맨위로가기

남정석

"오늘의AI위키"는 AI 기술로 일관성 있고 체계적인 최신 지식을 제공하는 혁신 플랫폼입니다.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
목차

1. 개요

남정석은 화학식 Al₂SiO₅를 갖는 알루미늄 규산염 광물로, 고압 환경에서 안정하며, 변성암의 지표 광물로 사용된다. 삼사정계 결정 구조를 가지며, 결정 방향에 따라 경도가 달라지는 이방성을 보인다. 불산에 녹고 알칼리 탄산염과 반응하며, 400~600°C에서 단위포의 열팽창이 나타난다. 남정석은 녹색편암상에서 백립암상으로 이어지는 배로비안형 변성상에서 나타나며, 흑운모 편마암, 운모 편암 등에서 발견된다. 내화물, 세라믹 제품, 보석 등으로 활용되며, 특히 1100°C 이상에서 멀라이트와 유리질 실리카로 분해되어 내화 재료로 사용된다.

더 읽어볼만한 페이지

  • 삼사정계 광물 - 장석
    장석은 규산염 광물의 일종으로, 알루미늄과 규소의 3차원 네트워크로 구성되며, 함유된 원소에 따라 여러 종류로 분류되고, 화성암 분류 및 점토광물 생성에 사용되며, 유리 제조 등 다양한 산업 분야에서 활용된다.
  • 삼사정계 광물 - 조장석
    알바이트는 삼사정계에 속하는 판상 결정형 광물로, 비중은 약 2.62, 모스 경도는 6~6.5이며 결정쌍정을 보이고 화강암 등에서 산출되며, 준보석, 보석, 유리 및 세라믹 제조에 사용된다.
  • 규산염 광물 - 장석
    장석은 규산염 광물의 일종으로, 알루미늄과 규소의 3차원 네트워크로 구성되며, 함유된 원소에 따라 여러 종류로 분류되고, 화성암 분류 및 점토광물 생성에 사용되며, 유리 제조 등 다양한 산업 분야에서 활용된다.
  • 규산염 광물 - 흑운모
    흑운모는 벽개를 가져 쉽게 벗겨지는 판상 광물로, 화성암과 변성암에서 흔히 발견되며 연대 측정 및 변성암 연구에 활용되고, 대륙 지각의 상당 부분을 차지할 정도로 풍부하다.
  • 알루미늄 광물 - 흑운모
    흑운모는 벽개를 가져 쉽게 벗겨지는 판상 광물로, 화성암과 변성암에서 흔히 발견되며 연대 측정 및 변성암 연구에 활용되고, 대륙 지각의 상당 부분을 차지할 정도로 풍부하다.
  • 알루미늄 광물 - 제올라이트
    제올라이트는 알루미늄과 규소 원자가 산소 원자로 연결된 3차원 골격 구조의 미세 기공성 알루미노실리케이트 광물로, 분자체 특성을 이용하여 촉매, 흡착제, 이온 교환제 등 다양한 산업 분야에서 활용되며 Si/Al 비율에 따라 안정성이 달라진다.
남정석
광물 정보
이름남정석
종류네소 규산염
화학식Al2SiO5
IMA 기호Ky
스트룬츠 분류9.AF.15
결정계삼사정계
공간군P1 (피-바)
단위포a = 7.1262(12) Å
b = 7.852(10) Å
c = 5.5724(10) Å
α = 89.99(2)°, β = 101.11(2)°
γ = 106.03(1)°; Z = 4
색파란색, 흰색, 드물게 초록색, 밝은 회색에서 회색, 드물게 노란색, 분홍색, 주황색, 검은색, 띠를 이룰 수 있음
결정형기둥 모양, 섬유 모양, 칼날 모양
쌍정{100}에서 층상
쪼개짐[100] 완전, [010] 불완전 (79° 각도)
깨짐찢어지는 모양
굳기한 축에 평행하게 4.5–5
해당 축에 수직하게 6.5–7
광택유리 광택에서 흰색
굴절률nα = 1.712 – 1.718 nβ = 1.720 – 1.725 nγ = 1.727 – 1.734
복굴절δ = 0.012 – 0.016
광학적 성질이축성 (-), 높은 기복
다색성삼색성, 무색에서 옅은 파란색에서 파란색
2V78°–83°
조흔색흰색
비중3.53–3.65 (측정); 3.67 (계산)
용융해당 없음
진단해당 없음
용해도해당 없음
투명도투명에서 반투명
추가 정보
산출편암이나 편마암 내에서 청색의 도변상으로 흔히 산출됨

2. 결정 구조

__ Si4+ __ Al3+ __ O2−||||||left]]

남정석의 결정 구조는 초기에 Mark와 Rosbaud에 의해 연구되었고[17], 이후 Náray-Szabó, Burnham 등의 연구를 통해 더 자세히 밝혀졌다[18][19].

남정석은 삼사정계에 속하는 광물로, 그 구조의 기본 골격은 산소 원자들이 약간 뒤틀어진 입방 최밀쌓음 (또는 왜곡된 면심 입방 격자) 형태로 배열된 것이다[18][19]. 이 산소 원자 배열 속의 빈 공간(격자 틈)에 다른 원자들이 자리 잡는데, 규소(Si) 원자는 사면체 자리의 약 10%를, 알루미늄(Al) 원자는 팔면체 자리의 약 40%를 차지한다[20][8].

