광물학

Mineralogy
광물학은 광물 연구에 화학, 지질, 물리 및 재료 과학의 원리를 적용한다.

광물학[n 1] 광물 및 광물화된 인공물의 화학, 결정 구조, 물리적 특성(광학 포함)에 대한 과학적 연구를 전문으로 하는 지질학 분야이다.광물학의 구체적인 연구에는 광물의 기원과 형성 과정, 광물의 분류, 지리적 분포, 이용 등이 포함된다.

역사

Friedrich Mohs(1825)의 광물학 논문 페이지
표면을[3] 지도로 만든 분광계인 달광물학 매퍼

광물학, 특히 원석에 대한 초기 기록은 고대 바빌로니아, 고대 그리스-로마 세계, 고대와 중세 중국, 고대 인도와 고대 이슬람 [4]세계의 산스크리트 문자에서 유래했다.이 주제에 관한 책에는 많은 다른 광물을 기술했을 뿐만 아니라 광물의 성질을 설명한 대 플리니내추럴리스 역사서와 페르시아 과학자 알 비루니의 키타브 알 자와히르가 포함되어 있다.독일 르네상스 전문가 게오르기우스 아그리콜라는 이 주제에 대한 과학적 접근을 시작한 De re metalicaDe Natura Foscellium과 같은 작품을 썼습니다.르네상스 이후 [4]유럽에서 발달한 광물과 암석에 대한 체계적인 과학적 연구.광물학의 현대 연구는 결정학의 원리와 17세기 [4]현미경의 발명과 함께 암석 단면의 현미경 연구에 기초했습니다.

니콜라스 스테노는 1669년에 [5]: 4 수정 결정에서 계면각의 항상성의 법칙을 처음 관찰했다.이것은 나중에 1783년 장 밥티스트 L. 로메 드 리즐리에 의해 실험적으로 일반화되고 확립되었다.[6]"현대 결정학의 아버지"인 르네 쥐스트 하우이는 결정체가 주기적이라는 것을 보여주었고 결정면의 방향은 나중에 밀러 [5]: 4 지수로 인코딩된 유리수로 표현될 수 있다는 것을 확립했다.1814년, Jöns Jacob Berzelius는 결정 [7]구조가 아닌 화학 물질에 기초한 광물의 분류를 도입했다.윌리엄 니콜은 1827년부터 1828년까지 화석화된 나무를 연구하면서 빛을 편광하는 니콜 프리즘을 개발했다; 헨리 클리프톤 소비는 편광 현미경[5]: 4 [7]: 15 사용하여 광물의 얇은 부분을 광학적인 성질로 식별할 수 있다는 것을 보여주었다.제임스 D. 다나는 1837년 광물학의 첫 번째 판을 출판했고, 이후 판에서는 여전히 [5]: 4 [7]: 15 표준인 화학 분류를 소개했다.X선 회절은 1912년 막스라우에가 시연했으며 윌리엄 헨리 브래그윌리엄 로렌스 브래그 부자 [5]: 4 광물의 결정 구조를 분석하는 도구로 발전했다.

보다 최근에는 실험 기술(중성자 회절 등)과 사용 가능한 계산 능력의 진보에 의해 추진되며, 후자는 결정의 거동에 대한 매우 정확한 원자 규모의 시뮬레이션을 가능하게 하여, 과학은 무기 화학과 고체분야에서 보다 일반적인 문제를 고려하도록 확장되었다.그러나, 암석 형성 광물(페로브스카이트, 점토 광물, 골격 규산염 등)에서 흔히 볼 수 있는 결정 구조에 초점을 맞춘다.특히, 이 분야는 광물의 원자 규모 구조와 그 기능 사이의 관계에 대한 이해를 크게 발전시켰다. 자연에서, 중요한 예는 암석과 깊이-r의 지진학적 거동에 대한 새로운 통찰로 이어진 광물의 정확한 측정과 탄성 특성 예측일 것이다.지구 맨틀의 지진계에서의 의기양양한 불연속성이를 위해, 원자 규모의 현상과 거시적 특성 사이의 연관성에 초점을 맞추면서, 광물 과학(현재는 일반적으로 알려져 있는)은 다른 어떤 분야보다 재료 과학과 더 많이 겹칠 수 있다.

