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감람석

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감람석 (Olivine)
분류독립사면체 규산염 광물
감람석군
감람석 계열
화학식(Mg,Fe)
2SiO
4
물리적 성질
색노란색에서 황록색
결정상괴상에서 입상
결정계사방정계
벽개불완전
모스 굳기6.5~7.0
광택유리 광택
굴절률nα = 1.630–1.650
nβ = 1.650–1.670
nγ = 1.670–1.690
광학적 속성이축성 (+)
복굴절도δ = 0.040
조흔색무색 또는 흰색
밀도3.2–4.5[1][2][3][4]
투명도투명에서 반투명
깨짐패각상
참고문헌[5][6][7]

감람석(olivine)은 마그네슘과 철이 포함된 규산염 광물이다. 감람석의 화학식은 (Mg,Fe)
2SiO
4이다. 이는 독립사면체 규산염 광물에 속한다. 지구 상부 맨틀의 주요 구성 성분이며,[8] 지구 내부에서는 흔한 광물이나 지표면에서는 빠르게 풍화된다. 감람석은 보석인 페리도트(또는 귀감람석)로 사용되기도 하며, 금속가공 공정과 같은 산업적 용도로도 다양하게 쓰인다.

직교 니콜 하에서의 감람석

마그네슘과 철의 비율은 고용체 계열의 두 단종 사이에서 달라진다. 그 두 단종은 고토감람석(마그네슘 단종: Mg
2SiO
4)과 철감람석(철 단종: Fe
2SiO
4)이다. 감람석의 조성은 일반적으로 고토감람석(Fo) 및 철감람석(Fa)의 몰 백분율로 표시된다(예: Fo70Fa30, 또는 Fa30이 함축된 Fo70). 고토감람석의 녹는점은 대기압에서 약 1900 °C로 이례적으로 높은 반면, 철감람석은 약 1200 °C로 훨씬 낮다. 녹는점과 다른 특성들은 두 단종 사이에서 완만하게 변한다. 감람석은 산소(O), 규소(Si), 마그네슘(Mg), 철(Fe) 이외의 원소는 미량만 포함한다. 망가니즈(Mn)와 니켈(Ni)이 일반적으로 가장 높은 농도로 존재하는 추가 원소들이다.

감람석은 그와 연관된 구조를 가진 광물 그룹인 감람석군(olivine group)에 이름을 붙여주었다. 이 그룹에는 테프로이트(Mn2SiO4), 몬티셀라이트(CaMgSiO4), 라나이트(Ca2SiO4), 커슈스타이타이트(CaFeSiO4)가 포함된다[9].

감람석의 결정 구조는 브라베 격자의 사방정계 P의 측면을 포함한다. 이는 각 실리카(SiO4) 단위가 금속 이가 양이온에 의해 연결되어 있고, SiO4 내의 각 산소가 3개의 금속 이온과 결합함에 따라 발생한다. 자철석과 유사한 첨정석형 구조를 가지고 있으나, 2개의 삼가 양이온과 1개의 이가 양이온 대신 1개의 사가 양이온과 2개의 이가 양이온 M22+ M4+O4을 사용한다.[10]

어원

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참고로 감람석의 어원은 라틴어의 oliva(올리브)가 어원인데, 이는 돌의 색깔이 올리브색이라는 것에 있다. 1790년 아브라함 고틀로프 베르너가 명명했다. olivine을 감람석으로 번역하게 된 유래는 일본의 지질조사소의 구성원들에 있고, 문헌중 가장 오래된 것은『20万分の1伊豆図幅地質説明書』（20만분의 1 이즈 화폭 지질설명서, 西山正吾、1886년) 이라고 한다.

