방향 (c 축) 의 특징을 의미한다. 따라서 222 정족은 a, b, c 결정축 모두가 2 회 회전축이 된다. mm2 정족은 a 와 b 결정축에 수직으로 대칭면 이 있고, c 결정축은 2 회 회전축이 된다는 의미이다. mmm 정족은 3 개의 결정축에 각각 수직인 대칭면이 존재한다. 정방정계는 첫번 째 숫자가 1 차 방향인 c 결정축의 대칭을 의미하며, 두번째 숫자나 문자는 2 차방향인 a1 과 a2 방향의 대칭을, 그리고 세번째의 숫자나 문자는 3 차 방향인 a1 과 &축 사이 방향의 대칭을 가리킨다. 따라 서 4 와 4 정족에서는 c 결정축이 4 회 희전축 또는 4 회 회반축인 정 족이다. 4/m 정족은 c 결정축이 4 회 회전축이고 이에 수직인 대칭 면이 존재하는 정족이다. 422 정족은 c 결정축이 4 회 회전축이고 a, 과 &결정축에 각각 2 회 회전축, 그리고 a1 과 &결정축의 사이 방 향에 추가로 2 개의 2 회 회전축이 있다. 삼방정계와 육방정계인 경 우 첫번째의 숫자는 1 차 방향인 c 축의 대칭을, 두번째 숫자나 문 자는 2 차 방향인 a1, ai, & 결정축 방향, 그리고 세번째는 a1, 年, & 결정축 사이 방향의 대칭을 의미한다. 등축정계인 경우 처음의 숫 자나 문자는 1 차 방향인 a1, ai, 83 결정축 방향, 두번째는 2 차 방향 인 한쪽 우각과 반대편의 우각을 연결하는 사선 방향, 세번째는 한쪽 능과 반대쪽에 있는 능의 중심을 잇는 사선 방향의 대칭을

의미한다 그림 2.29 는 스테레오 망면 내에 (hkI) 로 표시되는 일반 결정면을 투영한 관계를 나타낸 것으로, 일부 결정축만 교차하는 결정면들은 윗그림과 다른 결정면 배열을 나타낸다. 어떤 결정이 어느 정계와 정족에 속하는지 알아보기 위해서는 먼저 그 결정에 존재하는 모든 대칭요소 를 정확하게 찾아낸 다음 대칭축의 특징에 의해 정계를 구분하고, 그밖에 존재하는 대칭 축, 대칭면, 대칭심 자료가 32 정족 중 어느 정족에 해당하는가 를 찾으면 된다. 2,3 화학성분 광물의 화학성분은 광물의 성질을 좌우하는 가장 기본적이면서 도 중요한 요소이다. 광물의 화학성분은 오랜 과거의 광물 생성 환경 및 연령을 지시해 줄 수 있을 뿐만 아니라 지각변천 역사까 지도 알려줄 수가 있으므로 그 의미는 매우 크다. 2.3.l 화학분석 자료 처 리 화학성분을 분석하는 기기분석 방법에 대해서는 제 5 장에서 다루 기로 하고, 여기서는 기기분석법을 통해 얻은 자료로 광물의 화학 식을 계산하는 과정에 대해 설명하고자 한다. 자연금 (Au) 이나 자 연동 (Cu) 처 럼 단일 원소광물 (na ti ve element m i neral) 은 분석자료가 원소 형태로 나타나며, 규산염이나 산화염 광물처럼 산소가 포함 되어 있는 경우는 각 원소의 산화물 형태로 분석자료가 마련된다. 황화물이나 테루르 광물 등은 각 원소 형태로 분석자료가 마련된 다. 원소나 산화물의 양은 중량 %(we ightp ercen t)로 표시된다.

광물의 실제 화학분석 자료 를 보면 광물 화학식에 나타나 있지 않은 원소들이 다수 포함되어 있는 사실을 알 수 있게 된다. 이러 한 사실을 단순히 화학분석에 사용한 기기의 사용 오류나 그 광물 내에 또는 광물 분석을 위한 준비과정에서 어떤 불순물이 첨가되 어서 생긴 결과라고 성급하게 단정할 수는 없다 . 오히려 광물에는 화학식에 포함되어 있지 않은 다수의 기타 원소들이 함께 공존하 고 있는 것이 일반적이다 . 그 이유는 무엇일까? 우리가 기억하고 있는 대부분의 광물 화학식은 필수 구성원소로만 이루어진 순수한 상태 를 나타낸 것이며, 이 를 이상화학식 (理想化 學 式, ide al fon nula) 이라고 한다. S i Oz 로 표현되는 석영의 화학식은 이상화학식이다. 그러나 석영을 실제로 화학분석하면, 극소량의 Fe,Ca,Mg 등이 거 의 항상 포함되어 있음을 알 수 있다. 그러나 이들 미량 성분들을 (Si, F e,Ca,Mg )O z 처럼 화학식에 포함시키지 않는 이유는 S i를 치 환한 상태로 존재하는 이들 원소가 석영의 산출지에 따라 그 종류 가 달라질 수 있고 또 그 함유량도 매우 적기 때문이다. 이에 비 하여 섬아연석은 이상화학식이 ZnS 이지만, 천연에서 산출되는 섬 아연석에는 Fe,Mn,Cd 등의 금속원소가 Zn 을 치환하는 상태로 항 상 존재하는데, 이 중에서도 가장 많이 함유되어 있는 원소가 Fe 이다 . 따라서 섬아연석의 화학식을 (Zn, Fe)S 로 표현하기도 하는 데, 이것은 산출지에 관계없이 거의 모든 섬아연석에 Fe 가 들어 있고 그 함유량도 상당하기 때문이다. 이와 같이 거의 항상 수반 되는 주요 화학원소까지 함께 기재하는 방식을 일반화학식(一般化 學式, gen eral fon nula) 이 라고 한다. 감람석 의 경 우는 원소간의 치 환 이 연속적이면서 현저하여 (Mg , Fe)z S i0 4 처럼 두 단종(端種) 광물 (포르스테라이트, 페이알라이트)의 대표적인 원소를 포함시켜 일반화 학식으로 나타낸다 . 여기서도 유념할 점은 감람석에 금속원소로서 Fe, Mg , S i만 존재 하는 것 이 아니 고 Mn, Al 등의 다른 원소도 존재

하는데, 그 함유량이 극히 작고 또 원소 종류가 산출지에 따라 상 이할 수 있으므로 일반화학식에 포함시키지 않는 것이다 . 2.3.2 고용체 자연에서 산출되는 광물은 이상화학식에 표시되는 화학성분만을 지니는 경우는 거의 없고 모든 경우 항상 다른 원소를 불순물의 형태로 포함하게 된다. 그 이유는 광물을 정출시키는 마그마나 열 수용액 등 모용액(母溶液)이 화학적으로 순수하거나 또는 단순한 화학조성을 가지는 물질이 아니라 거의 100 여 종에 가까운 화학원 소를 함유하고 있기 때문이다. 모용액으로부터 원소들이 결합하여 화합물을 형성할 때, 광물 구조 내에 마련되어 있는 양이온과 음 이온의 위치가 매우 한정되어 있기 때문에 비슷한 성질을 띠는 원 소들은 동일한 위치에 함께 자리잡게 된다. 이와 같이 비슷한 성 질의 이온들이 치환작용으로 광물 내에 존재하게 되는 경우 그 광 물의 화학조성은 어떤 범위 내에서 변한다. 이러한 광물을 고용체 (固溶體, soli d s olu ti on) 라고 한다. 모든 광물은 이상화학식에 포함 되어 있지 않은 원소를 불순물 형태로 함유하고 있기 때문에 고용 체이다. 따라서 엄밀한 의미에서는 〈광물은 모두 고용체이다〉라는 표현이 옳다. 광물에는 불순물로 취급될 수 있는 다른 원소를 비 교적 적게 함유하여 거의 순수하게 산출되는 광물도 있고(예: 석 영) 섬아연석처럼 항상 다른 원소를 상당량 함유하여 뚜렷한 고용 체로 산출되는 경우도 있다. 한편, 자황철석은 철 (Fe) 이 있어야 할 원소 자리에 간혹 철 원소가 비어 있는데, 이 경우는 다른 원 소가 추가로 존재하는 경우와 반대인 현상으로서 역시 고용체에 포함시킨다. 고용체 광물은 이상화학식에 나타나 있는 것과 같은 원소간의 정 확한 일정 비 례의 법 칙 (一定比例法ffJJ, sto i c h iom etr y) 이

성립되지 않는 것이 보통이다. 고용체를 형성하는 원인에는 다음 3 가지가 있다. ® 치환고용체 광물을 구성하는 양이온 또는 음이온이 다른 양이 온이나 음이온에 의해 치환되어 있는 경우로서, 이를 치환고용체 ( 四換 固 溶體 substit ut i on al solid soluti on ) 라고 한다 . M g 2S i O 』 ( 포르스 테라이트)와 Fe2S i O 』(페이알라이트)의 경우 양이온인 M g”와 Fe” 가 서로 자유롭게 치환하여 감람석 [(M g, Fe)2S i 04] 이라는 고용체의 전 형적인 예를 보여 준다. 고용체를 현저하게 나타내는 광물의 경우 불순물로 취급될 수 있는 다른 원소를 전혀 포함하지 않은 순수한 상태(이상화학식으로 표현될 수 있는 광물)로부터 원소간의 치환이 최 대로 일어난 한계상태까지의 범위를 고용체 범위 (固溶體範園), soli d soluti on ran g e) 라고 하고 이 양 극단의 성분을 가지는 광물을 단종 (端種 end member) 이 라고 한다. 감람석 의 경 우 포르스테 라이 트와 페이알라이트는 단종이다. 섬아연석의 경우는 Fe 가 Zn 을 최대로 약 32 ato m i c %까지 치환하므로 고용체 범위는 ZnS- (Zno.6 8F e0. J2 )S 이며, 이때 ZnS 와 (Zno.68Feo .J 2)S 는 단종이다. 감람석의 경우처럼 두 광물 사이에 화학성분이 어떤 비율로도 끊임없이 연속적으로 변 하는 고용체 를 완전고용체 (完全固溶體, comp le te soli d s oluti on ) 또는 연속고용체 (連積固溶體, conti nu ous solid solu ti on) 라고 하고, 섬아연 석처럼 FeS 성분까지 이르지 않고 일정한 고용한계를 나타내는 경 우를 부분고용체 (部分固溶體, partial solid soluti on ) 또는 불연속고용 체 (不連領固溶體, dis c onti nu ous solid soluti on ) 라고 한다. 치환에 미치는 요소 원자들의 치환에 영향을 미치는 주요 요소에는 @ 원소 또는 이 온의 크기, © 결정구조, © 산화수 차이, ® 온도가 있다.

슝 원소 또는 이온의 크기 치환이 일어날 수 있는 환경은 두 원소 의 크기가 거의 유사할 경우이다. 치환은 두 원소 또는 이온의 반 지름(반경, radiu s ) 차이에 따라 좌우된다 . 만일 두 원소 또는 이온 간의 반지름 차이에 따른 비율을 Ar 이라고 할 때 Ar 은 다음과 같 이 정의할 수 있다. Ar= 큰 원소(이온)의 반경 -작은 원소(이온)의 반경 X 100 작은 원소(이온)의 반경 만약 Ar 이 15% 이하일 때는 치환이 자유롭게 이루어진다. 그러 나 Ar 이 15%~40% 사이일 때는 원소간의 치환은 가능하지만 약간 의 제약이 수반된다 . 그리고 Ar 이 40% 이상일 경우에는 치환이 매 우어렵다 . 감람석 의 경 우 M g와 Fe” 의 이 온 반경 은 각각 o.66A, o . 76A 으 로서, t)J- =15% 가 되고 또 산화수도 동일하여서 두 이온간의 치환 이 매우 자유롭게 된다 . 이와 같은 광물의 예는 투각섬석 [C 터vfg sS i s022(0H )i] -양 기 석 [Cc12(Mg , Fe)sS i s 아 (OH )i], 마그네 사이 트 (M g CO J)－능철석 (FeCO J)이 있다. 한편, 방해석 (CaCO J)과 능철 석 (FeCO J)은 모두 삼방정계의 구조로 되어 있지만 두 이온 Ca2·=0.9 9 A, Fe2·=0.76A 의 반경 차이에 따른 비율이 30.2% 로 크기 때문에 치환의 정도가 미미하다. © 결정구조 원소의 크기가 유사하여 치환이 가능한 경우에도 원 소간의 치환이 일어남에 상관없이 동일한 결정구조가 그대로 유지 되는 경우는 치환이 순조롭지만, 치환이 진행됨에 따라 원자들의 구조적 재배치가 일어나야 하는 경우에는 치환에 많은 제약이 있게 된다 예를 들어 섬아연석의 경우 ZnS( 섬아연석 )-FeS( 자황철석)로

나타낼 수 있는 완전고용체가 실제로 형성되지 않는다. 그 이유는 Zn2· = 0.74A, Fe2 · =0.76A 으로 이온반경의 차이에 따른 비율 (Ar) 은 2 % 로 원소 치환이 매우 자유로울 수 있지만 섬아연석은 등측정 계, 자황철석은 육방정계 또는 단사정계의 결정구조를 하고 있기 때문에 Fe 이 Zn 을 어느 한계이상으로 많이 치환하게 되면 새로운 구조 로 재구성되어야 하는데 고체인 경우 원자들의 구조적 재배열 이 매우 어 렵 기 때문에 부분고용체만 있게 된다 . @ 산화수 차이 이온간의 산화수 차이가 1 보다 같거나 작을 경우 원소간의 치 환 이 비교적 자유롭다. 마그마 고결 말기에 정출되는 저어콘 (ZrS i 04) 에는 우라늄이나 토륨 이온이 많이 함유되어 있다. 이 것 은 zr· 룰 같은 산화수를 가진 u4• 과 Th 가 치환하기 때문이 다 . 따라서 저어콘을 많이 함유하고 있는 화강암이나 페그마타이트는 방사성을 띠게 되고, 이 광물을 내포물로 함유하고 있는 혹운모에 서는 저어콘 주변부를 따라 결정구조가 파괴되어 있어 편광현미경 의 교차니콜하에서 검게 관찰된다. 이러한 현상은 저어콘에 들어 있 는 U 이나 Th 으로부터 a- 방사선이 나와 혹운모의 결정구조를 파 괴하면서 바정질화를 시키기 때문인데 이를 메타믹트상태 (me tami c t sta t e ) 또는 후비정질화( 後 非晶 質 化)라고 한다 . 마그마의 고결 초기에 정출되는 감람석이나 휘석은 양이온이 주로 Fe”, Mg ”, Ca” 로 되어 있기 때 문에 산화수 차이 가 2 이 상이 되 는 U 4 ♦ , U6•, Th4 ♦, T 硏 등이 이들 원소를 치환할 수 없으므로 결국 마그마 용액중에 계속 잔류 하게 되어 결국 마그마 고결 후기의 잔류용액에는 이들 원소가 크 게 농집하게 된다. 사장석의 경우 단종인 앨바이트 (NaAIS iJ Os) 와 아노르다이트 (CaAhS i2 아) 사이에는 완전고용체가 형성된다. 이 경우 Na1• 과 Ca2· 의 치환에 따르는 산화수의 결손을 보완해 주기 위해 Na1• • Si4 •. ...._.

Ca2' • AP' 형태의 치환이 일어난다. 이러한 특이한 치환을 쌍쌍치 환( 雙雙置 換 , coup le d substit ution ) 이 라고 한다 . @ 온도 일반적으로 광물이 생성되는 온도가 고온일수 록 원자나 이온의 크기에 따른 치환 제약이 감소하게 된다 . 따라서 고온의 열수용액에서 생성된 섬아연석의 경우 온도가 상승함에 따라 Fe 의 함량이 많아지는데, 800°C 에서 약 32% 로 최대가 되며, 온도가 더 이상 높아져도 Fe 의 치환량은 증가하지 않는다. 이러한 특 성을 이 용하여 섬아연석 내의 Fe 함량을 분석함으로써 섬아연석이 생성 된 온도를 추측할 수 있는데, 이러한 역할을 지질온도계(地 質溫 度 計 , g eo th ennome t er) 라 한다. 지질온도계로 사용될 수 있는 또 다 른 광물로는 자철석이 있는데, 자철석 내의 티타늄 함량이 온도에 영향을 받기 때문이다. 알칼리 장석 인 아노르도클레 이 즈 (anorth oclase) 는 고온에 서 Nal+(1.10A) 와 K1 . ( l. 68A) 을 모두 함유한 고용체로 정출하지만 660°C 로 점차 냉각되면 앨바이트 (NaAlSb 아)와 정장석 (KAlS i 3 아)으 로 분리가 일어나 두 광물이 공존하는 조직을 나타낸다. 이것은 아노르도 클레이즈가 고온에서 형성될 때는 이온 크기의 차이에 따른 제 약 요소가 상당히 감소하여 고용체를 이 루지 만, 온도가 하 강함에 따라 이 제약 요소가 점점 활성화되기 때문인데 이처럼 원 래는 한 고용체로서의 광물이었지만 낮은 온도에서 서로 다른 성분 의 광물로 분리 되 는 현상을 용리 (溶離, exsoluti on ) 라고 한다. 만약 원래의 아노르도클레이즈 내에 칼리성분이 많았다면 용리후의 구 조는 칼리장석의 바탕에 앨바이트가 소량 분포되어 있느 조직을 나타내 게 되 는데 이 를 퍼 다이 트 조직 (pe rt hitic tex tu re) 이 라고 한다 (그림 2.2 9 ) . 그와 반대 인 경 우는 역 (逆) 퍼 다이 트 조직 (anti pe rt hitic te x tu re) 이 된다.

그림 2.2 9 퍼다이트 조직. 겁은색은 정장석이고 흰색은 앨바이트이다 .

® 간극고용체 원소나 이온으로 이루어진 광물 결정구조 내에는 틈새가 존재할 수 있다 . 이런 공간을 원자나 이온이 추가로 채울 수가 있는데 이 를 간극고용체 (間陳固溶體 int e r stit ial soli d solu ti on) 라고 한다. 녹주 석 (BeJA lzSi6 0 1s) 의 경 우 6 각 환형 구조의 터 널 속을 K, Rb, Cs, HzO 등이 채우는 경우가 많다. 간극고용체의 또 다른 예인 우라니나이 트 (uo2) 는 등축정계의 면심격자 구조에 생긴 톰 사이에 산소가 추 가로 존재하기 때문에 일반적으로 UOz+ x 의 화학식을 가진다. 간극 고용체임에서는 추가로 존재하는 원소의 양이 증가할수록 순수할 때보다 비중이 증가한다 . 따라서 비중을 측정하면 간극고용체임을 알 수 있게 된다.

®결손고용체 원자나 이온이 있어야 할 격자 위치가 때로는 비어 있는 경우가 있다. 이러한 현상은 자황철석에서 대표적으로 관찰되는데 원자나 이온의 결손으로 인해 이상화학식으로부터 성분 변화가 나타나는 경 우를 결손고용체 (缺 損 固溶 體 , ommi ss io n al solid soluti on ) 라고 한다 . 운석에서 발견되는 트로이라이트(t ro il it e) 는 Fe:S 가 1 : l 인 FeHS H 이지 만, 지각에서는 Fe,S s 의 비율 등 항상 Fe 의 함량이 적다. 철 (Fe) 원자가 비어 있는 정도에 따라 자황철석의 화학식은 Fe,-,S (x=O ~0.2) 로 표시된다 . 결손고용체로 산출되는 광물은 순수할 때 보다 비중이 항상 작다. 자황철석의 경우 x=O 이면 FeS 가 되고, x=0.2 면 F eo. 8S 가 된다. 그러 나 화학분석 자료만으로는 간극고용체 인지 결손고용체인지를 알 수 없다. 따라서 바중을 정확하게 측정하여 결정하여야 한다. 2,3,3 정량 화학분석 자료의 처리법 정량 화학분석 자료로 광물의 화학식을 계산하는 과정에 대해 알아 보자 . 정량 화학분석치의 합계가 100% 가 되면 이상적이지만 100% 보다 士 l~2% 정도 범위의 값인 경우에도 신뢰할 만한 분석 자료로 인정할 수 있다. ®황화광물 화학분석자료는 원소의 중량% 형태로 표시된다. 중량% 수치를 원자량(原子量 ato m i c we ig h t)으로 나누어 원자몰비 (ato m i c pro - p o rti on) 를 구하여 사용한다. 황동석 (표 2.8) Cuo .54 Feo .54 sI . 08 이 되며 이를 다시 자연수의 비로 환 산하면 Cu:Fe:S=l : 1 : 2 가 되어 화학식은 CuFeSz 가 된다.

표 2 8 황동석 ( CuFeS ,) 의 화 학 분석 자료

표 2.9 황철석 ( FcS, ）의 화학분석 자 료

황철석 ( 표 2.9 ) 원자몰비가 Fe : S=0.834 : 1. 654 이므로 이는 다 시 l : l.98 8 또는 1. 008 : 2 로 나타낼 수 있다. 따라서 화학식은 FeS1 . 9 때 또는 Fe1 .oos S 2 가 가능하게 된다 . 음이온을 자연수로 만드는 것이 상례이므로 화학식은 Fe, 寧 &가 된다 . 이를 더 간략하게 표시 하면 FeS2 가 된다. 섬아연석 (표 2.1 0 ) Zn, S 외 에 Fe, Mn, Cd 등이 공존하는 고용체 로서 이들 원소는 Zn 을 치환한다. 따라서 음이온과의 비를 계산할 때 (Zn, F e,Mn, C d) 형태로 한데 묶어 처리한다. 양이온과 음이온 원자비의 총합은 (Zn, Fe, Mn, Cd) :S= l. 061 : 1. 047 가 되고 음이온인 S 를 1 로 환산하여 다시 정리하면 1. 01 : 1 이 되어 간략히 1 : 1 로 표현 할 수 있게 된다. 특히 Cd 의 양은 매우 적어 일반화학식에 포함시

표 2.1 0 섬아연석 (Z nS ) 의 화학분석 자료

키기가 어려워 생략하면, 결국 화학식은 (Zno . 65Feo .3 1Mno . os) r 1. 01S 가 된 다. 이룰 더욱 간략하게 (Zno . 65Feo .3 1Mno . os)S 로 나타낼 수가 있다. 이 섬아연석은 Fe 가 Zn 을 32 mol% 치환하고 있는 경우이므로 섬아연 석 고용체의 단종에 해당하고 생성온도는 800°C 이상임을 알 수 있 게 된다. ®규산염광물 금속원소 산화염 형태의 중량%로 표시되며, 이룰 분자량으로 나누어 분자몰비롤 구한 다음, 양이온과 산소의 원소몰비를 따로 분리하여 계산한다 . 음이온인 산소원자의 수를 알고 있을 경우 산 소 원소몰수를 기준으로 금속원자의 원소몰비를 계산한다. 감람석 (표 2.1 1) 감람석에는 양이온 구실을 하는 원소가 2 가지가 있고, 이들이 결정구조 내에서 자리잡을 수 있는 위치는 고정되어 있다. 죽 Fe, Mg 및 이들울 치환하는 Mn 등은 팔면체 배위를 하

표 2.1 1 감람석 의 화학분석 자료

고 있는 자리에 있게 되며, S i는 사면체 중심에 위치하게 된다. 계 산 순서는 산화염 중량 %를 분자량으로 각각 나누어 분자몰비를 구 하고 이 수치로부터 각 양이온의 원소몰비를 따로 계산한다 . Si0 2 인 경우 산소 원소몰비는 2 X 0.5818= l.1 636 이 된다. 산소 원소몰비 의 총합 은 2 .3 535 인데, 우리는 이미 감람석에서 산소의 개수가 4 라 는 사 실 을 알고 있으므로 양이온의 원소몰비를 4 를 기준으로 하여 다시 계 산한다. 죽 양이 온의 원소몰비 수치 에 다가 4/2 .3 535 를 각각 곱한다 . 화학식은 (M g wFeo JJ1 M il o.01) u o2S io . 990 까 되며, 이것을 간략하 게 표현하기 위해 금속이온의 합을 2 를 기준으로 하여 다시 계산 하고 또 S i의 수를 대략 1 로 볼 수가 있으므로 대략의 화학식은 (M g1.1 2Feo . s 6Mno . 01)S i O 까 된다. 감람석은 포르스테라이트 (Fo) 와 페이 알라이트 (Fa) 의 고용체이므로 Fo=1 .14 /(1.1 4 +0.87)=0.567, Fa= 0.87/( 1.14 +0.8 7 ) =0 .4 33 이 되 어 Fo+Fa= l. 00 인 관계 가 성 립 한다 . 따라서 이 감람석을 F0o .56 7F 述 m 으로 표현할 수도 있고, F0o.56 1 또는 Fan . 꼬으로만 표시 할 수 있다. 이 를 백 분율로 나타내 어 Fo56 .1 Fa4J. J, Fos6.1 , Fll .lJ.J 등으로 표현해도 된다. 투휘석-헤덴버가이트 휘석 (표 2.1 2 ) 휘석에는 양이온이 들어가는 위치가 여러 개 있고 각 위치에 들어가는 양이온의 종류도 한정되어

