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1 惑星物質科学 前期 曜 1 限 瀬 雄介 7. 主要鉱物の各論

2 ケイ酸塩鉱物の分類 ケイ酸塩鉱物 (silicate) は 太陽系で最もありふれた物質であり 固体惑星を形成する主要な鉱物である 部分のケイ酸塩鉱物において 構造中のSi 4+ は4つの O 2 に囲まれた四 体を作っている これをSiO 4 四 体という SiO 4 四 体は 単独では電気的に陰性であり4 の電荷をもつ すなわち [SiO 4 ] 4 という多原 陰イオンである Al 3+ はSi 4+ と同程度のイオン半径を持っており [AlO 4 ] 5 イオンとして振る舞うことがある AlとSiが共に四 体配位するケイ酸塩においては (Al,Si)O 4 四 体 と表現する 惑星の深部のような い圧 (> ~ 20 万気圧 ) では 6つのO 2- に囲まれた8 体を作り [SiO 6 ] 8 となる

3 ケイ酸塩鉱物の分類 SiO 4 四 体は 頂点の酸素を隣のSiO4 四 体と共有して 結合 ( 重合 ) することがある 共有された酸素を架橋酸素 (bridging oxygen) といい 共有されない酸素を 架橋酸素 (nonbridging oxygen) という 低い 例えば つの四 体が頂点を共有した場合 架橋酸素の電荷は つのSi 4+ に割り振られ 全体として [Si 2 O 7 ] 6 というイオンとなる 架橋酸素の割合が きいことを 重合度が いという SiO 4-4 重合度 架橋酸素 架橋酸素 い

4 ケイ酸塩鉱物の種類 ネソ ケイ酸塩 (Nesosilicates) カンラン : (Mg,Fe)SiO 4 ザクロ : Ca 3 (Fe,Al) 2 (SiO 4 ) 3 SiO 4 四 体が頂点を共有せず独 に存在 [SiO 4 ] 4- ソロ ケイ酸塩 (Sorosilicates) 緑簾 ( りょくれん ) epidote: Ca 2 (Al,Fe) 3 O(SiO 4 )(Si 2 O 7 )(OH) ローソン : CaAl 2 (Si 2 O 7 )(OH) 2 H 2 O SiO 4 四 体 2 つが頂点を共有してカップルを形成 [Si 2 O 7 ] 6- サイクロ ケイ酸塩 (Cyclosilicates) キンセイ cordierite: (Mg,Fe) 2 Al 3 (AlSi 5 O 18 ) ベリル ( エメラルド ): Be 3 Al 2 (SiO 3 ) 6 SiO 4 四 体が頂点を共有してリングを形成 [Si n O 3n ] 2n- 6 員環 3 員環

5 ケイ酸塩鉱物の種類 シングルチェイン イノ ケイ酸塩 (Single chain inosilicates) 輝 : (Ca,Mg,Fe)SiO 3 SiO 4 四 体が つの頂点を共有してチェインを形成 珪灰 : CaSiO 3 [Si n O 3n ] 2n- ダブルチェイン イノ ケイ酸塩 (Double chain inosilicates) カミングトン 閃 : Fe 2 Mg 5 Si 8 O 22 (OH) 2 トレモライト 閃 : Ca 2 Mg 5 Si 8 O 22 (OH) 2 普通 閃 Hornblende Ca 2 (Mg,Fe,Al) 5 (Al,Si) 8 O 22 (OH) 2 SiO 4 四 体が六員環を連ねて ダブルチェインを形成 [Si 4n O 11n ] 6n-

6 ケイ酸塩鉱物の種類 フィロ ケイ酸塩 (Phyllosilicates) 蛇紋 : Mg 3 Si 2 O 5 (OH) 4 雲 ( 雲 ): KMg 3 (AlSi 3 O 10 )(F,OH) 2 SiO 4 四 体が三つの頂点を共有してシートを形成 [Si 2n O 5n ] 2n- テクト ケイ酸塩 (Tectosilicates) : (Ca,Na,K)(Al,Si) 4 O 8 英 : SiO 2 SiO 4 四 体が全ての頂点を共有してネットワークを形成 [Al x Si y O 2x+2y ] x-

