츄 사이언스 - 조암광물의 특성

조암 광물이란?

조암 광물이란 대륙지각과 해양지각의 95% 이상을 이루고 있는 광물을 의미합니다. 이에는 약 20여 종이 있는 것으로 나타납니다. 조암 광물의 90% 이상이 규산염 광물이며, 기타는 산화물, 황화물, 탄산염 및 황산염 등입니다.

각 조암광물의 특성

1. 감람석

감람석은 독립사면체의 SiO4-사면체 구조를 가지는 것이 특징이고, 구조 안에 있는 각 산소들은 철이나 마그네슘 이온 또는 두 이온과 함께 결합합니다. 쉽게 깨지기는 하지만 일정한 면으로 쪼개지는 성질은 없습니다. 비중은 3.27~3.37이며, 철의 함량이 증가함에 따라 비중이 커지게 됩니다. 이 광물은 색이 감람나무 잎과 같은 녹색을 띠고 있어 감람석이라고 이름 붙여졌습니다. 감람석은 주로 해양지각과 상부 맨틀을 이룹니다.

2. 휘석

휘석은 단쇄상 사면체 구조를 가집니다. 그리고 철, 마그네슘 이온이 결합됩니다. 휘석은 암녹색 내지 흑색을 띠나 조흔색은 무색입니다. 비중은 3.2~3.4이며, 철의 함량에 따라 증가하는 것이 특징입니다. 두 쪼개짐 면이 있는데, 그 교각은 거의 직각에 가깝습니다. 이것은 아래의 그림과 같은 결정으로 단쇄상 사면체의 단면을 보아 알 수 있습니다. 이 교각의 크기는 휘석과 각섬석을 구별하는 데 중요합니다. 휘석은 해양지각과 맨틀에서 가장 풍부하게 산출됩니다. 휘석 중 가장 흔한 것은 오자이트입니다.

3. 각섬석

각섬석은 복쇄상 사면체 구조로 되어 있으며, 공유되지 않은 산소는 철 또는 마그네슘 이온과 결합합니다. 그러나 그 밖에도 칼슘, 나트륨, 알루미늄, 수산 이온 들과도 결합합니다. 각섬석도 휘석과 마찬가지로 암녹색 내지 흑색이고 분말색은 무색이며, 두 쪼개짐 면이 발달하나 그 교각이 약 124°이나 56°임이 다릅니다. 일반적으로 각섬석은 휘석보다도 길이가 더 긴 주상 결정으로 산출되며, 비중은 3.2입니다.

휘석과 각섬석의 벽개

4. 흑운모

흑운모는 다른 운모류와 같이 판상 구조로 되어 있는데, 각 판의 SiO4-사면체는 주위에 있는 사면체와 3개의 산소를 공유합니다. 한편, 공유되지 않은 산소들은 두 판의 안쪽으로 향하며, Fe, Mg, K 이온과 결합하여 하나의 운모 결정을 이룹니다. 즉, 양 판상 사면체 사이에는 직접 산소끼리 결합되는 것이 아니라, 그 사이에 철, 마그네슘 이온이 끼어들어서 결합됩니다. 이 두 사면체판으로 된 운모편과 다른 운모편과는 칼륨 이온에 의해서 약하게 결합되어 두꺼운 운모결정을 만듭니다. 그러므로 운모는 칼륨 이온으로 결합된 면에 따라서 한 겹 한겹 쉽게 쪼개질 수 있습니다. 흑운모의 색은 두껍게 겹쳐진 것에서는 보통 암녹색, 흑색을 띠나 엷은 것은 갈색을 띠며 비중은 2.8~3.2입니다.

지금까지의 감람석, 휘석, 각섬석, 흑운모는 어느 것이나 철, 마그네슘 이온을 포함하고 있으며, 그 색도 녹색, 암녹색, 흑색을 띠는 것이므로, 이를 철 마그네슘 광물(ferromagnesian minerals) 또는 유색 광물(mafic minerals)이라고 합니다.

반면, 백운모, 장석류, 석영 등은 철이나 마그네슘을 포함하지 않고 그 대신 칼슘, 칼륨, 나트륨, 알루미늄 등을 포함하는 SiO4-사면체 구조를 가지고 있고, 비중도 비교적 작아 2.6~3.0의 범위 내에 있고 광물의 색도 밝습니다. 그러므로 이들을 알루미늄 규산염 광물(aluminosilicate minerals) 또는 무색 광물(felsic minerals)이라고 합니다.

5. 백운모

백운모는 흑운모와 같은 판상의 SiO4-사면체 구조를 가지고 있으나, 철이나 마그네슘 대신 알루미늄 이온이 각 판을 강하게 결합시키는 것이 다를 뿐입니다. 이것이 두껍게 쌓인 덩어리는 황색, 갈색, 녹색, 또는 홍색을 띠나 얇은 조각은 거의 무색투명한 것이 특징입니다. 비중은 2.8~3.1입니다.

6. 장석

장석은 암석을 만드는 광물 중에서 가장 흔한 광물로서 대륙 지각을 구성하는 광물의 약 60%를 차지합니다. 또한 장석은 석영과 달리 해양 지각 내에도 풍부하게 포함되어 있습니다. 장석에는 여러 가지 종류가 있습니다. 그러나 어느 것이나 그 구조는 석영과 같이 입체상을 이루고 있습니다. 그러므로 각 사면체의 4개의 산소가 모두 인접 사면체와 공유하는 형태입니다. 그러나 장석에서는 규소의 일부가 그와 이온 반경이 비슷한 알루미늄 이온과 치환되어 즉, 알루미늄 이온이 들어가고 규소 이온이 빠져나온 변형을 이룹니다. 정장석의 이름이 붙여지게 된 까닭은 장석에 발달하는 뚜렷한 두 쪼개짐 면이 직각으로 만나는 것과, 두 쪼개짐 면이 사각(86°)으로 교차하기 때문입니다. 정장석은 백색, 회색, 홍색 등 여러 가지 색상을 띠나, 조흔색은 백색이고 비중은 2.57입니다. 사장석에 속하는 두 장석도 무색, 백색, 회색을 띠나 조흔색은 백색이고 비중은 2.62~2.76입니다.

7. 석영

석영은 다른 원소를 포함하지 않고 Si와 O로 이루어진 완전한 SiO4-사면체입니다. 이는 각 산소가 모두 인접 사면체가 공유되기 때문입니다. 그러므로 규소 이온과 산소 이온 수의 비는 1:2가 됩니다. 그러므로 화학식은 SiO2로 표시됩니다. 순수한 석영은 무색투명하지만 여기에 미량의 불순물이 섞이면 착색이 됩니다. 미량의 철이 섞이면 보라색을 띠게 되어 자수정이 되고, 약간의 망간이 섞이면 홍색을 띠는 장미 석영이 됩니다. 그밖에도 연수정, 유백색의 석영 등이 있습니다. 석영은 또한 수용액으로부터 침전되어 생길 수 있는데 이때 입자의 크기가 너무 작아 거의 비정질처럼 보입니다. 이와 같은 미정질의 석영을 칼세도니(chalcedony)라 합니다. 특히, 칼세도니가 색깔을 띠어 띠를 이룬 것은 마노(agate)라 합니다. 조암 광물들의 생성 순서에는 일정한 계열이 있음을 알 수 있는데, 이를 조암 광물의 반응 계열이라고 합니다.