표 2.12 투휘석-헤덴버가이트 화학분석의 자료

있다. 우선 중량%를 분자량으로 나누어 분자몰비를 구하고, 이로부 터 양이온몰비를 계산한다. 그리고 각 산화염 분자 형태로부터 산소 원자몰비를 구한다 . 우리는 투휘석과 헤덴버가이트의 화학식을 이미 알고 있기 때문에 산소 원자수가 6 개인 것을 기준으로 하여 양이온 수를 다시 계산한다. 이 룰 위해 양이 온몰비 수치 에 다 6/2.6605 를 곱 해 주면 된다. 이제는 각 양이온의 배치가 이루어져야 하는 단계 가 되었는데, 배위수가 4 인 위치에는 S i4 + 를 비롯하여 T i 4 ♦, Al” 가 자리잡게 한다. (Si, Ti, A I) 의 합이 2.0 이 되어야 하고 Si4 •+ Ti4 • = 1. 912 가 되므로 0.089 인 Al” 에서 2.0 이 되는데 부족한 0.088 만 떼어

내고 나머지 AP'(0.001) 은 Fe1•, Fe2', Mn2•, M g”와 한데 묶는다. 또 Ca2•, Na1•, K1 를 한데 묶는다 이렇게 하여 얻어지는 화학식은 (Cao.m N ao.O JJK o.o o, ) no1~ ( Fe3•o.ossFe2•o.1~iM n o.0 03 M go.m ) no 끄 ( S i1.S-1 HT io . 따 Alo . oss) D.o06 이 된다 . 이 화학식은 휘석의 일반화학식인 Cai( Mg ,F e)1(Si, A l) 20 6 와 잘 일치함을 알 수 있다. 휘석의 분석치를 휘석군의 단종 광물성분으로 표현하기도 한다. 위 휘석의 분석치 내에 CaO, Mg O , FeO 성분이 포함되어 있으므 로 규희석 (Wo: CaSiO J ), 엔스터타이트 (En : Mg Si 0 1 ), 페로실라이트 (Fs: FeS i 03) 의 mo!% 로 나타낼 수 있다. 즉, M g O 의 분자몰비가 0.3644, FeO 가 0.0630, CaO 가 0 .4 321 이고 이들의 합이 0.8595 이므 로, %En =0.3644x100/0.8 5 95 =42.39, %Fs =0.0630x100/0.8595 = 7.3 3 , %Wo=0 .4 321xl00/0.8595=50.27 이 된다. 양기석 (표 2.13) 양기석을 포함한 각섬석군에 속하는 광물의 화학 분석 자료에는 물 (H20) 이 포함된다. 이것은 광물 내에 (OH) 상태 로 존재하는 성분에서 기인된 것이다. 여기서 Hi O(+) 란 105°C 이 상의 온도예서 방출되는 수분이고, H20(-) 는 105°C 이하에서 방 출되 는 수분을 가리 킨다. 전자(前者)를 구조수(構造水, stru c tu ra l wa t er) 라고 하며, 화학식의 계산 과정에 포함시킨다. 그러나 후자 (後者)는 광물의 표면이나 작은 툼 사이에 있는 수분으로서 흡착수 (吸着水, adsorp tion wa t er) 라고 하며, 화학식 계산 과정에서는 제외 시킨다. 이 화학분석 자료를 처리해 나갈 때 이미 우리가 양기석임을 알고 있다고 가정 하면 그 일반화학식 이 Ca i(M g , Fe)sS i a022(0H)2 임 을 알게 된다. 그래서 앞으로 취급될 원소들의 배치에도 참고할 수가 있다. 다른 규산염 광물에서처럼 중량%로부터 분자몰비를 계 산한 후 양이온의 몰비를 계산해 낸다. 한편 음이온인 0 및 (OH)

표 2.1 3 양기석의 화학분석 자료

의 합은 2.8301 이 된다. 그런데 일반화학식으로부터 O 와 (OH) 의 총수가 24 임을 알 수 있으므로 모든 양이온을 24 개의 음이온을 기준으로 계산하기 위해 24/2.8301 을 각각 곱한다. S i는 8 이 되어 야 하는데 7.926 밖에 되 지 않으므로 Al 의 0.032 를 한데 묶어 7.958( 늑 8) 이 되게 한다. 그리고 Fe,M g을 한데 묶으면 5.111 이 되 며 이 수치는 5 에 근접하게 된다. Ca, Na, K, Mn 도 한데 묶으면 2.068 이 되어 역시 2 에 근접하게 된다 . 결국 이 양기석의 화학조 성 은 (Ca1A1Naa.36 M no.2, K o.02) 파 (Fe0 .1 9F8o.7 5M g 4.17 )rs .11 (Si7 .93A lo.0 3) Z7% 어 (OH)2 로 표현할 수 있다. ® 황산염 광물 석고 (표 2.1 4 ) 각 산화염의 중량%를 분자량으로 나누어 분자비

표 2.1 4 석고의 화학분석 자료

를 구한다 . 이 경우 분자몰비가 CaO : SO J : H i 0=0 .5 8 : 0.58:1.15 이어 서 대략의 분자몰비는 l : l : 2 라고 할 수 있다. 따라서 화학식은 산 화염의 형태 그대로인 Cao • sol • 2H i0 또는 양이온과 음이온을 한데 모아 CaSO 』 • 2H i0 로 쑬 수도 있다. 후자가 더 바람직 한 표 현이다. 2.4 벽개 • 열개 • 단구 2.4.l 벽개 어떤 광물이 외부로부터 물리적인 힘을 받을 때 어느 특정한 방 향을 따라 매끈한 면을 만들면서 쪼개지는 경우가 있는데 이러한 현상을 벽개(男開 cleava g e) 라 하고, 이때 생긴 평탄한 면을 벽개 면(勞開面, cleava g e p lane) 이라고 한다. 벽개가 발달하는 것은 광물 내부의 원자 배열 상태와 직접 연관이 있다. 즉, 3 차원적으로 배 열되어 있는 원자들 사이에서 어떤 방향을 따라 원자들의 결합력 이 약할 경우 외부로부터 충격을 받으면 우선 원자들의 결합력이 약한 방향을 따라 분리가 일어나게 되는데 이러한 원인으로 벽개

(a) (b) (c)

가 생기게 된다. 일반적으로 벽개는 결정면에 나란하게 발달한다 . 원자들의 결합력에 영향을 미치는 요소로는 원자간의 거리, 인력 및 반발력 등이 있다. 벽개가 발달하는 방향과 수효도 광물의 특징이다(그림 2.3 0 ). 운 모류 광물은 6 각형의 판상결정 형태에 나란하도록 얇게 분리된다. 이러한 벽개를 탁상(卓狀) 벽개라고 한다. 혹운모나 황옥처럼 수직 방향인 c 결정축에 직각인 한 방향으로 발달하는 벽개를 특히 저면 (底面)벽개라고 한다. 소금이나 방연석은 정육면체의 결정면에 나 란한 3 방향으로 쪼개지며 동시에 서로 직각이다. 이런 특징의 벽 개를 육면체상(六面體狀) 벽개라고 한다 . 방해석에는 3 방향의 벽 개가 있지만 그 방향이 직각이 아니고 비스듬하다. 이룰 능면체 상(菱面體狀) 벽개라고 한다. 각섬석은 두 방향으로 쪼개지는 특 징이 있어 이를 주상(柱狀) 벽개라 하고, 섬아연석의 경우는 6 방향

으로 쪼개지는데 이를 12 면체상(十二面體狀) 벽개라고 한다 . 작은 힘을 주어도 선명한 벽개면이 만들어지는 광물이 있는가 하면, 어떤 광물은 센 힘을 주어야 쪼개지고 또 그 면도 매끈하지 않은 경우가 있다 . 이처럼 벽개 발달의 정도와 질(質)에 따라 다음 과 같은 용어로 구분하여 표현한다. 완전(完全, per f ec t) : 벽개면이 쉽고 명확하게 만들어 지는 경 우. 방해석, 운모, 다이아몬드, 형석. 우수 (1 及 秀, go od): 양질의 벽개면이 비교적 쉽게 만들어지는 경우 . 장석. 양호(良好, fair) : 우수와 불량의 중간 정도로 벽개면이 만들어 지는 경우. 크리소베릴. 불량(不良 po or): 평탄한 면이 잘 만들어지지 않는 경우. 저 어콘, 인회석. 2.4.2 열개 쌍정(雙晶)이 발달한 사장석이나 휘석, 강옥에 충격이 가해지면 쌍정면을 따라 분리되는 경우가 있다. 이처럼 쌍정면을 따라 분리 가 일어나는 현상을 열개 (裂開 parti n g)라고 한다. 열개가 일어난 면은 벽개면처럼 평탄하다. 휘석은 탁상 열개, 강옥은 능면체상 열개, 사장석은 탁상 열개가 발달한다(그림 2.3 1). 2.4.3 단구 어떤 광물은 충격을 받을 때 매끈한 면으로 쪼개지지 않고 불규 칙한 면을 만들면서 깨진다. 이를 단구(斷口, fr ac tur e) 라 하고, 이

(a) (b) (c)

때 생긴 면을 단구면(斷口面)이라고 한다 . 단구는 광물 내의 원자 간 결합력이 사방으로 같거나 거의 동일할 때 생긴다. 유리나 혹 요석같이 일정한 결정구조가 없는 비정질 물질에서도 단구가 만들 어진다. 단구면의 특징에 따라 용어를 달리 사용한다. 패각상(貝穀狀 conchoid a l) 단구: 조개껍데기의 내부처럼 둥근 줄무늬가 생기는 경우. 석 영, 혹요석 . 침상(鍊狀 hackly) 단구 : 까끌까끌한 나뭇결 같은 표면이 만 들어지는 경우, 연옥, 자연동. 섬유상(織維狀 fibr ous): 마치 솜처럼 떨어지는 경우 . 사문석 . 불평탄(不平坦 uneven): 불규칙한 표면이 생기는 경우 . 처 트, 강옥.

2.5 경도 2.5.l 경도의 정의 광 물 의 경도 (硬度 , hardness) 는 광물의 단단함을 나타내는 용어로 서, 굵힘이나 마모작용에 저항하는 정도를 의미한다. 경도는 광물 을 구성하고 있는 원자나 이온의 배열상태 및 특징에 따라 크게 좌우된다. 흑 연과 다이아몬드의 경우, 두 광물이 모두 탄소 (C) 로 구성되어 있으나 등축정계로 촘촘히 배열되어 있는 다이아몬드는 광물 중에서 경도가 제일 높은 반면, 육방정계의 층상구조를 지니 고 있는 흑연은 제일 작다. 또한 원자들의 점밀도가 높은 방향은 경도가 높고, 그렇지 않은 방향은 작다. 이와같이 한 광물 내에서 도 원자들의 점밀도가 방향에 따라 차이가 있기 때문에 엄밀히 말 하면 광물의 경도는 위치에 따라 모두 다르다. 그러나 대부분 그 차이가 현저하지 않으므로 무시하지만, 남정석(藍晶石, kyanit e) 에 서는 뚜렷한 차이를 나타낸다. 남정석은 장축 방향으로는 모스 경 도가 5 정도이지만 이와 직각인 방향은 7 로서 매우 높다. 일반적으 로 광물을 구성하고 있는 원자나 이온들의 반경이 작고 가까울수 록 , 또 산화수가 클수록 경도가 높은 경향이 있다. 2.5.2 모스 경도계 독일의 광물학자인 모스 (Mohs) 는 광물마다 마모에 견디는 능력 이 다름을 깨닫고 대표적인 광물을 10 개 선택하여 긁힘에 저항하 는 능력이 높아지는 순서로 이들을 배열하였다(표 2.1 5 ). 이룰 모 스 경 도계 (硬度 計 , hardness scale) 라고 한다. 경 도 등급은 단순히 순서적인 배열일 뿐, 절대적인 수치의 배수(倍數) 개념이 아니다.

표 2.1 5 모스 경도계

400 I- -

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다시 말하면 모스 경도가 2 인 석고가 경도가 1 인 활석보다 2 배 강 하다는 의미가 아니라는 점이다. 실제로 경도가 9 인 강옥과 이보 다 한 등급 높은 다이아몬드의 실제 경도 차이는 경도 l( 활석)로부터 9( 강옥)까지의 경도 차이보다도 훨 씬 크다(그림 2.3 2 ). 경도를 측정할 때는 연필형으로 되어 있는 경도심 (硬度志, hardness pen cil , 그림 2 .3 3) 이나 판상체의 경도판(硬度板, hardness p la t e) 을 사용한다 . 만약 어떤 광물에 경도심 5( 인회석)를 사용하여 표면을 가볍게 긁었을 때 굵히지 않았고, 또 경도심 7( 석영)에는 긁힌 자국이 남 고, 경도심 6( 정장석)으로는 서로 굵히지 않는다면, 이 광물의 경도 는 6 이 된다. 한편 어떤 광물이 경도심 7 에는 굵히지만 경도심 6 에 는 긁히지 않았다면 이 광물의 경도는 6 과 7 사이인 6 .5로 정한다.

二二二二二二二

2.6 비중 2.6.l 비중의 정의 어떤 물체의 단위체적이 지니는 무게를 밀도(密度, dens ity)라고 한다. 그리고 어떤 물체의 밀도와 4°C, 1 기압 상태의 물의 밀도와 의 비(比, ra ti o) 를 비중(比重, s p ec ifi c gr av ity)이라고 한다. 그런데 4°C, 1 기 압 상태의 물 lcm3 의 무게는 l g이다. 따라서 어떤 물체의 비중은 그 물체의 밀도를 물의 밀도로 나눈 것과 같은데, 물의 밀도 는 l g /cm3 이므로 어떤 물체의 비중은 그 물체의 밀도와 일치하게 된다 . 어떤 광물의 비중은 〈그 광물의 무게와 이 광물과 같은 부 피를 가지는 물의 무게와의 비〉라고 정의할 수 있다. 밀도는 단위 (g /cm3) 가 있는데 비하여 비중은 단위가 없다. 광물과 기타 물질의 비중을 동일한 체적을 기준으로 하여 비교하면 그림 2 .3 4 와 같다. 광물의 비중은 그 광물을 구성하고 있는 원소들의 원자량, 촘촘 히 배열되어 있는 정도에 좌우된다. 원자량이 큰 원소로 되어 있 을수록, 또 원자들이 밀집 배열되어 있을수록 비중이 크다.

2.6.2 비중 측정법 비중을 측정을 하기 위해서는 밀도를 구하는 방법을 사용한다. 즉 , 광물의 공기중에서의 무게와 부피를 알아야 한다. 그러나 불 규 칙 한 형태의 광물 부피를 정확하게 계산하기란 거의 불가능하 다 아르키메데스 (Arch i medes) 는 어떤 물체를 물속에 넣으면 물체 에 미치는 부력 때문에 공기중에서보다 더 가벼워지는데 이 가벼 워진 무게는 그 물체 를 치환한 물의 무게와 일치한다는 사실을 알 아 냈다 . 이 를 아르키 메 데 스의 원 리 (Archim edes' Pri nc ip le ) 라고 한 다. 물 l g은 물 1cc 의 무게이므로, 광물의 체적을 알기 위해서는 공기중에서 측정한 광물의 무게와 물 속에서 측정한 광물의 무게 를 빼면 그 무게의 차이가 바로 그 광물의 부피가 된다 . 공기중에서의 광물 무게 비중= 공기중에서의 광물 무게-물 속에서의 광물 무게 이 아르키메데스의 원리를 사용하면 광물의 비중울 간단히 측정 할 수 있다 . 비중값은 소수점 이하 둘째자리까지 계산한다. ® 비중저울을 사용한 측정법 광물의 비중을 정확하게 측정할 수 있는 방법으로서, 과거에는 비중 측정용 저울이 별도로 제작되었으나 이제는 생산이 중단된 상태이고, 최근에는 전자 화학저울에 비중 측정용 부품을 간단히 설치하여 비중을 측정한다(그림 2.3 5 ). 물 속에서의 무게를 측정하 기 위해서 증류수나 수돗물을 사용한다 . 수돗물인 경우 기포가 많 이 존재하여 이들이 광물 표면에 많이 붙게 되면 무게 측정에 오 류가 생길 수가 있다. 이런 경우에는 가는 붓울 사용하여 기포를

그림 2.35 비중 측정용 전자저울 . 제거시킨다. 이 측정법은 0.6g 이상인 광물의 비중을 측정하는 데 적당하다 물 대신 유기용매를 사용하는 경우도 있는데, 유기용매 는 표면장력을 감소시키는 효과와 함께 용액 내에서의 무게 감소 가 상대적으로 증가하기 때문에 작은 광물의 비중을 측정할 때 사 용된다. 물 대신 유기용매를 사용한 경우에는 측정한 온도에서의 용액의

광물을 집게로

비중값을 위 공식에 곱해 주어야 한다 . 비중을 측정할 때 유의해야 할 점은, 광물인 경우 표면이나 내 부에 균열이 있는 경우가 많으므로 여러 번 측정하여 평균값을 사 용하도록 한다 . ® 중액 사용법 비중을 알고 있는 유기용매 속에 광물을 넣어 그 거동을 관찰하 는 방법 이 다(그림 2.3 6 ) . 집 게 를 사용하여 광물을 중액 속에 넣고 가만히 놓았을 때 (a) 만약 그 광물이 이 놓여진 위치에서 수평운 동을 한다면 중액과 광물의 비중이 일치하고 (c), 광물이 위로 떠 오르면 중액보다 광물의 비중이 작으며 (d), 만약 광물이 아래로 가라앉으면 광물의 비중이 더 크다는 것을 의미한다 (b). 이러한 현상 역시 아르키메데스의 원리를 이용한 것이다. 그러나 중액을

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?조

비중을 측정하는 데 사용되는 용액을 표 2 .1 6 에 나타내었다. 중 액은 매우 고가(高價)의 액체이므로 절약해 사용하여야 한다 . 이 때문에 여러 번 사용한 중액은 여과지에 통과시켜 이물질을 제거 한 다음 재사용하면 된다. 또 대부분 휘발성이 강한 물질들이므로 환기가 잘 되는 실내에서 사용하도록 해야 한다. 중액을 섞어 만 든 혼합 용액을 사용할 경우에는 용액의 일부가 휘발하여 비중이 변할 수가 있다 . 따라서 중액을 사용하기 전에 지시석 (그림 2.3 7 ) 을 넣어 비중을 미리 확인할 필요가 있다. ® 비중병 사용법 크기가 매우 작은 광물은 비중 저울을 이용하여 측정하더라도 그 오차가 커서 정확한 수치를 얻기가 힘들다. 이런 경우에 비중

it

병을 사용하면 해결된다. 비중병(그림 2 .3 8) 은 투명한 유리로 만든 작은 용기로서 일정한 부피의 용액만을 담을 수 있고 초과되는 양 은 밖으로 흘러나가도록 되어 있다. 비중병 속에 담겨 있는 용액 의 부피는 용기 밖에 표시되어 있다 . 비중병을 사용해 비중을 측 정하기 위해서는 먼저 빈 비중병과 마개의 무게를 측정해 두어야 한다. 작은 비커에 중액을 봇고 광물이 중액속에서 수평운동을 할 때까지 비중이 다른 용액을 추가하여 중액과 광물의 바중이 일치 되게 한다. 그런 다음 이 중액을 비중병 속에 가득 옮겨 붓고 마 개를 닫는다. 흘러나온 중액은 휴지로 닦아 낸다. 그리고 중액이 들어 있는 비중병의 무게를 저울로 측정한다. 이 무게에다 빈 비 중병과 마개의 무게를 빼면 중액만의 무게가 계산된다. 용액의 부 피는 이미 알고 있으므로 다음 식으로 광물의 비중을 측정할 수 있다.

광물의 비중=중액의 비중=중액의 밀도 = 중액의 무게 중액의 부피 예 를 들어 용량이 50cc 인 비중병과 마개의 무게가 10.00 g이고, 닌닌.. 중병에 중액을 가득 넣고 잰 무게가 210.00 g이었을 때, 광물의 중은 중엑의 비중과 동일하므로 . 광물의 비중=중액의 바중= 2105g0 -c1 c 0g = 4.00 이 되어 이 광물이 강옥임을 알 수 있게 된다. 비중병의 요o랴o T0 10cc, 20cc, 25cc, 50cc, 100cc 등 다양하다 .

제 3 장 조암광물의 광학적 성질과 편광현미경 관찰 3,1 조암광물의 광학적 특성 하얀 종이에 십자선을 그린 다음, 두꺼운 유리판을 올려 놓고 들여다보면 직선이 원래 대로 보이고, 이러한 현상은 유리를 회전 하여도 변하지 않는다. 그러나 투명한 방해석 결정을 올려 놓고 그 속을 들여다 보면, 직선이 두 개로 겹쳐서 보이며(그림 3.1 ), 방해석 결정을 돌리면 이중으로 겹쳐 보이던 십자선이 좁아지다가 다시 넓어지는 것을 볼 수 있다. 이와 같은 현상으로부터 물질에 따라 그 속에 입사한 빛이 서로 다른 행동을 한다는 사실을 알 수 있게 된다 . 빛이 투명한 물체 속을 통과할 때, 그 광선의 경로는 스넬의 굴 절법칙(屈折法ff l J, lawo f re fr ac ti on) 에 의해 예측될 수 있다 . 죽 광학 밀도가 다른 두 매질의 경계를 직각으로 입사하는 빛은 광선의 경 로가 변하지 않고 그대로 직진하는데 비해, 비스듬히 입사하는 빛

그림 3.1 투명한 방해석을 통해 관찰되는 복굴절현상 .

