침철석

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1. 개요
2. 구성
- 2.1. 결정 구조
3. 형성
4. 분포
5. 용도
6. 갤러리
참조

1. 개요

침철석은 삼산화철 수산화물에 속하는 광물로, 녹과 늪철광석의 주요 구성 성분이다. 모스 경도는 5.0~5.5이며, 비중은 3.3~4.3이다. 침철석은 다른 철 함유 광물의 풍화 작용을 통해 형성되며, 토양의 일반적인 구성 요소로, 특히 라테라이트 토양에 집중되어 있다. 전 세계적으로 분포하며, 철광석, 오커 안료, 보석 등으로 사용된다. 또한 화성에서 발견되어 초기 화성에 액체 상태의 물이 존재했다는 증거를 제공하며, 삿갓조개 이빨의 구성 성분으로도 활용된다. 한국에서는 황토의 주요 구성 광물로 널리 분포하며, 농업, 건축, 전통 의학 등 다양한 분야에서 활용되어 왔다.

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침철석
일반 정보
""
분류	산화 광물, 수산화물 아군
화학식	α-FeO(OH)
IMA 기호	Gth
스트룬츠 분류	4.FD.10
결정계	사방정계
공간군	Pbnm
색상	노란색에서 붉은색, 짙은 갈색 또는 검은색
결정형	방사형 침상, 유두상, 보트리오이드, 종유석, 덩어리, 피각, 가상
쪼개짐	완전 {010}
깨짐	고르지 않음 ~ 조각
모스 굳기계	5.0–5.5
광택	금강광택 ~ 둔탁함
굴절률	불투명 ~ 준투명
조흔색	갈색, 황갈색 ~ 오렌지색
비중	3.3–4.3
용해도	염산에 녹음
기타 특징	약한 자기성
어원
이름 유래	시인 괴테를 기리기 위해 명명
기타 정보
관련 광물	침철석
한국어 정보
광물 이름	침철석
화학 조성	FeO(OH)
굳기	5.5
비중	4.3
결정계	사방정계
광택	금강 광택
조흔색	황갈색
쪼개짐	한 방향으로 완전

2. 구성

침철석은 삼산화철 수산화물(Iron oxyhydroxide)에 속하며, 삼가철(ferric iron)을 함유하고 있다. 녹과 늪철광석의 주요 구성 성분이다. 모스 경도는 5.0~5.5이며, 비중은 3.3~4.3이다. 보통 덩어리 형태로 산출되지만, 침상의 바늘 모양 결정(침상철석)을 형성하기도 한다.^[2]

수철석(Feroxyhyte)과 레피도크로사이트(Lepidocrocite)는 침철석과 화학식(FeO(OH))은 같지만, 결정 구조가 다른 다형체(polymorph)이다.^[5] 침철석은 지구 내부 조건과 관련하여 여러 고압 및 고온 다형체를 가질 수 있는데, 여기에는 ε-FeOOH,^[10] 황철석(pyrite)형 입방체 다형체,^[11] 초고밀도 육방정계 구조가 포함된다.^[13] 침철석은 알루미늄 산화수산화물 광물인 다이아스포어(diaspore)와 같은 결정 구조를 가진다.

2. 1. 결정 구조

산소와 수산화물 이온은 육방밀집구조를 형성하며, 철 이온은 음이온 사이의 팔면체 자리를 채운다. 철 이온이 채워진 자리는 결정의 길이 방향으로 쌍을 이룬 사슬을 형성하며, 각 쌍의 두 사슬은 수산화물 이온에 의해 연결되어 있다.^[2]

3. 형성

침철석은 다른 철 함유 광물의 풍화작용을 통해 주로 형성되며, 토양, 특히 라테라이트 토양의 주요 구성 요소이다. 해양 및 호수 퇴적물에서 자생적으로 생성되는 산화수산화철이다.^[14] 침철석 형성은 Fe²⁺(제1철)에서 Fe³⁺(제2철)로의 산화 상태 변화를 특징으로 하며, 이를 통해 지표 조건에서 안정적으로 존재한다. 이러한 산화 상태 변화 때문에 침철석은 가성형으로 자주 발견된다. 철 함유 광물이 토양 내 산화대에 도달하면 철은 철(II)에서 철(III)로 변하며, 모암의 원래 형태는 유지된다. 일반적인 침철석 가성형에는 황철석, 능철석, 비철석 등이 있지만, 적절한 조건에서는 어떤 철(II) 함유 광물도 침철석 가성형이 될 수 있다. 또한 지하수 침전, 열수 퇴적물 형성, 특정 박테리아 종의 배설 과정을 통해서도 생성될 수 있다.^[15]

4. 분포

침철석은 전 세계적으로 발견되며, 일반적으로 구체 형태, 종유석 형태, 둥근 알갱이암(작은 둥근 알갱이들이 서로 결합된 형태)^[4], 신장상(콩팥 모양) 또는 포도상(포도송이처럼 구형)의 집합체로 나타난다. 또한 매우 흔한 가성형(假晶) 광물이기도 하다. 샘물의 상류 습지대('늪철광'), 동굴 바닥, 호수 및 작은 개울 바닥에서 자주 발견된다. 황화광물 퇴적물의 산화로 인해 생성되는 '상자형 구조' 또는 고산은 침철석과 다른 산화철, 석영으로 구성된다.^[16]^[2]