또한, 감람과는 베트남이 원산지이고, 그 외에 동남아시아 일대에서 재배되고 있다. 무환자나무와 닮았고, 과실은 식용하며 기름을 추출하거나 약용으로도 쓰인다. 이 나무는 과실은 유럽의 지중해 지역에 있는 올리브와 약간 닮았지만 전혀 다른 나무이다. 그러나 일본의 에도 시대 말기에 과실만을 보고 같은 것으로 오인하여, 성서가 한문으로 번역되는 과정에서 올리브가 번역될 때 잘못 전해진 것이라고 한다. 자세한 내용은 감람과를 참조하기 바란다.[출처 필요]

식별 및 공생

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감람석은 전형적인 올리브 녹색에서 그 이름이 유래되었으며, 이는 미량의 니켈에 의한 결과로 생각된다. 그러나 철의 산화로 인해 붉은색으로 변하기도 한다.

투명한 감람석은 때때로 보석으로 사용되며 페리도트(peridot, 감람석을 뜻하는 프랑스어)라고 불린다. 또한 귀감람석(chrysolite, 금과 돌을 뜻하는 그리스어에서 유래)이라고도 불리지만, 현재 영어권에서는 이 이름이 거의 사용되지 않는다. 가장 품질이 좋은 보석급 감람석 중 일부는 홍해의 자바르가드섬에 있는 맨틀 암체에서 산출되었다.[11][12]

감람석은 고철질 및 초고철질 화성암 모두에서 나타나며, 특정 변성암의 일차 광물로도 나타난다. 마그네슘이 풍부한 감람석은 마그네슘이 풍부하고 실리카가 적은 마그마에서 결정화된다. 그 마그네마는 반려암이나 현무암과 같은 고철질 암석으로 결정화된다.[13] 초고철질 암석은 보통 상당한 양의 감람석을 포함하며, 감람석 함량이 40% 이상인 암석은 감람암으로 분류된다. 두나이트는 감람석 함량이 90% 이상이며, 마그마에서 결정화되어 가라앉은 감람석에 의해 형성된 누적암이거나 마그마 통로를 채우고 있는 광맥 광물일 가능성이 높다.[14] 감람석과 그 고압 구조 변체들은 지구 상부 맨틀의 50% 이상을 구성하며, 감람석은 부피 기준으로 지구에서 가장 흔한 광물 중 하나이다.[15] 불순물이 섞인 고회암이나 마그네슘이 많고 실리카가 적은 다른 퇴적암의 변성 작용 또한 마그네슘이 풍부한 감람석, 즉 고토감람석을 생성한다.

철이 풍부한 감람석인 철감람석은 상대적으로 훨씬 드물지만, 드문 화강암 및 유문암에서 소량의 화성암으로 산출되며, 극도로 철이 풍부한 감람석은 석영 및 인규석과 안정하게 공존할 수 있다. 이와 대조적으로, 마그네슘이 풍부한 감람석은 실리카 광물과 반응하여 직휘석((Mg,Fe)
2Si
2O
6)을 형성하기 때문에 이들과 안정하게 공존하지 않는다.

마그네슘이 풍부한 감람석은 지구 내부 약 410 km 깊이에 해당하는 압력까지 안정하다. 감람석은 얕은 깊이의 지구 맨틀에서 가장 풍부한 광물로 생각되기 때문에, 감람석의 특성은 해당 부분의 유변학과 그에 따른 판 구조론을 구동하는 고체 유동에 지배적인 영향을 미친다. 실험에 따르면 고압(12 GPa, 약 360 km 깊이의 압력)에서의 감람석은 중량 기준으로 최소 약 0.89 %의 물을 포함할 수 있으며, 이러한 수분 함량은 고체 유동에 대한 감람석의 저항을 급격히 감소시킨다. 더욱이 감람석은 매우 풍부하기 때문에, 지구의 바다에 포함된 물보다 더 많은 양의 물이 맨틀의 감람석에 녹아 있을 수 있다.[16]

감람석 소나무 숲(식물 군락)은 노르웨이에서만 나타나는 독특한 지형이다. 이는 희귀하며 순뫼레와 노르피오르 지역의 건조한 감람석 능선에서 발견된다.[17]