은 광선의 경로가 변하는 굴절현상을 일으키게 된다. 이 법칙에 의하면 종이에 그린 십자선 위에 투명한 물체를 놓고 들여다 볼 경우 유리판을 통해 관찰된 것처럼 빛이 직진하므로 굴절없이 원 래의 모양대로 보여야 한다. 그러나 방해석을 통해서는 두 줄로 겹쳐 보이므로 빛의 굴절이 일어났음울 알 수 있고 이런 현상은 스넬의 굴절법칙에 위배가 된다. 이러한 사실을 깨닫게 된 광물학 자들은 빛과 광물 사이에 일어나는 반응에 대해 연구하기 시작하 게 되었고 이제는 그 비밀이 많이 벗겨지게 되었다. 조암광물을 연구할 때 편광현미경을 사용하는데, 편광을 사용하면 광물의 결 정구조에 따라 광학현상이 달리 관찰되기 때문이다. 3.1.1 등방성 광물이 모든 방향에 대해 동일한 광학적 성질을 나타내는 것을

등방성( 等方 株 i so t ro pi c) 이라 하며, 이것은 그 광물의 결정학적 방 향을 따라 원자 배열방식이 동일하기 때문에 생기는 현상이다. 따 라서 등방성 광물에 빛이 입사하면 모든 방향에 대해 항상 일정한 속도로 빛이 진행하게 된다. 등측정계에 속하는 광물에서는 세 결 정학적 방향으로 원자 배열이 동일하다. 즉 이온 결합을 하고 있 는 광물(예 : 소금, 그림 3.2 a) 인 경우 원자핵 주위에 있는 8 개의 전자가 모든 방향에 대해 대칭적으로 분포하고 있으며, 공유결합 울 하는 광물(예 : 다이아몬드, 그림 3 . 2b) 인 경우는 원자간의 결합 력이 대칭을 이루고 있기 때문이다. 이런 특징이 있는 광물에 빛 이 입사하면 모든 방향으로 흡수나 굴절이 동일하게 일어나게 된 다 따라서 등방성 광물에서는 모든 방향에 대해 빛이 같은 속도 로 진행하기 때문에 굴절률이 동일하여 결과적으로 하나의 굴절률 만 가지게 된다 . 또한 빛의 진행 방향에 수직인 모든 방향으로 진 동하는 일반광과 광선의 진행 방향에 수직인 한 면 내에서만 진동 하는 편광이 등방성 광물을 통과할 경우 빛의 진동방향은 변하지 않게 된다. 유리, 호박, 단백석, 혹요석 같은 비정질(非晶質, amorp h ous) 물 질도 등방성을 띤다. 이들에는 구성원자들이 불규칙하게 배열되어 있다. 3.1.2 이방성 7 정계 중 등축정계 이외에 속하는 광물에 빛이 입사하면 그 입사방향에 따라 서로 다른 속도로 진행하는 두 개의 편광이 만들 어진다. 이것은 진동하는 전자장 상태인 빛이 광물을 통과하는 동 안 원자들에 의해 서로 다른 전기적 인력 (電氣的引力, electr ica l a ttr ac ti on) 을 받기 때문이다. 원자밀도가 최대인 면을 따라 최대의

(a)

편극현상이 일어나며, 원자밀도가 최소인 방향은 그에 수직이다. 편극현상이 크면 클수록 빛의 진행속도가 감소하게 되는데 이 때 문에 굴절률은 커진다 . 이와 같이 이온결합이나 공유결합을 하고 있는 광물에서 방향에 따라 편극현상을 일으키는 힘이 차이가 있 을 때 그 광물은 이방성( 異方性 , an i so t ro pi c) 을 띠게 된다 . 삼방정 계인 방해석의 경우(그림 3.3), 탄산염 (COF) 착이온은 c 결정축에 수직인 평면으로 배열되어 있고 또 강한 공유결합을 하고 있어서 c 결정축을 따라 통과하는 빛은 이 착이온의 면과 나란하게 편극이 된다. 따라서 이 방향으로 굴절률이 크게 되고 그 결과 빛의 속도 도 느려 진다. 한편 c 결정축에 수직인 방향으로 입사한 빛은 진동 방향에 따라 서로 다른 속도로 진행하게 된다. c 결정축에 수직으 로 진동하는 빛은 탄산염 착이온의 배열방향과 나란하게 진동하므 로 편극이 최대가 되어 속도가 느리지만, c 결정축과 나란하게 진 동하는 빛은 편극효과가 최소로 되어 가장 빠른 속도로 진행하게 된다. 이 때문에 굴절률은 각각 최대 및 최소가 된다 . 이방성 광물에 광축(光軸 o pti cax i s) 이 아닌 방향으로 빛이 입사 하면 반드시 광축과 수직되게 진동하는 광선과 이에 수직인 방향 으로 진동하는 또 하나의 광선으로 나뉘게 되는데, 이렇게 하나의 광선 이 두 개 의 광선 으로 나뉘 는 것 을 복굴절 (複屈折, double re fr a ti on) 이라고 한다 . 두 편광 중에서 스넬의 굴절법칙을 따르는 광선을 상광선(常光線, ord i n ary ra y)이라 하고, 이에 적용되지 않는 광선을 이상광선(異常光線, extr ao rdin ary ra y)이라고 한다. 두 광선 은 모두 편광(偏光, p lane p ol ari zed lig h t)이며 두 편광의 진동면은 서 로 수직이다. 죽 이상광선은 광선이 진행하는 방향과 광축을 포함 하는 면내에서 진동하고, 상광선은 이에 수직되게 진동한다. 이방 성 광물 내에서도 어떤 특정한 방향을 따라 입사한 빛은 등방성의 경우와 동일한 굴절현상을 나타내는데, 이 방향을 광축(光軸)이라

c 축

표 3. 1 광 물 의 광학적 특 성 분류

고 한다 이 방성 광물은 광축의 수효에 따라 일축성 (一軸性, unia xial ) 과 이축성( 二 軸住 b i ax i al) 으로 다시 나뉜다. 일축성 광물은 정방 정계, 삼방정계, 육방정계에 속하는 광물들이고, 이축성 광물은 사방정계, 단사정계, 삼사정계에 속하는 광물들이다. 일축성 광물 인 경우 광축은 항상 c 결정축과 일치한다. 그러나 이축성 광물에 서는 광축이 a,b,c 결정축과 일치하는 것이 아니라 주진동축(主振動 軸, princ ip a l vabratio n ax i s) 인 X, Y, Z 와 관련이 있다. 등방성 및 이방성 광물의 광학적 특징을 표 3 .1에 요약하였다. 조암광물의 광학적 특징은 결정구조와 직접적인 연관이 있으므로 편광현미경으로 다른 어떤 최신 분석기기로도 알 수 없는 많은 광 물학적(굴절률, 결정형태, 벽개, 다색성, 광축각 등), 암석학적(조 직, 암석명, 정출 환경, 지구조 변천사, 변성환경 등) 정보를 얻을 수 있게 된다.

‘K

3.2 색과 다색성 편광현미경으로 관찰되는 광물의 색은 0.03mm 의 매우 얇은 두 께로 만들어 관찰하는 것이므로 일반적으로 광물일 때보다 색이 훨씬 옅다. 등방성 광물인 경우에는 일반 흡수나 선택 흡수에 관 계없이 광물 전체를 통해 흡수 및 통과가 동일하게 일어나며, 광 물을 회전시켜도 색의 변화가 없다. 그러나 이방성 광물인 경우는 빛의 진동방향에 따라 빛을 홉수하는 파장영역과 정도가 다른 것 이 보통이다 . 즉, 굴절률 크기에 따라 빛의 파장을 흡수하는 영역 과 정도가 다를 수 있다는 의미이다. 예를 들어 전기석은 광축방 향을 따라 입사하는 편광에 대해서는 5650~5900A 영역의 파장을 통과시키고 그 외 파장은 거의 흡수하여(그림 3.4 ) 결국 노란색을 띠며(그림 3.5a), 광물을 90° 회전시켜 상광선의 진동방향과 광물

그림 3.5 전기석에서의 다색성. (a) 노란색, (b) 황록색, (c) 녹색 .

에 입사한 편광의 진동방향이 일치되면(그림 3.5 c) 5000~5650A 영 역 의 파장을 통과시 키 고 그 의 파장은 흡수하여 (그림 3.4 ) 결국 녹색으로 된다. 그 중간되는 위치에서는 두 파장 영역을 모두 통 과시키기 때문에 녹황색을 띤다(그림 3.5 b ). 이와 같이 광물 내에 있는 주진동방향과 광물에 입사하는 편광의 진동방향의 일치여부 에 따라 서로 다른 영역의 파장이 흡수 또는 통과되어 색이 변하 는데 이 현상을 다색성( 多 色性, p leochro i sm) 이라 한다. 다색성은 색이 있는 유색(有色) 이방성 광물에서만 나타날 수 있는데 이를 관찰하기 위해서는 광물을 회전시키면서 관찰하여야 한다. 일축성 광물에는 광물 내에 주진동방향이 2 개(E, 0))가 있으므로 두가지 색 만 나타날 수 있고, 이축성 광물에는 주진동축이 3 개(X, Y, Z) 가 있어서 3 가지의 서로 다른 색이 나타날 수 있다. 전자의 경우를 이 색성 ( 二 色性, dic h rois m ), 후자의 경우를 삼색성 (三色性, trich rois m )

이라고 한다 . 이색성과 삼색성을 함께 다색성이라 한다 . 이색성을 나타내는 전기석의 다색성은 〈 C= 노랑, o = 초록〉 이라 표 현하며 이를 다색성 공식( 多 色 性公式 , p leochro i c fo rmula) 이라고 한다 . 이 축 성 광물인 녹색 각섬석인 경우는 삼색성 을 띠며, 다 색 성 공 식 이 〈 X= 황록색, Y= 녹색, z = 암 록 색 〉 이 된다 . 다색성은 그 뚜렷한 정도에 따라 강함 (s t ron g), 명료 (d i s ti nc t ) , 약함 ( we a k ) , 매우 약 합 (very weak) 등으로 표시 한다 . 3,3 소광 및 소광 특징 광물 박편을 교차니콜 (crossed nic o ls) 상태에서 희전시키면, 특정 위치에서 광물 입자의 전체가 검게 변하는 현상을 관 찰할 수 있게 된다 . 이렇게 광물 입자가 검게 되는 것을 소광( i肖 光, e x ti nc ti on ) 이 라고 한다. 광물 입자의 소광은 ® 전체가 항상 검게 보이는 경우 와 ® 전체가 4 번 규칙적으로 검게 변하는 경우가 있다 . 4 번 소광 하는 광물의 경우 소광하는 위치에서 그 광물에 발달하는 어떤 결 정학적인 방향(예 : 결정면, 벽개)이 하부 또는 상부 니 콜 의 주진동 방향과 이루는 각(角, an g le) 을 소광각(消光 角 , exti nc ti on ang le) 이라 고한다 . 3.3.1 항상 검게 보이는 경우 광물을 통과해 나온 광선이 상부 니콜인 어낼라이저 (anal y ser) 를 통과하지 못하기 때문에 일어나는 소광현상으로서, 등방성 광물 모두에서 나타난다. 또한 광축에 수직으로 절단된 이방성 광물의 박편에서도 동일한 현상이 관찰된다. 등방성 광물은 물론이거니와

이방성 광물도 광축을 따라서는 등방성을 나타내므로, 편광현미경 의 폴랄라이저를 통과해 광물로 입사하는 남북 방향으로 진동하는 편광은 광물을 통과해 나올 때에도 진동방향이 변하지 않은 상태 로 있게 된다. 따라서 이 빛은 동서 방향으로 진동하는 빛의 성분 만을 통과시키는 어낼라이저에 의해 모두 차단되어 결국 검게 보이 게 된다. 등방성 광물의 입자 전체가 항상 검게 보이는 것을 〈항상 소광 〉 이라고 표현한다. 3.3.2 4 번 규칙적으로 검게 변하는 경우 이방성 광물에서 관찰되는 소광현상으로서, 가장 어두워 지는 경우가 90° 간격으로 4 번 반복된다. 이러한 현상을 〈 4 회 소광〉이 라고 표현한다 . 그리고 이 소광위치(i肖光位置, ex ti nc ti on p os iti on) 로 부터 45° 회전시키면 제일 밝게 된다. 소광이 일어나는 위치에서는 이방성 광물 내에 있는 2 개의 주진동방향이 상부 및 하부 니콜의 진동방향과 일치하는데, 이런 위치에서는 남북 방향으로 진동하는 편광이 광물 속을 진동방향에 변화없이 그대로 통과되어 결국 어낼 라이저에 의해 차단되므로 소광이 된다. 소광 위치에서 광물의 결정면이나, 벽개 또는 쌍정면이 상부 또 는 하부 니콜의 진동방향과 이루는 각도에 따라 평행소광(平行消 光, par allel exti nc ti on ), 대 칭 소광(對稱消光, sym metr ica l exti nc ti on ), 경 사소광 (｛頃斜消光, inc lin e d exti nc ti on ) 으로 구분한다. 평행소광은 광물에 있는 직선구조가 하부 또는 상부 니콜의 진 동방향과 일치 하는 경 우로서 (그림 3.6 a), 정 방정 계, 삼방정 계, 육 방정계 둥 일축성 광물과 이축성 광물 중 사방정계인 광물에서 관 찰된다. 대칭소광은 두 방향으로 어긋난 결정면 또는 벽개를 지니고 있

•

C

는향의 삼 방벽정개계가 및이 루육는방 정사계잇의각 이광 물하에부서 또관는찰 상되부는 니현상콜으의로 서진,동 방두향 에방 의해 2 등분되는 경우이다 ( 그림 3.6b). 경사소광은 광물 내의 직선구조가 하부 또는 상부 니콜의 진동 방향과 0° 또는 90 까 아닌 각도 를 이루고 있는 경우로서, 단사정 계, 삼사정 계의 광물에서 관찰된다(그림 3.6 c). 특히 단사정 계의 광물에서는 c 결정축과 그 주진동축이 이루는 각도 (cAZ) 가 소광각 이 된다. 단사정계의 광물에서는 항상 b 결정축과 Y 주진동축이 일 치하며, + a 와 +c 결정축의 사잇각인 住큰 90° 보다 크다 이때 Z 주 진동축이 c 결정축의 뒤쪽에 위치하면 소광각을 (+）의 각도로, 그 앞쪽에 위치하게 되면 (내의 각으로 표시한다(그림 3.7 ) .

3.3.3 정계에 따른 소광 특징 자형의 광물 박편에서 관찰될 수 있는 소광 특징을 각 정계별로 요약하면 다음과 같다. • 동축정계는 등방성을 띠므로 항상 소광한다. • 정방정계는 광축이 항상 c 결정축과 일치하고, 이에 수직인 방 향으로 두 결정축이 존재한다. c 결정축에 수직으로 절단된 (001) 면 의 광물 박편은 항상 소광하지만, 그 외 방향으로 절단된 박편은 평행소광한다. • 삼방정계 및 육방정계는 평행소광을 하며, 두 방향의 벽개나 결정면이 발달할 경우 대칭소광을 한다 . 광축에 수직인 (0001 ) 박 편은 항상 소광한다. • 사방정계는 세 결정축과 주진동축이 항상 일치하므로 평행소 광을 한다. 두 방향의 벽개나 결정면이 발달할 경우 대칭소광을 한다. • 단사정계는 b 결정축과 Y 주진동축이 항상 일치하고, a 와 c 결 정축을 포함하는 면내에 X 와 Z 이 놓이게 되므로 일반적으로 경사 소광을 한다 . (010) 면에 나란한 광물 박편에서 최대 소광각을 얻을 수 있다. (1 00) 면에 나란한 광물 박편은 평행소광을 하고, (001) 면 을 나타내는 광물 박편은 두 방향의 벽개가 있는 경우 대칭소광을 한다. • 삼사정계는 축각이 90° 가 아닌 세 결정축 a, b, c 가 주진동축 X,Y,Z 와 일치하는 경우가 없으므로 항상 경사소광을 한다 . 때로는 등방성 및 이방성 광물 모두에서 한 광물 입자의 전체가 동시에 소광이 되지 않고 일부분만 소광이 되는 경우가 있는데 이

를 파동소광(波動消光, wavy ex ti nc ti on) 이라고 한다. 이런 현상은 광물이 정출된 후 광물의 결정구조가 부분적으로 변형되었기 때문 에 생기는 것인데, 화성암이나 변성암 내에 있는 석영, 석류석 등 에서 흔히 관찰된다. 화성암에 있는 광물인 경우는 고온에서 정출 된 후 상온으로 냉각되는 과정에서 고온에서 안정했던 결정구조가 일부 변형을 일으키기 때문이다. 높은 압력을 받아 만들어진 변성 암에서는 압력에 의해 결정구조의 변형이 있을 수 있다. 따라서 이러한 비정상적인 소광현상으로부터 그 광물을 포함하고 있는 암 석의 성인 환경을 추측할 수도 있다. 동일한 광물이라도 결정면 및 벽개 발달의 유무, 광물의 절단 방향 등에 따라 소광현상이 달리 나타날 수 있다. 예1. 석영의 경우, 정동(晶洞)같은 개방 환경에서 성장한 결정 은 6 방주 결정형으로 산출되므로 이런 자형(自形, euhedral) 의 결정 이 c 결정축과 나란하게 절단되어 있는 박편의 경우는 주상 결정면 이 하부 또는 상부 니콜의 주진동방향과 나란한 위치에서 소광하 므로 평행소광을 한다. 그러나 c 결정축에 수직으로 절단된 6 각형의 입자는 광축을 따라 빛이 진행하는 경우이므로 항상소광을 한다. 한 편 화강암에서의 석영은 항상 타형(他形, anhedral) 으로 산출되는 데, 벽개의 발달도 전혀 없는 이런 석영 입자로는 소광각을 측정 할 수 없다. 따라서 소광 명칭을 사용할 수 없게 된다. 예 2. 각섬석은 단사정계의 광물로서, {110} 방향의 벽개가 완전 하게 발달할 뿐만 아니 라 결정 축 (a, b, c) 과 주진동축 (X, Y, Z) 과의 특수한 상호 관계 때문에 박편 관찰시 매우 홍미로운 소광 특징을 나타낸다 죽, a/\c=l05°, b=Y, c/\Z=-21° 이며, 벽개의 사잇각

\ c [

은 56° 이다(그림 3.8a). 따라서 a/\X=-6° 이다(그림 3.8b). Y 에 수직으로 절단되어 (010) 방향에 나란하게 연마된 광물 박 편에서는 소광각이 -21· 로 최대가 된다(그림 3.8b). 그러나 a 결정 축에 수직으로 절단되어 결국 (1 00) 면에 평행한 광물 박편인 경우

는 마치 Z 과 c 가 일직선상에 있는 것처럼 보이는 위치이고, 동시 에 Y=b 이므로 평행소광을 나타낸다(그림 3.8 c). 한편 c 결정축에 거의 수직으로 절단되어 (001) 면에 나란하게 만들어진 광물 박편인 경우에는 b=Y 이고, 또 a 와 X 가 일치하는 위치이므로(그림 3.8d) 소광된다 . 이 경우 하부 또는 상부 니콜의 진동방향인 a 또는 b 방향이 두 방향의 벽개가 이루는 각을 이등분하게 되므로 결국 대 칭소광 을 나타낸다. 그러나 (010), (10 0), (001) 면과 나란하게 만 들 어지지 않은 광 물 박편의 경우에는 0~21° 범위의 소광각을 가지 게 되는데 이런 경우가 실제로 더 많다 . 3.4 장축 부호 장축 부호( 長 軸符 號 , sig n o f elon g a ti on) 는 주상(柱狀)의 결정형태 를 가지는 이방성 광물에 대해 장축을 따라 진동하는 편광이 빠른 광선인지 아니면 느린 광선인지를 결정하여 부호로 나타내는 것으 로서, 신축부호(伸 軸 符 號 )라고도 한다 . 만약 장축을 따라 느린 광 선이 진동하고 있다면 이를 〈 장축 느림(l en gth slow) 〉 또는 (+) 부 호로 간단히 나타낸다. 광물 입자의 장축방향을 따라 빠른 광선이 진동하고 있다면 〈장축 빠름(l en gthfa st)〉 또는 (一)로 표현한다. 광 물의 장축방향을 따라 느린 광선이 진동한다는 것은 그 방향으로 의 굴절률이 크다는 의미이고, 반대로 빠른 광선이 진동하면 굴절 률이 작음을 의미한다. 이방성 광물 내에서 빠른 광선과 느린 광 선의 진동방향은 서로 직각이다. 장축 부호를 정할 때에는 광물 박편에 있는 입자 중에서 장축을 뚜렷이 나타내는 입자를 선택하여 소광 위치로 옮긴 다음, 이 위치 로부터 시계 또는 반시계 방향으로 45° 만큼 회전하여 고정시킨다.

이 위치에서는 그 광물의 간섭색이 제일 밝게 보이게 되는데 이런 상태를 명광(明光, d i s ti nc ti on) 이라고 한다. 편광현미경에 있는 보 조판(補助板 accessar y p la t e) 용 구멍에 석고판(石背*瓦 gyps um pla te ) 을 넣어 광물의 간섭색 등급이 원래보다 증가하는지 아니면 감소 하는지를 결정한다. 만약 간섭색이 원래보다 석고판에 의한 위상차 (550111µ) 만큼 증가 하면 이것은 광물 내의 느린 광선의 진동방향과 석고판의 느린 광 선의 진동방향과 일치하는 경우이다. 이런 조건에서는 광물과 석 고판의 빠른 광선의 진동방향도 자연히 일치하게 된다 . 이러한 경 우를 첨가보정 (追加補烽 addit ive com pensa ti on) 이라고 한다. 석고판 의 금속 부분에는 느린 광선의 진동방향이 표시되어 있으며, 일반 적으로 s 또는 l 로 표시되어 있다. 전자는 slow, 후자는 독일어인 lan g sam 의 약자로서 느린 광선을 의미한다 . 석고판의 빠른 광선의 진동방향은 느린 광선에 직각이다. 이러한 사실을 이용하여 광물 내 에 있는 두 광선의 속도를 결정할 수 있게 된다. 이와 반대로 석고판을 넣었을 때 간섭색의 등급이 원래보다 550mµ 만큼 감소하면, 광물 내에 있는 빠른 광선과 석고판의 느린 광선의 진동방향이 일치하고, 동시에 광물의 느린 광선과 석고판 의 빠른 광선의 진동방향과 일치하고 있음을 알 수 있게 된다. 이 런 조건에서는 간섭색의 등급이 감소하게 되며, 이를 감소 보정 (滅小補懿 subtr ac ti ve comp en satio n ) 이 라고 한다. 장축 부호와 광학 부호(光學符號, o pti cs ign)는 별개의 개념으로서 그 부호가 항상 일 치하는 것은 아니다 . 3.4.l 일축성 광물 주상 형태의 석영 결정이 들어 있는 광물 박편을 교차 니콜하에

서 관찰하면 장축 방향이 남북 방향이 될 때 소광이 일어난다. 이 위치에서 반시계 방향으로 45° 회전시키면 백색을 띠는 1° 간섭색 이 관찰된다. 이때 석고판을 넣으면 간섭색은 1· 황색으로 변한다. 이러한 현상은 석고판의 느린 광선과 광물의 빠른 광선의 진동방 향이 일치했기 때문이며, 감소 보정이 일어난 경우이다. 간섭색이 l. 황색 (350mµ) 으로 변한 것은 원래의 I. 백색 (200mµ) 이 석고판의 위상차만큼 감소 |200mµ- 550mµ |=350mµ) 되었기 때문이다. 따라서 석영의 장축 부호는 〈 장축 느림〉 또는 (+）이다. 장축을 나타내는 일축성 광물에서는 일반적으로 c 결정축을 따라 장축 방향과 일치 하고, 동시에 c 결정축과 광축이 일치하므로 장축 부호와 광학 부 호는 일치하게 된다 . 인회석은 장축을 따라 빠른 광선이 진동하고 있다. 따라서 소광 위치로부터 반시계 방향으로 45° 회전시킨 후 석고판을 넣으면 간섭 색이 원래의 l° 백색 (200mµ) 으로부터 석고판에 의한 위상차 (55 0, nµ) 만큼 증가하는 첨가보정이 일어나 2· 청색 (750 ,nµ)으로 바뀐다. 이 러한 현상은 광물과 석고판의 빠른 광선과 느린 광선의 진동방향이 각각 일치하기 때문인데, 이로부터 장축을 따라 빠른 광선이 진동 함을 알 수 있고 장축 부호는 〈장축 빠름〉 또는 (-）가 된다. 3.4.2 이축성 광물 길쭉한 형태의 사방정계 광물인 경우 주진동축인 X,Y,Z 중 하 나가 반드시 장축과 일치하게 되며, 나머지 두 진동축은 이에 직 각인 위치로 배열한다(그림 3.9). 참고로 주진동축 X, Y, Z 을 따라 굴절률 a, {3, )까 각각 있게 되고, 또 Y > {3 > a 인 관계가 있으므 로 X 축을 따라 가장 빠른 광선이, Y 축을 따라 중간 속도의 광선 이, 그리고 Z 축으로는 가장 느린 광선이 있게 된다. 따라서 만약

z

X 축이 장축과 일치 하고 있으면 (그림 3.9 a) Y 또는 Z 축 중 어 느 축이 그에 수직으로 배열하든지 상관없이 〈장축 빠름〉 또는 ( - )가 된다. 또한 장축을 따라 Z 축이 배열된 경우는(그림 3.9 b) 그에 수 직으로 어떤 주진동축이 있든 관계없이 항상 〈 장축 느림〉 또는 (+）가 된다. 그러나 장축을 따라 Y 축이 있게 되면(그림 3.9 c) 광 물의 절단된 위치에 따라 장축 부호가 변할 수 있다. 따라서 장축 부호는 (土)가 된다 . 이축성 광물의 장축 부호를 결정할 때에도 석고판을 사용하면 되며, 첨가 또는 감소보정이 일어날 때의 간섭색 변화는 일축성 광물일 때와 동일하다. 다만 단사정계와 삼사정계의 광물인 경우 는 엄밀히 말해 장축 방향과 주진동축이 완전히 일치하지는 않는 다. 따라서 일반적으로 경사소광을 나타내는 이 두 정계의 광물은 소광각이 45• 보다 훨씬 작을 경우, 소광 위치로부터 45° 만큼 반시 계 방향으로 회전시킨 다음 석고판을 사용하여 일축성의 경우처럼 간섭색의 증감으로 결정하면 되고, 소광각이 45• 에 근접하는 광물 인 경우는 장축 부호의 의미가 없어진다. 이축성 광물의 장축 부

호는 광학 부호와 전혀 무관하다. 3.5 간섭상 이방성 광물에 수렴광(收敵光)이 입사하면 특이한 광학 효과 가 나타난다. 즉 , 폴랄 라이저를 통과해 나온 편광이 집광렌즈를 통 과하면 수렴광이 만 들 어지고, 이 수렴광이 광물에 입사하여 광물을 통과해 나올 때는 서로 간섭을 일으켜 간섭상(干涉像, int e r f er ence fig ure) 이라는 특 이한 형상을 만든다. 간섭상을 얻기 위해서는 재물 대위에 광물 박편을 올려 놓고 소광 위치에 고정시킨 다음, 편광 현미경의 부품인 집광렌즈 (condens i n g lens) 와 고배율의 대물렌즈 그 리고 벌트랜드렌즈 (Be rtr and lens) 를 사용한다. 간섭상은 기본적으 로 십자(十 字) 형태의 검은 막대와 그 주위에 생기는 동심원(同心 llil) 모양의 색 띠로 구성되어 있다. 전자를 아이소자(i so gyre ), 후 자 를 아이소크롬(i sochrome) 이라고 한다. 아이소자는 폴랄라이저의 진동방향과 일치하는 광선 성분만 있는 부분으로서 이 곳을 통과 해 나오는 편광은 모두 어낼라이저에 의해 차단되므로 소광되어 검게 보이는 것이다. 아이소크롬은 동일한 위상차를 나타내는 점이 연결되어 만들어지는 동심원 구조인데, 복굴절률이 큰 광물일수 록, 고배율의 대물렌즈일수록 아이소크롬의 수효가 증가한다. 화 강암에 있는 석영과 정장석은 광학현상이 매우 비슷하여 쉽게 구 별할 수 없을 때가 종종 있다. 이런 경우 일축성(석영)과 이축성 (정장석) 광물의 간섭상의 형태와 거동에 차이가 있기 때문에 간섭 상을 만들어 보면 쉽게 구별할 수 있게 된다.

