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第３回　鉱物について

配付プリント等

• 内容：（2）鉱物について。
  　鉱物の定義・種類・分類など。
• 配布プリント：2種：
  1）「1．鉱物と造岩鉱物」、「2．鉱物の記載と分類」…『造岩鉱物学』（3-29p）
  2）「地殻の元素組成」…『基礎地球科学』（48-49p）
• 紹介した参考図書：
  【地球科学】
  �@西村祐二郎（編著）（2002）：基礎地球科学．
  　　　最近の新しい地球観が盛り込まれている。
  【鉱物学】
  　鉱物学の日本語の参考書は非常に少ない。一般用ないしこども用に書かれたわかりやすいものもあるが、内容が偏っていたり、間違いが多いなどのために、参考になるものはほとんどない。以下には専門家向けのいくつかを示す。
  �A森本信男（1989）：造岩鉱物学．
  　　造岩鉱物についての本はこれだけ。

補足説明

全般	地球科学用語については『地球科学用語集』のページを参照。 単位については『単位について』のページを参照。 地質年代については『地質年代表』のページを参照。

• 紹介しなかった参考書：
  【鉱物学】
  �B地学団体研究会（編）（1995）：鉱物の科学　新版　地学教育講座3巻．
  　　　新版地学教育講座全１６巻の中の１冊。もっとも広い範囲の説明をわかりやすく行っているもの。
  �C秋月瑞彦（1998）：鉱物学概論−形態と組織−．
  　　　とくに、鉱物の形態と組織を説明。
  �D森本信男ほか（1975）：鉱物学．
  　　　日本語の鉱物学の参考書の代表的なもの。ただし、少し古い（絶版）。
  【地球構成物質（鉱物＋岩石）】
  �E周藤賢治・牛来正夫（1997）：地殻・マントル構成物質．
  　　　岩石・鉱物全般を概説したもの。
  【Mineralogy】
  　英語で書かれたものは非常に多く、しかもカラフルでわかりやすいものも多くある。そのうちのいくつかを以下に示す。
  �FHibbard,M.J.(2002): Mineralogy −A Geologist's Point of View.
  　　　地質家から見た鉱物学の書名のように、地質環境において鉱物が示す特徴および分析機器と分析手法にかなりの紙面を割いている。
  �GKlein,C.(2001): The 22nd Edition of the Manual of Mineral Science (after J.D.Dana)(with one CD-ROM).
  　　　Danaにより1912年に出版された鉱物学の参考書の22版。図表はCD-ROMでも提供されている。
  �HNesse,W.D.(2000): Introduction to Mineralogy.
  　　　鉱物学入門として、100を超える鉱物の記載（産状や成因をふくむ）がかなり詳しい。
• 鉱物の定義と分類については『鉱物の定義と分類』のページを参照。ここから、関係するページも参照。
• 鉱物は、一般に次の3つの条件で定義（Definition）される。これらの3条件を兼ね備えた場合に鉱物と言える。1つめは、天然産（Native）であることである。地球以外でも構わない。2つめは、一定の化学式（Chemical Formula）で表現できるような化学組成（Chemical Composition：元素の種類と濃度）を持つことである。元素記号（Chemical Symbol）と簡単な数値で表わせる化学式によって示される。3つめは、構成する原子の配列が3次元的に規則的な結晶構造（Crystal Structure）を持つことである。そのようなものは結晶質（Crystalline）と呼ばれる。つまり、液体ではない。これらの3条件のうち、1つめは絶対条件であるが、3つめには例外がいくつかある。現在では、関連の国際組織（国際鉱物学連合、IMA、International Mineralogical Association）によって、新鉱物（New Mineral）の承認も含めて管理されているので、勝手に鉱物を定義できないようになっている。基本的に有機物は鉱物とは言わない。
  　定義にある化学組成および結晶構造のいずれかが異なるものは、異なる鉱物とされている。つまり、異なる鉱物名が与えてある。このように鉱物名が与えてあるものは、世界では5000を超える。現在でも、年に50種類程度の新鉱物が発見されている。日本からは1000程度が報告されている。これは、1つの国からの数としては決して少ない訳ではなく、むしろ多いと思われる。なぜなら、鉱物は固有の生成条件および安定領域を持つため、世界の様々な地質環境の中の限られた条件下でのみ発見されるものが多いためである。
  　定義にある結晶構造では理解しにくいために、化学組成を基準とした分類（Classification）が一般に行われている。特に、地殻では陰イオン（Anion）である酸素が圧倒的に多いことからも類推できるように、陰イオンをベースにした分類が都合の良いため、酸素の場合は酸化鉱物（Oxide Mineral）、硫黄の場合は硫化鉱物（Sulfide Mineral）、などのようにグループ分けされている。陰イオンと陽イオン（cation）の区別ができないものは元素鉱物グループ（Element Mineral）とされる。また、炭素（Carbon）と酸素（Oxygen）が強く結合して錯イオンを形成するものは炭酸塩鉱物（Carbonate Mineral）グループとされる。この場合、塩という語を加える。同様に多種類のグループがあるが、量的に圧倒的に多いのはケイ酸塩鉱物（Silicate Mineral）グループである。このグループは、さらに結晶構造の違い（SiO4四面体の結合のしかたの違い）により６グループに分けられることが普通である。〔リンクはウィキペディア〕
• 結晶については『結晶学とは』のページを参照。
• フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』の『Category:鉱物』や『Category:鉱物学』ならびに『Category:結晶』や『Category:結晶学』のページから始めて、さらにこれらのページのリンク先へと移り、関係する内容を見てみてください。
  ■Category:鉱物学（Category:Mineralogy）／鉱物学（Mineralogy）／Category:結晶学（Category:Crystallography）／結晶学（Crystallography）／
  ■Category:鉱物（Category:Minerals）／鉱物（Mineral）／鉱物の一覧（List of minerals）／Portal:鉱物・宝石／Category:結晶（Category:Crystals）／結晶（Crystal）／固溶体（Solid solution）／
  ■Category:ケイ酸塩（Category:Silicates）／造岩鉱物（Rock-forming minerals）／ケイ酸塩（Silicate）／（Category:Silicate minerals）／ケイ酸塩鉱物（Silicate minerals）／新鉱物（New mineral）／
  ■鉱石（Ore）／宝石（Gemstone）／Category:宝石（Category:Gemstones）／
  ■（Category:Mining by mineral）／Category:鉱物別の鉱山（Category:Mines by mineral）