구조적으로 중요한 특징은 알루미늄과 산소가 결합하여 이루어진 팔면체들이 결정의 특정 축(z축) 방향으로 길게 사슬처럼 이어진다는 점이다. 이 알루미늄-산소 팔면체 사슬들 사이에는 규소-산소 사면체와 나머지 알루미늄 원자들이 위치하며 구조를 안정시킨다. 각 규소-산소 사면체는 다른 사면체와 직접 연결되지 않고 독립적으로 존재하는데, 이러한 특징 때문에 남정석은 규산염 광물 중에서 네소규산염(독립사면체 규산염)으로 분류된다[8].

이러한 사슬 구조는 남정석 결정이 특정 방향으로 길쭉한 기둥 모양({001}면에 평행)을 갖게 하고, 결정 방향에 따라 경도와 같은 물리적 성질이 달라지는 이방성을 나타내는 주요 원인이 된다. 온도 변화에 따른 구조적 변화 등 더 자세한 내용은 하위 문단에서 다룬다.

2. 1. 단위포

Si4+, Al3+, O2− 이온을 나타낸다.]]

남정석의 단위포 크기와 공간군은 Mark와 Rosbaud에 의해 초기에 결정되었으며[17], 이후 Náray-Szabó와 Burnham 등의 연구를 통해 정교화되었다[18][19].

이 연구들에 따르면, 남정석은 삼사정계에 속하며, 결정 구조는 산소 원자들이 약간 뒤틀어진 입방 최밀쌓음 형태로 배열된 것을 기반으로 한다. 이 구조 내에서 규소 원자는 사면체 자리의 약 10%를, 알루미늄 원자는 팔면체 자리의 약 40%를 차지한다[20].

결정 구조의 특징은 z축(결정학적 c축)에 평행하게 알루미늄-산소 팔면체 사슬이 길게 이어지는 것이다. 이 사슬들 사이에는 규소 원자, 나머지 알루미늄 원자, 그리고 산소 원자들이 위치한다. 각 규소 원자는 4개의 산소 원자에 둘러싸여 독립적인 규산염 사면체를 형성하며, 알루미늄 원자는 6개의 산소 원자에 둘러싸여 팔면체를 이룬다. 규산염 사면체들이 서로 직접 연결되지 않기 때문에, 남정석은 규산염 광물 중 네소규산염으로 분류된다[8]. 알루미늄-산소 팔면체 사슬 구조는 남정석이 {001} 면에 평행한 기둥 모양의 결정 형태를 갖게 하고, 결정 축 방향에 따라 물리적 성질이 달라지는 이방성을 나타내는 주된 원인이 된다.

온도 변화에 따른 특징으로는, 400°C에서 600°C 사이 구간에서 남정석의 단위포 부피가 온도 증가에 따라 거의 선형적으로 팽창한다는 점이다. 이러한 열팽창은 z축 방향에 대해 약 12° 기울어진 방향에서 최대로 나타나는데, 이는 해당 방향으로 사면체 사슬이 연속적으로 이어지지 않기 때문으로 해석된다. 이러한 열팽창 특성은 동질이상 관계인 홍주석이나 규선석과는 구별되는 점이다[21].

남정석의 단위포 격자 상수는 a = 7.1262(12) Å, b = 7.852(10) Å, c = 5.5724(10) Å이며, 축간 각은 α = 89.99(2)°, β = 101.11(2)°, γ = 106.03(1)°이다. 단위포 내 화학식 단위(Z)는 4개이다.

2. 2. 원자 배열

남정석의 결정 구조. 검은색: 규소(Si)4+, 분홍색: 알루미늄(Al)3+, 빨간색: 산소(O)2−


남정석의 결정 구조와 단위포 크기, 공간군은 Mark와 Rosbaud에 의해 초기에 연구되었으며[17], 이후 Náray-Szabó와 Burnham 등의 연구를 통해 일부 수정되었다[18][19].

이 연구들에 따르면, 남정석은 삼사정계에 속하며, 그 결정 구조는 산소 원자들이 약간 뒤틀어진 입방 최밀쌓음(또는 왜곡된 면심 입방 격자) 형태로 배열된 것을 기반으로 한다[18][19]. 이 산소 원자 배열 속의 격자 틈에서, 알루미늄 이온(Al3+)은 팔면체 자리의 약 40%를 차지하고, 규소 이온(Si4+)은 사면체 자리의 약 10%를 차지한다[20][8].

