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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

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Presentation Transcript
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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

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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)

slide3

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。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。

slide5

図 珪酸塩鉱物の分類

SiO2の相転移

Si4+, 4配位

Quartz

Tridymite

Cristobalite

Coesite

Si4+, 6配位

Stishovite

CaCl2 type

Seifertite (a-PbO2)

6+2配位

Pyrite type

slide6

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

slide11

a軸側から見たオリビンの結晶構造

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。

slide19

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。

slide20

Stability of FeH

The key reactionsfor formation of FeH:

3FeO + H2O = Fe3O4 +2H2

11FeO + H2O = 2FeH + 3Fe3O4

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

Fe

(Fe2SiO4)

FeH

FeO

Fe3O4

O

H2O

H

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

H O

2

Brucite

Chl

Chld

G, Ohtani et al., 1997

E1

G, Kudoh et al., 1997

F, Kanzaki, 1991

A

10 ?

D, Yang et al., 1997

E2

Serp

D

Sur

Norbergite

Ch

Hm

Talc

SuB

MORB

Chm

HyWd

B

Pyrolite

Amphiboles

AnhyB Fo En

MgO SiO

2

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

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H O

2

Brucite

Chl

Chld

G, Ohtani et al., 1997

E1

G, Kudoh et al., 1997

F, Kanzaki, 1991

A

10 ?

D, Yang et al., 1997

E2

Serp

D

Sur

Norbergite

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Talc

SuB

MORB

Chm

HyWd

B

Pyrolite

Amphiboles

MgO SiO

AnhyB Fo En

2

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小テスト問題  2012/10/9 大谷

1.次の鉱物の化学式を記せ。

Fayalite

Tephroite

Monticellite

Forsterite

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

B

C