7 カンラン カンラン は 般式 M 2 SiO 4 で表され 主にフォルステライト (forsterite, Mg 2 SiO 4 ) とファヤライト (fayalite, Fe 2 SiO 4 ) の端成分を持つ全率固溶体 結晶構造は 酸素がほぼ六 最密パッキングに配置し 4 配位の席を Si 4+ が 6 配位の席を Mg 2+ あるいは Fe 2+ が占める Mg, Fe a c SiO 4 四 体 b : SiO 4 四 体緑 : MgO 6 体

8 カンラン Forsterite Mg 2 SiO 4 Fe 2+ Mg 2+ Fayalite Fe 2 SiO 4 フォルステライト成分が 30 mol% の時 Fo 30 のように表現する カンラン は 多くの岩 の主要構成鉱物である マフィック (mafic, MgO と FeO 成分に富み SiO 2 成分に乏しい ) な岩 に含まれる 上部マントルを構成するもっとも主要な鉱物である Olivine (forsterite) in contact metamorphosed olivine marble; Ottawa, Canada.

9 Mg 2 SiO 4 多形 カンラン は 地下 410km の深さまでは安定だが それ以深では 圧相に相転移する 410 km から 660 km に る 連の地震波速度の不連続はこの相転移が原因であると考えられている 2000 Liquid Temperature ( ) 1500 Olivine (α) Wadsleyite (β) Bridgmanite + Periclase Ringwoodite (γ) Pressure (GPa)

10 地球の内部構造 深さ (km) 体積 (vol%) 温度 (K) 圧 (GPa) 構成物質 海洋地殻 武岩 陸地殻 花崗岩 ~ 閃緑岩 上部マントル 遷移層 カンラン ザクロ + 輝 スピネル + ザクロ 下部マントル ブリッジマナイト + ペリクレース 最下部マントル (Dʼʼ) ポストペロブスカイト + ペリクレース 外核 液体鉄 内核 属鉄

11 Olivine Mg 2 SiO 4 多形 Liquid Wadsleyite (β) Bridgmanite + Periclase Temperature ( ) Olivine (α) 410km 530km 660km Ringwoodite (γ) Pressure (GPa) ウォズレイアイト (wadsleyite) は 地下 410~530 kmで安定な構造である 歪んだスピネル構造を持つ リングウッダイト (ringwoodite) は 地下 525~660kmで安定な構造である スピネルと同 の構造を持つ カンラン ウォズレイアイト リングウッダイトをそれぞれα, β, γ 相ということもある 660km 以深では ブリッジマナイト (MgSiO 3 ) とペリクレース (MgO) に分解する Wadsleyite Ringwoodite

12 輝 c diopside 輝 は 般式 MSiO 3 で表される固溶体である Mには様々な陽イオン (Mg, Fe, Ca, Na, Li, Cr, Alなど ) が占める SiO 4 四 体が頂点を共有し1 次元的に連なって [Si n O 3n ] 2n の単鎖を形成する 単鎖は6 配位の席を占めるMイオンによって結び付けられている 6 配位の席 (M 席 ) は結晶学的に2 種類存在する M1 席は 較的 さく正 体に近い M2 席は きくやや歪んだ 体である M1とM2は同 の割合で存在する サイズの きな陽イオン (Ca, Naなど ) は M2 席に りやすい b Ca c a a Mg,Fe b

