造岩鉱物学　Rock Forming Mineralogy

栗林・長瀬・大谷

教科書：　教科書： Deer, Howie, Zussman (1922) An introduction to the rock-forming minerals, Longman

ガイダンス：造岩鉱物学とは鉱物の分類岩石：鉱物の集合体

珪酸塩鉱物我々は酸素の中で暮らしている化学平衡論的な変成岩の研究で知られるゴールドシュミット (1888-1947) は地殻を含む岩石圏を「酸素圏」と呼んだ。なぜなら、地殻の構成物質のなかで最も多いのが酸素にほかならないからである。その構成元素を多い順に並べると、 O,Si,Al,Fe,Ca,Na,K,Mg となる。これらの元素は地殻の９９％を占めており、中でも酸素はイオン体積比で９０％を超えるといわれている。まさに我々は酸素の中で暮らしているといえよう。

ゴールドシュミット (1888-1947)

地殻の岩石を構成する鉱物は主に珪酸塩鉱物であるが、この珪酸塩鉱物の骨格は SiO4 正四面体であることはよく知られている。

An Introduction to the Rock Forming Minerals

LONGMAN より発行されている同名の書籍では造岩鉱物 (The Rock Forming Minerals) をORTHO- AND RING SILICATES,CHAIN SILICATE,SHEET SILICATE,FRAMEWORK SILICATE,NON-SILICATES

の 5 つに大別して解説している。ここにもみられるように SILICATES( 珪酸塩鉱物 ) が大半を占めている。一般に珪酸塩鉱物は SiO4 正四面体 ( 次図 (a)) を基本形にしているが、これは小さな Si イオンが４つの大きな酸素イオンに取り囲まれて (SiO4)4- 四面体を形成している。この基本形が頂点の酸素を共有することで結合し様々な珪酸塩を形成する。その主なものは次のように呼ばれている。

分類 Si:O 比 図中記号 代表的鉱物 説明ネソ珪酸塩 Si4O16 (b) カンラン石、ザクロ

石など独立した SiO4 四面体が珪酸イオンをつくる

ソロ珪酸塩 Si4O14 (c) メリライト 2 個の SiO4 四面体が1 個の O を共有

サイクロ珪酸塩 Si4O12 (f) 緑柱石、電気石3 個・ 6 個の SiO4 四面体がそれぞれ 2 個の O を共有

イノ珪酸塩 ( 単鎖 ) Si4O12 (d) 輝石SiO4 四面体が 2 個のO を共有し、鎖状になっている

イノ珪酸塩 ( 複鎖 ) Si4O11 (e) 角閃石SiO4 四面体が 2 個のO を共有し、鎖状になっている

フィロ珪酸塩 Si4O10 (g) 滑石、蛇紋岩、雲母、粘土鉱物など

SiO4 四面体が 3 個のO を共有し平面的に広がっている

テクト珪酸塩 Si4O8 - 石英、長石、準長石SiO4 四面体の 4 個のO を全て共有し立体網状の構造をもつ

表 1.1. 珪酸塩鉱物の分類

図 　珪酸塩鉱物の分類

SiO2 の相転移Si4+ 　 , 4 配位QuartzTridymiteCristobaliteCoesite

Si4+ 　 , 6 配位StishoviteCaCl2 typeSeifertite (a-PbO2)

6+2 配位Pyrite type

造岩鉱物学　（大谷）Ortho- and Ring Silicates

Olivine group: Olivine, Monticellite: M2SiO4, CaMSiO4

Humite group: 含水鉱物Garnet group: M3Al2Si3O12, Ca3(Cr,Fe)2Si3O12

Sillimatite, Andalusite, Silimatite: Al2SiO5

24 年度　　造岩鉱物学　 4 セメ　火曜日１時限目日時 担当 内容 大谷先生の予定 栗林先生の予定 長瀬先生の予定

10 月 2 日 　大谷 ガイダンス ○ 　 　10 月 9 日 　大谷 Ortho- and ring Silicate ○ 　 　

10 月 16 日 　大谷 Ortho- and ring Silicate ○ 　 　10 月 23 日 　大谷 Ortho- and ring Silicate ○ 　 　10 月 30 日 　栗林 Feldspar 　 　 　

