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흑운모

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목차

1. 개요

흑운모는 흑색 또는 짙은 색을 띠는 운모 광물로, 완벽한 벽개와 판상 결정을 특징으로 한다. 단사정계에 속하며, 산성 및 알칼리성 용액에서 용해된다. 광학적으로는 중간 정도의 부조와 다색성을 나타내며, 다양한 화성암과 변성암에서 발견된다. 흑운모는 칼륨-아르곤 연대 측정법 등을 이용한 암석 연대 측정과 변성암의 온도 변화 평가에 활용된다.

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흑운모
기본 정보
얇은 판 모양의 흑운모 집합체
얇은 판 모양의 흑운모 집합체 (이미지 폭: 2.5 mm)
IMA 기호Bt
종류엽상 규산염
결정계단사정계
공간군C2/m
결정형각기둥 모양 (2/m)
(동일 헤르만-모갱 표기법)
색상짙은 갈색, 녹색을 띤 갈색, 검은색을 띤 갈색, 노란색
결정벽개완벽한 {001} 면을 가짐
단구운모 모양
굳기2.5–3.0
광택유리 광택에서 진주 광택
굴절률nα = 1.565–1.625
nβ = 1.605–1.675
nγ = 1.605–1.675
광학적 성질2축성 (-)
복굴절δ = 0.03–0.07
분산r < v (Fe가 풍부);
r > v 약함 (Mg가 풍부)
다색성강함
형광없음
조흔색흰색
비중2.7–3.3
투명도투명에서 반투명, 불투명
쌍정
쌍정[310] 면에서 흔함, {001} 면에서는 덜 흔함
기타
관련 광물Manganophyllite (망간흑운모, ))
특징
벽개완전한 벽개를 가짐
쪼개짐얇은 판 모양으로 쪼개짐
성질부서지기 쉽고, 유연하며 탄성이 있음
참고 자료
참고 자료Biotite mineral information and data Mindat
Biotite Mineral Data Webmineral
Handbook of Mineralogy
추가 정보
추가 정보
The Biotite Mineral Group Minerals.net
Biotite Mindat
Handbuch der Mineralogie (1828), Johann Friedrich Ludwig Hausmann

2. 성질

흑운모는 녹색에서 갈색 또는 검정색을 띠며, 풍화되면 노란색을 띠기도 한다. 투명에서 불투명까지 다양하며, 유리 광택에서 진주 광택을 가진다. 회백색의 조흔색을 가지며, 모스 경도는 2.5~3이다.

2. 1. 광학적 성질

흑운모는 박편에서 중간 정도의 부조와 연한 갈색에서 짙은 녹갈색 또는 갈색을 띠며, 중간에서 강한 다색성을 나타낸다. 흑운모는 높은 복굴절률을 가지고 있지만, 고유의 진한 색상으로 인해 부분적으로 가려질 수 있다.[11] 직교 니콜 하에서 흑운모는 쪼개짐면에 거의 평행하게 소광되며, 박편 연마 과정에서 광물의 유연한 박판이 왜곡되어 생기는 특징적인 새눈무늬 소광(bird's eye maple extinction), 즉 얼룩덜룩한 모양을 보일 수 있다. 박편에서 흑운모의 저면 단면은 일반적으로 약 육각형 모양이며, 직교 니콜 하에서 대개 등방성으로 나타난다.[12]

2. 2. 구조

다른 운모 광물과 마찬가지로, 흑운모는 매우 완벽한 벽개를 가지고 있어, 쉽게 벗겨지는 유연한 판 또는 박편으로 구성된다. 단사정계에 속하며, 명확한 판상 종말면을 가진 주상에서 판상 결정을 이룬다. 4개의 주상면과 2개의 판상면을 가지고 육방정계와 유사한 결정을 형성한다. 벽개와 판상 때문에 쉽게 볼 수는 없지만, 파면은 불규칙하다. 흑운모 결정이 큰 덩어리로 발견되면, 많은 판으로 된 책장과 닮았기 때문에 "책"이라고 불린다.

흑운모는 산성 및 알칼리성 수용액 모두에서 용해되며, 낮은 pH에서 용해 속도가 가장 높다.[8] 흑운모의 용해는 결정 가장자리 표면 (''h k''0)이 기저면 (001)보다 45~132배 빠르게 반응하는 등 매우 이방성적이다.[9][10]

다른 운모 광물과 마찬가지로, 흑운모는 'TOT-c'로 설명되는 결정 구조를 갖는다. 이는 평행한 'TOT' 층이 양이온('c')에 의해 서로 약하게 결합되어 구성됨을 의미한다. 'TOT' 층은 다시 단일 팔면체 층('O')의 두 면에 강하게 결합된 두 개의 사면체 층('T')으로 구성된다. 흑운모에서 완벽한 기저면 벽개가 나타나는 것은 바로 'TOT' 층 사이의 상대적으로 약한 이온 결합 때문이다.

사면체 층은 규소 이온이 네 개의 산소 이온으로 둘러싸인 규산염 사면체로 구성된다. 흑운모에서는 네 개의 규소 이온 중 하나가 알루미늄 이온으로 치환된다. 각 사면체는 네 개의 산소 이온 중 세 개를 인접한 사면체와 공유하여 육각형 시트를 생성한다. 나머지 산소 이온(첨단 산소 이온)은 팔면체 층과 결합할 수 있다.