결정 구조 내에서 알루미늄-산소 팔면체는 결정의 z축 방향(길이 방향)으로 사슬을 형성한다. 이 사슬 중 절반은 직선 형태이고 나머지 절반은 지그재그 형태를 띤다. 규소-산소 사면체와 남은 알루미늄 이온, 산소 이온들이 이 팔면체 사슬들 사이에 위치하며 사슬들을 서로 연결한다[8]. 각 규소 이온은 4개의 산소 이온에 둘러싸여 사면체를 이루고, 각 알루미늄 이온은 6개의 산소 이온에 둘러싸여 팔면체를 이룬다. 중요한 점은 규소-산소 사면체들이 서로 직접 연결되지 않고 독립적으로 존재한다는 것이다. 이러한 특징 때문에 남정석은 규산염 광물 중에서 네소규산염(독립사면체 규산염)으로 분류된다[8]. 알루미늄-산소 팔면체 사슬 구조는 남정석이 {001} 면에 평행한 각기둥 형태의 결정을 이루게 하고, 결정 축 방향에 따라 물리적 성질이 다르게 나타나는 이방성의 원인이 된다.

특히, 400°C에서 600°C 사이의 온도 구간에서는 남정석의 단위포 크기가 온도 변화에 따라 선형적으로 팽창하는 경향을 보인다. 이러한 열팽창은 결정의 z축에 대해 약 12° 방향에서 최대로 나타나는데, 이는 해당 방향으로 규소-산소 사면체 사슬이 연속적으로 이어지지 않기 때문으로 해석된다. 이는 동질이상 관계인 홍주석이나 규선석과는 다른 특징이다[21].

남정석의 단위포 크기는 다음과 같다:

  • a = 7.1262(12) Å
  • b = 7.852(10) Å
  • c = 5.5724(10) Å
  • α = 89.99(2)°
  • β = 101.11(2)°
  • γ = 106.03(1)°

단위포당 화학식 단위 수(Z)는 4이다.

2. 3. 열팽창



남정석의 결정 구조에서 각 단위포의 크기와 공간군은 Mark와 Rosbaud에 의해 초기에 결정되었고[17], 이후 Náray-Szabó와 Burnham 등의 연구를 통해 일부 수정되었다[18][19].

이 연구들에 따르면, 남정석은 삼사정계에 속하며, 산소 원자들이 약간 뒤틀어진 입방 최밀쌓음 구조로 배열되어 있다. 사면체 형태의 격자 틈 중 약 10%는 규소 원자가, 팔면체 형태의 격자 자리 중 약 40%는 알루미늄 원자가 차지하고 있다[20].

결정 구조를 보면, z축에 평행하게 알루미늄-산소 팔면체 사슬이 뻗어 있고, 그 옆으로는 규소, 나머지 알루미늄, 산화 이온들이 배치되어 있다. 각 규소 원자는 4개의 산화 이온에, 알루미늄 원자는 6개의 산화 이온에 둘러싸여 있다. 여기서 규산염 사면체는 서로 독립적으로 존재하는데, 이는 남정석이 규산염 광물 중 독립사면체 구조에 속함을 의미한다. 알루미늄-산소 팔면체 사슬이 특정 방향으로 뻗어 있는 구조적 특징 때문에 남정석은 {001} 면에 평행한 각기둥 형태를 나타내며, 결정축 방향에 따라 물리적 성질이 달라지는 이방성을 보인다.

특히, 400°C에서 600°C 사이의 온도 구간에서는 남정석 단위포의 크기가 온도에 따라 선형적으로 팽창하는 경향을 보인다. 이러한 단위포의 선형적 열팽창은 z축에 대해 12° 내외에서 최대치를 나타낸다. 이는 z축 방향으로는 규산염 사면체 사슬이 연속적으로 이어지지 않기 때문으로, 홍주석이나 규선석과는 다른 특징이다[21].

남정석 단위포의 크기는 a = 7.1262(12) Å, b = 7.852(10) Å, c = 5.5724(10) Å, α = 89.99(2)°, β = 101.11(2)°, γ = 106.03(1)° 이며, 단위포 내에는 4개의 화학식 단위(Z = 4)가 포함된다.

3. 화학적 특성

남정석의 화학식은 Al2SiO5이다. 불산(HF)에는 잘 녹지 않으나, 알칼리 탄산염과 반응하면 분해된다.[20] 남정석은 홍주석, 규선석과 함께 동일한 화학 조성을 가지지만 결정 구조가 다른 동질이상체 관계에 있으며, 이러한 관계를 다형성이라고 한다. 이 세 광물은 생성될 때의 압력과 온도 조건에 따라 서로 다른 결정 구조를 가진다. 보다 자세한 내용은 상평형 및 불순물 섹션을 참고할 수 있다.

3. 1. 불순물

남정석은 동질이상체인 홍주석, 규선석과 마찬가지로 대부분 순수한 Al2SiO5 상태로 발견되지만, 몇 가지 불순물이 포함될 수 있다.

  • 철 (Fe3+): 아주 드물게 철 이온(Fe3+)이 알루미늄 자리를 치환하여 들어갈 수 있다. 이는 규선석보다는 남정석에서 더 쉽게 일어나며, 주로 산소 분압이 높은 환경에서 발생한다.[22]
  • 수산기 (OH): 이론적인 화학식에는 수산기(OH)가 포함되지 않지만, 남정석이 처음 만들어질 때 진흙이 쌓여 만들어진 퇴적암(니질 퇴적암)에서 유래했거나, 이후 변질 과정을 거치면서 수산기가 첨가될 수 있다.
  • 미량 원소: 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 바나듐(V), 철(Fe) 등이 미량 포함될 수 있다.
  • 망가니즈 (Mn3+): 일부 남정석은 오렌지색을 띠기도 하는데, 이는 구조 내에 소량의 망가니즈 이온(Mn3+)이 포함되어 있기 때문이다. 이러한 오렌지색 남정석은 특히 탄자니아의 로리온도 지역에서 발견된다.[15]

3. 2. 상평형

알루미늄 규산염 광물의 상안정도. 1) 남정석, 2) 홍주석, 3) 규선석. X축은 온도(°C), Y축은 압력(kbar)을 나타낸다.