13 輝 輝 構造は 較的柔軟であり 様々な元素を固溶する 代表的な輝 の鉱物名と対称性 グループ 鉱物名 単成分の化学組成 固溶体の化学組成 晶系空間群 直 輝 紫蘇輝 hypersthene 1 (Mg,Fe)SiO 3 直 Pbca エンスタタイト (ortho)enstatite MgSiO 3 フェロシライト (ortho)ferrosilite FeSiO 3 Ca-Mg-Fe 輝 単斜エンスタタイト clinoenstatite MgSiO 3 (Mg,Fe)SiO 3 単斜 P2 1 /c 単斜フェロシライト clinoferrosilite FeSiO 3 ピジョン輝 pigeonite 1 (Mg,Fe,Ca)SiO 3 2 単斜 P2 1 /c 3 ディオプサイド diopside CaMgSi 2 O 6 Ca(Mg,Fe)Si 2 O 6 単斜輝 ヘデンバージャイト hedenbergite CaFeSi 2 O 6 単斜 C2/c 普通輝 augite 1 (Mg,Fe,Ca)SiO 3 ヒスイ輝 jadeite NaAlSi 2 O 6 Na 輝 エジリン aegirine NaFe 3+ Si 2 O 6 Na(Al,Fe)Si 2 O 6 単斜 C2/c コスモクロア kosmochlor NaCr 3+ Si 2 O 6 4 単斜 C2/c Li 輝 スポデュメン spodumene LiAlSi 2 O 6 4 単斜 C2/c Mn 輝 加納 kanoite MnMgSi 2 O 6 (Mn,Mg)MnSi 2 O 6 単斜 P2 1 /c

14 輝 もっともありふれた輝 はCa-Mg-Fe 輝 である その化学組成は MgSiO 3 FeSiO 3 CaSiO 3 三成分系におけるCaSiO 3 50 mol% の領域 ( 輝 台形, pyroxene quadrilateral) で表現される Ca-Mg-Fe 輝 の化学組成は 三成分の略号を使ってモル で表す ( 例えばEn 40 Fs 10 Wo 50 ) Wo Wollastonite (CaSiO 3 ) No stable phase (CaMgSi 2 O 6 ) Di Hd (CaFeSi 2 O 6 ) Diopside Hedenbergite Augite 普通輝 単斜輝 Clinopyroxene Pigeonite ピジョン輝 Enstatite Hypersthene Ferrosilite En(Mg 2 Si 2 O 6 ) 紫蘇輝 (Fe 2 Si 2 O 6 ) Fs 直 輝 Orthopyroxene

15 輝 Wo 成分が少ない (<~5 mol%) 直 晶系の輝 は 直 輝 (orthopyroxene) とよばれ 常温常圧で安定な結晶相である Opxと略されることが多い 端成分としてエンスタタイトとフェロシライトがある 紫蘇輝 はMgとFeを同程度含む直 輝 のことであるが 現在は使われない名称 (CaMgSi 2 O 6 ) Di Hd (CaFeSi 2 O 6 ) Diopside Hedenbergite Augite 普通輝 Pigeonite ピジョン輝 Enstatite 直 輝 Hypersthene Ferrosilite Opx En (Mg 2 Si 2 O 6 ) 紫蘇輝 Fs (Fe Si O )

16 輝 Wo 成分を5~10 mol% 含む単斜晶系の輝 は ピジョン輝 (pigeonite) と呼ばれる ピジョン輝 は 温ではC2/cの対称性を持ち 普通輝 (augite) と完全固溶体を作る C2/c 相は冷却に伴ってP2 1 /cに変位型の相変態をする P2 1 /c 相は準安定相であるが 岩などにしばしばみられる (CaMgSi 2 O 6 ) Di Hd (CaFeSi 2 O 6 ) Diopside Hedenbergite Augite 普通輝 Pigeonite 天然のピジョン輝 にみられる組成領域 En Enstatite Hypersthene Ferrosilite (Mg 2 Si 2 O 6 ) 紫蘇輝 Fs (Fe 2 Si 2 O 6 )

