광물학

3. 광물의 물리적 성질

광물을 식별하는 첫 번째 단계는 물리적 특성을 검사하는 것이며, 이 중 많은 부분을 손으로 채취한 표본에서 측정할 수 있다. 이러한 특성은 밀도(비중으로 표시됨), 기계적 응집력 측정 (굳기, 인성, 벽개, 파구, 쪼개짐), 거시적 시각적 특성 (광택, 색상, 조흔색, 발광, 투명도), 자기 및 전기적 특성, 방사능 및 염산에서의 용해도 등으로 분류할 수 있다.^[7][8]

'''굳기'''는 다른 광물과의 비교를 통해 결정된다. 모스 굳기계에서 표준 광물 세트는 1 (활석)에서 10 (다이아몬드)까지 굳기가 증가하는 순서로 번호가 매겨진다. 더 단단한 광물은 더 무른 광물을 긁을 수 있으므로, 알려지지 않은 광물은 이 척도에서 긁을 수 있는 광물과 긁히는 광물을 통해 위치를 정할 수 있다. 방해석과 남정석과 같은 몇몇 광물은 방향에 따라 굳기가 크게 달라진다.^[12] 굳기는 경도계를 사용하여 절대 척도로 측정할 수도 있다. 절대 척도와 비교했을 때, 모스 척도는 비선형적이다.^[8]

'''인성'''은 광물이 부서지거나, 으스러지거나, 구부러지거나, 찢어질 때의 거동을 나타낸다. 광물은 취성, 가단성, 절단성, 연성, 유연성 또는 탄성을 가질 수 있다. 인성에 중요한 영향을 미치는 것은 화학 결합의 유형 (예: 이온 결합 또는 금속 결합)이다.^[12]

다른 기계적 응집력 측정 중 '''벽개'''는 특정 결정학적 평면을 따라 깨지는 경향이다. 이는 결정학적 명명법에서 품질 (예: 완벽 또는 양호)과 평면의 방향에 의해 설명된다.

'''쪼개짐'''은 압력, 쌍정 또는 용리로 인해 약점 평면을 따라 깨지는 경향이다. 이러한 두 종류의 파괴가 발생하지 않는 경우, '''파구'''는 덜 정돈된 형태로 ''패각상''(조개 껍질 내부와 유사한 부드러운 곡선을 가짐), ''섬유질'', ''조각상'', ''거친'' (날카로운 모서리가 있는 들쭉날쭉함), 또는 ''불균등''할 수 있다.^[12]

광물이 잘 결정화되어 있다면, 결정 습성 (예: 육각형, 기둥형, 포도상)도 뚜렷하게 나타나며, 이는 결정 구조 또는 원자의 내부 배열을 반영한다.^[8] 또한 결정 결함과 쌍정의 영향을 받는다. 많은 결정은 다형성을 띠며, 압력 및 온도와 같은 요인에 따라 여러 개의 가능한 결정 구조를 갖는다.^[7][8]

4. 결정 구조

결정 구조는 광물 내 원자들의 규칙적인 배열을 의미하며, 결정 격자로 표현된다. 결정 격자는 단위 세포의 반복으로 구성되며, 대칭성과 단위 세포의 크기로 특징지어진다. 밀러 지수는 결정면의 방향을 나타내는 데 사용된다.^[7] 결정족은 32개의 점군으로 분류되며, 공간군은 230개로 분류된다.

막스 폰 라우에는 1912년 X선 회절을 시연했으며, 윌리엄 헨리 브래그와 윌리엄 로렌스 브래그 부자에 의해 광물의 결정 구조를 분석하는 도구로 발전했다.^[7] X선 회절은 광물의 결정 구조를 분석하는 데 사용되는 중요한 기술이다. 분말 회절법은 석영, 트리디마이트, 크리스토발라이트와 같이 육안으로 구별하기 어려운 광물을 구별하는 데 유용하다.

동형 광물은 유사한 결정 구조를 가지지만, 화학 조성이 다른 광물을 의미한다.

5. 광학적 성질

광물은 색상이나 광택과 같은 눈에 보이는 특성 외에도, 편광 현미경으로 관찰해야 하는 다양한 광학적 성질을 가지고 있다.

