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橄欖石
olivine
보석반지캔디감람석의 모습. 연둣빛 투명한 결정이 특징적이다.
| 감람석의 성질 | ||||||
| 화학식 | X2SiO4[1] | |||||
| 결정계 | 사방정계(Orthorhombic) | |||||
| 굳기 | 6.5-7[2] | |||||
| 비중 | 3.2-4.4[3] | |||||
| 벽개 | 잘 발달하지 않음.[4] | |||||
| 규산염구조 | 독립사면체(Orthosilicates) | |||||
| 결정형 | 알갱이 모양[5] | |||||
| 조흔색 | 흰색 | |||||
| 주요 색상 | 연두색(황록색)[6] 등 | |||||
1 결정 구조 및 분류
▲ 감람석의 결정 구조.
독립사면체 결정구조를 갖는 대표적인 광물이다. 위 그림에서 볼 수 있듯이 규산염 사면체가 서로 이어지지 않고 다 떨어져 있으며 그 사이를 2가 양이온이 채우고 있다는 걸 알 수 있다. 규산염사면체는 보통 Al의 치환이 흔치 않으며 2가 양이온은 보통 Mg와 Fe로 되어 있다. 때문에 다음 두 가지의 단종이 가장 핵심적이다.
- 고토감람석 (Forsterite) Mg2SiO4
- 철감람석 (Fayalite) Fe2SiO4
결정학적으로는 사실 이 광물도 M1, M2 자리가 구분되어 있지만 Mg와 Fe는 서로 치환이 잘 일어나는 관계에 있기 때문에 다른 광물에 비해 중요성이 떨어진다.
흔히 말하는 감람석은 감람석 알파상(α-phase)이다. 고압이 되면 감마상(γ-phase)로 상전이를 일으키게 되는데, 이 감마상의 광물을 특히 링우다이트(Ringwoodite)라고 부른다. 그런데 감람석에 마그네슘 함량이 약 85% [7]일 때는 감마상과 알파상의 상전이가 있기 전에 베타상(β-phase)이 나타나게 된다. 베타상에 해당하는 감람석을 특히 왓셀라이트(Wadselyite)라고 부른다. 그리고 이 왓셀라이트와 링우다이트는 결정 구조가 스피넬의 결정구조이기 때문에 별 혼동의 여지가 없으면 스피넬 구조로 상전이했다고 말하면 된다.
대부분의 경우에는 Mg와 Fe가 들어있지만, 간혹 Mg은 거의 없고 Mn의 함량이 높을 때가 있다. 이를 Knebelite라고 부르며, Fe, Mg가 모두 결핍되고 Mn으로 되어 있으면 이를 Tephroite라고 부른다. 드물게 Ca이 많이 들어간 경우도 있는데, 이를 Monticellite라고 부른다.[8] 이들을 모두 묶어 감람석군(olivine group)이라고 말한다.
2 지질학적 배경
| 보웬의 반응계열 | |
| 불연속 반응 계열 | 연속 반응 계열 |
| 감람석 | Ca 사장석 |
| 휘석 | ↓ |
| 각섬석 | |
| 흑운모 | Na 사장석 |
| 정장석 | |
| 백운모 | |
| 석영 | |
olivine(올리빈)이라는 명칭은 광물의 색이 마치 올리브 잎과 같은 녹색을 띠고 있어서 붙여졌다. 감람석(橄欖石)이라는 명칭 역시 감람나무 잎과 같은 녹색을 띠고 있어서 붙여진 이름.[9] 이름 그대로 야외 산상에서 발견되는 감람암은 특유의 아름다운 녹색 투명한 결정을 가지고 있다.
지구에는 특히 감람석이 풍부한데, 맨틀 상부를 구성하는 주구성광물이기 때문이다. 상부맨틀의 약 65%는 감람석으로 되어 있다. 그러므로 맨틀은 녹색이다![10] 이런 암석을 감람암이라고 부른다. 맨틀의 감람석은 보통 Mg 함량이 Fe 함량보다 9배 정도 많다. (Fo90) 그렇기 때문에 지하 약 410km 깊이에 가게 되면 감람석은 왓셀라이트로 상전이하게 되며, 520km 정도에서는 링우다이트가 나타나게 된다. 660 km에 가면 더 이상 이들이 안정하지 않고 페롭스카이트와 위스타이트 두 가지 광물로 상분리된다.
