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HOME»  外国産 鉱物・原石

地球の構造

 

 

地球は半径が6378kmもある惑星です。
その地球の内部に何があるのか?
質量が1kgの物体を動かす力と、地球の半径から万有引力の法則により地球の資質を計算し、求めた地球の密度は5.52g/cm³です。
一方、大陸を代表する岩石である花崗岩の密度は2.65g/cm³、マントルに起源を持つ橄欖岩でも密度は3.3g/cm³であり、地球の平均密度よりもかなり小さなものです。
地球の内部には、花崗岩や橄欖岩よりも何倍も重い物体が入っています。
その物体が何で、どのくらいの大きさなのかは、地震波の観測に基づいて推定されます。
物質は圧力の上昇によって密度が高くなり、密度が高いほど地震波の伝播速度は速くなります。
地球が均質なら深さに比例して、地震波速度が速くなるはずですが、実際には速度が不連続に変わる深度が4つあるので、地球内部には5つの層があるとされているのです。
地表から7-40kmを地殻、その下から低速度層を経て670kmまでを上部マントル、その下部2900kmまでを下部マントル、2900-5150kmを外核、5150kmから地球の中心までを内核と呼んでいます。マントルは橄欖岩やそれが高圧で変化した岩石で出来ていますが、核は重い鉄とニッケルの合金で出来ており、地球の平均密度を高めているのです。
地球の中心温度は約6000℃、外核の表面温度は約3000℃と推定されているのです。
地球の核と地表の間には大きな温度差があり、その為にマントルはゆっくりと対流を続けています。
この対流が地球表面を覆うプレート間の相対運動や、プレートの中にスポット的に出来る巨大火山の位置をコントロールしているものと考えられています。
その考えによれば、地表から沈み込んだ冷たいプレートがある程度蓄積した後で、マントルの底まで落ちていき(コールドプリューム)、代わりに熱い物質がマントルの底から地表へと間欠的に湧き上がってくる(スーパーホットプリューム)という壮大な物質循環が存在することになります。

私たち生物が、誕生して子供を作って子孫を残し、世代交代していく様に、各鉱物も姿を変えます。
しかし鉱物の構造を作る元素の供給が止まりますと成長が止まり、居心地の悪い環境になれば消え去ってしまいます。
そして、鉱物を構成していた成分は他の鉱物に吸収されていきます。
鉱物は「地球の物質サイクル」というドラマの登場人物に言われます。
地下深く高温高圧条件で出来た鉱物や、酸素が不足した状況でできた鉱物は、地表に現れ空気や水に触れると不安定になります。
そして水、酸素、水酸イオン、硫酸イオンなどを含んだ鉱物へと変化します。
私たちは安定な鉱物、不安定な鉱物が混在した状況を普通に見ています。
鉱物やその産出状態を観察することによって、物質が姿を変えていくプロセスを知る事が出来るのです。
テキスト


鉱物の選び方

初心者の方

*単純に結晶が綺麗な物を、選んでお部屋のインテリアに使用する。
*自分の好きな鉱物名を指定して、結晶の綺麗さと価格を比較して選ぶ。

マニアの方
*完全に鉱物名から選び、自分の考えてる結晶、価格が一致しているものを選びます。
*地殻の構成
地球の表層を占める岩盤を地殻と呼んでいます。海底では4~7kmにすぎないが、大陸部では25~40kmもの厚さになります。
地表に現れた岩石の化学分析によって地殻の平均組成が見積もられます。地殻を構成する元素の量比には極端なメリハリがあり、多い方から10番目までの元素で、地殻の99%が占められています。最も多い元素が、酸素、次に珪素、アルミニウム、鉄、カルシウムと続きます。量の少ないものを含めると、国際的に認知され命名されている元素は111種に昇ります。これらの元素はランダムに混合しているわけではありません。イオン(荷電粒子)となった元素は、プラスとマイナスで引き合い、組み合わさって電気的な中性を実現する。また、原子やイオンは高密度に空間を埋めるように、互いの位置関係を作る。その結果、元素の集合体には高度の規則性が現れる。それが鉱物です。

鉱物と岩石の違い・岩石と鉱物の違い

地球を構成する物質を呼ぶのに、岩石、鉱物、鉱石など様々な言葉が、日常的に使用されている。端的に言えば、地殻を構成する最小単位が鉱物である。岩石を細かく砕いていくと、均質な粒子に辿り着く。その粒子の中では、どこをとっても同じ組成と同じ物性を持っている。その先、どんなに細かく砕いても、性質の異なる粒子は現れない。その粒子が地殻の最小単位となっている鉱物である。



