三斜晶系の鉱物と特徴、種類や産地

三斜晶系の鉱物

三斜晶系は、結晶学において最も低い対称性を持つ結晶系として知られています。3つの結晶軸の長さが全て異なり、かつ3本の軸が互いに斜交する構造を持つため、14個のブラベー格子の中で最も対称性が低く、全ての格子が持つ最小限の対称性のみを備えています。格子定数はa≠b≠c、軸角α≠β≠γ≠90°という条件で表され、軸長にも軸角にも何の制限もないという特徴があります。

 

参考）三斜晶系 - Wikipedia
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この結晶系に属する空間群は、PinacoidalとPedialの2種類のみで、それぞれP1とP1という記号で表されます。Pinacoidalは中心対称性を持ち、多くの三斜晶系鉱物がこの型に分類されます。単純三斜格子の1種類のみがブラベー格子として対応しており、結晶構造の多様性を生み出す基礎となっています。
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三斜晶系鉱物は地球上に広く分布しており、約35種類以上の鉱物がこの結晶系に分類されています。代表的な鉱物として斜長石、微斜長石、ばら輝石、トルコ石、珪灰石、アンブリゴナイトなどがあり、これらは全てPinacoidal型に属しています。これらの鉱物は様々な地質環境で形成され、岩石を構成する主要な鉱物から宝石として利用されるものまで、幅広い用途を持っています。

 

参考）Category:三斜晶系鉱物 - Wikipedia
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三斜晶系の代表的な鉱物種類

 

三斜晶系に属する代表的な鉱物には、長石類、粘土鉱物、宝石鉱物など多様な種類が存在します。長石類では、微斜長石(KAlSi3O8)が低温域(約400°C以下)で形成されるカリ長石として知られており、正長石と成分は同じですが結晶系が異なる多形関係にあります。斜長石グループには、曹長石から灰長石までのNa-Ca比が連続的に変化する固溶体系列が含まれ、アンデシンやバイトゥナイトなどが代表例です。

 

参考）【第13回】さまざまな長石
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粘土鉱物の代表格がカオリナイトで、化学組成はAl4Si4O10(OH)8、三斜晶系に属しています。カオリナイトは長期の風化作用によって花崗岩などの長石が分解して生成され、最も反応性の低い粘土鉱物として知られています。カオリナイト-蛇紋石グループには、ディク石やナクル石など、同じ化学組成を持ちながら結晶系が異なる多形も含まれています。

 

参考）カオリナイト - Wikipedia
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宝石として珍重されるトルコ石も三斜晶系の代表的な鉱物です。化学組成はCuAl6(PO4)4(OH)8・4/5H2Oで、乾燥気候地帯の地表近くにある銅鉱床が地下水や雨水に溶け出した燐酸分と反応して生成する二次鉱床の鉱物です。その他、ばら輝石、珪灰石、アンブリゴナイト、藍晶石、緑泥石なども三斜晶系に分類されます。

 

参考）トルコ石 - Wikipedia
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三斜晶系鉱物の結晶構造特性

三斜晶系の結晶構造は、3つの異なる長さのベクトルで表現され、互いに直交するベクトルが存在しないという特徴があります。この構造的特徴により、結晶学的に最も複雑な対称性を示し、格子定数の決定には高精度な測定が必要とされます。プライジンガー石の結晶構造解析では、三斜晶系で空間群P1であることが決定されており、この空間群は中心対称性を持つ最も基本的な対称操作のみを有しています。

 

参考）301 Moved Permanently
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結晶の光学的性質において、三斜晶系鉱物は特有の挙動を示します。c軸とb軸±a軸が斜交するため、偏光顕微鏡下で観察すると斜消光を示すのが特徴です。これに対して、c軸とa軸・b軸が直交する正方晶系や斜方晶系の鉱物は直消光を示すため、光学的性質によって結晶系を判別することが可能です。

 

参考）http://www5b.biglobe.ne.jp/~ueta/hakuhen/opt_obspoints.html
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複屈折の性質も三斜晶系鉱物を特徴づける重要な要素です。三斜晶系鉱物は異方性を持つ結晶格子構造になっており、入射角に対する結晶格子の方向によって光と反応するメカニズムが異なります。結晶の光学軸と結晶軸の関係が複雑で、結晶粒径が可視光の波長(400～800nm程度)より十分に小さいナノ領域に至ると、透光性が高くなることが研究で示されています。

 