상당한 침철석 매장지는 영국, 쿠바 및 미국의 미네소타주, 미주리주, 콜로라도주, 앨라배마주, 조지아주, 버지니아주, 테네시주에서 발견된다.^[16]^[2]

NASA의 ''스피릿'' 로버에 의해 화성의 구세프 크레이터에서 발견되어, 초기 진화 단계에서 화성에 액체 상태의 물이 존재했다는 강력한 증거를 제공했다.^[17]

삿갓조개의 이빨은 지름이 수십 나노미터에 불과한 침철석 섬유로 약 80% 구성되어 있으며, 이는 결함에 민감하지 않을 정도로 작아, 3.5~6.0 GPa의 극도로 높은 인장강도와 120GPa의 탄성계수를 나타낸다.^[18]^[19]

5. 용도

침철석의 주요 현대적 용도는 철광석으로, '갈색 철광석'으로 불린다.^[4] 침철석은 오커 안료의 중요한 구성 요소이며,^[20] 구석기 시대부터 적색 안료로 사용하기 위해 열처리되어 왔다.^[21] 열대 기후의 사문암 위에 형성된 철이 풍부한 라테라이트 토양은 철 함량뿐만 아니라 다른 금속을 얻기 위해 채굴된다.^[22]

고품질 침철석 표본은 희귀하여 수집가들에게 귀중하게 여겨진다.^[16] 줄무늬 또는 무지개빛을 띠는 품종은 카보숑으로 연마되어 보석 제작에 사용된다.^[23]

고대 프리기아 왕국의 왕릉에서 전설적인 미다스 왕의 아버지인 고르디우스 왕으로 여겨지는 시신이 발견되었다. 그의 수의는 침철석을 함유한 염료로 염색되었는데, 원래의 바래지 않은 상태였다면 마치 금으로 짠 것처럼 보였을 것이다. 역사가들은 미다스 왕의 황금 손길 전설이 이러한 금색 직물로 만든 옷을 입은 프리기아 왕족에서 유래했을 것이라고 추측한다.^[24]^[25]

6. 갤러리

무지개광택을 띠는 침철석, 필론 수르 광산, 스페인 타르시스(Huelva)

날카로운 원반 모양의 방해석이 침철석으로 완전히 치환되었는데, 원래 형태가 완벽하게 보존되었다.

미국 콜로라도주 레이크 조지(Park County)산 침철석의 미세 결정 표본

참조

_[1] 논문 IMA–CNMNC approved mineral symbols 2021
_[2] 서적 Manual of Mineralogy https://archive.org/[...] Wiley
_[3] 웹사이트 Goethite Mineral Data http://webmineral.co[...] 2012-04-08
_[4] mindat Goethite
_[5] 웹사이트 Goethite http://www.handbooko[...] Mineral Data Publishing 2005-03-14
_[6] 웹사이트 goethite http://www.lexico.co[...] Oxford University Press
_[7] 웹사이트 goethite
_[8] 웹사이트 goethite
_[9] 웹사이트 goethite
_[10] 논문 High-pressure X-ray diffraction study of ε-FeOOH
_[11] 논문 FeO₂ and FeOOH under deep lower-mantle conditions and Earth's oxygen–hydrogen cycles
_[12] 논문 The pyrite-type high-pressure form of ε-FeOOH
_[13] 논문 Discovery of a hexagonal ultradense hydrous phase in (Fe,Al)OOH
_[14] 논문 Nanogoethite is the dominant reactive oxyhydroxide phase in lake and marine sediments
_[15] 논문 Biomineralization of lepidocrocite and goethite by nitrate-reducing Fe(II)-oxidizing bacteria: Effect of pH, bicarbonate, phosphate, and humic acids
_[16] 서적 Mineralogy for amateurs. Van Nostrand 1964
_[17] 논문 Mössbauer spectroscopy on Mars: goethite in the Columbia Hills at Gusev crater https://biblio.ugent[...] 2005-11
_[18] 뉴스 Limpet teeth set new strength record https://www.bbc.co.u[...] BBC News 2015-02-18
_[19] 논문 Extreme strength observed in limpet teeth Royal Society 2015-04-06
_[20] 논문 Clay and iron oxide pigments in the history of painting 2003-04
_[21] 논문 Heat Treatment of Mineral Pigment During the Upper Palaeolithic in North-East Italy: Heat treatment of mineral pigment during the Upper Palaeolithic 2018-10
_[22] 논문 Origin of the Surigao iron ores 1941-05-01
_[23] 논문 Notes on Rare and Unusual New England Gemstones 1968-10
_[24] 서적 The archaeology of Phrygian Gordion, royal city of Midas https://books.google[...] University of Pennsylvania Museum of Archaeology and Anthropology 2012
_[25] 웹사이트 Great Myths and Legends: The Golden Age of King Midas https://www.youtube.[...] Penn Museum

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