17 輝 Wo 成分が30~50 mol% の単斜晶系の輝 は 単斜輝 (clinopyroxene) と呼ばれる Cpxと略される 端成分として ディオプサイドとヘデンバージャイトがある 普通輝 ( あるいは透輝 ) は Wo 成分がおよそ30~40 mol% の組成領域を指すが 区別できない場合は 単斜輝 と普通輝 を同義で使うこともある (CaMgSi 2 O 6 ) Di Hd (CaFeSi 2 O 6 ) Diopside Hedenbergite Augite 普通輝 単斜輝 Clinopyroxene Pigeonite En ピジョン輝 Enstatite Hypersthene Ferrosilite (Mg 2 Si 2 O 6 ) 紫蘇輝 (Fe 2 Si 2 O 6 ) Fs 直 輝 Orthopyroxene

18 CPX-OPXの結晶構造の関係 直 輝 の構造は 単斜輝 の構造を(100) に沿ってb映進 で操作したものに等しい すなわち 直 輝 は単斜輝 を単位格 スケールで双晶させたものと考えることが出来る 双晶 双晶 c 双晶 c a 単斜輝 直 輝 a

19 輝 Wo 成分が10~30mol% の組成の輝 は 天然には産出しない これは Wo 10~30 組成の輝 が常温下では不安定であるからである 不混和の領域は 温度に依存する 不混和領域では Aug, Opx, Pig に相分離する したがって 岩 中に含まれるこれらの輝 の化学組成を測定することで その岩 の ( 輝 に関する ) 平衡温度を 積もることが出来る これを輝 温度計という (CaMgSi 2 O 6 ) Di Hd (CaFeSi 2 O 6 ) Aug Pig Pig Pig Pig Opx (Mg 2 Si 2 O 6 ) En Fs (Fe 2 Si 2 O 6 )

20 輝 温度計 (CaMgSi 2 O 6 ) Di Hd (CaFeSi 2 O 6 ) Aug Aug + Opx Aug + Opx + Pig Aug + Pig 輝 構造が安定でない領域 Pig Pig+Opx Opx En Fs (Mg 2 Si 2 O 6 ) (Fe 2 Si 2 O 6 ) Lindsley and Anderson, 1983

21 Wo 成分が10~30mol% の組成の輝 は 天然には産出しない これは Wo 10~30 組成の輝 が常温下では不安定であるからである 温では安定であった中間組成の輝 が冷却した場合 普通輝 -ピジョン輝 あるいは普通輝 - 直 輝 の離溶組織が形成される このような離溶は (100) あるいは (001) に沿って進 することが多い 輝 P P P P P A A A A A Di Hd 不混和領域 En Fs P A P A P

22 準輝 Wo 成分が50mol% 以上では輝 構造は不安定となり ウォラストナイトとディオプサイド-ヘデンバージャイト固溶体の つに相分離する これは Ca 2+ イオンが M2 席を全て満たし さらにそれ以上 M1 席に ることが出来ないからである ウォラストナイト (Wollastonite, CaSiO 3 ) は輝 と同じく [Si n O 3n ] 2n 単鎖を有するが 輝 とは異なる結晶構造をもつ鉱物である 準輝 の 種である Wo 輝 構造の [Si n O 3n ] 2n 単鎖 Wollastonite の [Si n O 3n ] 2n 単鎖 No stable phase Di Hd En Fs

23 MgSiO 3 多形 MgSiO 3 輝 は 地球内部のような 温 圧下では 構造が不安定となり 別の結晶相に相変態する 2200 Liquid Majorite Temperature ( ) Protoenstatite Orthoenstatite Clinoenstatite Wadsleyite + Stishovite Akimotoite Bridgmanite 700 Ringwoodite + Stishovite Pressure (GPa)