남정석은 화학식 Al2SiO5를 가지는 알루미늄 규산염 광물이며, 홍주석, 규선석과 함께 동질이상체 관계에 있다. 이 세 광물은 동일한 화학 조성을 가지지만, 생성될 때의 압력과 온도 조건에 따라 서로 다른 결정 구조를 가진다. 이러한 관계를 다형성이라고 한다.

알루미늄 규산염 광물들은 압력과 온도 조건에 따라 안정 영역이 다르다.

  • 남정석: 고압 환경에서 가장 안정하다. 따라서 변성암에서 남정석이 발견되면, 해당 암석이 높은 압력 조건에서 변성되었음을 알려주는 중요한 지표 광물로 활용된다.
  • 홍주석: 상대적으로 낮은 온도와 낮은 압력에서 가장 안정하다.
  • 규선석: 높은 온도와 낮은 압력에서 가장 안정하다.(Nesse, 2000, p. 76)


이 세 광물이 모두 안정한 상태로 공존할 수 있는 지점을 삼중점이라고 한다. 초기 열역학 실험에서는 이 삼중점이 약 8 kbar, 300°C ~ 400°C 근처에 있을 것으로 예측했으나[23], 이후 연구를 통해 약 3.76 kbar, 500°C[24] 또는 약 4.2 kbar 및 530°C[11] 근처라는 것이 밝혀졌다. 실험 조건의 불확실성으로 인해 삼중점의 위치는 최대 5.5 kbar, 620°C까지도 추정된다[24]. 남정석-홍주석, 남정석-규선석 사이의 상전이 경계는 비교적 정확하게 연구되었지만, 홍주석-규선석 사이의 상전이는 느리게 일어나기 때문에 삼중점 위치에 여전히 약간의 불확실성이 남아있다[20].

알루미늄 규산염 광물은 특이한 거동을 보이는데, 결정이 생성되기는 어려우나 한번 생성된 이후에는 압력과 온도 조건이 변해도 다른 동질이상체로 쉽게 변하지 않고 준안정한 상태로 오랜 기간 존재할 수 있다.

이론적으로 남정석은 저온 및 저압에서도 안정할 수 있다. 그러나 실제 자연 환경에서는 이러한 조건에서 남정석이 직접 생성되는 반응(예: 백운모 + 십자석 + 석영 → 흑운모 + 남정석 + H2O)이 잘 일어나지 않는다. 대신 백운모, 엽납석, 고령토와 같은 함수 알루미늄 규산염 광물이 생성되는 경우가 많다.(Yardley, 1989, p. 68-69)

흥미로운 실험적 보고로는, 분말 상태의 남정석 함유 천매암을 분말로 만들어 압력을 가했을 때, 압력을 가한 방향에 수직하게 (100)면을 형성하며 결정이 다시 자라는 현상이 관찰되었다. 이 실험은 실온에서 1.2 kbar의 조건에서 진행되었는데, 이는 암석 내에 포함된 흑연이나 알루미늄을 치환한 미량 원소에 의한 촉매 작용이 있었기 때문으로 추정된다[25].

4. 물리·광학적 특성

남정석은 화학식 Al2SiO5를 갖는 알루미늄 규산염 광물이다. 일반적으로 얼룩덜룩한 청색을 띠지만, 옅은 색부터 짙은 색까지 다양하며[7] 회색이나 백색, 드물게는 연한 녹색을 띠기도 한다.[6] 조흔색은 백색이다.[20]

석영 내의 남정석, 헌터 박물관, 글래스고


일반적으로 칼날 모양의 결정 덩어리를 형성하지만, 뚜렷한 자형(잘 발달된 모양) 결정으로 발견되는 경우는 드물며, 수집가들에게 특히 높은 가치를 받는다.[7] 결정은 약간 유연하다.[7]

광학적 특성으로는 박편 상에서 색이 없으며, 광학적 축은 {100} 면에 대해 거의 수직하고 {010} 면에 대해서는 약 30도 기울어져 있다. 소광각은 z축에 대해 0도에서 30도 가량 기울어져 있다. 쌍정은 흔히 (100) 면을 따라 층상으로 나타난다. 튀어나온 정도가 두드러져 보이며, 보통의 박편 두께에서 1차 간섭색을 낸다.[20]

남정석은 방향에 따라 물리적 성질이 달라지는 이방성을 나타내는 대표적인 광물이다. 특히 굳기와 벽개의 특성이 방향에 따라 달라지며, 빛의 통과 방향에 따라 색이 다르게 보이는 다색성도 나타낸다. 이러한 특징들은 남정석을 식별하는 중요한 단서가 된다.[2][3][7]

흔히 (100) 면이 십자석의 (010) 면과 연정을 형성하기도 한다.[20]

4. 1. 경도 (이방성)

남정석 결정은 방향에 따라 그 굳기가 다른 이방성을 나타낸다.