공기나 진공에서 투명한 결정을 통과하는 빛은 일부가 표면에서 반사되고 일부는 굴절된다. 빛이 결정 안으로 들어가면서 속도가 변하기 때문에 빛의 경로가 휘어지는 굴절 현상이 발생한다. 스넬의 법칙에 따르면, 굴절되는 각도는 굴절률과 관련이 있다. 굴절률은 진공에서의 빛의 속도와 결정 내에서의 빛의 속도의 비율을 의미한다. 입방정계에 속하는 결정은 점 대칭군이 특징이며, 빛의 굴절률이 방향에 따라 달라지지 않는 ''등방성''을 나타낸다. 반면, 다른 모든 결정은 ''비등방성''을 띤다. 비등방성 결정에서는 빛이 서로 다른 속도로 이동하고 서로 다른 각도로 굴절되는 두 개의 평면 편광 광선으로 분리된다.^[12]

6. 분류

계통 광물학은 광물의 특성에 따라 광물을 식별하고 분류하는 것이다. 역사적으로 광물학은 암석 형성 광물의 분류학에 크게 관여했다. 1959년, 국제 광물 협회는 명명법을 합리화하고 새로운 이름의 도입을 규제하기 위해 신광물 및 광물 명명 위원회를 구성했다. 2006년 7월, 이 위원회는 광물 분류 위원회와 합병되어 신광물, 명명법 및 분류 위원회를 형성했다.^[13] 명명된 광물과 명명되지 않은 광물을 합쳐 6,000개 이상이 있으며, 매년 약 100개가 발견된다.^[14] ''광물학 교본''은 광물을 다음과 같은 종류로 분류한다: 원소, 황화물, 설포염, 산화물 및 수산화물, 할로겐화물, 탄산염, 질산염 및 붕산염, 황산염, 크롬산염, 몰리브덴산염 및 텅스텐산염, 인산염, 비소산염 및 바나듐산염, 규산염.^[12]

7. 생성 환경

광물은 매우 다양한 환경에서 생성되며, 지구 내부의 높은 온도와 압력에서 일어나는 화성암 마그마의 느린 결정화부터 지구 표면의 염수에서 일어나는 저온 침전까지 넓은 범위를 가진다.^[31]

광물의 다양한 생성 방법은 다음과 같다.^[31]

• 화산 가스에서 승화
• 수용액과 열수 염수로부터의 침전
• 화성암 마그마 또는 용암으로부터의 결정화
• 변성 작용 및 변질 작용으로 인한 재결정화
• 퇴적물의 속성 작용 동안의 결정화
• 지구 대기에 노출된 암석의 산화 및 풍화 또는 토양 환경 내에서의 생성.

8. 생물광물학

생물광물학은 광물학, 고생물학, 생물학의 융합 분야이다. 이는 식물과 동물이 생물학적 제어 하에 광물을 안정화시키는 방법과 퇴적 후 해당 광물의 광물 교체를 순차적으로 연구하는 학문이다.^[15] 생물광물학은 살아있는 식물과 동물의 성장 형태^[16][17]뿐만 아니라 화석의 원래 광물 함량^[18] 등을 결정하기 위해 동위원소 연구와 같은 화학 광물학의 기술을 사용한다.

광물 진화는 광물학의 새로운 접근 방식이다. 광물 촉매 유기 합성과 광물 표면에서 유기 분자의 선택적 흡착과 같이 생명체의 기원 및 과정에서 광물의 역할을 포함하여 지권과 생물권의 공진화를 탐구한다.^[19][20]

9. 광물생태학

2011년에 여러 연구자들이 광물 진화 데이터베이스를 개발하기 시작했다.^[21] 이 데이터베이스는 69만 개 이상의 광물-산지 쌍을 가진 크라우드소싱 사이트 Mindat.org를 공식 IMA 승인 광물 목록 및 지질학적 간행물의 연대 데이터와 통합한다.^[22]

이 데이터베이스는 새로운 질문에 답하기 위해 통계를 적용할 수 있게 해주는데, 이러한 접근 방식을 "광물 생태학"이라고 부른다. 그러한 질문 중 하나는 광물 진화가 얼마나 결정론적 시스템이고 얼마나 무작위성의 결과인가 하는 것이다. 어떤 요인들은 결정론적인데, 예를 들어 광물의 화학적 성질과 그 화학적 안정성 조건 등이 있다. 하지만 광물학은 또한 행성의 구성을 결정하는 과정에 의해 영향을 받을 수 있다. 2015년 논문에서, 로버트 헤이즌 등은 각 원소를 포함하는 광물의 수를 그 풍부함의 함수로 분석했다. 그들은 4800개 이상의 알려진 광물과 72개의 원소를 가진 지구는 멱법칙 관계를 가지고 있음을 발견했다. 달은 단 63개의 광물과 24개의 원소(훨씬 작은 표본을 기반으로)를 가지고 있으며, 기본적으로 동일한 관계를 가지고 있다. 이것은 행성의 화학적 조성을 고려할 때, 더 흔한 광물을 예측할 수 있다는 것을 의미한다. 그러나 분포는 긴 꼬리를 가지며, 광물의 34%가 한두 곳에서만 발견되었다. 이 모델은 수천 종의 더 많은 광물 종이 발견을 기다리거나 형성되었지만 침식, 매몰 또는 기타 과정으로 인해 사라졌을 수 있다고 예측한다. 이것은 희귀 광물의 형성에 우연의 역할을 암시한다.^{[23][24][25][26]}