24 MgSiO 3 多形 メージャライト (Majorite) はザクロ (garnet, 般式 X 3 Y 2 Si 3 O 12 ) と同 の結晶構造 X 席に Mg, Y 席に Mg と Si が占める Si の 部は 4 配位ではなく 6 配位をとる Temperature ( ) Liquid Protoenstatite Orthoenstatite Clinoenstatite Majorite Wadsleyite + Stishovite Ringwoodite + Stishovite Akimoto -ite Bridgmanite Pressure (GPa) アキモトアイト (Akimotoite) は イルメナイト (FeTiO 3 ) 構造と同 の結晶構造を持つ イルメナイトの中の Fe を Mg が Ti を Si が置き換えた構造 Si は 6 配位 Majorite Akimotoite

25 MgSiO 3 多形 ブリッジマナイト (bridgmanite) は ペロブスカイト (CaTiO 3 ) と同 の結晶構造 直 晶系に属し 結晶構造は SiO 6 体が頂点共有してフレームワークを形成し その隙間にMg,Feが歪んだ8 配位をする 下部マントルの主要鉱物 (90% 以上 ) であり 地球全体の38 vol% を占める 地球でもっとも体積の きい物質である 1975 年に 的に合成され 2014 年に天然の隕 から発 された 2014 年以前は MgSiO 3 ペロブスカイト と呼ばれていた ブリッジマナイトは 120GPa 以上でさらに相転移する その構造は CaIrO 3 と同 である 2004 年に実験的に合成され ポストペロブスカイト と呼ばれているが 鉱物名は付けられていない 下部マントルの最下部 (Dʼʼ 層 ) ではこの鉱物が存在し 地震波の不連続を み出していると考えられている Bridgmanite Post-perovsikite

26 閃 は 般式 A 0~1 B 2 C 5 T 8 O 22 (OH) 2 で表される固溶体である A: Na, K B: Ca, Na, Mg, Fe 2+,Mn 2+ C: Mg, Fe 2+,Fe 3+,Al,Ti,Mn,Cr, Zn T: Al, Si 閃 A: Na C: Mg,Fe B: Ca b c a SiO 4 四 体のみを描画 形状 c 軸 向に伸 することが多い へき開 {110} あるいは {1-10} が顕著 Hornblende c T A B C C C C C O H {110} a b {1 10}

27 閃 B サイトの主成分 Mg, Fe 3+ Ca 2+ Na 2+ 名称化学組成結晶系 A 0~1 B 2 C 5 T 8 O 22 [OH] 2 Anthophyllite ( 直 閃 ) Cummmingtonite ( カミングトン閃 ) Hornblende ( ホルンブレンド, 普通 閃 ) Actinolite ( アクチノ閃 ) Glaucophane ( 藍閃 ) Riebeckite ( リーベック閃 ) 0 [Mg,Fe 2+ ] 2 [Mg,Fe 2+ ] 5 Si 8 O 22 [OH] 2 直 晶系 0 [Mg,Fe 2+ ] 2 [Mg,Fe 2+ ] 5 Si 8 O 22 [OH] 2 単斜晶系 Na Ca 2 [Mg,Fe 2+ ] 4 Al AlSi 7 O 22 [OH] 2 単斜晶系 0 Ca 2 [Mg,Fe 2+ ] 5 Si 8 O 22 [OH] 2 単斜晶系 0 Na 2 Mg 3 Al 2 Si 8 O 22 [OH] 2 単斜晶系 0 Na 2 [Fe 2+,Mg] 3 Fe 3+ 2 Si 8 O 22 [OH] 2 単斜晶系 Two cleavage traces {110} at 56 and 124 in end sections of hornblende. Hornblende gneiss; Sleat, Skye, Scotland. Hornblende in Hornblende gneiss; Sleat, Skye, Scotland.