간섭상

pi

%훑

3.5.1 일축성 간섭상 일축성 광물의 광축 방향에 수직으로 절단된 광물 박편인 경우 (그림 3.10), 광물을 통과해 나오는 수렴광의 상광선과 이상광선의 진동방향의 특징은, 이상광선은 항상 원의 중심을 향해 진동하는

반면에, 상광선은 그에 수직인 접선 방향으로 진동한다 . 그것은 이상광선은 광축과 광선의 진행방향을 포함하는 면내에서 진동하 고, 상광선은 그에 수직되게 진동하기 때문이다(그림 3.11 ). 이런 경우 얻어지는 일축성 간섭상의 형태는 그림 3.12 와 같으며, 검은 막대가 있는 부분은 수렴광하에서도 진동방향이 변하지 않은 부분 으로서 소광이 일어난 영역인데, 가로 막대는 이상광선이, 그리고 세로 막대는 상광선이 진동하고 있는 부분이다 . 그리고 두 막대 사이 부분은 상광선과 이상광선이 함께 공존하는 영역으로서 이상 광선은 원의 중심을 향해, 상광선은 접선방향으로 진동하고 있다 . 따라서 이들은 어낼라이저의 진동방향 성분을 가지고 있으므로 밝 게 된다. 어낼라이저의 진동방향 성분을 최대로 가지는 위치는 두 아이소자의 중간 부분이다. 서로 직각인 두 개의 검은 막대가 교 차하는 부분은 광축이 솟아 오르는 위치로서 이 를 멜라토프 (mela t o p e) 라고 한다 . 아이소크롬은 멜라토프가 중심인 동심원이 다. 일축성 간섭상의 특징은 ® 멜라토프에서 아이소자의 폭이 가 장 좁고, 이로부터 멀어질수록 넓어지며, ® 아이소크롬이 있을 경우 멜라토프에서 멀어질수록 위상차가 커져 간섭색의 동급이 높 아지고, @) 광물 박편을 회전하여도 아이소자의 분리가 일어나지 않고 전체의 모양이 변하지 않는 것이다 . 멜라토프로부터 멀리 떨 어 진 아이 소크롬의 간섭 색 등급이 높은 이 유는 위 상차(位相差, reta r- dati on : ti)를 결정하는 요인[!::.=t X(N-n)] 중 빛이 진행하는 거리 (t)가 멜라토프로부터 멀어질수록 증가하기 때문이다(그림 3.13). 일축성 간섭상도 광물의 절단 방향에 따라 그 형태와 특징이 다 르다. 광축중심 간섭상(光軸中心干涉像, cente r ed opt ic- ax is figu re) 광축에

。

수직으로 절단된 광물 박편에서 관찰되는 간섭상으로서(그림 3.1 4 a), 멜라토프가 현미경 시야의 중심에 위치한다. 간섭상이 좌우 대칭을 이루고 있다. 박편을 회전시켜도 간섭상의 형태에는 변화 가 없다. 광축비중심 간섭상(光軸非中心干涉像, of f-ce nte r ed op tic -axis figu re) 광축에 비스듬히 절단된 광물 박편에서 관찰되는 간섭상으 로서 (그림 3.1 4 b), 멜라토프가 시야의 중심과 일치하지 않는다. 광 물이 광축과 어느 정도의 각도로 절단되었는가에 따라 현미경 시야 에 두 아이 소자가 동시 에 (그림 3.1 4 b) 또는 하나만 보일 수가 있다 (그림 3.1 4 c) . 멜라토프는 항상 아이 소자가 좁아지는 쪽에 위 치한다. 섭광 간섭상(閃光干涉像 flas hf igu re) 광축과 나란하게 절단된 광 물 박편에서 관찰되는 간섭상으로서(그림 3.1 4 d), 이 위치로부터 박편을 조금만 회전하여도 순식간에 간섭상이 사라진다. 섬광 간 섭상의 경우 가장자리 일부를 제외하면 시야의 거의 모든 부분이

:

900 4'5 '

검게 보이는데, 그 이유는 상광선과 이상광선의 진동방향이 두 편광판의 진동방향과 일치하여 소광하기 때문이다. 다만 시야의 가장자리 부분에서는 진동방향의 변형으로 인해 약간의 광선이 어 낼라이저를 통과하므로 밝다. 3.5.2 이 축성 간섭 상 이축성 광물에는 광축이 2 개 있으며, 이들은 이축성 광물에 있 는 3 개의 주진동축 (X, Y, Z) 중에서 xz 축을 포함하는 면에 놓여 있다. 이면을 광측면(光軸面 o pti c p lane) 이라고 한다. Y 축은 이 면 에 수직 으로 위 치 하며 이 를 광축면 수선 (光軸面垂線, op tic normal) 이라 한다. 소광 위치에서 만들어지는 이축성 광물의 간섭상 역시 십자 형태의 검은 아이소자와 두 광축이 솟는 멜라토프 주위에 생 기는 아이소크롬으로 구성되어 있다(그림 3.15a). 일축성 간섭상과

ZI

다른 점은 ® 두 광축을 포함하는 방향 (XZ 면)의 아이소자는 두께 가 얇은 대신, 광축면 수선 (Y) 이 있는 방향의 아이소자는 두껍 고, ® 멜라토프가 2 개 있으며 광측면 수선을 기준으로 대칭적으 로 있고, ® 광물 박편을 회전하면 십자 형태의 아이소자가 쌍곡 선 형태로 분리된다(그림 3.1 5 b). 이축성 간섭상 내의 각 부분에서 진동하는 두 광선의 진동방향은 Bio t - Fresnel Rule 에 의해 알 수 있다. 죽, 〈광선이 진행하는 어떤 지점에서의 광선의 진동방향은 두 광축에서 그 지점을 연결하여 만들어지는 각을 이등분하는 방 향으로 빛이 진동한다〉는 것이다(그림 3.1 6 ). 이러한 사실로부터 아이소자는 광선이 어낼라이저에 의하여 차단되어 소광이 되는 부 분임을 알 수 있게 된다.

o.

이축성 간섭상도 광물의 주진동축에 대해 어떤 방향으로 절단되 었는가에 따라 형태가 다르다. 예각이등분선중십 간섭상(銃角二等分線中心干涉像, acute bis e ctr ix - cente r ed figu re) 두 광축이 이루는 각(角)이 90° 보다 작을 경우 그 각을 이등분하는 수선이 시야의 중심에 있도록 절단된 광물에서 볼 수 있다(그림 3.1 5 ). 광물을 회전하면 십자 형태의 아이소자는 사라지고 그 대신 쌍곡선 형태의 아이소자가 대칭적인 위치에 만 들어지는데, 45• 회전했을 때 최대의 분리가 일어난다(그림 3.15 b). 아이소크롬이 존재하는 광물 박편인 경우는 이동한 멜라토프 를 중심으로 동심원이 형성된다. Bx. 간섭상이라고도 한다. 광축중심 간섭상(光軸中心干涉像, op tic ax.is- cente r ed figu re) 두 개 의 광축 중 한 광축에 수직되게 절단된 광물 박편에서 관찰되는 간섭상으로서(그림 3.1 7 b), 광축이 솟는 지점이 시야의 기준에 위

Bxo B xOI1

치한다. 이 위치로부터 45° 회전시키면 하나의 쌍곡선이 시야의 중 심에 생기는데(그림 3.1 7 a) 예각 이등분선은 쌍곡선이 볼록한 쪽 방 향에 존재하며, 또 다른 쌍곡선은 예각 이등분선을 기준으로 대칭 적인 위치에 존재하게 되는데 현미경 시야 밖에 있으므로 관찰할 수는 없다. 광축면수선 간섭상(光軸面垂線干涉像, opt ic nonnal figu re) 광축면 에 나란하게 절단된 광물 박편에서 관찰되는 간섭상으로서(그림 3.1 8 ), 두 광축이 모두 재물대 위에 나란하게 놓여 있고 광축면 수 선 (Y) 이 이에 수직으로 향하고 있는 경우이다. 일축성 간섭상 중 섬광 간섭상과 매우 홉사하다 . 45• 를 회전하면 현미경 시야에는 아무런 형태도 남아 있지 않게 된다. 둔각이등분선중심 간섭상(純角二等分線中心干涉像, obtu s e bis e ctr ix - cente r ed figu re) 두 광축이 이 루는 둔각을 이 등분하는 선 에 수직 으

乙r , ,,, ___ z Y 폰x z

로 절 단된 광물 박편에서 관찰할 수 있는 간섭상으로서, 소광위치 에서의 예 각 이등분선중심 간섭상과 형태가 유사하다. 그러나 광물 박편을 회전할 때 매우 신속하게 아이소자가 사라지는 점과, 또 45° 희전시킨 위치에서 아이소자를 전혀 볼 수 없는 점이 다르다. Bx,, 간섭상이라고도 한다. 임의위치 간섭상(任 意位置 干涉像, random figu re) 광축에 비스듬히 절단된 광물 박편에서 관찰되는 간섭상으로서, 2 개의 주진동축을 포함하는 기본면(基本面, pri nc ip al p lane) 이 시야의 중심선과 일치하 지 않는다(그림 3.1 9 ) . 때로는 현재 관찰하고 있는 이축성 간섭상이 어떤 경우의 간섭상 인지를 명확하게 구별하기 어려운 때가 있다. 이들을 구별하는 한 방법으로서, 우선 소광 위치에서 간섭상을 만든 다음, 이 위치로부

표 3.2 간섭상의 종류 식별법

터 어느 각도 (8) 만큼 회전시켰을 때 아이소자가 사라지는지를 알아 보아 결정한다 (표 3.2). 3.6 이방성 광물의 광학 부호 어떤 광물들은 현미경에서의 광학 현상이 비슷하여 식별하기가 쉽지 않은 경우가 있다. 특히 이들이 일축성 또는 이축성으로 동 일할 떄는 간섭상 형태만으로 구별할 수가 없게 된다. 이러한 경 우 광학 부호(光學符號, op tic s ign)를 측정하면 구별이 가능해 질 수가 있다. 광학 부호를 결정할 때에는 우선 간섭상을 만든 다움 보조판(補助板, accessar y p la t e) 을 사용한다. 3.6.l 일축성 광물 일축성 광물의 광학 부호는 이상광선에 의한 굴절률 (e) 과 상광 선에 의한 굴절률 (co) 의 대소(大小) 관계에 따라 결정되는데, 만약 e> (l)이면 (+), (l)＞ e 이면 (-）라고 정하였다. 일축성 간섭상으로

그림 3.2 0 일축성 간섭상 내에서의 상광선((J)）과 이상광선 (c) 의 진동방향.

광학 부호를 결정하는 과정을 설명하기 위해 우선 광축중심 간섭 상을 예로 들어 설명하면 편리하다. 십자 형태의 아이소자 사이 부분을 각각 1,2, 3, 4 상한으로 나누고 각 상한에서 상광선과 이상 광선이 진동하는 방향을 먼저 파악한다 . 앞에서도 언급한 것처럼 이상광선 (c) 은 멜라토프가 있는 중심 방향으로, 상광선((J}）은 그에 수직인 접선 방향으로 진동한다(그림 3.20). 석고판에는 느린 광선 의 진동방향이 표시되어 있으므로 이에 직각 방향으로는 빠른 광 선의 진동하는 것을 알고 있는 셈이 된다. 일반적으로 석고판의 입사 방향은 북서 방향이므로 이와 나란한 2, 4 상한울 선택하여 간섭색의 변화 양상을 분석하면 편리하다. 2,4 상한에서는 광물의 상광선이 석고판의 느린 광선과 진동방향이 일치하고 있음을 알 수있고 동시에 이상광선이 석고판의 빠른 광선의 진동방향과 일치 하고 있음도 알고 있는 셈이 된다. 석영을 예로 들면, 석영의 간섭상은 아이소자만 있을 뿐 아이소 크롬은 나타나지 않는다 . 이것은 석영의 복굴절률이 0.009 로 매우

작기 때문이다. 아이소자와 멜라토프가 있는 부분은 위상차의 개 념으로 Omµ 인 부분이며, 멜라토프 주변은 약 150111µ 정도의 간섭 색을 나타내는 백색 또는 회색이므로, 석고판을 삽입할 경우 이 부분에서 색의 변화가 가장 뚜렷하게 나타난다. 이제 석고판을 넣 고 간섭상을 보면, 검은 아이소자는 적색으로 변하였고, 멜라토프 주변의 2,4 상한은 노란색으로 변해 있고, I,3 상한은 청색으로 변해있다. 우선 적색(l:! =550111µ) 을 띠는 아이소자는 원래 Omµ 였던 부분이 석고판에 의한 위상차 (550111µ) 만큼 증가했기 때문이며, 노란 색(l:! =400111µ) 은 1° 에 속하는 간섭색으로서 원래의 위상차 (150mµ) 와 석고판의 위상차의 감소보정에 의한 현상이다. 감소보정이 일 어나는 경우는 광물의 빠른 광선이 석고판의 느린 광선과 중첩되 어 있는 경우이므로, 석고판의 느린 광선과 나란하게 진동하고 있 는 〈상광선이 빠르다〉는 사실을 알 수 있게 되며 동시에 〈 이상광 선은 느리다〉라는 사실도 알 수 있게 된다. 이러한 결과로부터 굴 절률은 광선의 속도와 반비례하므로 상광선이 나타내는 굴절률 (ro) 이 이상광선이 나타내는 굴절률 (e) 보다 작은 (.l)＜ c 이 되어 석영의 광학 부호는 (+）가 된다. 만약 1,3 상한을 선택하여 분석할 경우에는 멜라토프 주변이 2° 청색 (700mµ) 으로 변했으므로 첨가보정이 일어난 경우이다. 이로 부터 석고판의 느린 광선과 1,3 상한의 이상광선의 진동방향이 일 치하고 있음을 알게 되므로 〈이상광선이 느리다〉는 것을 알 수 있 게 된다. 이러한 사실은 〈상광선은 빠르다〉를 지시한다. 결국 이 상광선의 굴절률 (e) 이 상광선의 굴절률 (ro) 보다 큰 경우가 되므 로, 광학 부호는 역시 (+）가 된다. 따라서 2,4 상한 또는 1,3 상 한 중 어느 부분을 선택하더라도 광학 부호는 동일하게 된다. 멜라토프 주위에 아이소크롬이 많이 존재하는 광물인 경우는 석 고판 대신 운모판(雲母板 mica p la t e) 을 사용하는 것이 편리하다.

운모판은 약 140111µ 정도의 위상차를 나타내는데, 특별히 감소보정 이 일어나는 멜라토프의 주변에 검은 점 (!),,=150mµ-140mµ= 10111µ) 이 생기기 때문에 식별이 용이한 경우이다. 석영의 경우 2, 4 상한에서 검은 점이 생기며 이로부터 감소보정이 일어났음을 알 수 있게 된다. 따라서 운모판의 느린 광선의 진동방향과 일치하는 상광선의 진행 속도가 빠름을 알 수 있게 된다. 결국 0)

3.6.2 이축성 광물 이축성 광물의 광학 부호는 일축성 광물의 경우와 달리 두 광축 의 예각 이등분선이 Z 또는 X 축인지에 따라 결정된다 . 만약 예각 이등분선 (Bx.) 이 Z 축이면 (+), X 축이면 (-）이다 . 두 광축은 광 축면인 XZ 면에 놓여 있으므로 둔각 이등분선 (Bxo) 은 자연히 그 반 대가 되어, Bx . =Z 이면 Bxo=X 가 되고, Bxo=Z 이면 Bx.= X 가 된 다. 광학 부호를 정할 때 석고판 또는 운모판을 넣어 간섭색이 증 가 또는 감소 하는지를 관찰하는 것은 일축성 광물과 마찬가지이 지만, 소광 위치로부터 45° 만큼 회전시켜 아이소자가 쌍곡선 형태 로 최대 분리가 된 위치에서 실행하는 점이 다르다 . 이축성 간섭상으로부터 광학 부호를 결정하는 과정을 예각이등 분선중심 간섭상을 예로 들어 설명하면 편리하다. 우선 쌍곡선 형 태의 아이소자가 2,4 상한에 위치하도록 광물 박편을 45° 회전시키 고 두 쌍곡선의 중앙 위치에 예각이등분선이 있다고 가정한다(그 림 3.21). 그리고 예각이등분선 (B x.)이 Z 인지 또는 X 인지를 결정해 야 한다. 이를 위해 석고판을 넣고 쌍곡선의 바깥 부분과 안쪽 부 분의 간섭색 변화를 관찰하면 된다 . 여기서 이미 알고 있어야 할 사항은 쌍곡선의 중앙부에는 멜라토프가 있고 또 두 쌍곡선에 있 는 멜라토프롤 연결한 직선이 광측면 (XZ) 이라는 점, 그리고 광축 면에 수직으로 광축면 수선 (Y) 이 존재한다는 점이다. 첨가 또는 감소보정이 일어나는 영역의 경계는 쌍곡선 아이소자가 된다. 이 때 예각이등분선이 있는 볼록한 형태를 나타내는 두 쌍곡선의 사 이 영역을 선택하면 좋고, 특히 쌍곡선에 가까운 부분을 관찰하는 것이 좋다. 만약 어떤 광물의 간섭상이 그림 3.21 과 같고, 석고판을 넣었을 때 4 상한에 있는 쌍곡선의 바로 위 부분이 청색이 되었다면 이것

{t8

는 BXu 가 있는 부분을 포함한 영역에서 첨가보정이 일어난 경우이 다 앞에서 언급하였듯이 광축면에 직각인 방향으로 광축 수선 (Y) 이 있고 또 Y 방향으로는 굴절률 f3가 있게 되는데 Y 방향으로 진동 하는 광선의 속도가 느림을 알 수 있다. 즉, 굴절률 f3가 이와 직 각인 다른 것보다 커야 하므로 결국 광축면 방향으로는 빠른 광선 이 있게 된다. 따라서 그 방향으로 굴절률이 작은 a 가 있다. 결국 시야의 중심부에는 f3와 a 가 직각으로 있게 되어 Z 축이 수직방향으 로 있음을 알게 된다. 이로부터 Bx.=Z 이 되므로 광학 부호는 (+）이다. 광학 부호가 (기인 광물인 경우에는 Bx. 가 있는 쌍곡선 사이 부분이 황색이 되어 감소보정이 일어났음을 알 수 있다. 이 영역 에서는 광축면 수선 (Y) 이 놓여 있고, 감소보정이 일어났으므로 Y 방향으로 진동하는 광선이 빠른 광선이 되어야 한다. 따라서 Y 방 향과 수반되는 굴절률 f3보다 느린 광선이 광축면에 놓여 있어야

(a) (b) /\\

하므로 T} 됨을 알 수 있다. 결국 나머지 주진동축인 X 가 상하로 향하고 있음을 알 수 있으므로 BX a =X인 (-) 광물임을 알 수 있 게 된다. 45• 인 위치에서 하나의 쌍곡선 아이소자만 나타나는 경우는 쌍 곡선의 휘어진 모양을 관찰하면 Bx. 가 어느 쪽에 있는지를 예측할 수 있게 되므로 위의 경우와 마찬가지로 분석을 하면 된다. 아이소크롬이 있는 간섭상인 경우에는 운모판이나 석영쐐기를 넣어 아이소크롬의 이동 방향을 관찰함으로서 첨가 또는 감소 보 정임을 결정하면 된다 . 첨가보정이 일어나는 영역에서는 바깥쪽 에 있던 아이소자가 안쪽으로 이동하게 되고, 감소보정이 일어나 는 영역에서는 아이소크롬이 바깥쪽으로 이동하게 된다(그림 3.22).

?v,_ V` <\/ \2V x 2V`

3.7 광축각 (2V) 3.7.1 광축각 이축성 광물에는 등방성을 띠는 방향인 광축이 2 개 있다. 이들 은 주진동축인 X 와 Z 축을 포함하는 광축면 내에 있으며, Z 나 X 축을 기준으로 X 자 형태로 대칭적으로 존재한다(그림 3.23). 두 광축의 사잇각을 광축각(光軸角)이라 하는데, Z 축을 기준으로 한 광축각을 2Vz, X 축에 대한 광축각을 2Vx 라 하며, 2Vz +2Vx= l80° 인 관계가 성립한다. 광축각은 일반적으로 2V 로 표현하며 예각 인 광축각을 의미한다. 만약 예각의 광축각을 2 등분하는 이등분선이 Z 축이면, 즉 Bx.=Z 이면 이 광물의 광학 부호는 (+）가 되고, 예 각의 광축각을 2 등분하는 이등분선이 X 축이면, 즉 Bx.=X 이면 이 광물의 광학 부호는 (-）가 된다. 이축성 광물 중에는 현미경에서

2E

관찰되는 일반적인 광학 현상은 물론 광학 부호까지 같아서 식별 하기 어려운 경우가 있는데 이 때 광축각 (2V) 을 측정하면 더욱 신 빙성이 있는 감정을 할 수 있게 된다. 3.7.2 광축각 측정 법 맬러드법 (Mallard's meth o d) 편광현미경을 통해 관찰되는 시야내 에 두 개의 멜라토프가 모두 있는 경우에 사용되는 방법이다. 현 미경을 통해 나타나는 광축각은 광물 내에서의 실제 광축각 (2V) 보 다 더 크게 보이게 된다(그림 3.24). 그 이유는 광물을 통과해 나 온 광선이 공기 중에서 굴절하기 때문이다. 이처럼 우리 눈에 나 타나는 광축각을 2E 로 표시하며, 스넬의 굴절의 법칙에 따라 2V 와는 다음 관계식이 성립한다.

,·· ,

Sin— p— smV = l 따라서 sin E=/3 sin V 이고, f3는 광축을 따라 진행하는 광선이 나타내는 굴절률이다 . 현미경 시야에서 관찰되는 두 멜라토프 사 잇거리의 절반을 D 라 하면(그림 3.25), D=Ksin E=K/3 s in V 가 성립된다. D 는 현미경의 시야 중심으로부터 한 멜라토프까지의 거리로서 대안렌즈에 있는 미눈금자로 읽으면 된다. K는 맬러드 상수 (Mallard' s cons tant)라고 하는데, 맬러드 상수는 E 값과 p값을 알고 있는 광물을 선택하여 현재 사용하고 있는 현미경에서의 정 확한 값울 계산하면 된다 . 예를 들어 중정석은 2E=63°12', /3= 1. 636 이므로 E=31°36' 이다. 그러므로 맬러드 상수는

15° 30° ntI= l.5 45° 60 ''

K= -sinD E = -s-in-2 -321.-5 ° -36:' -= 42.9 가 된다 따라서 正와 2V 는 다음 방정식으로부터 계산이 가능하다. sin E = DK 4D2. 9 sin V = 42.D9 f3 구경치 (N.A. ）가 0.85 이고, 굴절률 {3가 각각 1. 5 와 1. 7 인 광물에서 관찰되는 쌍곡선 아이소자의 위치는 그림 3.26 과 같다.