또 다른 빅 데이터 세트의 사용에서 네트워크 이론은 탄소 광물 데이터 세트에 적용되어 다양성과 분포에서 새로운 패턴을 밝혀냈다. 이 분석은 어떤 광물이 함께 존재하고 어떤 조건(지질학적, 물리적, 화학적 및 생물학적)이 그들과 관련되어 있는지를 보여줄 수 있다. 이 정보는 새로운 광상과 새로운 광물 종을 찾을 위치를 예측하는 데 사용될 수 있다.^[27][28][29]

10. 활용

광물은 금속 제품의 광석으로 사용되어 다양한 상품 및 기계에 쓰이고, 석회암, 대리석, 화강암, 자갈, 유리, 석고, 시멘트 등 건축 자재의 필수 구성 요소로 사용된다.^[31] 또한 비료에도 사용되어 농업 작물의 성장을 돕는다.

10. 1. 수집

10. 2. 관련 단체

• http://www.minsocam.org/ 미국광물학회
• http://www.minersoc.org/ 영국 및 아일랜드 광물학회
• http://mineralogicalassociation.ca/ 캐나다 광물학회
• http://wwwobs.univ-bpclermont.fr/ima/ 국제 광물학회

참조

_[1] 서적 mineralogy American Heritage Dictionary 2017-10-19
_[2] 서적 mineralogy Collins Dictionary 2017-10-19
_[3] 웹사이트 NASA Instrument Inaugurates 3-D Moon Imaging https://web.archive.[...] JPL 2008-12-19
_[4] 서적 Science and civilisation in China https://archive.org/[...] Cambridge University Press
_[5] 백과사전 Law of the constancy of interfacial angles http://reference.iuc[...] International Union of Crystallography 2014-08-24
_[6] 서적 Geological sciences Britannica Educational Pub. in association with Rosen Educational Services 2012
_[7] 서적 Introduction to mineralogy Oxford University Press 2012
_[8] 서적 Earth materials : introduction to mineralogy and petrology Cambridge University Press 2013
_[9] 학술지 Bridgmanite – named at last 2014-11-27
_[10] 서적 Solid state physics https://archive.org/[...] Holt, Rinehart and Winston 1977
_[11] 서적 Powder diffraction : theory and practice https://archive.org/[...] Royal Society of Chemistry 2008
_[12] 서적 Manual of mineralogy : (after James D. Dana) Wiley 1993
_[13] 학술지 International Mineralogical Association 2006-10
_[14] 학술지 A census of mineral species in 2010 2010-10
_[15] 학술지 Wood Petrifaction: an aspect of biomineralogy
_[16] 학술지 Kinetics of Growth of Columnar Triclinic Calcium Pyrophosphate Dihydrate Crystals
_[17] 학술지 Biomineralogy of human urinary calculi (kidney stones) from some geographic regions of Sri Lanka
_[18] 학술지 Environmental relations of modification compositions of certain carbonate secreting marine invertebrates http://authors.libra[...] 2017-07-04
_[19] 뉴스 Earth's rarest minerals catalogued https://www.bbc.co.u[...] 2016-02-13
_[20] 학술지 Mineral Evolution 2008-11-12
_[21] 학술지 Needs and opportunities in mineral evolution research http://nrs.harvard.e[...] 2011-06-24
_[22] 학회 Building the mineral evolution database: implications for future big data analysis 2016
_[23] 학술지 Mineral ecology: Chance and necessity in the mineral diversity of terrestrial planets 2015-03
_[24] 웹사이트 Mineral Ecology https://hazen.carneg[...]
_[25] 웹사이트 Is Mineral Evolution Driven by Chance? https://www.quantama[...] 2015-08-11
_[26] 잡지 How Life and Luck Changed Earth's Minerals https://www.wired.co[...] 2015-08-16
_[27] 뉴스 Data-driven discovery reveals Earth's missing minerals https://www.earthmag[...] American Geosciences Institute 2018-05-01
_[28] 뉴스 Data mining: How digging through big data can turn up new https://cosmosmagazi[...] 2017-08-02
_[29] 뉴스 How Math Can Help Geologists Discover New Minerals https://www.insidesc[...] 2017-08-01
_[30] 서적 The Encyclopedia Americana https://archive.org/[...] Encyclopedia Americana Corp
_[31] 백과사전 Mineralogy Americana Corporation
_[32] 웹사이트 Collector's Corner http://www.minsocam.[...] The Mineralogical Society of America
_[33] 웹사이트 The American Federation of Mineral Societies http://www.amfed.org[...]
_[34] 학술지 The Opening of the Mim Mineral Museum in Beirut, Lebanon
_[35] 뉴스 The MIM Museum opening, Lebanon http://www.mindat.or[...] Mindat.org 2013-10-16
_[36] 웹사이트 Gems and Minerals http://www.nhm.org/s[...] Natural History Museum of Los Angeles 2010-05-22