물리 속성

칼사이트마름모꼴 결정 구조를 가진 탄산염 광물(CaCO3)이다.
아라곤석은 석회암으로 이루어진 정형 다형질이다.

광물을 식별하는 첫 번째 단계는 광물의 물리적 특성을 검사하는 것이며, 그 중 많은 광물은 수공 샘플로 측정할 수 있습니다.이러한 특성은 밀도(종종 비중으로 지정됨), 기계적 응집력(경도, 끈기, 균열, 균열, 분할), 거시적 시각적 특성(광택, 색상, 줄무늬, 발광, 간극성), 자성 및 전기 특성, 염화수소(염화수소)의 방사능 및 용해성(solidability)으로 분류될 수 있다.HCl)[5]: 97–113 [8]: 39–53

경도는 다른 광물과 비교하여 결정된다.Mohs 스케일에서는 광물의 표준 세트는 경도를 1(탈크)에서 10(다이아몬드) 순으로 번호가 매겨진다.더 단단한 광물은 더 부드러운 광물을 긁어내기 때문에, 알려지지 않은 광물은 이 비늘에 놓일 수 있습니다; 광물은 긁히고 긁힙니다.칼사이트카야나이트 등의 광물은 [9]: 254–255 방향성에 따라 경도가 크게 달라집니다.경도는 경도계를 사용하여 절대 척도로 측정할 수도 있습니다. 절대 척도에 비해 Moh 척도는 [8]: 52 비선형입니다.

끈기는 광물이 부서지거나, 으깨지거나, 구부러지거나, 찢어졌을 때 광물이 작용하는 방식을 말한다.광물은 부서지기 쉽고, 가단성, 분절성, 연성, 유연성 또는 탄성이 있을 수 있다.끈기에 대한 중요한 영향은 화학 결합의 유형(예: 이온 또는 금속)[9]: 255–256 입니다.

기계적 응집력의 다른 척도 중, 균열은 특정 결정학적 평면을 따라 부서지는 경향이다.이는 결정학적 명명법에서 평면의 품질(예: 완전 또는 균등)과 방향에 의해 설명된다.

헤어짐은 압력, 쌍둥이 또는 용출로 인해 약한 평면을 따라 부서지는 경향입니다.이러한 두 가지 유형의 파손이 발생하지 않는 경우, 골절은 원추형(껍질 내부와 유사한 부드러운 곡선을 가지며), 섬유질, 스플라인(splintery), 뾰족한(날카로운 가장자리로 찌그러짐) 또는 [9]: 253–254 울퉁불퉁한 형태일 수 있습니다.

광물이 잘 결정화되면 원자의 [8]: 40–41 결정 구조나 내부 배치를 반영하는 독특한 결정 습성(예: 육각형, 주상, 보트리오이덜)을 갖게 된다.결정 결함 및 트윈닝의 영향도 받습니다.많은 결정들은 다형성이며 압력과 온도와 [5]: 66–68 [8]: 126 같은 요인에 따라 하나 이상의 결정 구조를 가질 수 있습니다.

결정 구조

페로브스카이트 결정 구조.지구에서 가장 풍부한 광물인 브릿지마나이트는 이런 구조를 [10]가지고 있다.화학식은 (Mg,Fe)SiO입니다3.빨간 구는 산소, 푸른 구는 실리콘, 녹색 구는 마그네슘 또는 철입니다.

