십자석

3. 물리적 성질

십자석은 이축성 광물이며, 현미경 상에서 뚜렷하게 돌출된 형태로 관찰된다.^[6][14] 화학 조성에 따른 고철질 십자석의 광학적 성질 차이는 미약하게 나타난다. Juurinen은 115개의 십자석의 α-굴절률을 측정하여 단위포의 철 함량과 십자석의 굴절률이 선형적 관계를 보임을 확인하였다. Schreyer와 Seifert는 함마그네슘 십자석의 굴절률을 측정하여 Jurrinen의 십자석 시료들 중 마그네슘 끝성분을 골라내어 비교한 결과 마그네슘 성분에는 차이가 있어도 굴절률에 크게 차이가 나지 않음을 확인하였다.^[24] 누대구조는 종종 나타나는데, 부채꼴누대로도 자주 나타난다. 이러한 부채꼴누대는 광물 표면에서의 성장률과 확산률의 차이에 의해 나타난다.

4. 화학적 성질

황산과 서서히 반응하며, 불산에는 녹지 않는다. 지표에서 흔히 변질되어 견운모화작용이나 녹니석화되는 과정을 거친다^[25].

십자석의 화학조성 차는 마그네슘의 함량 외에는 크지 않으나, 십자석의 수산기 함량은 양이온 자리가 부분적으로만 점유되는 특성 문제에 의해 측정에 여러 어려움이 있었다. 이 문제는 Griffen과 Ribbe가 단위포의 질량 평균치를 내어 측정하는 방식으로 해결되었다^[26]. 십자석이 포함하고 있는 미량 원소로는 아연, 니켈, 알칼리 금속류 등이 드물게 보고되고 있다.

십자석에서의 철-마그네슘 함량은 변성 당시의 온도를 지시하는 지온계로 사용될 수 있다. 십자석과 석류석의 Mg와 Fe 끝성분의 반응 단계를 십자석_Mg+석류석_Fe $\backslash leftrightarrows$ 십자석_Fe+석류석_Mg 와 같이 표현할수 있다.

이 반응에서, 마그네슘 분율 계수 $K\_D^\backslash mathsf\{Mg\}\; =\; \backslash left(\; \backslash frac\; \{X\_\backslash mathsf\{Mg\}\}\{1-X\_\backslash mathsf\{Mg\}\}\; \backslash right)^\backslash mathsf\{Gt\}\; \backslash left(\; \backslash frac\{1-X\_\backslash mathsf\{Mg\}\}\{X\_\backslash mathsf\{Mg\}\}\; \backslash right)^\backslash mathsf\{St\}$이다.

그리고 $2.303RT\backslash log\; K^\backslash mathsf\{Mg\}\; =\; G\_\backslash mathsf\{Mg\}^\backslash mathsf\{St\}\; +\; G\_\backslash mathsf\{Fe\}^\backslash mathsf\{Gt\}\; -\; G\_\backslash mathsf\{Fe\}^\backslash mathsf\{St\}\; -\; G\_\backslash mathsf\{Mg\}^\backslash mathsf\{Gt\}\; =\; \backslash Delta\; G$이다. ($X\_\backslash mathsf\{Mg\}$는 마그네슘, 철, 망간 중의 마그네슘 분율)

이와 같은 계산에 바탕하여 Perchuk은 십자석-석류석 간의 철-마그네슘 농도 차를 이용, $\backslash log\; K\_D^\backslash mathsf\{Mg\}\; -\; f(T)$ 의 관계를 도시하여 지온계로 쓸 수 있음을 보였다. 이에 따르면 온도가 증가할수록 $\backslash log\; K\_D^\backslash mathsf\{Mg\}$ 값은 증가하는 경향을 보인다^[27].

실험적인 열역학 연구들에 의하면, Halferdahl 에 의해 귀석류석과 허시나이트와 함께 Fe-십자석이 산출되는 것이 1961년에 보고되었다^[28]. 이는 7kbar 이상의 압력과 700 °C 이상의 온도에서 경녹니석이 분해되어 생긴 것임이 이후에 확인되었다^[29].

초기에 Fe - 십자석이 안정하게 존재할 수 있는 압력의 상한은 높은 물과 QFM 버퍼의 분압이 있는 환경을 상정했을 때 10kbar 정도라 생각되었는데^[30][31], 이후에 QFM과 NNO 버퍼의 산소 도산능에 따라 6 - 15 kbar 정도임이 확인되었다^[32].