남정석의 굳기는 5.5에서 7까지 다양하다.[20] 남정석을 식별하는 데 가장 유용한 특징 중 하나는 경도의 이방성이다. 즉, 결정의 방향에 따라 굳기가 뚜렷하게 달라진다.[2][3]

구체적으로, 결정의 긴 축({100} 면)에 평행한 방향으로는 굳기가 7로 단단하지만, 긴 축에 수직인 방향({001} 면)으로는 굳기가 5.5로 상대적으로 무르다.[2][3][20] 이러한 독특한 경도 차이는 남정석을 다른 광물과 구별하는 중요한 단서가 된다.[7] 예를 들어, 강철 바늘(일반적으로 굳기 6.5 정도)로는 남정석 결정의 긴 축 방향으로는 흠집을 내기 어렵지만, 긴 축에 수직인 방향으로는 쉽게 흠집을 낼 수 있다.[7]

4. 2. 벽개



남정석은 결정의 긴 축에 평행한 {100} 면에서 완벽한 벽개를 보이며, 이 {100} 벽개면과 79도의 각도를 이루는 {010} 면에서도 좋은 벽개를 나타낸다.[6] 또한 결정의 긴 축과 약 85도의 각도를 이루는 {001} 면에서는 박리 현상을 보인다.[6] 이러한 벽개면들은 일반적으로 진주 광택을 띤다.[7]

남정석의 벽개면이 보이는 결정


남정석의 가장 두드러진 특징 중 하나는 이방성, 특히 방향에 따라 굳기가 다르다는 점이다. {100} 면에 평행한 방향(결정의 긴 축 방향)으로는 굳기가 7로 단단하지만, {001} 면에 평행한 방향(결정의 긴 축에 수직인 방향)으로는 굳기가 5.5로 상대적으로 무르다.[2][3][20] 예를 들어, 강철 바늘(굳기 약 5.5)로는 결정의 긴 축에 수직 방향({001} 평행)으로는 흠집을 낼 수 있지만, 긴 축에 평행한 방향({100} 평행)으로는 흠집을 내기 어렵다.[7] 이처럼 방향에 따라 굳기가 뚜렷하게 차이 나는 성질은 남정석을 식별하는 데 매우 중요한 단서가 된다.

4. 3. 다색성

남정석은 일반적으로 청색 계열의 색을 띠지만, 백색, 회색, 드물게는 녹색을 띠기도 한다.[6][7] 특히 광물이 빛을 통과시키는 방향에 따라 색이 다르게 보이는 다색성을 나타내는 특징이 있다. 남정석의 경우, 특정 축 방향(α축)에서는 무색으로 보이지만, 다른 축 방향(β축)에서는 청색, 또 다른 축 방향(γ축)에서는 짙은 청색으로 관찰된다.[20] 그러나 현미경으로 관찰하는 얇은 절편(박편) 상태에서는 특별한 색을 보이지 않는다.[20]

5. 변성상과 남정석

남정석은 화학식 Al2SiO5를 가지는 알루미늄 규산염 광물 중 하나로, 홍주석, 규선석과 함께 동일한 화학 조성을 가지지만 결정 구조가 다른 다형체 관계에 있다. 이 세 광물 중 남정석은 주로 높은 압력 조건에서 안정하게 생성된다.[11] 이러한 특성 때문에 남정석은 특정 변성상, 특히 고압 환경을 지시하는 중요한 지표 광물로 사용된다.

남정석은 주로 알루미늄 성분이 풍부한 퇴적암(특히 니질암)이 광역 변성 작용을 받아 생성된 변성암에서 발견된다. 대표적으로 흑운모 편마암, 운모 편암, 혼펠스 등에서 산출된다. 또한 때때로 화강암이나 페그마타이트[9] 및 이와 관련된 석영 맥에서도 발견된다.[10] 퇴적암 내에서는 쇄설성 입자로 존재하기도 하지만, 풍화에 약한 편이다.[6][9] 남정석은 종종 십자석, 홍주석, 규선석, 활석, 각섬석, 게드라이트, 뮬라이트, 강옥과 같은 다른 광물들과 함께 산출된다.[2]

남정석은 보통 푸른색을 띠며 길쭉한 잎 모양(엽편상, Bladed)의 결정을 보이는 경우가 흔하지만, 잘 발달된 자형의 결정은 광물 수집가들에게 높은 가치를 지닌다.[7] 판게아 대륙 형성 당시의 대륙 충돌과 관련된 강한 압력 하에서 형성된 미국 뉴욕의 맨해튼 편암에서 남정석이 산출되며,[13] 애팔래치아 산맥과 브라질 미나스 제라이스 주의 페그마타이트에서도 발견된다. 스위스의 피조 포르노(Pizzo Forno) 지역은 양질의 남정석 표본 산지로 알려져 있다.[7] 드물게는 탄자니아의 로리온도(Loliondo) 지역에서처럼 결정 구조 내에 소량의 망가니즈(Mn3+)를 포함하여 오렌지색을 띠는 남정석이 산출되기도 한다.[15]