参考

• 鉱物については以下のリストを参照。
  鉱物リスト〔化学組成別〕（1）〔珪酸塩以外〕【見る→】
  鉱物リスト〔化学組成別〕（2）〔珪酸塩〕【見る→】
• ★IMA Database of Mineral Properties−RRUFF　　http://rruff.info/ima/
  　IMA（国際鉱物学連合）による『List of minerals』の中のページ。 RRUFF Projectによる。
• その他以下のサイトも参考になる。
  Index of Mineral Images　　http://webmineral.com/specimens.shtml
  　Mineralogy Databaseの中のページ。
  Minerals by Name　　http://www.galleries.com/Minerals_By_Name
  Alphabetical Index of Minerals, Varieties, Synonyms and other names　　http://www.mindat.org/mineralindex.php

【鉱物の分類】

• 　関連の国際組織（国際鉱物学連合、IMA、International Mineralogical Association）により承認されている鉱物は5000種類（種、species）を超えるが、鉱物は一般に固溶体（solid solution）を形成するため、近縁の鉱物（基本の結晶構造は同じであるが化学組成が連続的に変化しているもの）は『グループ』^*を構成している。従って、『グループ』でまとめれば、鉱物の種類は数100程度になる。また、普遍的に産出するものに限れば、数10程度になる。
  　種単位で区別された全鉱物は、一般に化学組成の違いによって分類される。その場合には、陰イオン（anion）の種類に応じてグループ分けが行われている。ただし、珪酸塩鉱物は結晶構造（crystal structure）によってさらに細分類されている。
  ^*　この『グループ』と以下の表のグループは異なる。そのため、これらを区別するための標記法が提起されているが、統一したものはない〔例えば、森本ほか（1975）は、この『グループ』に対しては族（group）を、下表のグループに対しては類（class）を用いている。これ以外に系列（series）などもある。〕
  