감람석은 또한 고철질 화성암에서도 많이 나온다. 보웬의 반응계열에서 아니나다를까 첫번째 정출광물로 되어 있다. 현무암에서 어렵지 않게 감람석을 찾을 수 있으며, 종종 알칼리가 풍부한 마그마의 경우 상당히 진화한 경우에도 감람석을 가지고 있다. 이 때는 철이 마그네슘과 비슷하거나 심지어는 더 많은 감람석이 나타나기도 한다.
감람석은 열수 변질(hydrothermal alteration)에 상당히 약하기 때문에 관찰시에도 변질된 경우가 심심치 않게 보인다. 특히 감람석의 가장자리나 깨진 틈을 따라 사문석이 자라거나 이와 함께 점토광물, 녹니석, 철티타늄산화광물 등이 발달[11]한다. 이게 균질하게 보이면 이를 특히 구별해서 기재하게 된다. 적갈색으로 나타나면 보통 스멕타이트(smectite), 녹니석, goethite나 적철석(hematite)이 포함되어 있는데 이것을 이딩사이트(iddingsite)라고 한다. 한편 녹색에 가깝게 변질되면 이를 Bowlingite라고 부르고, [12] iddingsite보다 Fe(III)이 제한적으로 들어간 변질산물은 특별히 Chlorophaeite라고도 하는데 보통은 잘 구별이 안되지만 색상 범위가 좀 더 넓다. 어떤 경우는 사문석의 성장이 무척 도드라지는데 이런 경우는 따로 사문화작용을 받았다고 말하며 이를 사문암(serpentinite)이라고 부른다.
감람석은 보통 마그마에서 가장 먼저 정출되는 광물이기 때문에 지질학적 연구에서 중요한 위치를 차지하게 된다. 또한 맨틀의 주구성 광물이므로 맨틀의 성질을 이해하는 데도 핵심을 이루고 있다.
3 용도
투명한 녹색 분포도가 균질하고 덩어리가 커 보석으로서의 가치를 갖는 경우 페리도트라 하여 보석으로 취급된다. 8월의 탄생석 중 하나이다. 보석으로서의 자세한 내용은 페리도트 항목에 서술되어 있다.
2011년 초에는 친환경 감람석 운동장이라고 하여 전국 8개 학교에 시범사업으로 학교 운동장에 감람석 파쇄토를 깔기도 했다. 이 사업은 2009년부터 추진되었다. 그러나 2011년 9월에 상당수 학교의 감람석 운동장에서 인체에 유해한 석면이 검출되었고, 이에 운동장의 감람석을 모두 걷어내고 한동안 운동장 사용을 금지시키는 사태가 일어나 학생들이 불편을 겪었다. 그렇지만 이건 지질학적인 지식을 갖춘 사람이라면 너무 당연한 결과이다. 감람석은 함수 변질을 받으면 사문석이 되는데, 사문석 중 흔한 종류이며 석면에 해당하는 크라이소타일이 포함되어 있기 때문이다.- ↑ X에 들어가는 양이온은 본문 참고
- ↑ 포스테라이트가 더 단단하다.
- ↑ 당연하게도 페이알라이트가 더 무겁다.
- ↑ 박편 상에서는 독특한 깨짐이 특징적이다.
- ↑ 영어로 granular. 가장 이상적인 결정은 짜리몽땅한 각기둥 모양이지만, 현실에는 작은 알갱이들 같이 보인다.
- ↑ 진한 색상은 철 이온의 영향이 크기 때문에 철 함량이 높아지면 색상이 좀 더 진해진다. 그러나 일반적으로 철 함량은 제한적이다.
- ↑ Mg/(Mg+Fe)>0.85
- ↑ Lamprophyre의 일종인 Alnöite 같은 암상에서 보고되어 있다.
- ↑ 흔히 올리브를 감람나무로 번역하지만 둘은 엄밀히 따지면 다른 종류인데 올리브 항목을 참고 바란다.
- ↑ 온도가 높다고 보통 새빨갛게 칠하지만..
새빨간 거짓말사실 아무리 광물 색이 녹색이라한들 1400도가 넘은 상부맨틀을 끄집어내면 빨갛게 달아올라 있을 것이다. - ↑ 나노 스케일로 발달함.
- ↑ 이 경우에는 사문석이 포함됨.