외계에서의 산출

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팔라사이트 운석인 에스켈 운석 단면에 보이는 철 속에 박힌 감람석 결정들

마그네슘이 풍부한 감람석은 운석,[18] 달[19] 및 화성에서도 발견되었으며,[20][21] 탄생 중인 별로 떨어지거나,[22] 소행성 25143 이토카와에서도 발견되었다.[23] 이러한 운석에는 초기 태양계의 파편 모음인 구립운석과, 철-니켈과 감람석의 혼합물인 팔라사이트가 포함된다. 희귀한 A형 소행성은 표면이 감람석으로 덮여 있을 것으로 추정된다.[24]

감람석의 스펙트럼 특성은 젊은 별 주위의 먼지 원반에서도 관찰되었다. 젊은 태양 주위의 먼지 원반에서 형성된 혜성의 꼬리는 종종 감람석의 스펙트럼 특성을 나타내며, 2006년 스타더스트 우주선의 혜성 샘플에서 감람석의 존재가 확인되었다.[25] 혜성과 유사한(마그네슘이 풍부한) 감람석은 화가자리 베타 별 주변의 미행성 벨트에서도 감지되었다.[26]

결정 구조

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a축을 따라 본 감람석의 원자 수준 구조. 산소는 빨간색, 규소는 분홍색, 마그네슘/철은 파란색으로 표시되어 있다. 단위 세포의 투영은 검은 사각형으로 표시된다.

감람석군의 광물은 고립된 실리카 사면체를 가진 사방정계(공간군 Pbnm)로 결정화되며, 이는 감람석이 네소규산염임을 의미한다. 이 구조는 육방밀집 구조로 배열된 산소 이온들 사이의 팔면체 자리 중 절반은 마그네슘이나 철 이온이 차지하고, 사면체 자리의 8분의 1은 규소 이온이 차지하는 것으로 설명될 수 있다.

세 개의 뚜렷한 산소 자리(그림에서 O1, O2, O3로 표시), 두 개의 뚜렷한 금속 자리(M1, M2), 그리고 단 하나의 뚜렷한 규소 자리가 있다. O1, O2, M2 및 Si는 모두 거울면에 위치하며, M1은 반전 중심에 존재한다. O3는 일반적인 위치에 있다.

고압 다형체

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지구 내부 깊은 곳의 높은 온도와 압력 하에서 감람석 구조는 더 이상 안정하지 않다. 약 410 km 깊이 아래에서 감람석은 발열 상전이를 거쳐 군규산염인 와즐리아이트로 변하며, 약 520 km 깊이에서는 와즐리아이트가 발열 반응을 통해 첨정석 구조를 가진 링우다이트로 변한다. 약 660 km 깊이에서는 링우다이트가 흡열 반응을 통해 규산염 페로브스카이트((Mg,Fe)SiO
3)와 페로페리클레이스((Mg,Fe)O)로 분해된다. 이러한 상전이는 지진학적 방법으로 관찰될 수 있는 지구 맨틀 밀도의 불연속적인 증가를 초래한다. 또한 발열 전이는 상 경계를 가로지르는 흐름을 강화하는 반면 흡열 반응은 이를 방해한다는 점에서 맨틀 대류의 역학에 영향을 미치는 것으로 생각된다.[27]

이러한 상전이가 일어나는 압력은 온도와 철 함량에 따라 달라진다.[28] 800 ℃에서 순수 마그네슘 단종인 고토감람석은 11.8 기가파스칼 (116,000 atm)에서 와즐리아이트로, 14 GPa (138,000 atm) 이상의 압력에서 링우다이트로 변한다. 철 함량이 증가하면 상전이 압력이 낮아지고 와즐리아이트의 안정 영역이 좁아진다. 약 0.8 몰분율의 철감람석 조성에서 감람석은 10.0 to 11.5 GPa (99,000–113,000 atm)의 압력 범위에서 링우다이트로 직접 변한다. 철감람석은 5 GPa (49,000 atm) 미만의 압력에서 Fe
2SiO
4 첨정석으로 변한다. 온도가 상승하면 이러한 상전이 압력도 높아진다.