결정 구조는 결정 속의 원자의 배열이다.이것은 단위 셀이라고 불리는 기본 패턴을 3차원으로 반복하는 점들의 격자로 표현됩니다.격자는 대칭과 단위 셀의 치수로 특징지을 수 있습니다.이러한 치수는 3개의 밀러 [11]: 91–92 지수로 표시됩니다.격자는 격자의 주어진 점에 대한 특정 대칭 연산(반사, 회전, 반전회전 반전)에 의해 변경되지 않습니다.함께, 그들은 결정학적 점군 또는 결정 클래스라고 불리는 수학적 물체를 구성합니다.가능한 크리스탈 클래스는 32개입니다.또한 변환, 나사축활공면 등 모든 점을 대체하는 작업이 있습니다.점 대칭과 조합하여 230개의 가능한 공간 [11]: 125–126 그룹을 형성합니다.

대부분의 지질학과에는 [8]: 54–55 광물의 결정 구조를 분석하기 위한 X선 분말 회절 장비가 있다.엑스레이는 원자 사이의 거리와 같은 크기의 파장을 가지고 있다.서로 다른 원자에 산란된 파동 사이의 건설적이고 파괴적인 간섭인 회절은 결정의 기하학적 구조에 따라 달라지는 높은 강도와 낮은 강도의 독특한 패턴으로 이어집니다.분말을 분쇄한 샘플에서 X선은 모든 결정 [12]방향의 랜덤 분포를 샘플링합니다.분말 회절은 예를 들어 석영과 그 다형성 트리디마이트, 크리스토발라이트 [8]: 54 등 손 샘플에서 동일하게 나타날 수 있는 광물을 구별할 수 있다.

다른 조성의 동형광물은 유사한 분말 회절 패턴을 가지며, 주된 차이점은 선의 간격과 강도이다.예를 들어 NaCl(할라이트) 결정구조는 공간군 Fm3m이며, 실라이트(KCl), 페리클라아제(MgO), 번세나이트(NiO), 갈레나(PbS), 알라반다이트(MnS), 클로라르기라이트(AgCl) 및 오스본([9]: 150–151 TiN)에 의해 공유된다.

화학 원소

휴대용 마이크로 X선 형광기

몇몇 광물들유황, 구리, 은, 금을 포함화학 원소들이지만, 대부분은 화합물이다.성분을 식별하는 고전적인 방법염산(HCl)과 같은 산의 미네랄을 용해하는 습식 화학 분석입니다.그런 다음 색도 측정, 부피 분석 또는 비중 [9]: 224–225 분석을 사용하여 용액에 포함된 원소를 식별합니다.

1960년 이후 대부분의 화학 분석은 기구를 사용하여 이루어집니다.이들 중 하나인 원자 흡수 분광법은 표본이 여전히 용해되어야 한다는 점에서 습식 화학과 유사하지만 훨씬 빠르고 저렴하다.용액이 증발하고 흡수 스펙트럼이 가시 [9]: 225–226 범위와 자외선 범위에서 측정됩니다.다른 기술은 X선 형광, 전자 마이크로프로브 분석 원자 탐침 단층 촬영 및 광학 발광 분광 [9]: 227–232 촬영입니다.

옵티컬

호주 서부의 애그뉴에 있는 시조안코마티이트에서 채취된 감람석.

광물질은 색이나 광택과 같은 거시적 특성 외에도 편광 현미경을 통해 관찰할 수 있는 특성을 가지고 있다.

투과광

빛이 공기나 진공에서 투명한 결정으로 통과할 때 일부는 표면에서 반사되고 일부는 굴절된다.후자는 빛의 속도가 결정 안으로 들어가면서 변화하기 때문에 발생하는 광로의 휘기입니다. 스넬의 법칙휘기 각도를 굴절률, 즉 진공 속 속도와 결정 속 속도의 비율과 관련짓습니다.입방정계에 점 대칭 그룹이 있는 결정은 등방성입니다.지수는 방향에 의존하지 않습니다.다른 모든 결정들은 이방성입니다: 그것들을 통과하는 빛은 다른 속도로 이동하고 다른 [9]: 289–291 각도로 굴절되는 두 개의 평면 편광으로 나뉩니다.

