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최근 수정 시각 : 2021-06-24 23:54:03

광물학

Mineralogy

파일:external/www.meteorite-times.com/nwa6704ThinSection1.jpg
초염기성 암석[1]을 박편(thinsection)[2]으로 관찰한 모습. 광물의 일종인 사방휘석(opx)과 감람석(ol)이 화려한 간섭색을 만들어내고 있다. 박편을 통한 암석 관찰은 지질학자가 갖추어야할 기초 소양 중 하나라 할 수 있다.
1. 개요2. 이론적 기초
2.1. 결정학
3. 광물의 성질
3.1. 광물의 물리적 성질3.2. 광물의 화학적 성질3.3. 광물의 광학적 성질
4. 광물의 분류
4.1. 규산염 광물4.2. 비규산염 광물
5. 결정형
5.1. 비등축정계의 결정형5.2. 등축정계의 결정형5.3. 단형과 취형5.4. 주와 추의 종류5.5. 완면상과 결면상
6. 관련 항목

1. 개요

이름에서 쉽게 유추할 수 있듯이 광물학은 광물에 대한 학문이다. 광물의 성질이나 산출조건, 혹은 광물 내의 성분 변화와 물성 변화를 기반으로 산출환경을 역유추해내기도 한다.

지구 내부에서 고체 물질이 만들어지는 과정은 인간의 관점에서 매우 느리다. 이 말은 고체 물질이 더 안정한 형태인 결정을 이룰 수 있다는 의미이다. 지구 내부의 온도는 더 높기 때문에 결정 구조를 만들어낼 에너지도 충분하게 제공한다. 따라서 지구는 거의 대부분이 광물로 구성되어 있다. 사실 우주에 떠다니는 비교적 온도가 낮은 고체 물질들은 대부분 결정구조를 가지기 때문에 광물로 구성되어 있다고 할 수 있다.

즉 지질학에서 광물은 대부분의 경우 물질의 단위가 된다. 마치 화학에서 단위체가 원자이거나, 생물학에서 세포가 그 단위인 것과 비슷하다. 또한 광물은 그 자체로 생성 환경과 그 조건을 암시하고 내부에 여러 구조를 담아냄으로서 더 많은 정보를 제공한다.[3]

현대광물학은 기초적인 광물정보를 넘어서 지구 중심에 가까운 조건이나 더 극한의 조건을 추적하여 다양한 자연에서 산출할 수 있는 물질들의 성질을 규명하고 그들의 구체적인 성질을 열역학, 양자역학 등의 물리조건을 종합하여 연구한다. 재료공학이나 기타 다양한 물리학 분야와 접목되어 있다.

광물암석학 강의록을 참조하였다. 4년제 대학의 2학년 전공과목으로 개설시 21시간 정도의 분량으로 개설된다.

2. 이론적 기초

광물학을 공부하기 전에는 일반화학을 공부해두어야 할 필요가 있다. 화학 결합, 산화와 환원, 이온화 경향, 원자 모형, 이온화 에너지, 화학식 등에 대해서 알아두어야 한다.

2.1. 결정학

Crystallography

결정학은 광물학에도 나오고 재료공학에서도 중요한 과학 분야이다.

광물의 독특한 외부의 형태를 결정형이라 한다.

석영, 암염 등 대부분의 광물은 원자나 이온의 배열 상태가 규칙적인 '결정질 광물'이다. 일부 불규칙한 '비결정질 광물'이 있다.

광물은 결정면의 배열에 따라 여러 가지 모양으로 나타나는데 이를 결정 형태라고 한다.

3. 광물의 성질

3.1. 광물의 물리적 성질

Physical Minerallogy

물리적 성질에는 색, 조흔색, 굳기, 쪼개짐과 깨짐 등이 있다.