흑운모의 팔면체 층은 브루사이트(brucite) 광물의 층 구조를 가진 삼팔면체 층으로, 마그네슘 또는 제일철이 일반적인 양이온이다. 첨단 산소는 브루사이트 층에 존재할 수산화 이온 중 일부를 대체하여 사면체 층을 팔면체 층에 단단히 결합시킨다.

사면체 층은 그 구성이 AlSi3O105-이기 때문에 강한 음전하를 띤다. 삼팔면체 층은 그 구성이 M3(OH)24+(M은 제일철 또는 마그네슘과 같은 2가 이온을 나타냄)이기 때문에 양전하를 띤다. 결합된 TOT 층은 그 구성이 M3(AlSi3O10)(OH)2−이기 때문에 잔류 음전하를 갖는다. TOT 층의 나머지 음전하는 층간 칼륨 이온에 의해 중화된다.

T 층과 O 층의 육각형 크기가 약간 다르기 때문에, 층이 TOT 층으로 결합할 때 약간 왜곡된다. 이로 인해 육각형 대칭이 깨지고 단사정계 대칭으로 감소한다. 그러나 흑운모 결정의 준육각형 특성에서 원래의 육면체 대칭을 알 수 있다.

많은 판상을 특징으로 하는 두꺼운 흑운모 샘플.


거의 육각형 모양을 보이는 흑운모 결정.

3. 산출지

흑운모는 화성암과 변성암 등 다양한 암석에서 발견된다. 예를 들어 베수비오 산의 용암과 서부 돌로미티 산맥의 몬조니 관입 복합체에서 발견된다.[13] 화강암에서 발견되는 흑운모는 이에 대응하는 화산암인 유문암에서 발견되는 흑운모보다 마그네슘 함량이 낮은 경향이 있다.[13] 흑운모는 일부 람프로파이어에서 중요한 반정으로 나타난다. 때때로 흑운모는 특히 페그마타이트 맥에서 큰 쪼개짐 결정으로 발견되는데, 미국의 뉴잉글랜드, 버지니아주, 노스캐롤라이나주 등이 대표적이다. 다른 주목할 만한 산출지로는 캐나다 온타리오주의 반크로프트, 수드베리가 있다. 흑운모는 많은 변성 편암의 필수 구성 광물이며, 광범위한 압력과 온도 조건에서 적절한 조성으로 형성된다. 흑운모는 노출된 대륙 지각의 최대 7%를 차지하는 것으로 추정된다.[14]

거의 대부분 어두운 운모(흑운모 또는 금운모)로 구성된 화성암은 ''운모암'' 또는 ''흑운모암''으로 불린다.[15]

흑운모는 일반적인 변질 생성물인 녹니석과 함께 발견되기도 한다.[12]

문헌에 기록된 가장 큰 흑운모 단결정은 노르웨이 이벨란드에서 발견되었으며, 약 7m2 크기의 판상 결정이었다.[16]

4. 활용

흑운모는 칼륨-아르곤 연대 측정법이나 아르곤-아르곤 연대 측정법을 이용하여 암석의 연대를 측정하는 데 널리 사용된다. 아르곤은 고온에서 흑운모 결정 구조에서 쉽게 빠져나가기 때문에, 이 방법은 많은 암석에 대해 최소 연령만 제공할 수 있다. 흑운모는 또한 흑운모와 석류석 사이의 철과 마그네슘 분배가 온도에 민감하기 때문에 변성암의 온도 변화를 평가하는 데에도 유용하다.

참조

[1] 논문 IMA–CNMNC approved mineral symbols 2021
[2] 웹사이트 Biotite mineral information and data Mindat http://www.mindat.or[...]
[3] 웹사이트 Biotite Mineral Data Webmineral http://webmineral.co[...]
[4] 웹사이트 Handbook of Mineralogy http://rruff.geo.ari[...]
[5] 웹사이트 The Biotite Mineral Group https://www.minerals[...] Minerals.net 2019-08-29
[6] 웹사이트 Biotite https://www.mindat.o[...]
[7] 서적 Handbuch der Mineralogie https://books.google[...] Vandenhoeck und Ruprecht
[8] 논문 Biotite dissolution at 25°C: The pH dependence of dissolution rate and stoichiometry 1997-07
[9] 논문 Does reactive surface area depend on grain size? Results from pH 3, 25°C far-from-equilibrium flow-through dissolution experiments on anorthite and biotite 2006-04
[10] 논문 The effect of pH, grain size, and organic ligands on biotite weathering rates 2015-09
[11] 웹사이트 Identification Tables for Common Minerals in Thin Section http://funnel.sfsu.e[...] 2019-03-17
[12] 서적 Minerals in Rock Sections: The Practical Methods of Identifying Minerals in Rock Sections with the Microscope https://archive.org/[...] D. Van Nostrand Company
[13] 서적 Igneous Petrology McGraw-Hill
[14] 논문 Prediction of some weathering trends of plutonic and volcanic rocks based on thermodynamic and kinetic considerations 1984-07
[15] 논문 Malawi glimmerites
[16] 논문 The largest crystals http://www.minsocam.[...]


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