5. 1. 배로비안형 변성상

남정석은 녹색편암상-각섬암상-백립암상으로 이어지는 '''배로비안형''' 변성상에서 나타나는 광물 중 하나로, 녹니석, 흑운모, 석류석, 십자석에 이어 생성된다. 주로 니질 퇴적암이 변성 작용을 받을 때 나타나지만, 드물게 사질 퇴적암에서도 발견된다. 이러한 배로비안형 변성상에서의 남정석 산출은 1912년 영국의 조지 배로우(George Barrow)에 의해 처음 연구되었다.[26]

배로비안형 변성 과정에서는 압력이 높아짐에 따라 십자석이 남정석으로 변하며, 더 높은 압력과 온도의 광역 변성 작용을 겪으면 규선석으로 변화한다. 한편, 엽랍석질의 니질 퇴적암이 변성되어 남정석이 귀석류석과 함께 산출되는 경우도 보고되었는데[27], 이는 다음과 같은 반응으로 설명된다:

3십자석 + 2석영 \leftrightarrows 귀석류석 + 5남정석 + 3H2O

남정석은 화학식 Al2SiO5를 가지며, 동일한 화학 조성을 갖지만 결정 구조가 다른 다형체로 홍주석과 규선석이 있다. 이 세 광물은 압력과 온도 조건에 따라 안정 상태가 달라진다. 남정석은 고압 조건에서 가장 안정하고, 홍주석은 저온 및 저압에서, 규선석은 고온 및 저압에서 안정하다. 세 광물은 약 4.2 킬로바의 압력과 530°C의 온도 근처인 삼중점에서 동일하게 안정하다.[11] 이러한 특성 때문에 변성암 내 남정석의 존재는 해당 암석이 고압 환경에서 변성되었음을 나타내는 중요한 지표가 된다.

일반적인 열변성 작용 중에 광역 변성 작용이 겹치면 홍주석이 남정석으로 변할 수 있으며, 반대로 고온 고압의 변성 과정에서 온도가 감소하면 규선석이 남정석으로 변하는 경우도 존재한다. 알루미늄 규산염의 세 다형체가 모두 함께 산출되는 드문 경우는 캐나다 온타리오의 사반트 호수 인근 변성 화산암에서 보고된 바 있다.[28]

남정석은 알루미늄 규산염 광물 중 유일하게 에클로자이트(류휘암)와 킴벌라이트 내 류휘암·백립암상 봉입체와 같은 초고압 환경에서도 안정하게 존재할 수 있다.[20]

남정석은 흑운모 편마암, 운모 편암, 혼펠스 등 알루미늄이 풍부한 원암 (''펠라이트'' 원암)이 고압의 광역 변성 작용을 받아 형성된 변성암에서 주로 발견된다. 때로는 화강암, 페그마타이트[9] 및 관련된 석영 맥에서도 발견되며,[10] 에클로자이트에서도 드물게 나타난다. 퇴적암에서는 쇄설성 입자로 존재하기도 하지만, 풍화에 약한 편이다.[6][9] 남정석은 십자석, 홍주석, 규선석, 활석, 각섬석, 게드라이트, 뮬라이트, 강옥 등과 함께 산출되기도 한다.[2]

남정석은 특정 변성 정도를 나타내는 지표 광물로 활용되어 지각 깊은 곳에서 변성 작용을 받은 변성대를 구분하고 추적하는 데 사용된다. 예를 들어, G. M. 배로우는 스코틀랜드의 광역 변성 지역 연구에서 남정석대와 규선석대를 정의했다. 반면, 아일랜드 파나드 플루톤 주변과 같이 지각의 얕은 깊이에서 접촉 변성 작용을 받은 지역의 변성대는 홍주석대와 규선석대는 포함하지만 남정석대는 나타나지 않는다.[12]

남정석은 이론적으로 저온 및 저압에서도 안정할 수 있지만, 실제로는 이러한 조건에서 남정석을 생성하는 반응(예: 백운모 + 십자석 + 석영 → 흑운모 + 남정석 + H2O)이 잘 일어나지 않는다. 대신 백운모, 엽납석, 고령토와 같은 함수 알루미늄 규산염 광물이 형성되는 경향이 있다.