  グループ〔類（class）〕			鉱物の例	備考
  陰イオンと陽イオンの区別ができない場合	元素鉱物 （element mineral）	特定の陰イオンを含まない場合（金属など）	自然金（Au）、自然銀（Ag）、自然銅（Cu）、石墨（C）、自然硫黄（S）、など〔天然産であることを示すため『自然（native）』という語を付ける〕	量は少ないが、大部分は資源鉱物（鉱石鉱物）となる
  陰イオンが単一元素からなる場合	硫化鉱物 （sulfide mineral）	陰イオンが硫黄（S）の場合	黄銅鉱（CuFeS2）、方鉛鉱（PbS）、閃亜鉛鉱（ZnS）、など	資源鉱物の大部分が含まれる
  	酸化鉱物 （oxide mineral）	陰イオンが酸素（O）の場合	コランダム（Al2O3）、赤鉄鉱（Fe2O3）、など	資源消費量の多い鉄とアルミニウムの資源鉱物が含まれる
  	その他	ハロゲン化鉱物、など		資源鉱物となるものが多く含まれる
  陰イオンが2種類（１つは酸素）の元素からなる場合	炭酸塩鉱物 （carbonate mineral）	陰イオンが炭素（C）と酸素（O）からなる錯イオンの場合	方解石（CaCO3）、など	石灰岩のように資源鉱物となるものが含まれる
  	珪酸塩鉱物 （silicate mineral）	陰イオンが珪素（Si）と酸素（O）からなる錯イオンの場合	結晶構造（SiO4四面体の結合様式）の違いにより６種類のサブグループに分けられている（こちらを参照）	普通の岩石を構成する造岩鉱物の主体をなし、産出量が最も多い
  	その他	硝酸塩鉱物、硫酸塩鉱物、など		資源鉱物となるものが含まれる

【地殻の岩石の平均的な鉱物組成】
　地殻（大陸地殻の上部ないし表層部）を構成する鉱物について見積られた例は多くないが、以下のように長石〔斜長石（plagioclase、NaAlSi3O8〜CaAl2Si2O8）とカリ長石（K-feldspar、KAlSi3O8）〕および石英（quartz、SiO2）が最も多い。上記の表記法にならえば、長石族〔斜長石系列とカリ長石グループ（表記法不明）〕および石英（種）である。

• 重要な鉱物の地殻での存在度（Wedepohl、1971）（『造岩鉱物学』から引用）
  

  鉱　　物	体積％
  斜長石	42
  カリ長石	22
  石英	18
  角閃石	5
  輝石	4
  黒雲母	4
  マグネタイト、イルメナイト	2
  オリビン	1.5
  アパタイト	0.5

• 地殻の岩石の平均的な鉱物組成（『Nesbitt and Young、1984』から）
  

  	A	B	C	D	E
  石英（quartz）	21.0	25.4	24.42	23.2	20.3
  斜長石（plagioclase）	41.0	39.25	39.25	39.9	34.9
  ガラス（glass）	0.0	0.0	0.0	0.0	12.5
  正長石（orthoclase）	21.0	4.57	8.6	12.9	11.3
  黒雲母（biotite）	4.0	15.29	11.23	8.7	7.6
  白雲母（muscovite）	0.0	9.77	7.61	5.0	4.4
  緑泥石（chlorite）	0.0	0.0	3.31	2.2	1.9
  角閃石（amphiboles）	6.0	0.0	0.0	2.1	1.8
  輝石（pyroxenes）	4.0	0.0	0.0	1.4	1.2
  かんらん石（olivines）	0.6	0.0	0.0	0.2	0.2
  酸化鉱物（oxides）	2.0	1.37	1.37	1.6	1.4
  その他（others）	0.5	4.7	4.7	3.0	2.6
  A　Wedepohl（1969, 表7-11）により概算された上部大陸地殻の平均鉱物組成 B　カナダ楯状地のメソノルム（mesonorm）（Shaw et al., 1967） C　緑泥石を含むように修正したカナダ楯状地のメソノルム（付記を参照） D　上部大陸地殻の平均鉱物組成の概算値（計算方法の詳細は付記を参照） E　露出した地殻の平均組成の概算値（計算方法の詳細は付記を参照）