鉱物の定義

以下の項目をクリアする物質のみが鉱物と呼ばれる資格を持っています。
* 天然に産する、固体無機物質である。
* その組成は、化学式によって記述できる。
* 構成物質の配列が規則的である。つまり結晶質である。
* 物理的な性質が、狭い範囲に収まる。

琥珀は有機物なので鉱物には含めない。オパールは天然に産出する無機固体物質であるが、非晶質なので鉱物とは区別し、準鉱物としている。水銀は、液体なので鉱物としない。このように、鉱物の定義はかなり厳密である。

鉱石
鉱物と同じ意味で、ときどきメディアで使用されます。しかし厳密には間違っています。鉱石は、採掘して価値のある岩石のことを意味します。例えば、金、銀を成分とする鉱物を含む岩石、もちろん一定以上の含有量があれば、それを鉱石と言います。
この鉱石には、本当に価値のある金と銀の合金や、銀の硫化物など、あまり価値がない石英など色々な鉱物が含まれています。ここから価値のある鉱物だけを取り出す作業が精錬になります。

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並び順:

鉱物の形
鉱物の魅力の一つは、その造形的な美しさにあります。結晶が見せる規則正しい外形は、結晶内部の規則的な原子配列の結果です。一方、鉱物が限られた空間で成長する時には、その外形は結晶の内部構造を素直に表現した形になるとは限りません。成長する結晶同士が空間を奪い合うように全方向に成長し、団子のような魂を作ることもあります。また、鉱物集合体の形は、結晶が成長する時の環境を知るためのヒントを与えてくれます。
鉱物の出来かた
鉱物は基本的に結晶質の固体と定義されるが、それは我々が住む環境下のことである。稀にとんでもない低温あるいは高温が記録されるかも知れませんが、気温は-40~50℃ほどであります。気圧は、一時的に台風などの低気圧はあるものの、ほぼ1,000+-50hPaである。このような常温常圧のもとで結晶質の固体になることが出来れば、鉱物として扱います。
また、水の状態では鉱物とはみなしませんが、氷は1気圧(1.013hPa)0℃以下で結晶質の固体となるので鉱物として扱います。自然に産する水銀は常温常圧下では液体ですが(1気圧、約-39℃以下で固体)、例外的に鉱物として扱っています。また、固体であるが結晶質のない地球の産物(火山ガラス、オパール、琥珀など)も鉱物です。

化学組成
鉱物は固有の結晶構造と、ほぼ一定の化学組成を持っています。言い換えますと、構成元素の存在状態や量比には縛りがあります。イオンの電荷、その鉱物が成り立つ為の基本構造単位、互いに置換が可能なイオンのセットが分かる様にしたのが、鉱物の化学式です。
結晶系
結晶の中で規則的に繰り返される原子の配列の繰り返しの単位が、平行六面体で表されることが単位格子です。この平行六面体の辺の長さの等しさ、辺の角度の特徴(90°、120°あるいは以外で)により、7種類の単位格子の対称性が肉眼で観察できる結晶の形態に反映されていることがあります。
例えば、ダイヤモンド原石は正八面体で、鏡に映した虚像が実体に重なる鏡面の対称性を左右、前後、上下に持っています。更に相対する頂点を結ぶ軸を中心に回転させた虚像は90°ごとに実体と重なり、これを3方向どの頂点の組み合わせでも成り立っています。1回転360°する間に90°ごとに4回、虚像と実体が重なるので、4回回転軸があると言います。この鏡、回転という2種類の対称性を結晶の外形ではなく、結晶構造の単位格子に当てはめます。斜方晶系、正方晶系、等軸晶系のそれぞれの単位格子にもこれら鏡や回転の対称性が見られますが、ダイヤモンド原石の様に、鏡の対称が左右、前後、上下に全て、4回回転の対称も左右、前後、上下の頂点の組み合わせ全てを満たされているのは、立方体である等軸晶系の単位格子の形だけです。しかし、等軸晶系に属する鉱物の結晶形態は正八面体だけとは限りません。黄鉄鉱や岩塩では、単位格子の形、立方体がそのまま結晶形態となっていることもあります。この形状でも、等軸晶系の特徴である、鏡と4回回転の関係が、左右、前後、上下の3方向に成り立っています。鏡の関係は3方向でも90°回転の対称は1方向しか成り立たない(残りは180°回転になる)のは正方晶系の特徴です。更に90°回転が失われた場合が斜方晶系です。鏡の関係の対称性が1方向だけに減ると単斜晶系の特徴となります。さらに残った鏡の関係を失っているのが三斜晶系です。
比重
比重は鉱物の重さを同体積の水の重さとの比で表現した数値です。比重1は水と同じ密度である事を意味します。比重は、結晶中に含まれる元素の重さと、結晶構造の緻密さを反映します。原子番号の大きな金属原子が微密に集合した物質では大きな数値をとります。
硬度
硬度は、鉱物の機械強度の尺度です。鉱物を鑑定する際には、ひっかきに対する強さのスケールにが使われてきました。それはモースの硬度計と呼ばれ、最も柔らかい滑石の硬度を1とし、最も硬いダイヤモンドの硬度を10とし、その間に8種類の鉱物を配置しています。また、実際の鉱物の硬さが、燐灰石と長石の中間であれば、硬度は5.5と表します。5.1とか5.7といった微妙な表現はしません。
劈開
劈開は、鉱物が特定の方向に割れる性質があるかどうかを表す言葉です。劈開は、結晶構造(化学結合)の異方性を反映しています。衝撃を与えて破砕した鉱物粒子に、特定の方向に沿った平面が多数現れる場合に、劈開が完全、あるいは明瞭と言います。
複屈折
等軸晶系以外の鉱物は二つの屈折率を持っています。これが複屈折です。複屈折の大きな方解石は、線や文字を二重に見せます。水晶も複屈折性でありますが、程度は小さい為10cm以上の大きさにならないと二重には見えません。複屈折性の小さな鉱物は、ほとんど暗く見えて、中程度のものは黄色、赤色、青色などの鮮やかな色に、高いものは明るく見えます。
鉱物の分類