5. 2. 반응식

남정석은 녹색편암상-각섬암상-백립암상으로 이어지는 '''배로비안형''' 변성상 서열에서 나타나는 광물 중 하나이다. 이 과정에서 남정석은 녹니석, 흑운모, 석류석, 십자석 다음에 생성된다. 주로 이암과 같은 니질 퇴적암이 변성 작용을 받을 때 나타나지만, 드물게 사암과 같은 사질 퇴적암이 변성될 때도 발견된다. 이러한 배로비안형 변성상에서의 남정석 생성은 1912년 영국의 배로우(Barrow)에 의해 처음 연구되었다.[26]

압력이 높아지는 조건에서는 십자석이 남정석으로 변하며, 더 높은 단계의 광역 변성 작용을 겪으면 규선석으로 변하게 된다. 예를 들어, 엽랍석질의 니질 퇴적암이 변성되어 남정석이 귀석류석과 함께 생성되는 반응은 리드(Read)에 의해 보고되었으며[27], 반응식은 아래와 같다:

3 \text{ 십자석} + 2 \text{ 석영} \leftrightarrows \text{ 귀석류석} + 5 \text{ 남정석} + 3 \text{ H}_2\text{O}

남정석은 알루미늄 규산염 광물인 홍주석, 규선석과 동질이상 관계에 있다. 이 세 광물은 특정 온도와 압력 조건에서 서로 변환될 수 있다. 남정석은 고압 조건에서 가장 안정하며, 홍주석은 저온 및 저압에서, 규선석은 고온 및 저압에서 안정하다. 이 세 광물이 공존할 수 있는 삼중점은 약 4.2 킬로바의 압력과 530°C의 온도 근처이다.[11] 일반적인 열변성 작용 중에 광역 변성 작용이 겹치면 홍주석이 남정석으로 변할 수 있다. 반대로, 고온 고압의 변성 환경에서 온도가 낮아지면 규선석이 남정석으로 변하는 과정도 존재한다. 드물게 이 세 가지 알루미늄 규산염 광물이 함께 산출되는 경우도 있는데, 캐나다 온타리오의 사반트 호수(Savant Lake) 인근의 변성된 화산암에서 보고된 바 있다.[28]

이론적으로 남정석은 저온 및 저압에서도 안정할 수 있다. 그러나 실제로는 해당 조건에서 남정석을 생성하는 아래와 같은 반응은 잘 일어나지 않는다.

: 백운모 + 십자석 + 석영 → 흑운모 + 남정석 + H2O

대신, 이러한 조건에서는 백운모, 엽납석, 또는 고령토와 같은 함수 알루미노규산염 광물이 형성되는 경향이 있다.

한편, 남정석은 알루미늄 규산염 광물 중에서 유일하게 에클로자이트(류휘암) 및 킴벌라이트 내의 에클로자이트 또는 백립암상 포획암 내부에서 안정하게 존재할 수 있는 광물이다.[20]

5. 3. 에클로자이트와 킴벌라이트

남정석은 알루미늄 규산염 광물(Al2SiO5) 중에서 유일하게 에클로자이트(류휘암)와 킴벌라이트 내 류휘암·백립암상 봉입체에서 안정하게 존재할 수 있는 광물이다.[20] 또한, 드물지만 에클로자이트 자체에서도 발견되기도 한다.

6. 산출지

남정석은 주로 알루미늄이 풍부한 펠라이트(점토질 퇴적암)가 광역 변성 작용을 받을 때 고압 환경에서 형성되는 변성암에서 발견된다. 대표적인 산출 암석으로는 흑운모 편마암, 운모 편암, 혼펠스 등이 있다.[9] 드물게 화강암이나 페그마타이트 및 관련된 석영맥에서도 발견되며,[10] 에클로자이트에서도 나타날 수 있다. 퇴적암에서는 쇄설성 입자로 존재하기도 하지만, 풍화에 약한 편이다.[6][9]

남정석은 화학식 Al2SiO5를 가지는 알루미늄 규산염 광물로, 홍주석, 규선석과 함께 다형체 관계에 있다. 이 세 광물은 온도와 압력 조건에 따라 안정 상태가 달라지는데, 남정석은 상대적으로 고압 환경에서 안정하다.[11] 이러한 특성 때문에 남정석은 특정 압력 조건에서 변성 작용이 일어났음을 알려주는 중요한 지표 광물로 활용된다. 예를 들어, 스코틀랜드의 변성암 연구에서 G. M. 배로우는 남정석이 나타나는 구역(남정석대)을 설정하여 변성 정도를 구분했다.[12] 저온 및 저압 조건에서는 남정석 대신 백운모, 엽납석, 고령토와 같은 함수 알루미늄 규산염 광물이 더 안정적으로 존재한다.

남정석은 종종 십자석, 홍주석, 규선석, 활석, 각섬석, 게드라이트, 뮬라이트, 강옥과 같은 광물들과 함께 산출된다.[2] 전 세계적으로 다양한 변성암 지대에서 발견되며, 자세한 산출 지역은 하위 문서를 참고할 수 있다.

6. 1. 한반도

연천군에서 산출되는 운모편암 속의 남정석 결정. 하늘색의 도변상으로 나고 있다.


한반도에서는 다음 지역에서 산출되고 있다[29]:

광역 행정 구역기초 행정 구역상세 지역
경기도연천군 삭녕면진곡리, 전음리
연천군 중면적거리, 중사리
연천군 연천면차탄리
장단군 강상면임강리
충청남도대덕군 동면세천리
서산군 부석면취평리
강원도철원군
평안남도강서군 반석면상사리
강서군 성태면가장리



대부분 운모편암 내의 조암광물로 나타나며, 드물게 석영맥 속에서 발견되기도 한다. 경기도 장단군의 남정석은 석영맥에서 발견되며, 길이가 20cm에 달하는 큰 결정으로 산출된다. 연천군에서 나는 남정석은 배로비안형 변성상의 일부로서 십자석, 규선석과 함께 산출되고 있다.