参考）複屈折の原理
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三斜晶系鉱物の物理的性質

三斜晶系鉱物の物理的性質は、その結晶構造の低対称性を反映して多様です。硬度については、鉱物の種類によって大きく異なります。トルコ石のモース硬度は5～6程度で比較的柔らかく、比重は2.40～2.85と小さい値を示します。これはトルコ石が微細な結晶の集合体からなり、多孔質な構造を持つことに起因しています。

 

参考）https://www.j-tano.com/turquoise.htm
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トルコ石は単結晶を作ることがほとんどない隠微晶質鉱物で、性質は変異に富みます。通常は決まった外形を持たず、石理や裂け目を埋める形、団塊状、または葡萄の房状で産出します。肉眼で見られる大きさの結晶は極めて稀で、1912年にアメリカのヴァージニア州Lynch Stationで発見された2～3mmの透明な結晶が唯一の例として知られています。

 

参考）https://gemhall.sakura.ne.jp/gemus-tqis.htm
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カオリナイトの物理的性質も特徴的です。結晶系は三斜晶系で、化学組成はAl4Si4O10(OH)8、粘土鉱物の一種として分類されます。長石の風化作用によって生成され、最も反応性の低い粘土鉱物として知られており、元の岩石の種類によって含まれる不純物が異なります。結晶構造の違いにより、単斜晶系のディク石や三斜晶系のナクル石など、同じ化学組成でも異なる結晶系を持つ多形が存在します。
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三斜晶系鉱物の産地と産状

三斜晶系鉱物は世界中の様々な地質環境で産出します。トルコ石の主要な産地としては、イラン(ペルシア)が4000年以上にわたって世界で最も良質なトルコ石を産出してきた歴史があります。その他の主要産地にはアメリカ(アリゾナ州、ニューメキシコ州)、中国、メキシコなどがあります。トルコ石は乾燥気候地帯の地表近くにある銅鉱床が、地下水や雨水に溶け出した燐酸分と反応して生成する典型的な二次鉱床の鉱物です。

 

参考）ターコイズの効果と意味｜種類やパワーストーンとしての特徴を解…
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日本国内でも三斜晶系鉱物が多数産出しています。新潟県糸魚川地域では、蓮華石などの三斜晶系や単斜晶系の鉱物が発見されており、化学組成Sr4ZrTi4Si4O22で単斜晶系に属しています。山口県大和鉱山からは三斜晶系のプライジンガー石が産出し、空間群P1の結晶構造を持つことが解析されています。

 

参考）https://www.jstage.jst.go.jp/article/gkk/36/3/36_3_61/_pdf/-char/en
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長石類の産状も特徴的です。微斜長石は低温域(約400°C以下)で形成されたカリ長石で、花崗岩や花崗閃緑岩などの火成岩中に普遍的に含まれます。斜長石グループのバイトゥナイトは、Na:Ca比が3:7～1:9の範囲で、無色から白、灰色、薄い黄色などの色を呈し、他の長石類に比べて注目されにくい傾向があります。これらの鉱物は地殻を構成する主要な造岩鉱物として、地球上に広く分布しています。
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三斜晶系鉱物の応用と利用価値

三斜晶系鉱物は、その独特な性質から様々な分野で活用されています。トルコ石は人類が最も古くから宝石として利用してきた鉱物の一つで、ラピスラズリ、水晶、瑪瑙、真珠などと並ぶ歴史的価値を持ちます。現代でも12月の誕生石として知られ、そのターコイズブルーの美しい色合いから装飾品として高い人気を誇ります。石言葉は「成功」「繁栄」「安全」とされ、パワーストーンとしても利用されています。

 

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カオリナイトは産業用途で極めて重要な鉱物です。粘土鉱物の一種として、陶磁器の原料、製紙の充填剤やコーティング剤、化粧品、医薬品など幅広い分野で利用されています。風化作用の結果として生成するため反応性が低く、安定した物理化学的性質を持つことから、これらの用途に適しています。バンカ島産のカオリナイトは三斜晶系で結晶性が良好であることが知られています。

 

参考）https://kyoto-seas.org/pdf/18/3/180309.pdf
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長石類も重要な工業原料です。微斜長石や斜長石は、ガラス製造、陶磁器、セラミックス、研磨材などの原料として広く使用されています。特に微斜長石は、その低温安定性と特有の光学的性質から、装飾用の宝石(アマゾナイト)としても利用されます。近年では、ナノ多結晶技術の発展により、三斜晶系を含む複屈折を有する鉱物でも、粒径をナノ領域に近づけることで透光性が向上する研究が進められており、新たな透明セラミックス材料への応用が期待されています。

 

参考）透明ヒスイの超高圧合成：「ナノ多結晶宝石」の創出に向けて
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三斜晶系