5. 변성상에서의 공생 관계

5. 1. 배로비안형 변성상

5. 2. 버컨형 변성상

6. 산출지

• 경기도 연천군 삭령면 진곡리 느릅고개, 전음리
• 경기도 연천군 중면 중사리
• 충청남도 서산군 부석면 취평리
• 전라남도 강진군 강진읍 송덕리
• 평안남도 강서군 반석면 상사리
• 평안남도 강서군 성대면 가장리
• 강원도 회양군 난곡면 하송관리
• 강원도 김화군 근북면 산현리 (망간십자석 산출)
• 함경남도 단천군 수하면 고성리 중당동, 내촌리 거사동
• 함경남도 단천군 북두일면 용천리
• 함경남도 갑산군 진동면 유포리

6. 1. 한국

• 경기도 연천군 삭령면 진곡리 느릅고개, 전음리
• 경기도 연천군 중면 중사리
• 충청남도 서산군 부석면 취평리
• 전라남도 강진군 강진읍 송덕리
• 평안남도 강서군 반석면 상사리
• 평안남도 강서군 성대면 가장리
• 강원도 회양군 난곡면 하송관리
• 강원도 김화군 근북면 산현리 (망간십자석 산출)
• 함경남도 단천군 수하면 고성리 중당동, 내촌리 거사동
• 함경남도 단천군 북두일면 용천리
• 함경남도 갑산군 진동면 유포리

6. 2. 국외

7. 이용

십자석은 암석이 변성 작용을 겪는 온도, 깊이 및 압력을 추정하는 데 사용되는 지표 광물 중 하나이다.

참조

_[1] 서적 Manual of Mineralogy Wiley 1985
_[2] 간행물 IMA–CNMNC approved mineral symbols 2021
_[3] 웹사이트 Handbook of Mineralogy http://rruff.geo.ari[...]
_[4] 웹사이트 Mindat.org http://www.mindat.or[...]
_[5] 웹사이트 Webmineral data http://webmineral.co[...]
_[6] 서적 Rock & Minerals https://books.google[...] Elsevier 2017-11-17
_[7] 서적 The Audubon Society Field Guide to North American Rocks and Minerals
_[8] 웹사이트 Fannin County Archives http://www.williamls[...]
_[9] 웹사이트 Virginia State Parks http://www.dcr.virgi[...]
_[10] 서적 Manual of Mineralogy Wiley 1985
_[11] 웹사이트 Handbook of Mineralogy https://rruff.geo.ar[...]
_[12] 웹사이트 Mindat.org https://www.mindat.o[...]
_[13] 웹사이트 Webmineral data https://webmineral.c[...]
_[14] 서적 Rock & Minerals https://books.google[...] Elsevier 2017-11-17
_[15] 서적 The Audubon Society Field Guide to North American Rocks and Minerals
_[16] 웹사이트 Fannin County Archives http://www.williamls[...]
_[17] 웹사이트 Virginia State Parks http://www.dcr.virgi[...]
_[18] 웹사이트 宇奈月の十字石 https://www.city.kur[...]
_[19] 서적 Manual of Mineralogy Wiley 1985
_[20] 서적 Rock-forming minerals volume 1A The Geological Society of London 1997
_[21] 논문 The structure of staurolite 1929
_[22] 논문 Composition and properties of staurolite 1956
_[23] 논문 Staurolite twinning 1956
_[24] 논문 High pressure phases in the system MgO-Al₂O₃-SiO₂-H₂O 1969
_[25] 서적 Introduction to Optical Mineralogy Oxford University Press 1991
_[26] 논문 The crystal chemistry of staurolite 1973
_[27] 논문 The staurolite-garnet thermometer 1969
_[28] 논문 Chloritoid: its composition, X-ray and optical properties, stability and occurrence 1961
_[29] 논문 The stability of chloritoid below 10kb P_H₂O 1974
_[30] 논문 Staurolite 1967
_[31] 논문 The composition of synthetic Fe-staurolite 1968
_[32] 논문 Further data on the stability of staurolite+quartz and related assemblages 1979
_[33] 논문 Staurolite stability and related parageneses: theory, experiments and applications 1972
_[34] 서적 朝鮮鑛物誌 三省堂 1941