【長石の化学組成】

※大部分の鉱物は固溶体（solid solution）を作り、とくに造岩鉱物の代表である珪酸塩鉱物は広い領域の固溶体を形成する場合が多いため、これらの固溶体からなる鉱物には複数の鉱物名が付けられているものが多い。固溶体の大きさは、生成条件のうちの生成温度にとくに大きく支配されることが多いため、逆に固溶体領域の状態から生成温度（および生成圧力や成分の化学ポテンシャルなどのその他の生成条件も）を推定できる場合がある。
　以下に、もっとも代表的な長石（Feldspar）の例を示す。Orthoclase（Or、正長石、KAlSi3O8）−Albite（Ab、アルバイト、NaAlSi3O8）−Anorthite（An、アノーサイト、CaAl2Si2O8）〔Albite−Anorthite間の固溶体は斜長石（Plagioclase）と呼ばれる〕の三成分の間で広い固溶体を形成する。高温度で生成した場合ほど、広い固溶体を持つ。

• 〔Dartmoor Torsの中の『Geology』の『Minerals』から〕 　三角ダイアグラムにおいて、上端はKAlSi3O8（代表的な鉱物はオルソクレース〔正長石〕）、左端はNaAlSi3O8（アルバイト〔曹長石〕）、右端はCaAl2Si2O8（アノーサイト〔灰長石〕）である。代表的な長石の組成は、比較的低温での生成の場合は青色の範囲、比較的高温での生成の場合は青色＋赤色の範囲となる。KAｌSi3O8−NaAlSi3O8系列をアルカリ長石〔alkali feldspar：とくにKAｌSi3O8を主体とするときはカリ長石（K-feldspar）〕とよび、NaAlSi3O8−CaAl2Si2O8系列を斜長石（plagioclase）とよぶ。 　上の表のように、長石グループ（族）は全鉱物の50〜60％を占めると推定される。

• Fig 1.2 The maximum extent of solid solution in feldspars, at >1000℃. No feldspars crystallize in the unshaded field. The boundary between plagioclase and alkali feldspar is placed, for convenience only, on the line where An = Or. The named subdivisions of PL at 10, 30, 50, 70 and 90% An are based solely on composition. Anorthoclase and high albite are triclinic at room T but become monoclinic when observed at elevated T because of the shearing transformation. Sanidine is monoclinic at all T.	Fig 1.3 Feldspars stable below 〜300℃. Solid solution is limited to the black shaded areas. The stable phases are triclinic low microcline, low albite and anorthite, all with Si-Al order. Orthoclase is a metastable monoclinic Or-rich feldspar with a ‘tweed’ microstructure composed of alternating triclinic ordered domains at the scale of a few nm. In PL, ordering (giving low plagioclase), leads to changes of lattice type and optical properties but not crystal class (Fig 1.7). PL in the range ~An25.An75 has a structure known as e-plagioclase in which thin slabs with albite-like and anorthite-like ordering patterns alternate with a periodicity that is out of step (‘incommensurate’) with the overall lattice.
  Fig 1.5 Stable equilibrium ‘strain-free’ phase diagram for An-free alkali feldspars with equilibrium Si-Al ordering, at atmospheric P.	Fig 1.7 Phase diagram for Or-free plagioclase feldspars, showing liquidus and solidus curves at atmospheric P and probable subsolidus relationships in feldspars with equilibrium order.
  The Mineralogical Societyによる『FELDSPARS 1 Nomenclature, Structure and Phase Relationships』から