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최근 수정 시각 : 2021-06-06 02:50:56

사장석

조암광물
규산염 광물 비규산염 광물
사장석 석영 정장석 휘석 각섬석 흑운모 백운모 점토광물 기타광물
사장석의 성질
화학식 CaAl2Si2O8 - NaAlSi3O8
결정계 삼사정계(Triclinic)
굳기 6.0-6.5
비중 2.62 - 2.76
벽개 2방향 (90~94도). [1]
규산염구조 망상구조(Framework Silicate)
결정형 c축으로 인장된 기울어진 육면체
주요 색상 무색, 백색 등

1. 개요2. 성분 및 분류3. 관찰상의 특성4. 산출

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1. 개요

/ Plagioclase

사장석은 장석의 일종으로, 그중에서 특히 조장석(albite)과 회장석(anorthite)의 고용체 관계를 갖는 경우를 일컫는다. 지구 상의 많은 암석은 칼슘이 상당량 포함되어 있는 경우가 많아서 알칼리 장석보다 더 흔하게 발견된다.

2. 성분 및 분류

성분과 격자 구조, 이에 따른 치환 관계는 장석 항목에 자세히 기술되어 있다. 여기서는 기본적인 치환과 이에 따른 세부명을 소개한다.

사장석은 칼슘과 소듐의 1:1 치환으로 고용체 관계를 갖는데, 칼슘과 소듐 전하에 차이가 있으므로 이를 상쇄하기 위해 알루미늄과 규소의 치환을 함께 일으킨다. 즉, 다음과 같은 치환 관계를 성립시킨다.

2NaAlSi3O8 (Ab) + 2CaO + Al2O3 = 2CaAl2Si2O8 (An) + Na2O + 2SiO2
An = Anorthite

다른 광물도 그렇지만, 고용체인 광물은 각 단종의 혼합으로 가정하여 단종의 몰(mole) 비로 성분을 표기하는 것이 약속되어 있다. 예컨대 아래와 같은 몰 성분비를 갖는 사장석이 있다고 가정해보자.

Ca0.61Na0.36K0.02Fe0.01Al1.58Si2.42O8

이 때 이 장석에 대한 성분 표현은, 미량으로 들어있는 이온의 값은 무시하며 Ca-Na-K 고용체 관계가 100% 성분을 설명한다고 표준화 한다. 따라서 이 장석의 성분은 An62Ab36Or02으로 나타낸다. 덧붙여 사장석인 경우 Or의 함량은 보통 5%를 넘지 않으므로 생략해도 큰 문제가 없다. 또한 Ab = 100-An에 가까우므로 Or을 생략한다면 Ab 역시 표현해줄 이유가 없다. 그래서 보통 사장석은 그냥 An의 값만 명시해주기도 한다. 위 가상의 사장석은 따라서 An63이라고 간단하게 표기할 수 있다. 이에 따라, 사장석은 An00부터 An100까지 성분 변화를 보인다고 말하게 된다.[2]

결정학적인 이유는 없지만, 20세기에는 사장석의 성분을 균등하게 나누어 각각에 이름을 붙여주었다. An과 Ab 단종에 대해 각각 10%를 부여한 뒤에, 나머지 80%를 4등분한 것이다. 즉, An90-100까지는 회장석, An00-10 혹은 Ab90-100은 조장석이라고 부르며, An70-90을 바이토우나이트(bytownite), An50-70을 래브라도라이트, An30-50을 안데신(Andesine), An10-30을 올리고클래이스라고 나누어 부른다.

그러나 상술한 대로 이 구분에는 결정학적 이유가 없어 사실상 연속된 성분의 광물을 임의로 쪼갠 것에 불과하다. 이 때문에 오늘날 광물학에서는 특별한 이유가 없으면 이 구분을 사용하지 않는 것을 권장하며, 더이상 논문에서도 잘 언급되지 않는다.

3. 관찰상의 특성

사장석은 투명한 결정을 갖는 경우가 흔하며, 유백색을 띠는 경우도[3] 마찬가지로 흔하다.[4] 장석 특유의 납작하거나 길쭉한 상자 모양의 육면체는 다른 조암 광물과의 차별점이기에 쉽게 구분된다. 특히 현무암에서 안산암 유문암에 이르기까지 많은 암석에서 사장석이 잘 자란 형태(자형)로 산출한다.

사장석은 반복쌍정이 무척 잘 발달하는 광물이다. 그 중에서도 취편 쌍정(polysynthetic twin)은 사장석의 상징과 같다. 이 취편 쌍정의 유무는 일반적으로는 박편에서 확인할 수 있지만, 사실은 육안으로 관찰 가능하다. 사장석의 판판한 면을 빛에 반사시켜보면 취편 쌍정에 의한 매우 얇고 연장성이 좋은 쌍정을 발견할 수 있다.