토비법 (Tob i 'sme t hod) 이 방법은 현미경 시야 내에 두 멜라토프가 대칭적으로 존재하는 광물 박편의 경우에 적용되며, 맬러드 상수를 계산할 필요가 없기 때문에 편리하다. 이 방법을 적용하기 위해서 는 현미경 시야의 직경 (2R) 울 측정하고, 두 멜라토프 사잇거리 (2D) 를 측정 하여 그 비 (2 D/2R) 를 계산한 다음(그림 3.2 5 ) 토비에 의해 제시된 그래프 를 이용하면 된다(그림 3.2 7). 이 그래프는 대 물 렌즈의 구경치 (N .A.)가 0.85 인 경우, 죽 45 배 렌즈를 사용했을 때 적용되는 것이며, 기타 배율의 대물렌즈를 사용했을 때에는 각 각의 새로운 구경치 (A' ）를 적용하여 (2D/2R) X (A '/ 0.85) 를 사용하 면 된다. 2D/2R 값을 왼쪽의 세로 축에서 찾아 그 위치에서의 사선(斜 線)을 따라 가면 2E 값이 얻어지며(그림 3.27a), /3굴절률을 알고 있는 경우에는 2D/2R 에서 가로 축에 있는 /3값에서 수선을 올려 만나는 교점까지 수평선을 그은 다음 이 위치에서 사선을 따라 올 라가면 2V 값을 얻게 된다(그림 3.2 7 b). 라이트법(Wrig h t' s meth o d) 이 측정 법 은 광축 하나가 시 야의 중심 에 있는 광축중심 간섭상인 경우에 적합하다(그림 3.28). 현미경에서 관찰되는 쌍곡선의 휘어진 정도를 보고 판단하는 방법으로서, 2V 가 90° 인 경우에는 거의 직선에 가까우며, 0° 일 때는 직각 형태를 나 타낸다 . 캠스법 (Kamb' s meth o d) 두 광축에 약간 어 긋나게 절단된 광물 박 편에서 관찰되는 간섭상에 대해 적용하는 2V 측정법으로서, 소광 위치에서 얻어진 간섭상(그림 3.29a) 을 반시계 방향으로 재물대를 회전하면서 아이소자가 시야의 가장자리를 스치며 사라지는 각도를 측정한다. 두 쌍곡선 아이소자 중 하나는 먼저 그리고 다른 하나는 나중에 사라진다(그림 3.29b). 그때의 회전 각도를 각각 &, & 라

』 2V/ （또는 2

2V=l5°

----------_J

3

고 하자. 광물 박편을 다시 원 위치로 돌린 다음, 이번에는 시계 방향으로 회전하면서 쌍곡선 아이소자가 시야의 가장자리에 닿는 회전 각도를 읽어 각각 &, & 라고 적는다. 이제 이 네 수치의 평 균값 [o=(o,+82+03+84)/4] 을 계산하여 그래프(그림 3 .3 0) 에 적용시 킨다. 이 그래프도 구경치가 0.85 인 대물렌즈를 사용했울 때에 적 용되며, 대략의 f3 굴절률(그래프에는 正녁: 표시되어 있음)을 알고 있 어야 한다 사용하는 방법은 8 값을 세로 축에서 찾고, f3값에 근접한

22 VV ,니 \ ° 1 에 ' I l 5 0 ' I4W II1W II'n ’

곡선까지 수평선을 그어 만나는 교점에서 아래로 수직선을 그으면 광축각의 절반인 V 가 얻어진다. 멀 티 법 (Mert ie' s meth o d) 이 축성 광물의 굴절률 3 개를 모두 알고 있는 경우에 적용되는 방법으로서, 먼저 a 굴절률을 그래프(그림 3. 31) 의 왼쪽 세로 축에서 찾고, r 굴절률을 오른쪽 세로 축에서 찾아

2.000

직선으로 연결한 후, f3 굴절률값에 해당하는 점을 찾아 수선을 내리면 2V 값이 가로 축에 나타나게 되고, 동시에 광학 부호까지 얻을 수 있 게 된다. 예를 들어 굴절률이 각각 a=I.55 0, {3=1.63 0, y=1.65 0 인 광물인 경우, 이를 멀티그래프(그림 3 .3 1) 에 적용하면 그림 3.3 2 와 같이 되어 2V 가 50° 이며 동시에 광학 부호는 (-）임을 알 수 있게 된다 . 이 그래프를 이용할 경우, 세 굴절률 중 2 개와 2V 및 광학 부호를 알면 나머지 굴절률을 알아낼 수가 있다 .

제 4 장 조암광물 각론 4,1 조암광물의 분류 광 물 을 분류할 때 목적에 따라 분류 기준이 달라질 수 있으나, 광 물 학적으로는 화학성분에 근거하여 분류하는 것이 일반적인 관례 이다. 이 분류법은 광물을 구성하고 있는 음이온을 기준으로 하고 있는데, 여러 가지 측면에서 다른 분류법보다 타당성이 있어 19 세 기 중반부터 활용되고 있다. 음이온을 기준으로 한 분류법의 장점 은 다음과 같다. 첫째는, 같은 음이온으로 되어 있는 광물들인 경우 양이온에 따 라 분류했을 때보다 더 밀집한 유사성이 있다는 점, 둘째는 동일 한 음이온을 지니는 광물들은 대개 동일하거나 유사한 지질학적 환경에서 함께 산출된다는 점, 셋째는 음이온에 따라 분류하는 것 이 무기물을 분류하고 또 그 화합물을 명명하는 최근의 화학계의 경향과도 부합한다는 점이다 .

한편, 음이온에 의해 분류된 경우에서도 결정구조적으로 상이한 부류가 나중에 발견되어 화학적인 측면뿐만 아니라 결정구조적인 측면까지 고려하여 광물을 다시 세분할 필요성이 생기게 되었다. 이에 따라 광물은 우선 족(族, class) 으로 대별하고, 족은 다시 화 학적 특징에 의해 아족(亞族, fa m il y)으로 세분되며, 족 또는 아족 은 결정구조적인 유사성에 따라 군(群, g rou p)으로 나뉜다. 군은 종(種, s p ec i es) 과 종으로 이루어진 계열(系列, ser i es) 로 구성되어 있다. 일부 종은 다수의 변종( 襄 種, v ari e ty)을 가진다 . 규산염 광물, 산화 광물, 탄산염 광물, 황화 광물, 황산염 광 물, 할로겐 광물 등은 족에 해당하는 분류 등급이며, 규산염 광물 내의 독립사면체형 구조, 단쇄형 구조, 망상형 구조, 환형 구조 광물 등의 분류는 아족의 예이다 . 휘석군, 각섬석군, 석류석군, 장 석군 등은 군의 예이며, 휘석군의 투휘석 -헤덴버가이트계열, 각섬 석군의 투각섬석-양기석 계열, 석류석군의 파이로프-알만딘-스 페샤르틴 계열, 장석군의 사장석 계열 등은 계열의 예이다. 석영 은 종이며, 이는 다시 색깔에 따라 자수정, 황수정, 백수정, 연수 정 등의 변종으로 더욱 세분된다. 사장석 계열에는 앨바이트, 올 리고클레이즈, 안데신, 라브라도라이트, 바이타우나이트, 아노르 다이트 동의 여러 종이 있다. 4.2 광물의 분류 4.2.1 규산염 광물 Si0 4 사면체가 음이온 구실을 하고 있는 광물을 말한다. 규산염 광물은 Si0 4 사면체의 결합방식에 따라 여러 개의 아족으로 나뉘

며, 각 아족의 음이온 기본단위 특징이 다르다(그림 4.1 ) . 독립사면체형(蜀立四面體型) 구조를 지니는 경우는 S i O 』 사면체 가 독립적으로 존재하고 있다. 그리고 금속 양이온이 이들 사면체 사이에 위치하면서 전기적 중성을 이룬다. 음이온의 기본 형태가 (S i 04)+ 가 되고 Si : O=l :4 가 된다. 감람석 [(Fe, Mg )iSi 0 4 ], 저어콘 (ZrS i O 』)이 그 예이다. 복사면체형(復四面體型) 구조를 하고 있는 광물에서는 Si0 4 사면 체 두 개가 사면체의 한 꼭지점에 있는 산소를 공유하며 쌍을 이루 어 음이온 구실을 하는 경우이다 . 이 경우 S i :0=2:7 이며, (ShO i)6- 가 음이온 구실을 한다. 아커마나이트 (Ca2M gS i 201), 이극석 [Zn4Si2 0 , (0H) • H2 이이 그 예 이 다. 환형 (環 型 )구조는 3 개, 4 개, 6 개의 Si0 4 사면체가 고리모양으로 연결되어 있는 구조로서, 3 개의 사면체가 연결된 경우는 (SiJ 0 9)6- , 4 개가 연결되어 있는 경우는 (Si4 0 12)S.. , 6 개가 연결되어 있는 경 우는 (S i.아 )12 가 기본 단위가 된다. 3 각 환형구조인 경우는 베니 오아이트 (BaT i Sb09), 4 각 환형구조의 예는 액시나이트 [(Ca, Mn, Fe)J A 12(B0J) Si4 0 12(0H)], 6 각 환형 구조는 녹주석 (Be J AuS i ,O 미 이 그 대표적인 예이다. 단쇄형(單鎖型) 구조를 하고 있는 광물의 경우는 Si0 4 사면체가 일직선상으로 산소를 공유하면서 연결되어 있는 형태로서, 기본 단위는 (SiO J )2- 또는 (S i 20,)4 가 된다. 광물 예로는 엔스터타이트 (Mg Si O J ), 장미 휘 석 (MnSiO J ), 규회 석 (CaSiO J ) 등이 있다. 복쇄형(復鎖型) 구조를 하고 있는 광물의 경우는 Si0 4 사면체로 구성되어 있는 직선상의 사슬이 2 개가 나란하게 배열되어 있고 이들 사이에 마주 보는 사면체가 산소를 공유하고 있는 형태로 서, (S i BOll)' 2,.가 기본 단위가 된다. 광물 예로는 투각섬석 -양 기석 계 열 [C ai (M g, Fe)sS i s022(0H )i]이 있다.

구 분 SiO , 사면체의 배열방식 기본 단위 1 광 물 예

복 쇄잉 --l 一 一尺 - ~f广 一一 广＼ {- l一 ’,、' r i 나갑식戶 `’^ >\PJ 一 7J l ( Sh0 마기(앤 소각필섬라석이 트)

층상형( 層 狀型) 구조는 단쇄상 구조 3 개가 결합하여 하나의 층을 이 룬 형태로 생각할 수 있다. 이 경우 S i O 』 사면체 4 개가 한 기본 단 위를 이루어 결국 (S i ,O,o)4 · 가 기본 단위가 된다. 활석 [ M g JS i 40 10 ( 0 H ) 2), 사 문 석 [ M g ~S i 40 10 ( 0 H ) 나 , 금 운 모 [KMg J( AISbO,o)(OH) i] 등이 그 예에 해당한다. 이 중 금운모의 경 우는 (Al, Si) : 0 = 4: 10 이며, Alk 가 S i#를 치환하는 경우이므로 전기적으로 균형을 이루기 위하여 Kh 가 추가로 참여한다. 망상형 (網狀型) 구조는 Si0 4 사면체의 각 꼭지점에 있는 산소가 모두 다른 사면체와 공유되어 있는 구조로서, 결국 Si : 0 = I : 2 가 된다. (S i 02) 가 기 본 단위 이 다. 석 영 (Si0 2 ), 칼리 장석 (KAISiJ O H) 등 이 광물 예인데, 장석인 경우 (Al, Si) : 0 = I : 2 이다. K+ 는 Al» 가 S i다릅 치환하여 생긴 결손을 막는 역할을 하고 있다. 규산염 광물은 현재 알려진 약 3000 여 종의 광물 중 25% 정도를 차지하고 있고, 광물이나 암석을 연구할 때는 가장 자주 접하게 되는 광물이기 때문에 매우 중요하게 다루어진다. 이 책에서는 조암광물로서의 중요성이 비교적 높은 광물인 석 영, 장석, 준장석, 감람석, 휘석, 각섬석, 석류석, 녹렴석, 사문 석, 규선석, 운모, 저어콘, 황옥, 전기석, 근청석에 대해 다루었다. 4.2.2 산화 광물 산화 광물은 산소가 음이온인 경우이며, 하나 또는 몇 개의 금 속 원소와 결합하고 있다. 산화 광물은 단순 산화 광물 (s i m p le o xi de) 과 복합 산화 광물 (com p lex ox i de) 로 다시 나뉜다. 단순 산화 광물은 한 종류의 금속 원자와 산소가 결합되어 있는 형태를 말하 며, 이때 금속과 산소 원자의 결합 비율은 상관이 없다. 일반적으로 Xi O 형 (예 : Ct1 20 ), XO 형 (예 : ZnO, Mg O ), XO 형 (예 : Ti0 2 , Mn02)

으로 표시한다 . 복합 산화 광물은 XY2G 로 표시하며, 이때 금속 원자 X 와 Y 의 위치가 구별되어 있다 X 는 心] 배위수를 가지는 사면체 구 조 내에 있게 되며, Y 는 6 의 배위수를 가지는 팔면체상 배위다면체 중심 에 위 치 한다 . X 는 +2 가의 양이온으로서 Mg , Fe, Zn, Mn 등이 며, Y 는 +3 가의 양이온으로서 Al, Fe, Mn, Cr 등이다. X 2+에 해 당하는 이온끼리는 폭넓은 고용체를 형성하지만, y;.이온끼리는 매 우 재한적인 고용체를 형성한다. 산화 광물로는 강옥, 금홍석, 첨정석, 자철석, 적철석, 티탄철 석, 크롬철석에 대해 기술하였다. 4.2 .3 탄산염 광물 탄산염 광물은 (CO J)2-가 움이온 구실을 하고 동시에 결정구조의 기본이 되므로 탄산염 광물들은 성질이 매우 유사하다 . 특히 탄산 염 광물을 식별할 때 시행하는 염산반응 테스트는 수소 이온이 있 을 때 탄산염 광물이 매우 불안정해지면서 탄산가스와 물로 분해 되는 현상을 이용한 것이다. 이 반응식은 2H-+co J2- =ILO+C02 로 나타낼 수 있다. 방해석, 마그네사이트, 능망간석, 능철석, 백운석, 아라고나이 트에 대해 기술하였다. 4.2.4 황산염 광물 (S04)2- 착이온이 움이온 구실을 하는 광물을 가리키며, 이 때 S” 는 4 개의 산소 원자로 되어 있는 사면체 구조의 중심에 위치하 게 된다. 중정석, 석고, 경석고에 대해 기술하였다 .

4.2.5 수산화염 광물 수산기인 (OHr 가 음이온 역할을 하고 있는 광물로서, 물 (H20) 분자를 가지기도 한다. 이러한 구조의 광물은 원자간의 결합력이 약하기 때문에 산화 광물에 비하여 물리적인 힘이 약한 것이 일반 적인다. 수활석, 깁사이트, 다이아스포, 보에마이트 , 침철석에 대해 기 술하였다. 4.2.6 인산염 광물 (P04)~ 착이 온을 포함하고 있는 광물로서 , P 5+이 온의 반경 이 S 보다 약간 크기 때문에 (S04) 2 - 경우처럼 4 개의 산소로 둘러싸여 있 는 배위상태를 나타낸다 . 인회석 , 모나자이트에 대해 기술하였다 . 4.2.7 할로겐 광물 할로겐족 원소에 속하는 Cl~, Br-, F, r 등의 원소를 함유하고 있는 광물이다 . 이러한 음이온으로 구성되어 있는 광물들은 산화 수가 작은 양이온과 결합할 경우 대칭도가 매우 높은 결정구조를 하게 되는데, 그 예로서 등축 면심격자 형태의 소금 (NaCl) 이 있 다. 죽, N 값과 er 은 각각 6 개의 상대방 이온으로 둘러싸여 있는 팔면체상 배위를 하고 있다. 실바이트 (KC I), 형석 (CaF2) 둥이 있 으나, 암석에서 산출되는 빈도수가 비교적 큰 형석에 대해서만 다 루었다.

4.3 광물 각론 4.3.l 규산염 광물 4. 3 . 1.1 석영군(Q UARTZ GROUP) 석영군(石英群)에 속하는 광물들은 석영(q ua rt z), 트리디마이트 (tri d y m it e) , 크리 스토발라이 트 (cr i s t obal it e), 코에 사이 트 (coes it e), 스 티쇼바이트 (s ti shov it e) 등으로 모두 화학식이 S i 02 이다. 단백석 (o p al) 도 동일한 화학성분을 지니고 있으나 규칙적인 원자배열을 지니고 있지 않으므로 준광물에 해당한다. 동질이상체(p ol y mo rp h) 관계에 있는 이들은 온도와 압력에 있어 그 안정영역이 다르다. 석영-트리디마이트-크리스토발라이트계(系, se ri es) 는 특히 온도에 따라 결정구조가 변하는데 573°C 이하에서는 저온 석영 (low qu ar tz) 으로, 573• 에서 870°C 범위에서는 고온 석영 (h ig hq u art z), 870° 에서 l470°C 범위에서는 트리디마이트, 1470° 에서 l710°C 사이에서는 크 리스토발라이트로 안정하게 존재하고, 그 이상의 온도에서는 용융 된다(그림 4.2). 마그마가 고결되어 만들어지는 화성암 내에 있는 석영은 처음에는 고온 석영 형태로 존재하다가 점차 냉각되면서 저온 석영으로 변하는 경우가 대부분이다. 코에사이트와 스티쇼바 이트는 매우 높은 압력에서만 안정한 광물로 각각 38,000 기압과 130,000 기압에서 합성된 바가 있다. 칼세도니 (chalcedon y)는 석영의 은미정질 변종이다. 【저 온 석 영 (Low Qu ar tz)> 화학성분 Si0 2 결정계 삼방정 계 . P3,. a=4.913, c=5.4 0 5A 색 투명한 경우가 대부분이며 간혹 반투명하다. 순수할 때는 무

.,,,

색이지만, 불순물을 소량 함유하면 색을 띤다(표 4.1 ). 철 (Fe) 이 있을 경우 보라색(자수정), 망간 (Mn) 인 경우 황색(황수정), 티타 늄 (T i)인 경우 분홍색(장미석영)이 되며, 녹색의 퓨사이트(fu chs it e) 입자가 미세하게 포함되어 있을 경우에는 녹수정이 된다 . 또한다 수의 액체 내포물이 들어 있으면 우유빛의 유백수정이 되고, 방사 성 입자에 의해 결정구조의 일부가 파손되면 어두운 회색을 띠는 연수정이 된다. 박편에서는 모두 무색이다. 결정형태 자형 결정은 3 방주와 3 방추 또는 양추가 결합되어 있

표 4 1 석영의 미량성분 함량 자료 (w t . %)

어 마치 6 각주 모양을 지닌다 . 그러나 화성암 내에서 조암광물로 존재할 경우는 불규칙한 타형의 입자 형태를 지닌다. 간혹 정장석 이 나 미 사장석 과 혼정 하여 문상조직 (gr ap hi c tex tu r e) 을, 사장석 과 혼정 하여 미 르메 카이 트 조직 (my rm ek ite tex tu r e) 을 나타낸다. 벽개 없음 경도 7 비중 2.6 5 양각 매우 낮음 굴절률 (J)=1.54 4, E=1 .55 3. 복굴절률 =0 . 009. 표준 박편인 경우 1° 백색 또는 황색의 간섭색을 나타낸다 . 광학부호 일축성, (+) 소광특징 4 번 소광하며, 입자가 타형일 경우 소광각을 측정할 수 없다. 자형 결정이고 또 주상 결정면의 일부가 존재하면 평행 소광을 나타낸다. 화성암에 존재하는 석영은 혼히 파동소광을 한 다. 이것은 고온에서 형성된 석영의 결정구조가 냉각되면서 일부 변형되었기 때문이다. 동력변성암 내에 존재하는 석영도 파동소 광을 나타내는데 이것은 압력에 의해 결정구조가 변형되었기 때 문이다. 장축부호 결정의 장축 방향으로 느린 광선이 진동하고 있으므로

(+）이다 . 간섭상 일축성 간섭상의 전부 또는 일부가 관찰된다. 복굴절률 이 작으므로 아이소크롬은 나타나지 않는다. X 선회절선 4.26(3), 3.34(1 0 ), 2.4 5 ( 1), 1.8 18(6), 1.5 41 (1 ), l.08 1( l)A. [고온 석 영 (High Qu ar tz)> 화학성분 Si0 2 결정형태 육방양추인 형태를 취한다. 유문암이나 석영반암 내에 서 발견될 수가 있다. 기타사항 고온 석영은 정출된 후 573°C 이하로 냉각이 되면 자 연히 저온 석영으로 변한다. 따라서 현재 관찰하는 석영은 모두 저온 석영이다. 【트리 디 마이 트 (T ri dymit e) 】 화학성분 Si0 2 결정계 사방정계(가육방정계). a=l0.04, b=l7.28, c=8.20A 색 박편하에서 무색이다. 결정형태 얇은 육각형태를 취하며 매우 미세한 크기로 산출된다. 벽개 불량한 주상 결정이 발달한다. 경도 7 비중 2.26 양각보통 굴절률 a=l. 46 9, /3=1.46 9, ,-1.47 3. 복굴절률 =0.004 광학부호 이축성, (+) 2V 35° 간섭상 결정입자들이 미세하므로 간섭상을 만들기가 매우 어렵다.

X 선 회절선 4.3 ( 10), 4.1 0 000), 3.86(2), 3.82(s)A 기타사항 트리디마이트는 고온의 기체에서 정출되며, 유문암, 안산암 등과 같은 화산암 내에 발달한 공동에서 산출된다. 【크리 스토발라이 트 (Cr i s t obal it e) 】 화학성분 Si0 2 결정계 정방정계(가등축정계) . P4,212,, a=4.97, c=6.93A. Z=3 색 박편하에서 무색이다. 결정형태 육면체의 미세한 결정으로 산출되며, 화산암 내의 공 동에서 발견된다.

기타사항 미국 애리조나주의 운석이 떨어진 곳에서 발견된다 . [스티 쇼바이 트 (S ti shov it e) 】 화학성분 Si0 2 결정계 정방정계. a=4.1 7 , c=2.6 6 A A-H1 E기_..-A, ll X 선 회절선 2.96(1 0 ), 2.24(2), l.98 (3), l.87 (2), t.53 (5), L47(2)A 기타사항 미국 애리조나주의 운석이 떨어진 곳에서 코에사이트 와 함께 발견되는데, 현재까지로는 운석의 떨어짐에 따른 압력이 미친 곳 외에서는 만들어지지 않는 것으로 알려져 있다. 석영군에 속하는 광물 중 비 중이 가장 크다 (4 . 28) . 【칼세 도니 (Chalcedony )> 화학성분 Si0 2 결정계 삼방정계 색 순수할 경우는 무색 또는 옅은 회색울 띠지만, 불순물을 함 유하면 다양한 색을 띤다. 발색소로 니켈 (N i)을 함유하면 선명한 녹색(크리소프레이즈, ch ryso p ra se), 철 (Fe) 을 함유할 경우 적색(코 넬리언, cornelia n ), 미립의 갈철석이 포함되어 있는 경우 황색(사아 드, sard), 녹니석이나 액티놀라이트의 미립자들이 들어 있는 경우 녹색(프레이즈, pra se), 적철석의 미립자들이 있는 경우 거의 불투 명한 적색(재스퍼, j as p er) 이 된다. 칼세도니 가운데 동심원상의 무 늬가 발달한 것이 있는데 이를 아게이트 (a g a t e) 라 하고, 직선상의 무늬가 있는 것을 오닉스 (on y x) 라고 한다. 결정형태 괴상(城狀) 형태를 지니며 표면은 둥근 포도상 조직을 가진다. 굴절률 1.5 3~1 .54 . 복굴절률은 측정이 불가능하다.