편광현미경은 일반 현미경과 비슷하지만 시료 아래에 (편광자)와 그 위에 (편광자)가 수직으로 편광된 두 개의 평면 편광필터를 가지고 있다.빛은 편광자, 시료 및 분석기를 통해 연속적으로 전달됩니다.샘플이 없는 경우 편광자의 모든 빛을 분석기가 차단합니다.그러나 이방성 샘플은 일반적으로 편광을 변화시켜 일부 빛이 통과할 수 있도록 합니다.얇은 부분과 가루를 [9]: 293–294 샘플로 사용할 수 있습니다.

등방성 결정을 볼 때 빛의 편광에 변화가 없기 때문에 어둡게 보입니다.그러나 굴절률이 낮은 보정된 액체에 담갔다가 현미경이 초점을 벗어나면 베케 선이라는 밝은 선이 결정 주위에 나타납니다.서로 다른 지수를 가진 액체에서 이러한 라인의 유무를 관찰함으로써 결정의 지수를 보통 ± 0.[9]: 294–295 003 이내로 추정할 수 있다.

체계적

행크사이트, NaK22(SO4)(9CO3)2Cl, 탄산염 및 황산염으로 간주되는 몇 안 되는 광물 중 하나

체계적 광물학은 광물의 특성에 의한 식별과 분류이다.역사적으로, 광물학은 암석을 형성하는 광물의 분류법에 크게 관련되어 있었다.1959년 국제광물학협회는 명명법을 합리화하고 새로운 명칭의 도입을 규제하기 위해 새로운 광물 및 광물명 위원회를 결성했다.2006년 7월에는 광물분류위원회와 합병해 [13]신광물명분류위원회를 구성했다.6,000개가 넘는 이름이 붙은 광물과 이름이 없는 광물이 있으며,[14] 매년 약 100개가 발견됩니다.광물학 매뉴얼은 천연 원소, 황화물, 황산염, 산화물, 수산화물, 할로겐화물, 탄산염, 질산염, 붕산염, 황산염, 크롬산염, 몰리브데이트 및 텅스테이트, 인산염, 비산염, 바나데이트, 규산염 [9]등의 분류로 미네랄을 분류한다.

형성 환경

광물 형성과 성장 환경은 매우 다양하며, 높은 온도에서 느린 결정화 및 화성 온도가 지구의 지각 깊숙이 녹는 압력에서부터 지구 표면의 염수에서 낮은 온도 강수량까지 다양합니다.

형성 방법에는 다음과 같은 것이 있습니다.[15]

생물 종말학

생물 종말학은 광물학, 고생물학, 생물학을 아우르는 분야이다.그것은 식물과 동물이 생물학적 통제 하에 광물을 어떻게 안정화시키는지에 대한 연구와 퇴적 [16]후 광물의 광물 대체의 배열이다.화학 [19]광물학, 특히 동위원소 연구의 기술을 사용하여 화석의 원래 미네랄 함량 같은 것뿐만 아니라 살아있는 식물과 동물의[17][18] 성장 형태와 같은 것들을 결정합니다.

광물 진화라고 불리는 광물학에 대한 새로운 접근법은 생명의 기원에 대한 광물의 역할과 광물 촉매 유기 합성과 광물 [20][21]표면에서의 유기 분자의 선택적 흡착 과정을 포함한 지구권과 생물권의 공동 진화를 탐구합니다.

광물 생태학

2011년, 몇몇 연구자들이 광물 [22]진화 데이터베이스를 개발하기 시작했다.이 데이터베이스는 69만 개 이상의 광물-광물 쌍을 보유한 군중-광물 사이트(Mindat.org)를 승인된 광물의 공식 IMA 목록과 지질학 [23]출판물의 나이 데이터와 통합한다.