11 月 6 日 　栗林 Silica mineral 　 　 　11 月 13 日 　栗林 Zeolite 　 　 　11 月 20 日 　栗林 Chain silicate 　 　 　11 月 27 日 　長瀬 Chain silicate 　 　 　

12 月 4 日 　長瀬 Sheet silicate 　 　 　12 月 11 日 　長瀬 Non-silicate(sulfide) 　 　 　12 月 18 日 　長瀬 Non-silicate(carbonate) 　 　 　

1 月 8 日 　長瀬 Non-silicate(oxide) 　 　 　1 月 15 日 補講・テスト 　 　 　 　

　 　 　 　

教科書： Deer, Howie, Zussman (1922) An introduction to the rock-forming minerals, Longman

造岩鉱物学　（大谷）

かんらん石（オリビン）

橄欖岩（かんらん岩・ペリドタイト）

種類苦土橄欖石（ forsterite 、フォルステライト） 化学式 : Mg2SiO4 。色 : 白色、黄緑色、条痕 : 白色。ガラス光沢。劈開なし。硬度 : 7 。比重 : 3.2 。 鉄橄欖石（ fayalite 、ファヤライト） 化学式 : Fe2SiO4 。色 : 褐色、黒色、条痕 : 淡褐色。ガラス光沢。劈開なし。硬度 : 6.5 。比重 : 4.4 。 テフロ石（マンガン橄欖石、テフロ橄欖石、 tephroite 、テフロアイト） 化学式 : Mn2SiO4 。産出は限られる。 モンチセリ石（モンチセリ橄欖石、 monticellite 、モンティセライト） 化学式 : CaMgSiO4 。産出は限られる。

a軸側から見たオリビンの結晶構造

a軸側から見たオリビンの結晶構造

カンラン石＋水の反応カンラン石と水が反応して、水素が発生することが明らかになっている。 2Mg2SiO4 + 3H2O = Serpentine Mg3Si2O5(OH)4

+Brucite Mg(OH)2

3Fe2SiO4 + 2H2O = 2Fe3O4 + 3SiO2 +2H2 (hydrogen formation)

高圧では5.5Fe2SiO4 + H2O = 3Fe3O4 + 5.5SiO2 + 2FeHの反応が起こるかもしれない。

The key reactions for formation of FeH:3FeO + H2O = Fe3O4 +2H2

11FeO + H2O = 2FeH + 3Fe3O4

5.5Fe2SiO4 + H2O = 3Fe3O4 + 5.5SiO2 + 2FeH

Stability of FeH

Fe

O H

FeH

H2O

FeO

Fe3O4

(Fe2SiO4)

Humite group

コンドロダイト / スピネル / カルサイト

Compositions of dense hydrous magnesium silicates and other phases related to mantle assemblages

H O

MgO SiO

2

2AnhyB Fo En

Pyrolite

SuB

B

Brucite

ANorbergite

E1

E2

Chl

HyWd

D, Yang et al., 1997

TalcSur

MORBCh

HmChm

Serp

Chld

10 ?

Amphiboles

F, Kanzaki, 1991

G, Ohtani et al., 1997 G, Kudoh et al., 1997

D

２

H O

MgO SiO

2

2AnhyB Fo En

Pyrolite

SuBB

Brucite

ANorbergite

E1

E2

Chl

HyWd

D, Yang et al., 1997

TalcSur

MORBChHmChm

Serp

Chld

10 ?

Amphiboles

F, Kanzaki, 1991

G, Ohtani et al., 1997 G, Kudoh et al., 1997

D

小テスト問題　　 2012/10/9 大谷

1 ．次の鉱物の化学式を記せ。FayaliteTephroiteMonticelliteForsterite

2 ．図は Mg2SiO4 の結晶構造を a 軸方向から見たものである。図１はマグネシウム、鉄、シリコン、酸素の原子からなるカンラン石の結晶構造の模式図である。図のＡ、Ｂ、Ｃの原子は何か記せ。A BC