경도 6.5 ~ 7 비중 약 2.6 0 소광특징 은미정질 상태의 집합체이므로 편광현미경에서 항상 밝게 보인다 . 기타사항 광학 부호, 간섭상, 장축 부호 등은 결정할 수 없다. 칼 세도니에는 미세한 다공질 조직이 있어 진한 설탕물에 담근 후 산성용액으로 씻으면 여러 색깔로 착색이 된다. 유색 변종들은 보 석 가공용으로 사용된다. 칼세도니는 실리카 (S i 02) 성분을 지나치 게 많이 용해하고 있는 열수용액으로부터 만들어진다 . 4. 3. 1. 2 장석군 (FELDSPAR GROUP) 장석군( 長 石群)에는 칼리장석류와 사장석류(斜長石類)가 있다. 장석의 화학식은 AB 』아로 표시될 수가 있는데, 전자는 A 위치에 K 원소가, 후자는 Ca 와 Na 원소가 있다 . 칼리장석류에는 정장석 (正 長石 , orth oclase), 새 니 딘 (sanid i n e), 미 사장석 (微斜長石, mi cr oclin e ), 아노르도클레이즈 (ano rth oclase) 등이 있으며, 사장석류 에는 Ca 의 함량이 증가함에 따라 앨바이트, 올리고클레이즈, 안데 신, 라브라도라이트, 바이타우나이트, 아노르다이트로 세분한다. 장석군에 속하는 광물은 거의 모든 화성암의 주요 조암광물로 존 재하며, 이들의 풍화물로 형성된 퇴적암이나 변성암에도 폭넓게 존재한다. 장석군에 속하는 주요 광물의 상호관계는 정장석 (ort ho clase), 앨바이트 (alb it e), 아노르다이트 (ano rthit e) 로 표시되는 상평형 다이어그램으로 나타낼 수 있다(그림 4.3 ). 일반적으로 정 장석은 Or, 앨바이트는 Ab, 아노르다이트는 An 으로 나타낸다 . 정 장석 (Or) －앨바이트 (Ab) 사이의 관계는 고온에서는 완전고용체(完 全 固 溶體, conti nu ous soli d soluti on ) 를 형 성 하여 새 니 딘 [ (K, Na)AlShOs] 과 아노르도클레이즈 [(Na, K)AlSh 아]가 되지만, 냉각되

KAlSiJ O I

면 정장석과 앨바이트로 용리가 일어나 혼정하게 된다. 이 때 정 장석이 앨바이트보다 더 많으면 퍼다이트(p e rthit e), 그 반대이면 역퍼다이트 (an tip e rthit e) 라고 한다. 현미경을 통해 본 퍼다이트의 조직은 특징적이다(그림 4.4 ). 정장석, 미사장석, 새니딘, 앨바이 트 등은 K, Na 등 화학 주기율표상의 알칼리금속에 속하는 원소가 주요 성 분으로 함유되 어 있으므로, 이 를 알칼리 장석 (alkali f eld spa r ) 이라고도 한댜 알칼리장석도 아노르다이트 성분 (CaAhShO s ) 을 정

仁

장석의 경우 5% 정도 고용체로 함유하고 있으며 그 양온 앨바이트 쪽으로 갈수록 다소 증가한다. 사장석인 앨바이트 (Ab) ＿아노르다이트 (An) 사이는 Na 와 Ca 가 자유롭게 치환하여 고온에서 뿐만 아니라 저온에서도 완전고용체 를 형성한다. 사장석의 경우도 (Si , A I) -0 로 되어 있는 사면체가 망상구조를 이루고 있는데 사면체의 중심에 있는 S i다를 A1 3+가 치 환하면 사면체의 톰 사이에 있던 Na1• 룰 Ca2+ 가 일부 치환하게 된 댜 따라서 Na1•Si-1 + +--4 Ca2•AI3+ 사이 의 치 환이 일어 난다고 생 각할 수 있다. 이 러 한 치 환을 쌍쌍치 환(雙雙置煥, coupl e d substit ut i on ) 이 라고 한다 . An 성분의 함량(%）에 따라 앨바이트 (0~10), 올리고클레이 즈(I O~30), 안데신 (30~50), 라브라도라이트 (50~70), 바이타우나

이트 (70~90), 아노르다이트 (90 ~ 100) 로 구분한다 . 사장석도 칼리 장석 (KAlSiJ O 8) 성분을 최대 약 5% 정도 고용체로 함유한다 . • 칼리 장석 (Pota s siu m Feldspa r ) 【새 니 딘 (Sanid i n e )> 화학성분 (K, Na)AlSiJ O s 결정계 단사정계. c')jm . a=8.6 , b=l3.0, c=7.2 A , {3= 1 16° 색 박편하에서 무색이며, 매우 깨끗하게 보인다 . 결정형태 화산암 내에서 주상 형태의 결정으로 산 출 된다. 벽개 {001 } 방향의 완전한 벽개와 {010} 방향의 불량한 벽개가 발 달한다 . {10 0} 방향의 열개가 발달하기도 한다 . 경도 6 비중 2.5 6 ~2.62 양각낮다. 굴절 률 a= 1.51 8 ~ 1.52 0, /3= 1.52 3 ~ 1.525, y= 1.524 ~ 1.526 . 복굴 절률 =0.007 . 간섭색은 1· 회색 내지 회백색이다 . 광학부호 이축성, (-) 2V O~12· 소광특징 (001) 면은 평행소광, (010) 면은 5°, 광축에 수직인 면 은 항상소광을 나타낸다. 쌍정 칼스바드 쌍정 (Carlsbad twi nn i n g)이 관찰되는 경우가 많다. 간섭상 이축성 간섭상을 가지지만, 광축각이 작으므로 일축성 간섭상과 거의 유사하다. X 선 회절선 6.65( 1), 4.24(5), 3.95( 1), 3.79(5), 3.33( 10 ), 3.28(6), 3.23(5), 2.99(3)A 기타사항 현미경에서 새니딘을 정장석과 구별할 때는 광축각이

작고 광물 내부가 깨끗한 점을 이용한다. 새니딘은 유문암이나 조 면암에 존재한다. 새니딘은 (Si , Al)04 사면체가 산소 (0) 를 공유하 며 연결된 망상구조로 되어 있다. 【 정 장석 (Orth o clase)> 화학성분 (K, Na)AISbOs 결정계 단사정계 . C2 /m . a=8.5 6 , b=13.0, c=7.1 9 A, /3=1 16° 색 순수한 경우 백색이며 불투명하다 . 미립의 적철석을 함유하 면 분홍색 내지 적색을 띤다 . 박편하에서는 무색이며, 변질된 부 분이 있을 경우 뿌떻게 보이는 것이 특징이다. 결정형태 주상 형태를 취하며, 페그마타이트에서는 자형 결정으 로 산 출 된다 . 벽개 {001} 에 나란한 완전한 벽개가 발달하고, {010} 을 따라 양 호한 벽개가, {110} 을 따라서 다소 불량한 벽개가 발달한다. 경도 6~6.5 비중 2.5 5 ~2.63 양각낮다 . 굴절률 a= 1.51 8, /3= 1.52 4, r= 1.5 26. 복굴절률 =0.008 . 1° 회 색 또는 백색의 간섭색을 나타낸다. 광학부호 이축성, (-) 소광특징 {001} 방향은 평행소광, {010} 방향은 5°~12° 범위를 나 타낸다 장축부호 장축 방향을 따라 빠른 광선이 배열하며, 부호는 (-) 이다. 쌍정 칼스바드 쌍정이 빈번히 관찰된다. 간섭상 이축성 간섭상이며, 광학부호는 (-）이다. 광축각이 크다. 2V 69~72°

X 선 회절선 6.4 8 (1 ), 5.86( 1), 4.22(7), 3.94(2), 3.77(8), 3.61 (2), 3.4 7 (4), 3.3 1 (10 ), 3.29(6), 3.24(6), 2.99(5), 2.901 (3)A 기타사항 칼리장석의 동질이상체 중 새니딘과 결정구조가 매우 유 사하다. 정 장석 의 경 우 S i와 Al 의 부분적 인 질서 (秩序, orderi ng ) 현 상이 나타낸다 . 새니딘과는 광축각이 크기 때문에 구별된다. 정 장석은 화강암, 섬장암 등의 조암광물로 산출되며, 고령토로 변 질된다. 【미 사장석 (Mi cr ocli ne )> 화학성분 K 시 Sh08 결정계 삼사정계, Cl. a=8.5 7 84, b=12.9600, c=7.2112A . a= 90°18' , /3= l15°58' , r=8 9°75' 색 백색 또는 회색이며, 박편하에서는 무색이다. 변질된 부분은 뿌영게 보인다. 결정형태 주상결정 형태를 취할 수 있으나 일반적으로 반자형 또는 타형으로 존재하는 경우가 많다. 벽개 {110} 을 따라 완전한 벽개가, {010} 을 따라 양호한 벽개 가, {110} 을 따라 불량한 벽개가 발달한다. 경도 6~6.5 비중 2.5 6 ~2.63 양각낮음 굴절률 a=l.518~1 .52 2, /3=1.52 2~1 .52 6, y=1.52 5~1 .53 0. 복굴 절률 =0.007. 간섭색은 1· 회색 내지 백색이다. 광학부호 이축성, (-) 소광특징 (001) 면은 소광각이 15°, (010) 면은 5• 이다. 쌍정이 발 달하는 경우는 파동소광을 나타낸다. 장축부호 벽개가 발달하는 (010) 방향을 따라 빠른 광선이 배열

(a) (b) (c)

한다. (-) 쌍정 {01 이면이 쌍정면 구실을 하는 앨바이트 쌍정 (albit e t w in)과 [010] 이 쌍정축 구실을 하는 페리클라인 쌍정 (pe ri cli n e twi n) 이 동시 에 발달하는 경우가 많다(그림 4.5). 박편에서는 이 격자상의 쌍정 이 잘 나타나는데 이 를 그리 디 론 구조(gridi ron stru c tu re) 라 하며 (그 림 4.6 ) , 미사장석을 식별하는 증거로 활용된다 . 간섭상 쌍정을 이루고 있는 경우가 대부분이므로 간섭상을 만들 기가 거의 불가능하다. X 선 회절선 6.4 8 (1 ), 4.22(5), 3.80(2), 3.29(5), 3.24(1 0 ), 3.0 1 ( 1), 2.970)A 기타특징 미사장석과 앨바이트가 혼정을 이루어 퍼다이트가 되

그림 4.6 그리디론 조직을 나타내는 미사장석.

기도 한다. 미사장석은 삼사정계로서 대칭축과 대칭면이 없기 때 문에 S i와 Al 의 고정된 위치가 4 개가 되어 질서의 정도가 더 증가 한다. 미사장석은 화강암, 섬장암, 편마암에서 혼히 관찰된다. 미 사장석은 칼리장석중 가장 낮은 온도에서 안정한 동질이상체(同 質 異像體)이다. • 사장석 (Plagi oc lase Feldspa r s) 사장석은 모두 삼사정계의 결정구조를 지니고 있으며, 화학성분 이 연속적으로 변하기 때문에 굴절률, 비중도 점이적으로 변한다. 굴절률은 그림 4.7 과 같이 An 성분이 증가할수록 커지며, 비중 역 시 An 성분의 증가에 따라 커진다. 사장석은 모두 백색 또는 회백 색이며, 일부 라브라도라이트는 청색 또는 녹색을 띤다. 그러나, 박

1.59 0 1590

편하에서는 모두 무색이다 . 자형 결정형태는 주상이며, {00 마면과 나 란한 완전한 벽개가 발달한다. 이와 함께 {010}, {110} 방향의 양호 또는 불량한 벽개도 발달한다. 화성암에서 산출될 때 결정의 중심 과 외곽부의 성분이 달라 누대구조를 나타내는 경우가 많다. 일반 적으로 중심부에 An 성분이 높고, 바깥으로 갈수록 An 성분이 적 어진다. 만약 사장석 결정이 성분 차이없이 거의 균질한 경우는 이 결정이 마그마로부터 평형상태에서 매우 서서히 만들어졌음을 의미한다. 【앨바이 트 (Alb it e) 】 화학성분 Ano-10 결정계 삼사정 계 . Cl. a=8.138, b=l2.79, c=7.161A, a=

70

94.27, {3=1 16.61, y=8 7.69° 비중 2.617 양각낮음 굴절률 a=l. 52 7~1 .53 3, {3=1.53 1~1 .53 7, y=1.53 8~1 .54 2. 복굴 절률 =0.009~0.011. 간섭색은 1· 백색 내지 황색이다 광학부호 이축성, (+) 소광특징 앨바이트 쌍정을 지니는 입자는 최대 12~19° 의 소광각을 나타내며(그림 4.8), (001 ) 벽개를 따라 깨진 입자는 3~5°, (010) 에 나란한 입자는 15~20· 의 소광각을 가진다. 쌍정 {01 이면이 쌍정면 구실을 하는 앨바이트 쌍정이 거의 항상 발달한다(그림 4.9). 칼스바드 쌍정 ([001] ＝쌍정축)과 페리클라인 쌍

010

정 ([01 이=쌍정축) 또는 앨바이트 쌍정이 함께 존재할 수도 있다(그 립 4.5 ) . 간섭상 이축성, (+). 2V 77~82° X 선 회절선 6.3 7 ( 1), 4.03(1 0 ), 3.66(6), 3.50( 1), 3.22(6), 3.2 0 (5), 3.1 9 (5), 3.1 7 (2), 3.1 5 (5), 2.964(2)A 기타사항 앨바이트는 화강암, 화강암질 페그마타이트, 사장석 맥, 변성암 등에서 발견된다. 【올리 고클레 이 즈 (Ol ig oclase) 】 화학성분 An10- JO 결정계 삼사정계. cI 비중 2.62~2.65 양각낮음 굴절률 a=l. 53 3~1 .54 3, /3=1.53 7~1 .54 8, r=1.54 2~1 .55 1. 복굴 절률 =0.008~0.009. 간섭색이 1· 회색 내지 백색이다.

소광특징 앨바이트 쌍정을 나타내는 입자는 최대 0~12° 의 소광 각을 가지며 (그림 4.8 ) , (001) 방향의 벽개를 나타내는 입자는 0~3°, {010} 방향의 벽 개 를 지 니 는 입 자는 0~ 15 ° 의 소광각을 가 진다. 쌍정 앨바이트의 경우와 동일함 광학부호 이축성, (+) 또는 (-) 2V 82~90° 기타사항 화강암, 유문암, 섬장암, 조면암 등에서 산출된다. 화 강암질 페그마타이트와 일부 변성암에도 있다 . 【안데 신 (Andesin e )> 화학성분 An .lO냉 양각낮음 굴절률 a= l.543 ~ 1.554, /3= 1.5 48 ~ 1.55 8, y= 1.55 1 ~ 1.56 2 . 복굴 절률 =0 . 008. 간섭색은 1· 회색 또는 백색임. 소광특징 앨바이트 쌍정을 가지는 입자는 최대 소광각 13~27.5° 를 나타내며, (001 ) 벽개면을 따라서는 0~7°, (Ol0) 벽개면을 따 라서는 0~16° 의 소광각을 나타낸다. 광학부호 이축성, (+) 또는 (-) 2V 76~90° 기타특징 화성암 중 특히 섬록암과 안산암에 많이 포함되어 있다. 【라브라도라이 트 (Labradori te) > 화학성분 Allso-10 양각낮음 비중 약 2.70 굴절률 a=l. 55 4~1 .56 4, {3=1.5 58~1 .56 9, r=1.56 2~1 .57 3. 복굴

절 률 =0.008 ~0.009 소광특징 앨바이트 쌍정을 가지는 입자의 경우 최대 소광각이 27.5~39 ° 이다 . (001) 벽개를 지니고 있는 경우 7~16°, (010) 벽개 인 경우 16~29° 이다 . 광학부호 이축성, (+) 2V 76~90° 쌍정 앨바이트의 경우와 동일하다. 기타사항 반려암, 현무암 등의 주요 조암광물이다 . 산청군 일대 의 회장암 내에서 많이 산출하고 있다. 쌍정면 또는 벽개에서 일 어나는 빛의 간섭 또는 회절현상에 의해 청색 또는 녹색을 띠는 변종이 있는데, 이들은 보석 원석으로 쓰이며, 핀란드가 대표적인 생산국이다 . 【바이 타우나이 트 (B yt ow nit e) 】 화학성분 An,0-9 0 양각낮음 굴절률 a=l. 56 4~1.573, /3= 1.5 6 9~1 .57 9, r=1.57 3~1 .58 5. 복굴절 률 =0.009~0.012. 간섭색은 1· 회색, 백색, 또는 옅은 황색이다. 소광특징 앨바이트 쌍정을 나타내는 결정은 최대 소광각이 39~51° 이며, (001 ) 벽개를 지니는 입자에서는 16~32°, (010) 벽개 를 나타내는 입자는 29~36° 이다. 쌍정 앨바이트의 경우와 동일 광학부호 이축성, (-) 2V 79~88° 기타사항 반려암, 회장암, 현무암 등에서 산출된다.

【아노르다이 트 (Ano rthit e) 】 화학성 분 An90-100 결정계 삼사정계. Pl. a=8.1 8 , b=12.88, c=14.17A, a=93°l0, /3=l 15°5l, r=9 1°13 양각보통 굴절률 a=l. 57 3~1 .57 7, /3=1.5 79~1 .58 5, y=1.5 85~1 .5 90. 복굴 절률 =0.012~0.013. 간섭색은 1° 회색, 백색 또는 황색이다. 소광특징 앨바이트 쌍정을 하는 결정은 최대 소광각이 51~70° 이 며 , (001 ) 벽 개 를 나타내 는 입 자는 32~40°, (010) 벽 개 를 나타내 는 입자는 37° 이다 쌍정 앨바이트와 동일함 광학부호 이축성, (-) 2V 77~79° 기타사항 아노르다이트는 다른 사장석 광물에 비해 산출 빈도가 매우 드문 편이다 . 일부 접촉 변성암이나 화산암에서 발견된다 . 각 섬석을 함유하고 있는 암석이 열변성작용을 받게 되면 다음 방정식 과 같이 앨바이트와 아노르다이트, 그리고 휘석이 만들어진다. NaC 파 v1 g 3Fe•2ALS i 60 끄 (OH)z + 4 Si0 2 ~ NaAIS iJ이 + caAhSh08 각섭석 앨바이트 아노르다이트 + CaMg Sh 06 + Mg zF eSiJ O , + ILO 투휘석 휘석 4. 3 . 1. 3 준장석군 (FELDSPATHOID GROUP) 준장석군(準長石群)에 속하는 광물에는 네펠린 (ne p be li ne), 칼시 라이트 (kals ilit e), 류사이트(l eu cit e), 소달라이트 (sod alit e), 멜리라이 트 (mel i l it e), 칸크리나이트 (canc ri n it e) 등이 있다. 이들은 S i 04 와 Al04 사면체로 연결된 망상구조(綱狀構造, fr amework) 를 하고 있으

며, 이산화규소 성분이 적은 마그마로부터 만들어진다. 네펠린과 칼시라이트는 동일한 결정구조로 되어 있지는 않지만, 모두 육각 환형구조로 되어 있으며 사면체의 중심에 있는 S i의 절반이 Al 으 로 치환되어 있다. 사면체들 사이에 알칼리족 원소가 위치하여 전 체적으로 전하가 균형을 이룬다 . 그런데 이 위치에 있게 되는 K+ 와 N 硏 이온은 크기가 다르므로 이로 인해 전체적인 결정구조는 다소 변형되어 있다. 류사이트는 사면체(四面 體 , t e t r a hedron) 로 이루어진 사각 또는 육각 환형구조( 六角還型 構造)가 서로 교차 연결된 결정구 조 를 하고 있으며, 사면체의 중심 l/3 이 AI 이온으로, 2/3 가 Si 이 온으로 채워져 있다. Al·. . 이 S i-I+를 치환함에 따른 전하 결손을 K+ 이 온이 사면체 틈 사이에 위치하여 전기적 중성을 유지해 준다. 【네 펠 린 (Nep he li ne )> 화학성분 (Na, K) (AI, Si) zO ~ 결정구조 육방정 계 . Pfo . a=9.957, c=8.353A( 그림 4.10) 색 백색 또는 옅은 황색 . 박편하에서는 무색이다. 결정형태 짧은 육방주 형태를 취한다. 박편 관찰시에는 직사각 형 또는 육각형 형태로 나타난다 . 벽개 {1 010} 을 따라 양호한 벽개가, {0001} 을 따라 불량한 벽개 가 발달한다. 경도 5.5~6 비중 2.55~2.66 양각 매우 낮음 굴절률 e=l. 52 7~1 .54 3, (J)=1.53 0~1 .54 7. 복굴절률 =0.003~0.004. 간섭색은 1° 회색이다. 소광특징 직사각형 형태인 결정에서는 평행소광, 기저면을 따라 절단된 경우는 항상 소광한다.

y ,

광학부호 일축성, (-) 장축부호 직사각형 입자의 긴 쪽을 따라 빠른 광선이 위치한다. (-) . 간섭상 기저면을 따라 절단된 경우는 일축성 간섭상을 나타내 며, 아이소크롬은 없다. X 선 회절선 4.33( 1), 4.19(4), 3.83(6), 3.26(5), 3.00(1 0 ), 2.88(4), 2.33(4), 2.3 0 (2)A 기타사항 네펠린은 Na 성분이 많은 섬장암, 포놀라이트에 많이 산출하며, 일부 현무암에서도 관찰된다. 네펠린은 불석, 소달라이 트, 백운모, 칸크리나이트 등으로 변질된다.

【칼시 라이 트 (Kals il it e) 】 화학성분 KA!Si0 4 . Na iO 성 분이 2~5% 함유되 어 있다. 결정구조 육방정 계 . P6J 2 2. a=S.1 6 , c=8.7 0 A 색 백색 경도 6 비중 2.60~2.63 양각 매우 낮음 굴절률 £=1.5 3 2~1 .53 7, (J)=1.53 8~1 .54 3. 복굴절률 =0.005~0.006 . 벽개 {1010}, {0001} 방향의 불량한 벽개가 있음 . X 선 회절선 4.35( 1), 3.97(4), 3.12(1 0 ), 2.58(5), 2.4 7 ( 1), 2.4 3 (1 ), 2.2 l (l )A 기타사항 네펠린과는 X 선 회절분석으로 구별될 수 있다. 칼시라 이트는 규산염 성분은 적고 칼리 성분이 많은 화산암의 주요 조암 광물로 발견된다 . 【류사이트 (Leuc it e) 】 화학성분 KA!Sh06 결정계 정방정계 (l4 J a), a=l3.0, c=l3.7A. 625°C 이상에서는 등 축정계 (Ia3d) 이며 a=l3.4A 이다. 사각 환형구조와 육각 환형구조 (그림 4 .1 1) 의 결합으로 되어 있다 . 색 백색 또는 회색. 박편하에서는 무색이다 . 결정형태 {211 } 편방체 모양의 자형 결정으로 산출되는 경우가 많다. 박편하에서는 8 각형 모양을 나타낸다. 양각보통 굴절률 E=1 .50 8, co=1 .50 9. 복굴절률 =0.001 . 벽개 {110} 방향의 불량한 벽개가 발달한다. 소광특징 파동소광을 나타내는 경우가 빈번하다 .

•Si, A l O 0

쌍정 여러 방향으로 반복적인 취편쌍정을 나타내어 미사장석과 홉사한 경우가 있다. X 선 회절선 9.5 ( 4), 5.54(4), 5.3 9 (5), 4.75(4), 4.3 4 (2), 3.78(3), 3.60(4), 3.60(4), 3.52(3), 3.44(8), 3.27(1 0 ), 3.0 9 (3), 3.04(3), 2.9 1 8(7), 2.842(7)A 기타사항 류사이트는 칼리 성분이 많은 화산암(바사나이트, 현무 암, 테프라이트)에서 반정으로 발견된다. 간혹 류사이트가 칼리 장 석과 네펠린으로 완전히 교대되거나 류사이트의 가장자리가 칼리 장석과 네펠린의 혼정물질로 싸여 있는 경우가 있는데 이를 슈도 류사이트(p seudoleuc it e) 라고 한다. 【소달라이 트 (Sod alit e) 】 화학성분 NacAL(S i O ◄ )z CI 결정계 등축정계, P43n. a=8.91A. 거의 같은 수의 S i 04 와 Al04 사면체가 연결되어 있는 망상구조를 지니고 있다(그림 4.1 2 ). 모

•si,A I O 0

서리에 있는 산소 원자는 각각 두 개의 사면체와 공유(共有)하고 있다. 결정형태 육면체 색 청색, 회색, 녹색, 분홍색, 백색 . 박편하에서는 무색 또는 회색이다 . 벽개 {110} 방향의 불완전한 벽개가 발달함 양각보통 경도 5.5 ~ 6 비증 2.27~2.3 3 굴절률 1.4 83~1.4 8 7 소광특징 교차니콜하에서 항상 소광이다. X 선 회절선 6.3 0 (8), 4.45(4), 3.63(1 0 ), 2.81(5), 2.5 7 (7), 2.3 8 (7), 2.10(8), t.99 (3), t.89 (3), t.81 4(3), t.56 9(6), t.52 3(4)A 기타특징 네펠린 섬장암, 조면암처럼 Na 성분이 많은 화성암에 서 주로 산출되며, 네펠린뿐만 아니라 칸크리나이트, 멜리나이

트, 형석 등과 공존하는 경우가 많다. 【멜리 라이 트 (Mel ilit e) 】 화학성분 (Ca, Na)2[Mg , Fe+2, Al, Si]J 0 1 결정계 정 방정 계, P421m. a=7.8 , c=5.0A 결정형태 짧은 정방주 색 옅은 황색, 갈색, 녹갈색 . 박편하에서는 무색이다 . 경도 5~6 비중 2.95~3.05 벽개 {001 } 양호, {110} 불량 양각 다소 높음 굴절률 £=1.61 6~1 .66 1, (J)=1.62 4~1 .6 66. 복굴절률 =0.001~0.013 소광특징 평행소광 장축부호 길쭉한 방향을 따라 느린 광선이 진동함. (+) 광학부호 화학 성분에 따라 일축성, (+) 또는 (-) 기타사항 멜리라이트는 게레나이트(g ehlen it e) [C ai AhS i O 기와 아커 마나이트 (akerm anit e) [C 파 M gS ii O 기의 고용체이다 . Al 대신 M g의 치환 양이 많아질수록 굴절률과 비중이 감소한다 . 광학부호도 (-) 에서 (+）로 변한다. Ca 대신 Na 의 치환 양이 증가하면 굴절률이 낮아진다. 네펠린 현무암의 주요 조암광물이다. 멜리라이트는 시 멘트의 클링커 슬래그에서도 발견된다. 【칸크리 나이 트 (Canc ri n it e) 】 화학성분 (Na , Ca) 여 (Al6S i 60 미 (COJ , S04, Cl) ]1 s .2.o · 1~5 H20 결정계 육방정계. Pfo . a=12.9 7 , c=5.3 0 A 색 무색, 백색, 옅은 청색, 옅은 황색, 옅은 적색. 박편하에서 는무색