6. 2. 기타 산출지

남정석은 판게아의 조립 과정에서 발생한 대륙 충돌의 결과로 극심한 압력 하에서 형성된 맨해튼 편암에서도 산출된다.[13] 또한 미국의 애팔래치아 산맥과 브라질 미나스 제라이스 주의 페그마타이트에서도 발견된다. 스위스의 피조 포르노(Piz Forno)에서는 특히 훌륭한 남정석 표본이 발견되기도 한다.[7]

남정석은 때때로 오렌지색을 띠기도 하는데, 이는 탄자니아의 로리온도(Loliondo) 지역에서 특히 나타나는 특징이다.[15] 이러한 오렌지색은 남정석 결정 구조 내에 소량의 망가니즈(Mn3+)가 포함되어 있기 때문이다.

잎 모양의 남정석 결정은 흔하게 발견되지만, 개별적인 자형(自形, idiomorphic) 결정은 광물 수집가들에게 높은 가치를 인정받는다.[7]

7. 활용

남정석은 주로 내화물 및 세라믹 제조에 사용되며, 보석으로도 활용된다.

7. 1. 내화 재료

규안석은 주로 내화물 및 세라믹 제품, 특히 도자기 배관 및 식기류 제작에 사용된다. 또한 전자 제품, 전기 절연체 및 연마재에도 사용된다.

1100°C 이상의 온도에서 규안석은 다음 반응을 통해 멀라이트와 유리질 실리카로 화학적 분해된다.

:3(Al2O3·SiO2) → 3Al2O3·2SiO2 + SiO2

이 변환은 팽창을 일으킨다.[14] 멀라이트화된 규안석은 내화 재료를 제조하는 데 사용된다.

7. 2. 보석

남정석은 반귀석으로 사용되기도 한다. 고양이 눈 효과(채터언시)를 나타낼 수 있지만, 비등방성과 완전한 벽개 때문에 그 효과는 제한적이다. 색상 종류로는 탄자니아에서 산출되는 오렌지색 남정석이 있다.[15] 이 오렌지색은 구조 안에 소량의 망가니즈(Mn3+)가 포함되어 있기 때문에 나타난다.[16]

참조

[1] 논문 IMA–CNMNC approved mineral symbols 2021
[2] 웹사이트 Kyanite http://www.handbooko[...] 2018-01-01
[3] 웹사이트 Kyanite http://www.mindat.or[...] MinDat 2013-06-14
[4] 웹사이트 Kyanite Mineral Data http://webmineral.co[...] Webmineral.com 2013-06-14
[5] 서적 Glossary of geology. American Geological Institute 1997
[6] 서적 Introduction to mineralogy Oxford University Press 2000
[7] 서적 Mineralogy for amateurs. Van Nostrand 1964
[8] 논문 Thermal expansion and high-temperature crystal chemistry of the Al 2 SiO 5 polymorphs https://pubs.geoscie[...] 1979
[9] 웹사이트 Geology Page - Kyanite http://www.geologypa[...] 2020-02-20
[10] 서적 Mineralogy for amateurs. Van Nostrand 1964
[11] 논문 Precise determinations of the equilibria kyanite⇌ sillimanite and kyanite⇌ andalusite and a revised triple point for Al2SiO5 polymorphs https://pubs.geoscie[...]
[12] 서적 An introduction to metamorphic petrology Longman Scientific & Technical 1989
[13] 웹사이트 How ancient collision shaped New York skyline https://www.bbc.co.u[...] BBC.co.uk 2013-06-13
[14] 서적 Thermal Analysis of Materials https://books.google[...] CRC Press
[15] 논문 Orange kyanite from Tanzania https://www.research[...] 2009-01-01
[16] 논문 Laser-induced time-resolved luminescence of orange kyanite Al2SiO5 2011-08
[17] 문서 Uber die Struktur der Aluminium-silikate vom Typus Al2SiO5 und des Pseudobrookits 1926
[18] 문서 The structure of cyanite 1929
[19] 문서 Refinement of the crystal structure of kyanite 1963
[20] 서적 "Rock-forming minerals volume 1A," The Geological Society of London 1997
[21] 문서 Thermal expansion and high-temperature crystal chemistry of the Al2SiO5 polymorphs 1979
[22] 문서 Transition-metal contents of Al2SiO5 polymorphs 1969
[23] 문서 Aluminium silicate system: experimental determination of the triple point 1963
[24] 문서 Stability of andalusite and the aluminium silicate phase diagram 1971
[25] 문서 A preliminary account on the growth of kyanite under conditions of very low temperature and pressure 1971
[26] 문서 On the geology of Lower Dee-side and the southern Highland border 1912
[27] 문서 The metamorphic geology of Unst in the Shetland Isles 1934
[28] 문서 Coexistence of sillimanite, andalusite and kyanite in felsic to intermediate metavolcanics in the Savant Lake area, district of Thunder Bay, Ontario 1978
[29] 간행물 朝鮮鑛物誌 三省堂 1941


본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.

문의하기 : help@durumis.com