今日では、4400種以上の鉱物種が知られています。それらは、化学組成により、元素、硫化、硫塩、水酸化、ハロゲン化、炭酸塩、硝酸塩、ホウ酸塩、硫酸塩、クロム酸塩、モリブデン酸塩、タングステン酸塩、燐酸塩、砒酸塩、バナジン酸塩、珪酸塩の各鉱物に分類されます。また、珪酸塩は珪酸四面体の並び方の幾何学的な規則性に基づいて、更に、ネソ、ソロ、シクロ、イノ、フィロ、テクトの各珪酸塩鉱物グループに細分されています。
鉱物の生成
好奇心を刺激して止まらない鉱物たちが、地球のどんな場所で、いかなるメカニズムで生成したかが分かると、鉱物への興味が絶えることは無いでしょう。
鉱物の産状
鉱物は、様々な原子やイオンが凝集し、電気的な中性を保ちながら、規則正しい配列を作った物質です。鉱物は置かれた環境で居心地が良ければ生きながらえ、そうでなければ、分解して他の鉱物にスペースと元素を譲りまたします。生物界の世代交代、食物連鎖は鉱物界の一般事情でもあります。地球の物質は、大きく循環しています。一つは大気圏、水圏、生物圏を巡ります。空気、二酸化炭素、水などの動きであり、太陽から放射される熱エネルギーによって駆動されています。サイクルは比較的早いです。もう一つのサイクルは、地殻を載せた上部マントルが地球表層を移動し、沈み込んだ帯から再び地球内部へと吸収され、海嶺やポットスポットで海洋地殻として再生する動きであります。地球内部は熱エネルギーによって駆動されており、サイクルは億単位です。海から蒸発した水は雨となって陸地にふりそそぎ、雨は集まり川となって地球表層の岩石を削り取って海へと運び出します。海底に堆積した、泥、砂、生物の遺骸は圧密されて岩(堆積岩)になります。プレートが沈み込む地帯では、海洋地殻の上の遠洋性堆積物が、火山島、珊瑚礁などと相まって陸側に掻き寄せられ、陸源の堆積物と混じって複雑な地層(付加体)を作ります。その一部は、プレートの動きに引きずられて地下深部に至り、著しい変形と再結晶をおこす(広域変成岩)。地球深部の高温環境に引き込まれた海洋地殻は脱水し、上方の上部マントルに水を供給します。水は岩石の融点を下げマグマは地殻中を上昇し、地殻上部の岩石を熱変成させます(接触変成岩)と共に、大部分は地下に留まって固結します(深成岩)。マグマの一部は地表に絞りだされて火山を造ります。(火山岩)
火山岩
火山岩は、火山から噴出してあるいは地下の浅いところでマグマが固結したものです。この生成場には、火山岩の造岩鉱物と、マグマから分離したガスからの昇華鉱物が誕生します。海洋プレートの沈み込み帯に位置する日本列島には火山が多く、活火山だけに限定しても100を超えます。若い火山の表面は、新たな噴出物で次々に覆い隠されていきますが、成長を止めた火山では、侵食が進行し、かつてマグマの通り道であった岩脈が現れて来ます。マグマの冷却に伴って、融点の高いものから低いものへと順に晶出が進む為、初期に出来た鉱物や、他の岩石からマグマに取り込まれた高温生成の鉱物は熔融体の中に固体として存在しています。それが班晶となり、熔融体が急冷された部分は細長い石基となります。班晶を作る鉱物は、カリ長石、斜長石、かんらん石、普通輝石、紫蘇輝石、角閃石、黒雲母、石英、磁鉄鉱、チタン鉄鉱などがあります。