28 層状ケイ酸塩鉱物 層状ケイ酸塩鉱物は 地球表層に極めて広く分布している 天然では 成岩 変成岩などに広く産出する 代表的な 化鉱物である 業材料としての重要度も い 4 体シート (tetrahedron sheet) 8 体シート (octahedron sheet)

29 四 体シートと 体シート 2 次元的に広がった SiO 4 四 体のつくる層構造が重要 SiO 4 四 体は三つの頂点を共有し 共有しない酸素が同じ 向を向いた四 体シート (tetrahedral sheet) を形成する MO 6 体が稜共有した 体シート (octahedral sheet) も重要な構成要素である M 席は Al, Mg などが占める 正 体的に配位できる位置が 全て陽イオンで占められた 3- 体シート (trioctahedral sheet) と 2/3 の割合で占められた 2- 体シート (dioctahedral sheet) の 種類がある 四 体シート [Si 2 O 5 ] n 3- 体シート [MO 2 ] n 2- 体シート [MO 3 ] n

30 四 体シートと 体シート 四 体シートにおける共有されていない酸素の周期は 体シートの表 の酸素の周期とほぼ 致しており 積み重なりが容易に ずる その結果 四 体 (t) シートと 体 (o) シートが つずつ重なった 2 層構造 (t-o シート ) や 2 枚の四 体シートの間に 体シートがサンドウィッチのように挟まれた 3 層構造 (t-o-t シート ) ができる o t t-o シート t o t 3- 体シート + 四 体シート 2- 体シート + 四 体シート t-o-t シート

31 層状ケイ酸塩の分類 層状ケイ酸塩鉱物は 四 体シートと 体シートの積み重なりの様式によって分類される 1:1 layer 1:1 layer タイプは 四 体シートと 体シートが つずつ重なってできる t-o シートが 繰り返し単位となっており その周期は 7A 程度である ~7 A 蛇紋 の結晶構造

32 1:1 layer - 蛇紋 - t シートと o シートの酸素の配列がわずかにずれているときは 重なった層が湾曲することがある 代表的な例は蛇紋 (serpentine) にみられ 筒状や波状などの特徴的な形態を す Lizardite Chrysotile Antigolite なみなみ ロールケーキ Chrysotile の電 顕微鏡写真

33 層状ケイ酸塩の分類 2:1 layerタイプは tシート2 枚がoシート1 枚を挟んだt-o-t シートが繰り返し周期単位 このタイプには t-o-t シートの間に陽イオンを含まないものと含むのがある 陽イオンを含まない例として 葉ろう や滑 陽イオンを含む例として 雲 族の鉱物 H 2 O 分 を含む例として 粘 鉱物 雲 の結晶構造 ~9 A 10~15 A

34 2:1 layer 雲 構造 SiO 4 四 体が三つの頂点を共有してシートを形成 (Al,Mg,Fe)O 6 体シートが稜共有してシートを形成 四 体シートが 体シートを挟み込んで サンドイッチ を形成 サンドイッチとサンドイッチの隙間に きな陽イオンあるいは陰イオンが配置 形状 {001} が発達した平板状の形状で産出 へき開 {001} が顕著 c SiO 4 四 体シート (Al,Mg,Fe)O 6 体シート SiO 4 四 体シート K,Na SiO 4 四 体シート (Al,Mg,Fe)O 6 体シート SiO 4 四 体シート

35 2:1 layer 粘 鉱物 Vermiculite SiO 4 四 体シート (Al,Mg,Fe)O 6 体シート SiO 4 四 体シート hexamethylenediamine C 6 H 16 N 2 粘 の様々な性質 ( 膨潤性 可塑性 粘着性 ) の主な原因は 層間に様々な分 を取り込むことが出来る粘 鉱物の性質による ( ただし JIS 規格 の粒度試験 法 (JIS A 1204 : 2000) によれば, 単に粒径が 5 μm 以下の 粒 を 粘 と呼ぶ )

36 層状ケイ酸塩の分類 2:1:1 layerタイプは 2 枚のt-o-t シートの間に 1 枚のo シートが挟まった構造を繰り返し周期とする 緑泥 族の鉱物がこのグループに属する ~14 A クリノクロアの結晶構造 このほかにも 層状ケイ酸塩鉱物には極めて多くの種類がある 天然の層状ケイ酸塩鉱物は 化学組成が複雑で 粒径が さく 結晶度が悪いものが少なくない そのため 結晶相同定が困難である場合が多い