이 데이터베이스는 광물 생태학이라고 불리는 접근방식인 새로운 질문에 대한 답을 얻기 위해 통계를 적용할 수 있게 한다.그러한 질문 중 하나는 광물 진화가 얼마나 결정적인가 하는 것과 얼마나 많은 우연의 결과인가 하는 것이다.광물의 화학적 성질과 안정성에 대한 조건과 같은 몇몇 요소들은 결정론적이다; 그러나 광물학은 행성의 구성을 결정하는 과정에 의해서도 영향을 받을 수 있다.2015년 논문에서 로버트 하젠 등은 각 원소와 관련된 광물의 수를 풍부함의 함수로 분석했다.그들은 4800개 이상의 알려진 광물과 72개의 원소가 있는 지구가 멱함수 법칙 관계를 가지고 있다는 것을 발견했다.63개의 광물과 24개의 원소만을 가진 달은 본질적으로 같은 관계를 가지고 있다.이것은 행성의 화학적 조성을 감안할 때 더 흔한 광물을 예측할 수 있다는 것을 의미한다.그러나 광물의 34%가 한 두 곳에서만 발견될 정도로 분포는 꼬리가 길다.이 모델은 수천 종의 광물들이 발견되기를 기다리거나 형성되어 침식, 매장 또는 다른 과정으로 사라질 것이라고 예측한다.이것은 희귀 광물의 형성에 우연한 역할이 [24][25][26][27]발생한다는 것을 의미한다.

빅데이터 세트의 또 다른 사용에서는 네트워크 이론이 탄소 광물의 데이터 세트에 적용되어 다양성과 분포의 새로운 패턴을 드러냈습니다.분석은 어떤 광물이 공존하려는 경향이 있는지, 그리고 어떤 조건(지질학적, 물리적, 화학적, 생물학적)이 그것들과 연관되어 있는지를 보여줄 수 있다.이 정보는 새로운 퇴적물과 심지어 새로운 광물종을 [28][29][30]찾는 장소를 예측하는 데 사용될 수 있다.

상업적으로 가치가 있는 [31]금속의 원색 형태에 대한 색상표입니다.

사용하다

광물은 각종 상품과 기계에서 사용되는 금속제품의 필수성분인 광석, 석회석, 대리석, 화강암, 자갈, 유리, 석고,[15] 시멘트 등 건축자재의 필수성분인 광석 등 인간사회의 다양한 요구에 필수적입니다.미네랄은 또한 농작물의 성장을 풍요롭게 하기 위해 비료에 사용된다.

광물 샘플의 소량 수집, 케이스 포함.러시아어 라벨

모으기

광물 수집은 또한 레크리에이션 연구 및 수집 취미이며,[32][33] 이 분야를 대표하는 클럽과 협회가 있습니다.미국 스미소니언 국립 박물관 자연사 홀 지질학, 잼스, 미네랄, 로스 앤젤레스 자연사 박물관, 카네기 박물관 자연 History,the 자연사 박물관, 런던, 그리고 사적인 Mim 광물 박물관 레바논 베이루트에서 같은 박물관, Lebanon,[34][35]광물 표본의 permanen에 인기 있는 소장하고 있다.tdispl네.[36]

「 」를 참조해 주세요.

메모들

  1. ^ 일반적으로 /mologicalnologicalrɒlədi/[1][2]로 발음되는 것은 예측 동화의 일반적인 음운론적 과정, 특히 북미에서 뿐만 아니라 영국 영어에서도 마찬가지이다.그럼에도 불구하고, 현대의 서술형 영국 사전조차 Collins [2][failed verification]Dictionary와 같이 때때로 사운드 파일이 동화된 발음을 가지고 있음에도 불구하고 /m pronnmréldd/의 철자 발음만을 기록하는 경향이 있다.

레퍼런스

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추가 정보

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