풍화

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맨틀 포획암 내에서 이딩사이트로 변질된 감람석.

감람석은 골디치 용해 계열에 따르면 지표면에서 가장 불안정한 공통 광물 중 하나이다. 물이 있는 곳에서는 쉽게 이딩사이트(점토 광물, 철 산화물 및 페리하이드라이트의 혼합물)로 변한다.[29] 해변에 고운 입자의 감람석을 뿌리는 등 감람석의 풍화 속도를 인위적으로 높이는 것이 CO2를 격리하는 저렴한 방법으로 제안되었다.[30][31] 화성에서 이딩사이트의 존재는 한때 그곳에 액체 상태의 물이 존재했음을 시사하며, 과학자들이 행성에 마지막으로 물이 있었던 시기를 판단할 수 있게 해줄 수도 있다.[32]

빠른 풍화 작용 때문에 감람석은 퇴적암에서 거의 발견되지 않는다.[33]

채굴

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노르웨이

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순닐브스피오르덴의 노천광, 지나가는 후르티그루텐 선박.

노르웨이는 유럽에서 감람석의 주요 공급원으로, 특히 오헤임에서 타피오르까지, 그리고 순뫼레 지역의 호르닌달에서 플렘쇠위까지 이어지는 지역이 유명하다. 스타드 시에도 감람석이 있다. 산업용으로 쓰이는 전 세계 감람석의 약 50%가 노르웨이에서 생산된다. 노르달 시(현재 피오르 시)의 스바르트함마렌에서는 1920년경부터 1979년까지 감람석을 채굴했으며, 하루 생산량은 최대 600 미터톤에 달했다. 감람석은 타피오르의 수력 발전소 건설 현장에서도 얻어졌다. 노르달 시의 로베르비카에서는 1984년부터 노천광이 운영되고 있다. 특징적인 붉은색은 라우드베르비크(붉은 바위 만)나 라우드나켄(붉은 능선)과 같이 "빨강"이 들어간 여러 현지 지명에 반영되어 있다.[34][35][36][37]

한스 스트룀은 1766년에 감람석의 전형적인 겉면의 붉은색과 내부의 푸른색을 기술했다. 스트룀은 노르달 지역에서 많은 양의 감람석이 암반에서 떨어져 나와 숫돌로 사용되었다고 기록했다.[38]

타피오르 인근의 칼스카레트는 감람석이 있는 자연 보호 구역이다.[39]

응용

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감람석은 제철소에서 백운석의 대체제로 사용된다.[40]

알루미늄 주조 산업에서는 알루미늄 객체를 주조하기 위해 감람석 모래를 사용한다. 감람석 모래는 실리카 모래보다 물을 적게 필요로 하면서도 금속을 다루고 붓는 동안 거푸집 형태를 잘 유지한다. 물이 적다는 것은 금속을 거푸집에 부을 때 배출되는 가스(증기)가 적다는 것을 의미한다.[41]

핀란드에서 감람석은 상대적으로 높은 밀도와 반복되는 가열 및 냉각 하에서의 풍화 저항성 덕분에 사우나 난로용으로 이상적인 암석으로 마케팅되고 있다.[42]

보석급 감람석은 페리도트라는 이름의 보석으로 사용된다.