3.2. 광물의 화학적 성질

Mineral Chemistry, 광물화학

먼저 상태도에 따라 동질이상/유질동상/고용체로 분리할 수 있다.
  1. 동질이상: 화학 성분이 같아도 생성 당시의 환경 차이 (온도, 압력)으로 인해 광물의 물리적 성질 (결정 구조, 결정형)이 다른 광물이다. 예를 들어 다이아몬드 흑연의 차이.[5]
  2. 유질동상: 화학 성분은 다르지만, 공통적인 화학 성분을 가지고 있어서 서로 같은 결정형을 갖는 광물. 예를 들어 방해석 마그네사이트의 차이.
  3. 고용체: 두 가지 이상의 성분이 임의의 비율로 혼합되어 성분비가 어느 범위 내에서 연속적으로 변하지만 결정 구조는 일정한 광물.

그 외에 염산과의 반응성 같은 산-염기도 화학적 성질에 들어간다. 예를 들어 방해석은 탄산염 광물이기 때문에 염산과 반응한다.

3.3. 광물의 광학적 성질

optical mineralogy, 광학광물학

광학적 성질에 중심을 맞추고 편광현미경 등의 도구를 이용해 광물을 관찰한다. 예를 들어 많은 광물은 광학적으로 비등방성을 가지고 있어서 편광된 빛에 대한 독특한 상호작용을 만들어낸다. 이를 이용한 편광현미경은 지금도 지질학에서 가장 기초적인 도구로 사용된다.

복굴절이란 빛이 광물을 통과할 때 진동 방향이 서로 수직인 두 개의 광선으로 나뉘어 굴절하는 현상이다. 빛이 두 갈래로 갈라져 굴절되기 때문에 광물 아래의 물체가 이중으로 보인다. 광물 내에서 단굴절하는 광물을 광학적 등방체, 복굴절하는 광물을 광학적 이방체라고 한다.

편광 현미경의 구조 중 상부 편광판을 빼고 하부 편광판만 통과시키는 상태를 개방 니콜, 상부 편광판과 하부 편광판을 모두 통과시키는 상태를 직교 니콜이라 한다.
광학적 등방체 유색의 광학적 이방체
개방 니콜 관측됨 다색성
직교 니콜 빛이 통과하지 않음 간섭색, 소광

4. 광물의 분류

4.1. 규산염 광물

4.2. 비규산염 광물

5. 결정형

결정형(Crtstal form)이란, 결정의 외형을 이루고 있는 결정면들의 집합체를 말한다. 다면체에 있어서 동일한 종류의 면들의 집합을 하나의 정형이라고 부른다. 결정형의 종류와 명명방법은 등축정계와 비등축정계에 있어서 서로 근본적으로 다르다.

5.1. 비등축정계의 결정형

5.2. 등축정계의 결정형

등축정계의 결정형은 비등축정계의 경우와 다르게 모두 폐형으로 입체상(3차원공간)의 면들의 배열에 빈 공간, 즉 면이 없는 공간이 존재하지 않는다.

5.3. 단형과 취형

5.4. 주와 추의 종류

5.5. 완면상과 결면상


참고도서
『광물과학』(김수진,우성출판사,1996)

6. 관련 항목


[1] 사진의 암석은 사실 초염기성 성분을 가진 운석이다 [2] 0.03mm 두께로 연마한 암석을 슬라이드글라스에 붙여서 고정해놓은 것. 이렇게 얇게 연마하면 많은 광물은 사진처럼 화려한 모양새를 갖는다. 광물의 비등방성에 의해 굴절각이 2개가 만들어지기 때문이다. 난반사를 줄이고 표면이 매끄러워야하므로, 박편의 연마는 1um 혹은 그보다 섬세한 연마재까지 사용된다. [3] 예컨대 포유물이나 결정구조의 흠(dislocation), 누대구조(zoning), 쌍정(twinning), 광물 내 조직(texture), 모양 등 다양한 정보가 숨어있다. [4] 모스 굳기계에 대해서는 해당 항목 참조 [5] 이를 이용해 흑연을 다이아몬드로 만들 수 있지만, 비용이 많이 든다.