벽개 {1010} 을 따라 양호한 벽개가 발달한다 . 양각보통 굴절률 c= l.49 6~ 1.5 00, (J)= l.5m~ 1.52 4, 복굴절률 =0.007~0.028. 간섭색은 1° 황색에서 2· 색까지 올라간다 . 소광특징 결정면이나 벽개면에 나란한 평행소광을 나타낸다. 장축부호 벽개 방향을 따라 빠른 광선이 진동한다. (-) 광학부호 일축성, (-) X 선회절선 6.5(7), 4.85( 10 ), 4.20(6), 3.7 2 (1 0 ), 3.255(1 0 ), 2.779(9), 2.631 (8), 2.446(1 0 ), 2.280(4), 2.1 9 1(3), 2.1 2 4(1 o )A 기타사항 네펠린 섬장암에서 발견된다 . 네펠린뿐만 아니라 사장 석, 미사장석, 소달라이트 등의 광물과도 공생한다. 4. 3. 1. 4 감람석군(O LIVINE GROUP) 감람석군(橫藍石群)에 속하는 광물로는 포르스테라이트 (for ste r ite ) , 페이알라이트(fay al it e), 테프로아이트(t e p hro it e), 크네 벨라이트 (knebel it e), 그로코크로아이트(g laucochro it e), 몬티셀라이 트 (mon ti cell it e), 키르크스타이나이트(kir chs t e init e) 등이 있는데, 구 조화학식인 (A, B)2S i 04 에 어떤 금속원소가 A 와 B 에 자리잡는지에 따라 결정된다(표 4.2). 감람석군에 속하는 광물들은 모두 사방정계의 결정구조를 지니 고 있으며, [SiO s ]-1 - 다면체둘이 6 개의 산소원자로 둘러싸인 M~, felt 에 의해 연결되어 있는 독립사면체 구조를 하고 있다(그림 4.1 3 ). 기타 가능한 양이온으로는 Ca , Mn, Ni 등이 있으나 실제 이들의 존재량은 매우 제한적이다. 가장 일반적으로 산출되는 감람석 광 물은 포르스테라이트와 페이알라이트의 고용체(固溶體, soli d solu ti on) 인데 이를 감람석이라고 한다. 감람석은 염기성 마그마가 서 서 히 냉 각되 면서 정 출되 기 때문에 마그마 내 에 있던 Mg 1+( 0.66A)

표 4. 2 감람석 군에 속하는 광물의 종류와 산출 특징

와 Fe i. (o.76A) 가 거의 자유롭게 서로 치 환한다. 따라서 그 화학성 분은 (Mg , Fe)2S i O 로 표현된댜 즉 감람석은 포르스테라이트 (Po) 와 페이알라이트 (Fa) 를 단종(端種, endmember) 으로 하고 있는 고 용체로서 그 성분비를 간단히 Fo 또는 Fa 로 나타낸다. 예를 들 면, Fo80( 또는 Fa20) 은 그 감람석 내 에 포르스테 라이 트 성 분을 80mol% 함유하고 있다는 의미이다. 이는 페이알라이트 성분을 20mol% 함유하고 있다는 뜻을 동시에 내포하고 있다. 감람석이

_1 -

정 출 되는 환경에서의 Ca 함량은 지하 심부의 거대한 마그마 내에서 는 1000p pm 이하이며, 암맥(岩脈 d y ke) 이나 암상(岩床 sill ), 용암 ( 瑢器 la v a) 처럼 지표에 가까워져 냉각되는 마그마 환경에서는 그 함량이 5000 pp m 까지로 증가한다. Ca 성분은 마그마 내에서 규산 염 성분의 활동 능력을 좌우하며, 감람석이 정출하는 동안 사장석 도 함께 정출하는지의 여부에도 영향을 미친다. 감람석 내의 Fe 함량이 많아질수록 Mn 함량도 증가하나 Ni 성분은 감소한다. 이 것은 M g와 N i은 마그마 정출 초기에 만들어지는 감람석에 들어가 며, Fe 와 Mn 은 비교적 나중에 만들어지는 감람석 내에 들어가는 경향이 있기 때문이다. Co 의 함량은 일반적으로 매우 적다 . 한편 Pel>, Cr-3 +, All+, T i-I+와 같은 원소의 함량도 매우 적은데, 그것은 이들 이온이 M g 2+ 와 Fe 2+ 를 다수 치환할 경우 전체적인 산화수의 불균형 울 초래하기 때문이다. 그러나 다수의 감람석 화학분석 자료를 보

면 소량의 C 戶 ,Fek 가 항상 포함되어 있는데 그 이유는 감람석이 정출된 후 서서히 냉각되는 과정에서 이들 원소가 산화물의 형태 로 용리된 채 감람석 내에 포함되어 있기 때문이다 . 실제로 감람 석의 (001) 과 (1 00) 면을 따라 이들의 미세한 팔면체 결정들이 관 찰 되고 있다 . 순수한 성분의 포르스테라이트는 1890 ° C 에서, 페이알라이트는 l205°C 에서 정출된다. 이온 반경이 작은 양이온이 산소와 결합할 때의 원자결합력(原子結合力)이 이온 반경이 큰 원자의 경우보다 세기 때문에 정출온도(晶出溫度)가 높다(즉, 녹는점이 높다)． 감람 석의 경우, M g”가 Fe 2+에 의해 점이적으로 치환되기 때문에 페이 알라이트 성분에 가까워 질수록 정출 온도가 낮아진다 . 이 때문에 염기성 마그마로부터 처음 정출되는 감람석에는 Mg 성분이 많으 며, 그 결과 잔류용액에는 Fe 성분이 많아지게 된다 . Mg 2 ~Fe2• 간의 교대(交代, subs tituti on) 가 일어날 때는 완전한 열역학적 평형 상태가 유지된다 . 간혹 현무암과 같은 화산암 내에 대상구조(帶狀 構造, zonal s tru c tu re) 를 나타내는 감람석이 발견되는 경우가 있는 데, 이때 중심부가 가장자리보다 항상 Mg 성분이 높다. 감람석은 열수(熱水, hy dr oth e rmal solu ti on) 에 의해 쉽게 변질되 며 , 저 변성 작용 (低變成作用, low -g rad e meta m orp h is m ) 에 도 쉽 게 영 향을 받는다. 또한 풍화작용(風化作用)에도 매우 약하다. 감람석 이 변질되면 사문석, 이딩사이트(i dd i ng s it e), 볼링가이트 (bowli ngite) , 녹니석 (chlori te) , 각섬석군 광물, 활석, 마그네사이트 등이 만들어 진다. 감람석에 미치는 외부 요소(온도, 압력)에 따라 앤티고라이트, 크리소타일, 라이자다이트 등의 사문석 동질이상체 (同質異像體, pol ym orp h ) 중 어떤 광물이 형성되는지가 결정된다. 이와 함께 활석(滑石)이나 탄산염 광물(炭酸鹽鑛物)이 수반되는 경 우가 일반적이며, 그 생성 반응식은 아래와 같다.

3 Mg 2S i O~ + H20 + Si0 2 -)2 Mg JS hOs(OH)~ 감람석 사문석 2 Mg JS iz O s(OH)4 + 3 CO 己 Mg JS i4 0 1o(OH) z + 3 Mg C OJ + 3 ILO 사문석 활석 마그네사이트 순수한 포르스테라이트 성분을 지니는 감람석은 아직 발견된 바 가 없다. 듀나이트 (dun it e) 를 구성하는 감람석은 대략 Fo92 의 성분 을 지니고 있으며, 페리도타이트의 감람석은 Fo88 이다. 반려암이나 현무암에서 산출되는 감람석의 성분은 Foss-Fo° 정도이다. 페이알 라이트 성분을 지니는 감람석은 석영을 함유하는 섬장암에서 주요 조암광물로 산출된다. 포르스테라이트에 가장 근접한 성분을 가지 는 감람석은 열변성작용(熱變成作用, hea t me tam o rphi sm) 을 받은 석 회암(石灰岩, li mes t one) 이나 백운암(白雲岩, dolo mit e) 에서 산출되 며, 이때의 생성 방정식은 다음과 같다. 2 CaM g (CO J)i +S i 02 크 M g 2S i 04+2 CaCOJ + 2 CO2 백운석 포르스테라이트 감람석은 성분에 따라 물리적 성질(굴절률, 광축각, 벽개, 비 중, 색깔, 단위포 상수 등)이 연속적으로 변하는 특징을 나타낸다. 굴절률은 그림 4 .1 4 와 같이 Fe 성분이 중가함에 따라 커진다. 즉 Fe2S iQ 4 의 단위 mol% 당 따斗 #f절률이 0.002 정 도 증가한다. 광축 각 (2V) 역시 82° 에서 134° 로 증가하며, Fau 을 기준으로 광학부호가 (+）에서 (-）로 바뀐다. 벽개의 경우, Mg 성분이 많을 때는 불량 한 {010} 벽 개 가 발달하지 만, Fe 성 분이 많아지 면 {010} 벽 개 뿐만 아니라 {100} 벽개도 훨씬 더 양호하게 발달한다. 비중도 Fe 성분 의 증가에 따라 3.2~4 .3으로 커지며, 감람석의 색깔 역시 Fe 성분

R.I

이 많아질수록 녹색이 짙어진다. 녹색의 투명한 감람석 변종을 페 리도트(p e ri do t)라 하며 보석 원석으로 사용된다 . 【포르스테 라이 트 (Fors t e rit e) 】 화학성분 Mg 2S i 04 결정계 사방정계. Pbnm. a=4.75, b=l0.20, c=5.98A 색 녹황색, 황록색. 박편하에서는 무색 결정형태 자형 결정은 짧은 주상(柱狀) 형태이지만 매우 드물다. 대부분 타형 결정으로 산출된다. 암석 내에서 조암광물로 산출될 때는 자형, 반자형으로 존재하는 경우가 많다. 벽개 불완전한 {010} 벽개가 발달한다. 경도 6.5

비중 3.2 7 양각 비교적 높다. 굴절 률 a= l.635 ~ l.64 0, /3= l.65 l ~ 1.6 6 0, y= 1.6 7 0~ 1.6 8 0 . 복굴 절률 =0.035~0.040. 최대 간섭색은 2· 등급의 분홍색이다. 광학부호 이축성, (+) 소광특징 결정면이나 벽개에 나란한 평행소광을 나타낸다. 장축부호 벽개가 있는 경우 그 방향을 따라 느린 광선이 진동한 다 (+) 광축각 85~90° 간섭상 이축성 간섭상을 나타내며, 광죽면온 (001) 면이다. X 선 회절선 5.1 0 (5), 3.88(7), 3.4 7 (2), 2.76(6), 2.512(7), 2.4 5 800), 2.3 4 7(2), 2.2 6 9(4)A 기타사항 순수한 성분의 포르스테라이트는 발견되지 않으며 Fa 성 분을 18mol% 정도 함유하고 있다. 금운모(金 雲母 , p holog o pit e) 가 함께 공존하는 경우가 많다. 【페 이 알라이 트 (Fa y al it e) 】 화학성분 Fe2SiO ~ 결정계 사방정계. Pbnm. a=4.82, b=l0.4 8 , c=6.09A 색 연녹색 또는 녹색 . 박편하에서는 무색 내지 옅은 황색을 띤 다. 미약한 다색성이 있다. 결정형태 포르스테라이트와 동일하나, 자형(自形) 결정으로 산출 되는 경우가 거의 없다. 벽개 {010} 와 {10 0} 방향의 양호 또는 불량한 벽개가 발달한다. 경도 6.5 비중 4.3 7 양각 매우 높다.

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조를 지니는데 이 때문에 사방휘석류(斜方輝石 갖Ji , o rt hopy roxene) 와 단사휘석류( 單斜輝石갖頁, cl i nopy roxene) 로 구분한다 . 휘석군에 속하 는 광물은 규소와 산소 원자로 이루어진 사면체가 산소 원자를 공유 하면서 마치 줄 (cha i n) 처럼 일직선 형태로 연결되어 있는데, 이를 단쇄상 구조( 單鎖狀構造 , sin g l e -chain s t ruc t ure) 라 한다. 휘석군에 속하는 광물에 대하여 결정구조 및 화학성분에 따라 분류한 도표 가 그림 4 .1 5 에 있다. 휘석군에 속하는 광물의 일반화학식은 XYZ206 로 표현될 수 있 다 (X=Na , Ca, Mg , Fe2+, Mn2+, Ni, Li; Y=AI, Fe2+, Mn2+, Mg , FeJ+ , C~. Ti . .. ; Z=Si, AI ). X 는 배위수가 6 또는 8 인 M2 위치이며, Y 는 배위수가 6 인 8 면체 중심에 위치한 M1 자리이다. Z 은 배위수가 4 인 사면체 의 중심에 위치한다 . 휘석의 화학식은 산소의 원자수 6 을 기준으 로 계산한다 . Z 위치는 일단 S i와 Al 으로 완전히 채워지며 FeJ+도 사면체 속에 들어갈 수 있다 . Al 의 존재량과 위치는 휘석의 생성 환경 조건에 따라 좌우된다. Al 은 일반적으로 8 면체 배위를 하는 Y 에 들어가지만, 규산염의 활동농도 (s ili ca ac ti v ity)가 낮은 마그마 내에서는 배위수가 4 인 Z 에 위치한다 . 압력도 영향을 미치는데, 압 력이 높을 경우 Al 은 배위수가 6 인 8 면체의 배위다면체 중심에 위 치하려고 한다 . M g와 Fe 원소간의 치환은 매우 용이하지만, Na 과 Ca, 혹은 (Mg , Fe”) 와 (Fel+ , Al) 사이의 치환인 경우는 Ca(Mg , Fe) +--+Na(Fe J+ ,Al) 처럼 쌍쌍치환이 일어나게 된다 . 휘석은 M2 위치에 있는 원소에 의해 분류되는 것이 일반적이며 (표 4.3), 광물명 뒤에 공간군(空間群, s p ace gr ou p)이 하나 이상 표 기되어 있는 것은 동질이상체가 있음을 의미한다. 사방휘석과 단 사휘석 결정구조의 예가 그림 4 .1 6 과 그림 4 .1 7 에 있다. 이들은 2 회 회전축인 b 축을 따라 투영한 것이다. 사방휘석의 a 단위포 상 수는 단사휘석의 경우보다 약 2 배가 된다.

표 4.3 휘석의 화학성분과 결정 구조 .

B 고리

B 고리

사방휘석의 경우, 광학적 특징이 화학성분의 변화와 밀접한 관 계가 있다(그림 4.18). 굴절률이 직선에서 다소 벗어나는 경우가 있는 것은 Al 성분이 들어있기 때문이다. 사방휘석을 분쇄하면 {210) 벽개를 따라 깨지므로 굴절률 감마(y)를 용이하게 측정할 수 있다. 따라서 굴절률 측정을 통해 M g/F e 의 성분바를 결정할 수 있 다 . 광축각 (2V) 은 M g과 Fe 의 중간 성분을 기준으로 대칭이 된다. 엔 스터 타이 트와 올소페 로실 라이 트 (orth o fe r rosil it e ) 는 광학부호가 (+ ） 이지만, 중앙 부분에 있는 광물들은 (-）이다. 브론자이트와 하이퍼신은 다색성 ( 多 色性, p leochro i sm) 이 뚜렷한데, 이는 Fe 타과 Al 이 치환되어 있기 때문이다. 사방휘석은 복굴절률이 작고, 평행 소광을 하는 점이 단사휘석과 다르다. 마그마로부터 정 출되 는 대 부분의 휘 석 은 투휘 석 (dio p si d e , Di ) CaMg S i2 0 6, 헤덴버가이트 (hedenber git e, Hed) CaFeSii 06 , 엔스터타 이 트 (ens t a tit e, En) M g2S i 20 6, 페 로실 라이 트(fe rros i l it e, Fs) Fe2Sh06 로 표현되는 그림으로 나타낼 수 있다(그림 4.1 9 ). 톨레아이트질 마그마(t hole iti cma g ma) 로부터 휘석이 정출될 때, 마그마 내의 규산 염 활동농도 (s i l i ca ac ti v ity)에 따라 아래의 반응식 에 의해 감람석 대 신 더 안정한 사방휘석(單斜輝石)이 생성된다. Mg 2S i O ~+Si0 2 =2 Mg S iO J 감람석 용액 엔스터타이트 톨레아이트질 마그마는 단사휘석 (C 2/ c) 인 어자이트 (au git e) 와 함 께 사방휘석 (Pbca) 인 브론자이트 (bronz it e) 가 함께 정출되어 두 가 지의 휘석이 만들어진다 . 한편, 이 두 가지 휘석의 정출이 계속되 면 잔류용액에 Fe 가 점점 풍부하게 되고, 마침내 사방휘석 대신 단사정 계 (P2i/ c) 인 피 지 오나이 트(pig eo nit e) 가 어 자이 트와 공존하다

55°

D1

가, 마침내 철 (Fe) 성분이 많은 페로어자이트(fe rroau git e) 가 정출되 게 된다(그림 4.1 9 ). 이러한 예는 유명한 스케어가드 관입암체 (Skaerga a rd i n t rus i on) 에서 관찰된다. 즉, 이 관입암체( 貫入岩體) 중 초 기에 정출된 부분에는 CaHMg 4sF e ,o 성분의 단사휘석(어자이트)과 Ca4Mg ,sF e,s 성 분의 사방휘 석 (브론자이 트) 이 공존하고, 이 보다 후기 에 형성된 암체에는 CaJs M g 31 F e2s 성분의 단사휘석(어자이트)과 Ca9M g 4sF e46 성분의 피지오나이트(단사휘석)가 공존하고 있음이 확 인되 었다. 마그마의 분화작용(分月 1 j晶出作用, mag m a dif fere nti at io n ) 이 더 진행되면 페로어자이트 하나만 정출되다가 결국 헤덴버가이 트가 정출되게 된다. 이와는 대조적으로, 알칼리 현무암질 마그마 (alkali b asalt m ag m a) 가 냉 각될 때 는 투휘 석 (diop s i d e ) 같은 단사휘 석 만이 정출될 뿐, 사방휘석이나 피지오나이트와는 절대로 공생하지 않는다. 여기서는 사방휘석 중 엔스터타이트와 하이퍼신, 단사휘석은 투 휘석, 어자이트, 피지오나이트, 헤덴버가이트, 에지린, 제이다이

,. . : . ,

트, 스포듀민 등 암석 중에서 주요 조암광물로 산출하고 있는 광 물에 대해 기술하기로 한다 . 【엔스터 타이 트 (Ens t a tit e) 】 화학성분 (M g I 마 90Fe().,o)S i O J 결정계 사방정 계 . Pbca, a= 18.2, b=8.8, c=5.2A( 그림 4.2 0 ) 색 회색, 황색, 녹색 등 다양하지만, 박편하에서는 무색이다. 결정형태 자형은 주상(柱狀) 형태이지만 이런 결정 형태로 산출 되는 경우는 매우 드물다 . 괴상이나 엽상 형태가 일반적이다 . 그러 나 박편하에서는 주상 결정의 한 단면이 관찰되는 경우가 많다. 벽개 {111 } 방향을 따른 두 방향의 벽개가 거의 직각 (88°, 92°) 을 이룬다 . {010} 방향에 나란한 한 방향의 벽개가 발달하기도 한다.

주상형태의 결정에서는 벽개가 항상 장축 방향에 나란하다 . 경도 5.5 바중 3.2 양각 높다. 굴절률 a=1.6 5 0~1.665, /3=1 .6 5 3~1 .67 0, y=1.6 58~1 .67 4. 복굴 절률 = 0 . 008~0.009 . 최대 간섭색은 1° 황색이다. 소광특징 대부분 평행 소광을 나타내며, c 축에 수직으로 절단되 어 두 벽개를 나타내는 경우는 대칭소광을 한다 . 장축부호 벽개나 장축의 결정면을 따라 느린 광선이 진동한다. (十) 광학부호 2V=58~80°. 이축성, (+). 광축면은 (010) 이다. X 선 회절선 4.4 1 (2), 3.30( 1), 3.17(7), 3.1 5 (5), 2.8 7 0(1 0 ), 2.530(2), 2.4 6 8( 1) A 기타사항 엔스터타이트는 다색성이 거의 없는 점이 하이퍼신과 다르며, 단사휘석과는 평행소광하는 점이 다르다 . 엔스터타이트는 앤티고라이트로 변질되는데, 원래의 엔스터타이트 결정 형태가 보 존되어 있을 때는 이를 배스타이트 (bas tit e) 라고 부른다. 【하이 퍼 신 (Hy pe rsth e ne)> 화학성분 (Mg 111 - s oFe.JO .SO )SiO J 결정계 사방정계. Pbca. a=18.3 2 5, b=8.918, c=5.216A 색 황색, 녹색 . 박편하에서는 무색 내지 옅은 녹색, 또는 옅은 적 색을 띤다. 다색성이 있으며, 옅은 녹색에서 적색으로 변한다. 결정형태 엔스터타이트와 동일하다 . c 축에 수직인 단면온 정방 형에 가깝다. 벽개 엔스터타이트와 동일함 경도 6

비중 3.6 양각높다 . 굴절 률 a= l.67 3 ~ 1.71 5, {3= 1.6 7 8 ~ 1.72 8, y= 1.68 3 ~ 1.73 1 . 복굴 절률 =0.010~0.016. 최대 간섭색은 1° 황색 또는 적색이다 . 소광특징 장축 방향을 나타내는 결정은 평행소광을, c 축에 수직 인 입자는 대칭소광을 나타낸다. 장축부호 장축 방향을 따라 느린 광선이 진동한다 . 광학부호 이 축성, (-) . 2V=63~90° X 선 회절선 4.57( 1), 4.03(2), 3.18(1 0 ), 2.960(3), 2.883(5), 2.835(2), 2.121 (2) , 2.555(4), 2.510(3), 2.4 8 4(3)A 기타사항 다색성이 있는 점이 특징이다. 염기성 화성암인 노라 이트 (no rite ) 와 반려암의 주요 조암광물이며, 안산암이나 화강암에 서도 간혹 발견된다 . 【투휘 석 (Di op s id e )> 화학성분 Ca(Mg , Fe) (SiO J )i. CaO 25.9%, Mg O 18.5%, Si0 2 55.6% 결정계 단사정계. c'21c . a=9.76, b=8.92, c=5.25A, {3=1 05.79° 색 백색, 연록색. 박편하에서는 무색, 옅은 녹색 동으로 보인다 . 결정형태 자형은 주상 결정이 대부분이며, c 축 방향으로는 정방 형 또는 8 각형 형태롤 취한다. 괴상 형태로도 산출되며, {001} 방 향의 취편쌍정도 발달한다. 쌍정면이 (1 00) 인 접촉쌍정도 빈번히 관찰된다. (110) /\ (110) =92°50' , (001) /\ (111 ) =33°50' , (111 ) /\ (111)=59°11', (001 )/\(10 0)=74°lff . 박편하에서는 짧은 주상 형 태로 존재하는 경우가 가장 많고, c 축에 수직으로 절단된 경우는 4 각형 또는 8 각형 모양을 한다. 경도 5~6

비중 3.2 벽개 {110} 에 나란한 벽개가 발달하며, 교차하는 두 벽개의 각 도는 8T 와 93 ° 이다 . 양각 높 은 편이다 . 굴절률 a= l.6 5 0~ 1.69 8, /3= 1.6 57~ 1.70 6, y= 1.68 1~ 1 .72 7. 복굴 절률 =0 . 029 ~ 0 . 03 1. 최대 간섭색은 2° 에 속한다. 소광특징 c 축 에 나란하게 절단된 입 자는 최 대 소광각인 37~440 경 사소광 을 하며, c 축 에 수직인 입자는 두 벽개가 대칭을 이루는 경 사소광을 한다 . 장축부호 벽개와 작은 각을 이루는 소광 위치에서, 장축 방향을 따라 느린 광선이 진 동한다 . (+ ) 광학부호 이축성, (+ ). 2V=58~60°. 광측면이 (010) 이다. {001} 에 나란한 입자는 양호한 광축중심 간섭상 (o pti c- ax.i s figu re) 을 나타낸다. X 선 회절선 3.3 5 ( 1), 3.2 3 (2), 2.9 9 (1 0 ), 2.9 5 2(2), 2.893(3), 2.566(2), 2.528(4), 2.5 1 8(3), 2.3 0 4(2)A 기타사항 투휘석은 헤덴버가이트와 완전고용체를 이루고 있으 며, M g와 Fe 의 치환정도에 따라 물리적, 광학적 성질이 연속적으 로 변한다 . 투휘석은 투각섬석( 透 角閃石, trem oli te) 또는 양기석(陽 起石, ac ti no lit e) 으로 변질된다. 투휘석은 석회질 암석이 열변성(熱 變 成)을 받은 접촉 변성암(接觸 變 成岩)에서 주로 발견되며, 광역 변성암에서도 발견된다 . 석류석, 규회석, 아이도크레이즈와 같은 광물과 공생하는 경우가 많다. 【어자이트 (Au git e) 】 화학성분 (Ca, Na) (Mg , Fe, Al) (Si, Al )20 6. 화학성분이 다소 변함.

그림 4.21 어자이트 결 정 .