37 英 英 (SiO 2 ) は ほとんど SiO 2 以外の元素を固溶せず 単 の化学組成をもつ SiO 4 四面体 英は 構造中の SiO 4 四 体が全ての頂点を互いに共有し 三次元的なフレームワーク構造をつくる SiO 4 四 体は全ての頂点を共有する テクト ケイ酸塩鉱物である c 三 晶系 点群は 32 空間群は P あるいは P この 2 つの結晶構造は 鏡像 ( 右 / 左 ) の関係となる 573 以上では六 晶系のよく似た構造に相転移するが この構造にも左右の関係は引き継がれる ( 温型 英の項を参照 ) 英 (SiO 2 ) は地殻を構成する 常に 般的な鉱物である b b a 成岩 変成岩 堆積岩のいずれにも含まれる a a b

38 SiO 2 多型 2800 Liquid 常温常圧で安定な SiO 2 は 英 (α) であるが 温 圧下では様々な結晶相に相転移する Temperature ( ) Cristobalite Tridymite β-quartz 温型 800 α-quartz Pressure (GPa) 低温型 低温型 温型 英 (β-quartz) は 1 気圧下では 573 で安定な 温の多型である 温型 英と低温型 英は 基本のフレーム構造は同 であるが わずかにねじれた関係になっている 両相の相変態は変位型であり 急冷しても 温型が凍結されることはない すなわち 天然の 英は全て低温型である 温型 英は六 晶系であり 低温型 英と同様の右 / 左 の区別がある 相転移の際に右 / 左 の関係は引き継がれる 右 / 左 の 温型 英が右 / 左 の低温型に相変態する際には 変位する 向が 種類あるため双晶が形成する

39 SiO 2 多形 Cristobalite トリディマイト (tridymite) とクリストバライト (cristobalite) は SiO 2 の 温の多型である 前者は常圧では約 870 以上で安定であり 後者は約 1470 以上で安定である 共に SiO 4 四 体が全頂点を共有する構造をとる点は 英と同じだが 英とは異なる様式のフレームワークを作る Tridymite 2800 Liquid Temperature ( ) β-quartz 800 α-quartz Pressure (GPa)

40 SiO 2 多形 コーサイト (coesite) は 常温では約 2GPa (2 万気圧 ) 以上で安定な 圧の多形である ただし 実際には常温では相変態は進 せず ある程度 い温度 (700 ) が必要である SiO 4 四 体が全頂点を共有し 英とは異なるフレームワークを作る スティショバイト (stishovite) は 常温では 約 6GPa 以上で安定となる 圧の多形である ルチル (TiO 2 ) と異質同像 Siは6 個の酸素に正 体的に囲まれ その 体が頂点と稜を共有する 沈み込んだスラブ領域では スティショバイトが安定に存在すると考えられている Coesite Stishovite 2800 Liquid 2400 Temperature ( ) β- quartz α- quartz Coesite Stishovite Pressure (GPa)

41 は 般式 (K, Na, Ca)(Al,Si) 4 O 8 の化学式をもつケイ酸塩鉱物である (Al,Si)O 4 四 体は すべての頂点を互いに共有しフレームワークを形成する 4つの四 体が環状につながった4 員環が基本構造となる フレームワークの隙間には K +, Na +, Ca 2+ といった 較的イオン半径の きい陽イオンが る きな隙間がある そのためSr 2+, Rb +, Ba 2+ といった 他のケイ酸塩には りにくい不適合 (imcompatible) な元素をある程度含むことが出来る 単斜晶系あるいは三斜晶系に属する さらにAlとSiの秩序化によってさまざま対称性に変化する SiO 4 四面体 AlO 4 四面体 b a c Na,Ca,K c b