地下深くから高温のマグマが短時間で地球にあふれ出すような場合には、ほとんど班晶を含まない火山岩が出来ることもあります。マグマが発泡しながら地表に噴き出す、いわゆる爆発的な噴火が起こると、軽石や火山灰となったマグマが広範囲に積もることになります。火山岩は、そのシリカの含有率によって大まかに、玄武岩、安山岩、デイサイト、流紋岩に分けられます。玄武岩は黒色の輝石や磁鉄鉱に富む為に黒く、流紋岩は石英、長石の存在比率が高い為に白色ぽいのが普通です。班晶は、岩石の風化に伴って火山岩の石基や火山灰から分離し、その比重の大きな磁鉄鉱、チタン鉄鉱などは、地表で二次的に濃集して砂鉄鉱床を造る場合があります。マグマは、重量の数%~10%の水を含んでおり、マグマの冷却固結にともなって火山ガスとなって放出されます。火山ガスは、水の他に、二酸化炭素、硫黄化合物、塩化水素などを含んでいるため、火山の噴気孔には様々な鉱物が昇華してきます。噴気鉱の温度が100°前後だと硫黄が最も多く、500°を超える場合には、金属の硫化物、酸化物、ハロゲン化物などが昇華します。
変成岩及びスカルトン 
堆積岩や火成岩が温度や圧力、また周囲に存在する水溶液の影響によって、再結晶したものを変成岩と呼びます。変成岩を源岩として、更に変成作用が上塗りされることも有ります。地球上の物質が地表から地下にリサイクルされること、地下は温度や圧力が高いこと、高温のマグマが地殻を貫いて、地下の浅い所に上がってくることなどが、変成作用が起こる原因です。海洋プレートの浮き沈みに伴って、堆積岩が圧縮力を受けたり地下に引きずり込まれる場所では、広い範囲で岩石の変形を伴った低温高圧型変成作用が起きます。この様な広域変成岩の一つに結晶片岩と呼ばれる岩石があり、再結晶する鉱物が偏圧の方向を反映して一定方向に成長する特徴が見られます。紅簾石、十字石、柘榴石などは結晶片岩に現れる代表的な鉱物です。地殻の浅い所に上昇した高温のマグマの隣接部では、高温低圧型の変成作用が起こります。こうして出来た低圧高温型の変成岩を接触変成岩と呼んでいます。接触変成岩は、偏圧が少ない場所で出来る為、鉱物が一定方向に並ぶことは有りません。泥質岩が接触変成を受けると、紅柱石や雲母が出来ます。石灰岩の岩石が接触変成を受けると、カルシウムに富む珪酸塩、例えば灰ばん柘榴石、透輝石、灰鉄輝石、ベスブ石、エピトードなどの集合体が出来ます。これをスカルンと言います。スカルンは、輝水鉛鉱、灰重石、黄銅鉱、閃亜鉛鉱、磁鉄鉱などを多量に伴う事があります。
ペグマタイト
深成岩のマグマが岩石を造っていて、その最後の段階に一種の残りもののマグマが造られます。それは水分や炭酸ガスや珍しい元素を含んでいます。それがゆっくりと冷えて固化すると、非常に粗粒の岩石が生まれます。ガスの成分が多かった為、各所に空洞が出来てその隙間には、水晶や長石やその他の結晶を育成しています。自由な空間で結晶が成長する為、綺麗な大きな結晶が誕生しやすい。この様なペグマタイトは、最高の鉱物標本を供給してくれます。一番普通のペグマタイトは、花崗岩ペグマタイトで、単にペグマタイトと言えばこれのことです。その他にも、閃長岩ペグマタイト、閃緑岩ペグマタイトなどにも綺麗な結晶鉱物を産出しています。