실험적 용도

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분쇄된 감람석과의 반응을 통한 대기 중 CO2 제거가 고려되어 왔다. 매우 느린 이 반응의 최종 생성물은 이산화 규소, 탄산 마그네슘, 그리고 철 산화물이다.[43][44] 공익 법인인 프로젝트 베스타(Project Vesta)는 파도 작용을 통해 분쇄된 감람석의 교반과 표면적을 늘릴 수 있는 해변에서 이 방식을 조사하고 있다.[45]

감람석의 또 다른 실험적 용도는 탄소 중립 또는 탄소 네거티브 시멘트를 만드는 것이다.[46]

같이 보기

[편집]

각주

[편집]
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  2. ↑ Jessica Elzea Kogel (2006). 《Industrial Minerals & Rocks: Commodities, Markets, and Uses》. SME. 679–쪽. ISBN 978-0-87335-233-8. The specific gravity is approximately 3.2 when pure rises with increasing iron content.
  3. ↑ “Olivine”. Science.smith.edu. 2014년 1월 20일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2013년 11월 14일에 확인함. G = 3.22 to 4.39. Specific gravity increases and hardness decreases with increasing Fe.
  4. ↑ “University of Minnesota's Mineral Pages: Olivine”. Geo.umn.edu. 2013년 10월 17일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2013년 11월 14일에 확인함. Specific Gravity: 3.2 (Mg-rich variety) to 4.3 (Iron-rich variety) (average weight)
  5. ↑ Olivine 보관됨 2014-12-09 - 웨이백 머신. Webmineral.com Retrieved on 2012-06-16.
  6. ↑ Olivine 보관됨 2008-02-02 - 웨이백 머신. Mindat.org Retrieved on 2012-06-16.
  7. ↑ Klein, Cornelis; C. S. Hurlburt (1985). 《Manual of Mineralogy》 20판. New York: John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-80580-9.
  8. ↑ Garlick, Sarah (2014). 《Pocket Guide to the Rocks & Minerals of North America》. National Geographic Society. 23쪽. ISBN 9781426212826.
  9. ↑ Klein & Hurlbut 1985, 373쪽.
  10. ↑ Ernst, W. G. Earth Materials. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1969. p. 65
  11. ↑ St. John's Island peridot information and history at Mindat.org
  12. ↑ Gubelin, Edward (Spring 1981). 《Zabargad: The ancient peridot island in the Red Sea》 (PDF). 《Gems & Gemology》 17. 2–8쪽. doi:10.5741/GEMS.17.1.2. 2021년 2월 6일에 확인함.
  13. ↑ Klein & Hurlbut 1985, 374–375쪽.
  14. ↑ Philpotts, Anthony R.; Ague, Jay J. (2009). 《Principles of igneous and metamorphic petrology》 2판. Cambridge, UK: Cambridge University Press. 44, 138, 142, 385쪽. ISBN 9780521880060.
  15. ↑ McDonough, W.F.; Rudnick, R.L. (1998). 《Mineralogy and composition of the upper mantle》. 《Reviews in Mineralogy》 37. 139–164쪽. 2021년 2월 6일에 확인함.
  16. ↑ Smyth, J. R.; Frost, D. J.; Nestola, F.; Holl, C. M.; Bromiley, G. (2006). 《Olivine hydration in the deep upper mantle: Effects of temperature and silica activity》 (PDF). 《Geophysical Research Letters》 33. L15301쪽. Bibcode:2006GeoRL..3315301S. CiteSeerX 10.1.1.573.4309. doi:10.1029/2006GL026194. hdl:11577/1563853. S2CID 35342757. 2017년 8월 9일에 원본 문서 (PDF)에서 보존된 문서. 2017년 10월 26일에 확인함.
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  22. ↑ Spitzer Sees Crystal Rain... 보관됨 2011-05-29 - 웨이백 머신 NASA Website
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참고 문헌

[편집]
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  • 国立天文台編 『理科年表 平成20年』 丸善、2007年、643頁。ISBN 978-4-621-07902-7。
  • Olivine〔橄欖石〕グループ - 広島大学 大学院総合科学研究科 地球資源論研究室 福岡正人
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외부 링크

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