42 の化学組成は 三成分 (Orthoclase, Albite, Anorthite) の略号を使ってモル で表す 例えばOr 5 Ab 10 An 85 など An 成分とOr 成分を同時に富むような組成の は安定には存在せず 限られた組成領域で固溶体を形成する きく分けて斜 系列とアルカリ 系列がある Or KAlSi 3 O 8 Orthoclase in granite; Carnmenellis, Cornwall, England. Ab 斜 An Plagioclase (labradorite) in troctolite; Sierra Leone. NaAlSi 3 O 8 CaAl 2 Si 2 O 8

43 アルカリ はカリ (potassium feldspar, KAlSi 3 O 8 ) とアルバイト (albite, NaAlSi 3 O 8 ) の固溶体 Na Kという元素置換が起きている アルバイト組成に近いものはアノーソクレイス (anorthoclase) と呼ばれる カリ は 温ではサニディン (sanidine) 低温になるにしたがって 正 (orthoclase) 微斜 (microcline) へと変化 これらは 基本構造は同 だが AlとSiの秩序化によって対称性が異なる サニディンは 岩に特徴的で 正 は深成岩や 温変成岩にみられる 微斜 は低温変成岩にみられる アルカリ は 温では連続固溶体を形成するが 低温では不混和となり Na 成分に富む とK 成分に富む に相分離 ( 離溶 ) する この離溶組織をパーサイト (perthite) という Anorthoclase NaAlSi 3 O 8 (albite) Sanidine Orthoclase or Microcline KAlSi 3 O 8 (potassium feldspar) At high temperatures KAlSi 3 O 8 CaAl 2 Si 2 O 8 At low temperatures NaAlSi 3 O 8 CaAl 2 Si 2 O 8

44 パーサイト構造 クロスニコル 0.5 mm

45 斜 (plagioclase) はアルバイトとアノーサイト (Anorthite, CaAl 2 Si 2 O 8 ) の固溶体系列である 斜 固溶体では NaSi CaAlという2つの元素がペアとなった置換が起きている 中間組成には様々な名称がつけられている 斜 固溶体は 温ではAlとSiが無秩序に配列し 完全固溶体に近い性質をもつ 低温になるとAnの割合によってAlとSiはさまざまな様式の秩序配列をとる い時間があれば 斜 は純粋な低温型アルバイトと低温型アノーサイトに分相するが 実際には地質学的な遅い冷却速度であっても平衡は達成されず ほとんど分相しない その代わりに 超構造と呼ばれる特異な構造 ( 単位格 スケールでの 種の離溶組織 ) が形成される NaAlSi 3 O 8 Albite plagioclase KAlSi 3 O 8 CaAl 2 Si 2 O 8 Anortite Oligoclase Labradrite Anorthite Albite Andesine Bytownite

角閃石とは 標準的な角閃石の式は AB VI 2 C IV 5 T 8 O 22 X 2 式の A,B,C,T,X 成分は次の結晶学的サイトに対応する : A 上記の式当たり1サイト ; B 2つの M4 サイト ; C 2つの M1 サイト 2つの M2 サイト 1つの M3 サイトからなる計 5

角閃石とは 標準的な角閃石の式は AB VI 2 C IV 5 T 8 O 22 X 2 式の A,B,C,T,X 成分は次の結晶学的サイトに対応する : A 上記の式当たり1サイト ; B 2つの M4 サイト ; C 2つの M1 サイト 2つの M2 サイト 1つの M3 サイトからなる計 5 角閃石とは 標準的な角閃石の式は AB VI 2 C IV 5 T 8 O 22 X 2 式の A,B,C,T,X 成分は次の結晶学的サイトに対応する : A 上記の式当たり1サイト ; B 2つの M4 サイト ; C 2つの M1 サイト 2つの M2 サイト 1つの M3 サイトからなる計 5つの八面体サイト ; T 4つの組の2セットからなる計 8つの四面体サイト ; X 2つのサイト これらのサイトを占めるのは

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