결정계 단사정계 . C2/c. a=9.783, b=8.9 6 5, c=5.272A, /3= l05.7 ° 색 짙은 녹색, 검은색 . 박편하에서는 무색, 옅은 녹색 , 옅은 청 갈색 등으로 보인다 . 누대구조( 累帶構造 )가 가끔 관찰된다. 다색성 은 없거나 매우 약한데, (100) 면을 나타내는 입자의 경우 다색성 이 가장 뚜렷하다 . 결정형태 주상 형태를 가지며 (그림 4.2 1 ) , 종단면은 4 각 또는 8 각 형태이다 . 박편하에서도 짧은 주상 형태나 8 각형의 입자로 관찰되는 경우가 많다 . 쌍정면이 {100} 인 접촉쌍정이 있으며, {001} 면이 쌍정 면 구실을 하는 취편쌍정도 발달할 수가 있는데 이를 특히 헤링본 구조 (herr ing b o ne stru c tu re) 라고 한다 . 경도 5~6 비중 3.2 ~ 3.4 벽개 {110} 의 두 방향 벽개가 발달한다. 교차각은 8T 와 93° 이다. 양각높다. 굴절률 a=l. 68 8~1 .71 2, /3=1.70 1~1 .71 7, y=l.71 3~1 .73 7. 복굴

절률 =0.021~0 . 025. 최대 간섭색은 2° 의 중간색이다. 그러나 {10 0} 에 나란한 면은 1° 의 낮은 간섭색을 나타낸다. 소광득징 장축 방향을 나타내는 입자에서는 최대 소광각이 36~45 ° 이다. 4 각 또는 8 각형의 입자는 두 벽개에 대한 대칭소광을 나타낸다 . 일부 입자에서는 모래시계 (hour g lass) 와 닮은 파동소광을 나타내기도 한다. 장축부호 작은 각으로 소광되는 위치에서의 벽개 방향을 따라 빠 른 광선이 진동한다. (+) 광학부호 이축성, (+). 2V=58~62°. 광축면은 (010) 이다 . X 선 회절선 3.21 (8) , 3.0 2 00), 2.908(8), 2.9 0 4(1 0 ), 2.578(6)A 기타사항 투휘석과 어자이트는 현미경에서의 특징이 유사하여 구별하기가 쉽지 않다. 어자이트는 반려암, 현무암, 페리도타이트 와 같은 화성암의 주요 조암광물이며, 편마암과 그래눌라이트 (gra nulite ) 같은 변성암에서도 발견된다. 투휘석은 마그마 고결 말 기(固結末期)에 각섬석으로 변하거나, 열수변질(熱水 變質 )을 받아 투각섬석이나 양기석으로 변한다. 【피 지 오나이 트 (Pig e on ite) > 화학성분 (Mg , Fe, Ca)(Mg , Fe)Sii 06 . CaSiO J 성분이 약 10% 함유 되어 있으며, 이는 일반화학식당 약 0.2% 의 Ca 원자에 해당한다. Al 의 함량이 다른 금속 원소의 2% 도 안되기 때문에 Al+S i의 합 (合)이 화학식에 있는 2 원자에 미달한다. 이 때문에 Fe 과 Ti 원자 가 4 면체의 배위다면체 내에 추가로 들어가게 된다. 화학성분은 M g과 Fe 의 치환에 의해 주로 변하는데, 현무암질 마그마로부터 처음 정출하는 피지오나이트는 M g :Fe=70:30 이지만, 분별정출작 용이 진행되어 감에 따라 그 비율이 35:65 로 변한다. 피지오나이 트의 정출은 이 단계에서 멈추게 되고, 그 대신 Ca 성분이 많은

페 로어 자이 트 (ferr oaug ite) 나 페 로헤 덴 버 가이 트 (fe r rohedenbergi te) 가 정출한다 . 결정계 단사정계 . P2J c. a=9.71, b=8.96, c= 5 .25A, /3=1 08.3 3 ° 색 녹갈색, 갈색, 검은색 . 박편하에서는 무색으로 보이며 , 약한 다색성이 나타난다. 결정형태 짧은 주상 결정형태를 지니지만, 타형으로 산 출 되는 경우가 많다 . 박편하에서도 타형의 입자로 흔히 관찰된다. 쌍정면 이 (1 00) 인 취편쌍정이 발달하는 경우가 많다. 경도 6 비중 3.3 ~ 3.4 벽개 {110} 에 나란한 두 방향의 벽개가 발달하며, 교차 각 은 87° 와 93• 이다. 양각 비교적 높다. 굴절률 a= l.68 0~ 1.71 8, /3= 1.69 8 ~ 1.72 5, y= 1.7 19~ 1.74 4. 복굴 절률 =0.021~0.033. 최대 간섭색은 2° 등급이다. 소광특징 최대 소광각은 22~45° 범위이다. 두 방향의 벽개가 있 는 경우 대칭소광을 나타낸다. 장축부호 벽개 방향의 장축을 따라 느린 광선이 진동한다 . (+) 광학부호 이축성, (+). 2V=O~40°. 광축면은 (010) 이다. X 선 회절선 4.62(2), 4.4 6 ( 1), 3.2 1 (8), 3.02(1 0 ), 2.908(8), 2.904(1 0 ), 2.578(6), 2.4 8 8(2), 2.4 5 9(2)A 기타사항 높은 온도에서만 안정하기 때문에 급냉한 현무암, 돌러 라이트 (dole rite), 휘록암(di abase) 등에서 발견된다 . 반정으로 존재 하는 경우는 매우 드물고, 석기에 나타난다. 만약 서서히 냉각하 는 마그마에서 피지오나이트가 만들어진 경우에는 {001 } 방향으로 어자이트가 용리되어 있는 현상이 관찰될 수 있으며, 결국 사방정 계의 결정구조로 변하게 된다 .

【헤 덴버 가이 트 (Hedenber git e) 】 화학성분 CaFeSiz 0 6. 투휘 석 (CaM gS iz 0 6 ) 과는 Fe 과 M g의 치 환에 의한 완전고용체를 형성한다 . 결정계 단사정 계 . C2/c. a=9.851, b=9.010, c=5.255A, /3= 104.82° 색 녹색, 갈록색, 암록색 . 박편하에서는 무색 또는 옅은 녹색으 로 보인다 . 결정형태 나무 그루터기 모양의 긴 주상 결정으로 산출된다 . 경도 6 비중 3.5 0 ~3.56 벽개 {110} 방향의 두 벽개가 발달함. 교차각은 8T 와 93• 이다. 양각 매우 높음 . 굴절률 a=l. 73 2~1 .73 9, /3=1.73 7~1 .74 5, y=l.75 1~1 .75 7. 복굴 절률 =O.Ol8~0.019. 최대 간섭색은 1· 보라색이다. 소광특징 장축 방향의 결정은 최대 소광각이 약 42• 에 이른다. 장축부호 벽개가 발달한 장죽의 입자의 경우 빠른 광선이 진동 한다. (- ) 광학부호 이축성, (+). 2V=60° X 선 회절선 6.55( 1), 3.27(2), 3.00(1 0 ), 2.9 0 7( 1), 2.583(2), 2.5 4 4(4), 2.238(1 ) A 기타사항 석회질 암석이 열변성작용을 받은 스카른 (skarn) 등의 접촉 변성암에서 주로 산출되며, 화성암의 경우 심장암이나 화강 암에서 간혹 관찰된다. 【에지 린 (Ae girin e) 】 화학성분 NaFe(SiO J ) z. Na i.O 13.4 %, FeO 34.6%, Si0 2 52.0% 결정계 단사정계 C'2 Jc . a=9.851, b=9.010, c=5.255A, /3= 104.82°

색 녹색, 암록색, 갈색. 박편하에서는 녹색으로 보이며, 다색성 이 매우 강하다. 결정형태 긴 주상 결정으로 주로 산출되며 끝이 좁아진다. 섬유 상 결정의 집합체로도 산출된다 . 얇은 도변상(刀邊狀) 형태로도 존 재한다 박편하에서도 긴 주상 결정 형태로 나타나는 것이 일반적 이며, c 축에 수직인 경우 4 각형 또는 8 각형의 입자로 나타난다. 경도 6~6.5 비중 3.4 0 ~3.44 벽개 {11 아 방향의 두 벽개가 발달하며 교차각은 8T 와 93° 이다 . 양각높다. 굴절률 a= l.74 5~ 1.7 77, {3= 1.7 70~ 1.82 3, y= 1.78 2~ 1.8 36. 복굴 절률 =0.037~0.059. 3° 또는 4• 의 최대 간섭색을 나타내지만, 짙은 녹색 때문에 간섭색이 잘 관찰되지 않는다. 소광특징 최대 소광각은 2~10° 범위에 있다. 장축부호 장축 방향을 따라 빠른 광선이 진동한다. (-) 광학부호 이축성, (-). 2V=60~66°. 광축면은 (010) 이다 . X 선 회절선 6.55(2), 3.0 0 (1 0 ), 2.583(3), 2.544(4), 2,238( 1), 2.1 4 9(2)A 기타사항 아크마이트 (ac mit e) 라고도 부른다 . 네펠린 섬장암과 같 이 나트륨 성분이 많은 화성암에서 산출되며, 비교적 드문 광물이 다. 정장석, 준장석류, 어자이트 등과 공생한다 . 【제 이 다이 트(Ja de it e) 】 화학성분 NaAI(SiO J ) 2. NazO 15.4 %, AhOJ 25.2%, Si0 2 59.4 % . Al 과 S i는 다른 원소에 의해 교대가 거의 일어나지 않기 때문에 대부 분의 제이다이트는 이상화학식에 가까운 화학성분을 지닌다. 결정계 단사정 계 . c'}jc . a=9.50, b=8.61, c=5.24A, /3= l07°26'

색 녹색, 백색, 갈색, 분홍색. 백색 바탕에 녹색 점이 있는 형 태가 일반적이다. 녹색이 짙은 경우는 다색성이 관찰된다. 결정형태 주로 입상질 조직의 괴상 형태로 나타난다. 주상 또는 섬유상 결정 형태로도 산출된다. 박편하에서도 입상, 주상, 또는 섬유상 형태로 관찰된다. 쌍정면이 (1 00) 인 접촉쌍정이 간혹 발견 된다. 경도 6.5 ~ 7. 다결정질 상태이므로 인성(忍性, t oug hness) 이 매우 강하다. 비중 3.3 ~ 3.5 벽개 {110) 의 두 방향 벽개가 발달하며, 교차각은 8T 와 93° 이 다. 주상 결정에서는 장축에 나란한 한 방향의 벽개가 발달한다. 양각높음 굴절 률 a= l.65 5 ~ 1.666, {3= 1.6 5 9 ~ 1.67 4, y= 1.66 7 ~ 1.688. 복굴 절률 =0.012~0.023. 2° 에 속하는 간섭색을 나타낸다. 소광특징 주상 결정의 경우 최대 소광각은 30~44° 이다. 장축에 수직으로 절단된 입자는 대칭소광을 한다. 장축부호 소광각이 작은 위치에서의 장축 방향을 따라 느린 광 선이 진동한다. （十) 광학부호 이축성, (+). 2V=70~75°. 광축면은 {010} 이다. X 선 회절선 6.22(2), 4.29(5), 3.10(3), 2.922(7), 2.831( 10 ), 2.4 9 0(2), 2.4 1 7(3)A 기타사항 경옥(硬玉)이라고 하며 일명 비취(器菜)라고도 한다 . 제이다이트는 저온 • 고압(低溫高壓) 변성환경에서 만들어진 변성암 에서만 발견된다. 앨바이트 사장석으로부터 제이다이트가 만들어 지는 환경은 그림 4.22 와 같으며, 그 생성방정식은 다음과 같다.

제이다이트 //

NaAIShOs ~ NaAISi2 0 6+Si0 2 사장석 제이다이트 석영 제이다이트는 알프스산맥, 미국 캘리포니아, 미얀마 복부지 방, 일본 등 대륙 지각의 연변부 근처를 따라 주로 분포한다 . 균 질한 녹색과 양호한 투명도를 지니는 제이다이트는 보석으로 가공 된다. 【스포듀민 (Sp o dum ine )> 화학성분 LiA I(S iO J )2, LhO 8.0%, A120J 27.4 %, Si0 2 64.6%. 소 량의 Na 이 L i을 치환할 뿐, 기타 성분 사이의 원소 치환은 거의 없어 이상화학식에 가까운 화학성분을 가진다. 결정계 단사정 계 . C2/c. a=9.52, b=8.32, c=5.25A, {3= 111°28' Z=4 색 백색, 회색, 분홍색, 황색, 녹색. 특히 투명하고 분홍색인 경우 쿤자이트 (kunz it e), 녹색인 경우 히데나이트 (h i dde nit e) 라고 하

는데, 이들의 색은 각각 Mn 과 Cr 에 의해 발색된다 . 박편하에서는 무색으로 관찰되지만, 두꺼운 박편인 경우는 다색성을 나타낸다 . 결정형태 주상 형태이지만, {10 0) 방향으로 납작한 문패상 형태 일 경우가 많다 . 결정 표면에는 수직 조선이 발달하는 점이 특징 이다 . (J OO) 면이 쌍정면 구실을 하는 쌍정이 발달한다. 경도 6.5 ~ 7 비중 3.03~3.20 벽개 {100} 에 나란한 두 방향의 완전한 벽개가 발달하며, 교차 각은 93 ° 이다 한편, {J OO) 방향의 열개(裂開 parti n g)가 벽개보다 더 현저하게 발달하기도 한다. 양각 비교적 높다. 굴절률 a=1 .6 51~1 .6 68, /3=1.66 5~1 .67 5, y=1.67 7~1 .68 1 . 복굴 절률 =0.013~0.027. 최대 간섭색은 1° 상위색 또는 2° 중위색이다 . 소광특징 주상 형태인 결정은 최대 소광각이 23~27° 이다 . 장축 에 수직인 단면은 두 방향의 벽개를 나타내는데, 이들은 대칭소광 을 보인다 . 장축부호 결정의 장축 방향을 따라 느린 광선이 진동한다 . (+) 광학부호 이축성, (+). 2V=54~69° X 선 회절선 6.12(3), 4.38(5), 4.21(6), 3.4 5 (4), 3.19(4), 2.93(1 0 ), 2.8 0 (8), 2.4 5 (6)A 기타사항 스포듀민은 Li 성분이 풍부하게 함유되어 있는 화강암질 페그마타이트에서 주로 산출되며, 앨바이트, 레피돌라이트, 전기석 과 같은 광물들과 공생한다 . 피탈라이트(p e t al it e), 레피돌라이트 (Iep ido lite ) , 앰블리고나이트 (ambl ygon it e) 등과 함께 L i의 광석 광 물로 사용되어 왔다. 특히 양질의 쿤자이트와 히데나이트는 귀한 보석광물로 취급되고 있다 .

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4. 3. 1. 6 준휘석군 (PYROXENOID GROUP) 휘석군 광물과 마찬가지로 S i :0=3:1 의 단쇄상 구조를 하고 있 으면서도 휘석군 광물의 구조와 다른 규산염 광물들이 있는데 이 를 준휘석군 광물( 準輝 石群 鑛 物)이라고 부른다. 준휘석군 광물에는

사방 휘석 몰 %

규회 석 (wollasto n it e, CaSiO J ), 장미 휘 석 (rhodonit e, MnSiO J ), 바스터 마이 트 [bus t am it e, (Mn, Ca, Fe) Si O J ], 펙 토라이 트[p ec t ol it e, Ca2NaH(SiO J )i ], 파이록망가이트[py roxman git e, (Mn, Fe)S i O 나, 세 란다이트 [serand it e, Na i(M n, Ca)4Si6 0 11 • ILO] 등이 있다 . 휘석군과 준휘석군 광물은 단쇄상 구조 사이에 배위수가 6 인 양이온이 있는 점은 공통이나, 휘석군의 광물에서는 c 축을 따라 Si0 4 사면체가 연 결되어 있고 그 반복 최소거리가 약 5.2A 이지만, 준휘석군 광물에 서는 Si0 4 사면체가 b 축을 따라 연속되는데 그 형상이 휘석에서처 럼 단순하지 않고 꼬여 있는 모습을 하고 있다(그림 4.2 3 ). 또한 b 축을 따른 반복 거리도 7.3A( 규회석), l2.5A( 장미휘석), 17 .4 A( 파이 록망가이트) 등으로 증가한다 . 준휘석군에 속하는 광물은 폭넓은 고용체를 형성한다(그림 4.24). 여기서는 조암광물로 산출 빈도가 높은 규회석, 장미휘석에

대해서만 기술하기로 한다. 【규회 석 (Wollasto n ite) > 화학성분 CaSiO J. CaO 48.3 % , Si0 2 51. 7% . Fe, Mn, Mg 등이 Ca 을 치 환할 수 있다. 특히 규회 석 은 CaSiO J - FeS i O J 의 고용체 를 형 성하는데 이 때문에 FeSiO J 성분을 76% 까지 함유할 수 있다. 결정계 삼사정 계 . Pl. a=7.934, b=7.3 3 4, c=7.0 7 5A, a= s9•55' , /3=9 5°22 ' , y= 103°26' . 규회 석 ( 珪灰石 ) 은 결 정 구조상 휘 석 군 광물들과는 상이하며, b 축을 따라 3 개의 사면체가 연결되어 있 는 단쇄상 구조를 하고 있다 ( 그림 4.23). 그러나 연결되어 있는 사 면체들의 배열방식이 휘석류 광물들과는 달리 변형되어 있어서, 반 복되는 최소 거리가 휘석류에서처럼 약 5.2A 이 아니고 7 .3 A 정도이 다. Ca 은 8 면체상 배위의 위치에 있으면서 단쇄상 구조 를 연결해 주고 있는데 이 점은 휘석군의 광물과 동일하다 . Z=6 색 무색, 백색, 회색, 박편하에서는 무색이다. 결정형태 납작한 주상 또는 섬유상 형태를 취한다. 괴상으로도 산출한다 . 경도 5~5.5 비중 2.8~2.9 벽개 완전한 {100} 벽개와 우수한 {10 1} 벽개가 발달한다 . 두 방 향의 벽개의 교차각은 840 이다 . 양각 비교적 높다 . 굴절률 a=l. 62 0, /3=1.63 2, y=1.63 4. 복굴절률 =0.014. 최대 간섭 색은 1· 주황색이다 . 소광특징 장축 방향을 나타내는 입자는 평행소광 또는 이에 거의 가까운 소광을 한다. 이에 수직인 단면은 경사소광을 나타낸다. 장축부호 장축 방향이 b 축이며, 이 방향을 따라 느린 광선 또는

3b0ar0s0

빠른 광선이 진동한다. 광학부호 이축성, (-). 2V=39°. 광축면은 (010) 이다. X 선 회절선 7.67(2), 3.83(8), 3.5 1 (7), 3.314(1 0 ), 3.086(6), 2.977(3), 2.721 (3), 2.5 5 6(4), 2.4 7 7(2), 2.3 4 0(3), 2.3 0 2(5)A 기타사항 규회석은 결정질 석회암인 대리암에서 주로 산출되 며, 방해석과 석영이 열변성작용을 받을 때 다음의 방정식으로 만 들어지며, 그 생성환경은 그림 4.25 와 같다.

CaCOJ + Si0 2 ― ➔ CaS i O J +C02 방해석 석영 규희석 또한, 석회질 성분을 함유하고 있는 퇴적암 내에 열수용액이 관 입하여 변성교대작용이 일으킬 때에도 생성된다. 공생하는 광물로 는 투휘석, 석류석, 투각섬석, 사장석, 녹렴석 등이다. 규희석은 요업원료, 비료원료로 쓰인다. 【장미 휘 석 (Rhodonit e) > 화학성분 MnSiO J . Ca 성 분을 약 20 mol% CaS i O ., 까지 함유할 수 있고, Fe 도 약 14% FeO 만큼 치 환으로 함유할 수가 있다 . 결정계 삼사정 계 . Pl. a=7.699, b= 12.4 7 , c=6.702A, a= 93°58' , /3=9 3°04' , y=6 8° 12' . Z= 10. 장미 휘 석 ( 薔 薇輝石) 은 b 축의 단위길이 내에 5 개의 S i O 』 다면체가 약간 꼬인 형태로 계속 연결되 어 있다(그림 4.23) 색 분홍색, 갈색, 산화망간 물질이 내포물로 들어 있을 경우 검 은 반점이나 수지상(樹枝狀) 조직을 나타낸다. 박편하에서는 무색 이다. 다색성을 매우 미약하게 나타낼 수 있다. 결정형태 자형은 c 축을 따라 길쭉한 주상 결정 형태를 취하지 만, 치밀한 세립질 괴상 형태로 산출되는 것이 더 일반적이다. 경도 5.5~6 비중 3.4 ~ 3.7 벽개 {110} 방향의 완전한 주상 벽개가 발달한다. 양호한 {001} 방향의 벽개가 있다. 양각높다. 굴절률 a= l.71 6~ 1.73 3, /3= 1.7 20~ 1.73 7, y= 1.7 28~ 1.74 7. 복굴 절률 =0.012~0.014. 최대 간섭색은 lo 주황색이다.

소광특징 주상 입자인 경우 최대 소광각이 25° 정도이다 . 광학부호 이축성, (+). 2V=60~75• X 선 회절선 3.57( 1), 3.34(3), 3.26( 1), 3.14(3), 3.10(2), 2.9 8 0(7), 2.9 2 4(7), 2.112(1 o )A 기타사항 변성교대작용을 받은 망간광상에서 주로 산출된다. 색 깔과 투명성이 좋은 광물은 보석 원석으로 사용된다 . 4. 3 . 1. 7 각섬석군 (AMPHIBOLE GROUP) 각섬석군(角松]石郡)에 속하는 광물들의 화학식은 Ao. 1 B2CsTs022(OH, F, Cl )i로 표현될 수 있으며, 이때 A=Na , K, B=Na , Li, Ca , Mn, Fe 터 Mg , C=Mg , Fe 터 Mn, Al, Fe3+ , Ti, T=Si, Al 이다 . 각섬석군에 속하는 광물들은 (S i 4011)6- 의 기본단위가 c 축 방향을 따 라 약 5 .3 A 의 거 리 로 반복하는 복쇄 상 구조 (復鎖狀構造, double- chain str uc tu r e) 로 되 어 있다. 양이 온 자리 인 A 위 치 는 0 또는 OH 로 둘 러싸인 배위수가 10~12 인 위치이며, B 는 배위수가 6~8 인 M4 위치이다 . C 는 M,, M2, MJ , M 』 등 배위수가 6 인 위치이며, 특히 M 과 M 는 산소 4 개와 (OH, F) 2 개로 둘러싸여 있다. T 는 4 개의 산소로 되어 있는 사면체의 중심 위치이다 . Al 3+이 S i”를 치환하게 되면 양의 산화수가 부족하게 되어 이를 보충하기 위해 A 자리에 Na , K 등이 오게 된다. 에데나이트 (ede nit e), 파가사이트(p ar g as it e) 등은 이러한 방식으로 형성된다. 각섬석군을 의미하는 앰피볼 (am phi bole) 이란 용어가 〈모호하다 (amb ig uous) 〉는 뜻을 지닌 그리스어 〈 am ph i bolos 〉에서 유래되었듯 이 각섬석군에 속하는 광물들은 그 화학성분이 너무 복잡하고 다 양하다. 이 때문에 체계적인 분류에 근거한 여러 광물 명명법(命名 法, nomencla tu re) 이 오래전부터 제안되었었으나 실현되지 못하다 가, 1978 년 국제 광물학연 맹 (Inte r natio n al Mine ralog ica l Associa t i on ) 에

의해 이들을 분류할 새 기준이 마련되었다. 이 기준에 의하면, 각 섬석군에 속하는 광물의 화학성분은 (0, OH, F, Cl) 가 24 가 되도 록 해 정립된 각섬석군의 광물명울 우선 선택해 정하고, 구성원 소는 아니지만 치환상태로 존재하는 화학성분을 나타낼 수 있도 록 접 두어 (pre fi x) 또는 수식 어 (adje c ti ve ) 를 추가로 광물명 앞에 표 시한다. 영문으로 표기할 경우는 접두어와 광물명 사이에 alum ino -, fer r i-, fluo r-처 럼 하이 픈 (h yp hen) 을 사용한다. 각섬석군이 속하는 광물들은 B 위치에 있는 양이온에 의해 4 가지 로 분류한다. (Ca+Na)s< 1.34 Fe-Mg -M n 각섬 석 류 (iro n -m ag n esiu m -mang an ese amp hi b o les, 표 4.4 ) (Ca+Na) 오 1.34 Ca-각 섬 석 류 (calcic amp hi b o les, 표 4.5) Nas<0.67 (Ca+Na)B~1 .34 Na . Ca- 각섬석류 (sod i c-calc i c amp hi b o les, 표 4.6) 0.67::;Nas< 1.34 Naa2 ::l.34 알칼리 각섬석류 (alkal i amp hi b o les, 표 4.7) 각 부류에 속하는 광물들의 종류와 화학식은 이들 표에 나타나 있다. 알칼리 각섬석류 (alk ali -am phi bole) 가 만들어지기 위해서는 M4 위치에 있는 Ca 을 Na 이 치환하게 되는데, 이 때 생기는 양의 산화수 부족은 (Al, Fe”)2 이 (Mg , Fe) 를 치 환함으로써 상쇄 된다. 그 결과 글로코페인(g lauco p hane) 과 리베카이트(ri ebec kit e) 가 만들어 진다. 특히 Fe-Mg - Mn 각섬석류에는 단사정계 (C ')j m, P2 J m) 와 사방정계 (Pnma) 의 두 가지 광물이 있고, 기타 각섬석류에 속하는 광 물들은 단사정계의 결정구조를 하고 있다. 단사정계의 C') jm , P2J m

표 4.4 Fe-Mg -M n 각섬석군 광물의 일반화학식 및 단종 화학식 .