사장석의 반복 쌍정은 그 두께가 장석에 따라 제각각인데, 만약 이 반복 쌍정의 '반복'이 규칙적이고 적절한 두께로 발달하게 되면, 광학적으로 특별한 성질을 띠게 된다. 사장석의 반복 쌍정은 간혹 빛의 가시광선의 파장과 비슷한 두께로 발달하는데, 이 때 이 반복적인 쌍정의 배열이 입사하는 빛과 간섭하게 된다. 어떤 각도로 빛이 입사하냐에 따라 흡수하게 되는 파장대가 달라지게 되며, 이 때문에 사장석을 어떤 각도로 보냐에 따라 관찰할 수 있는 색이 달라지게 된다. 이러한 현상을 iridescence라고 하며[5][6], 특히 소듐과 칼슘의 비율이 엇비슷한 장석인 라브라도라이트(labradorite)에서 잘 발달하여, labradorescence라고도 한다. 이 특성은 생각보다 흔하게 볼 수 있는데, 조립질로 잘 발달한 반려암을 잘 연마하여 장식재로 쓴 경우, 장식재에서 이 현상을 목격할 수 있다. 이 독특한 성질을 갖는 장석은 무척 화려하기 때문에 종종 보석으로 사용된다.

한편, 박편 상에서 사장석은 역시나 쉽게 구분된다. 비록 상부 편광판이 빠진 상태에서는[7] 양각(relief)이 낮고 무색 투명해서 광물이 있는 지조차 알기 어려울 지 모르지만, 상부편광판이 삽입된 채로 관찰하면[8], 장석의 낮은 복굴절에 의한 무채색(흰색-회색-검은색)의 간섭색을 볼 수 있다. 특히 사장석의 취편 쌍정은 알칼리 장석이 가질 수 없어, 사장석을 구분할 때 유용하다. 장석의 취편 쌍정은 특히 c축에 수직한 페리클라인(pericline) 쌍정과 c축에 수평하게 발달하는 알바이트(albite) 쌍정이 모두 포함된다. 특히 c축과 평행하게 발달하는 알바이트 쌍정은 무척 흔하게 나타나서, 이것이 있다면 100% 사장석이라고 말해도 무관하다.[9]

반려암에서는 성분에 따라 장석이 먼저 자라기도 하고, 휘석이 먼저 자라기도 하는데, 이 중 장석이 먼저 자라서 자형(euhedral)으로 성장하고 이후 커다랗게 자란 휘석이 이 자형의 장석들을 감싼 채로 굳은 경우 이를 특별히 오피틱 조직(ophitic texture)이라고 말한다.

4. 산출

포타슘은 암석 속에 거의 미량으로만 들어있는 경우가 많고, 특히 현무암 쯤 되면 미량원소(trace element) 취급되는 경우까지 있어, 상당히 분화한 암석이 아니면 보통 장석은 사장석인 경우가 많다. 심지어 거의 100% 회장석으로만 되어 있는 심성암[10]도 존재한다. 초염기성암(ultramafic rock)에서도 간혹 장석이 있을 수 있는데, 이 때는 거의 완전히 칼슘으로만 된 회장석인 경우가 일반적이다. 그러나 장석이 기본적으로 망상 구조이고 크기가 큰 이온에 적합한 광물이기 때문에 고압에서는 장석이 만들어지지 않는다. 그래서 비록 맨틀은 초염기성암, 특히 감람암으로 되어 있지만 극히 드문 예를 제외하면 장석이 들어있지 않다. 장석 대신 알루미늄을 포함하는 광물로 첨정석(spinel) 혹은 석류석(garnet)을 갖고 있다.

장석이 워낙 흔한 광물이고, 그중에서도 사장석이 흔하기 때문에 사장석은 흔한 암석 대부분에 섞여 있다. 현무암, 편마암, 화강암, 편암, 안산암 등에는 모두 주광물급으로 들어있다.[11] 흔한 암석임에도 사장석이 없는 예로는 규암 석회암[12] 정도가 있다. 사암도 보통 사장석의 파편이 섞여 있다.

사장석은 소량의 포타슘이 들어 있고, 알루미늄이 풍부하기 때문에 이 섞여 들어가는 변질을 받으면 백운모로 변해버린다. 이렇게 장석이 변질되어 만들어지는 백운모를 특히 세리사이트(sericite)라고 부른다.[13] 이는 박편 관찰에서 석영과 간혹 구분이 되지 않는 장석을 구분할 수 있게 만들어준다.

[1] a축을 포함하는 두 면. 즉 {001}과 {010}. [2] 물론 Ab00-Ab100이어도 문제되지 않는다. 그저 지질학자들이 보기에 더 흔하게 접하는 칼슘이 풍부한 사장석(An)을 기준으로 표기하는 것을 선호하는 것이다. [3] 특히 소듐이 풍부할 때 [4] 사실 그 때문에 조장석의 영어명이 Albite 즉 "흰 광물"인 것이다. [5] 이 특성은 다른 특정 광물이나 동물, 곤충의 껍데기나 날개에서 잘 관찰되며 드물게 식물의 꽃에서도 보고되어 있다. [6] 사전이나 사이트마다 이 단어의 번역은 다양한 것으로 보인다. 무지개색, 훈색 등.. [7] 이를 개방니콜(open nicol; plane polarized light, PPL)이라고 부른다. [8] 이를 직교니콜(crossed nicol, cross-polarized light, XPL)이라고 한다. [9] 물론 자연이 언제나 그렇듯이 예외는 있는 법이라서, 아노르소클래이스(anorthoclase)는 사장석이라고 말하지 않는데도 불구하고 알바이트 쌍정을 갖는다. 아노르소클래이스와 알바이트는 거의 동일한 광물이기 때문이다. [10] 이를 회장암(anorthosite)이라고 한다. [11] 한반도 거의 대부분은 이 암석으로 되어 있다. [12] 혹은 그것의 변성암인 대리암까지 [13] 물론 포타슘이 더 풍부한 알칼리 장석에서 더 흔하게 발견된다.

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