휘석
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1. 개요
輝石 /Pyroxene
광물의 일종이다.
2. 결정 구조 및 분류 체계
휘석은 보통 그 모습 때문에 I-beam 구조라고 불린다. 규산염사면체 두 개 사이에 M1 자리가 있는데, 이 모습이 알파벳 I와 닮았기 때문. 각 자리에 들어가는 주요 원소들은 다음과 같다.
- X = M2 자리에 들어가는 양이온 (위 결정 구조에서 파란 곳). Mg, Fe, Ca, Na가 보통 들어간다.[4]
- Y = M1 자리에 들어가는 양이온 (위 결정 구조에서 붉은 곳). Mg, Fe, Al, Fe(III)가 보통 들어간다.[5]
- Z = 규산염사면체의 중앙부 양이온 (위 결정 구조에서 노란 정사면체 속). 보통 Si가 들어가지만 일부는 Al이 들어가게 된다.
- Ferrosilite (X=Y=Fe(II))
- Enstatite (X=Y=Mg(II))
- Diopsite (X=Ca; Y=Mg)
- Hedenbergite (X=Ca; Y=Fe)
- Jadeite (X=Na; Y=Al)
- Aegirine (X=Na; Y=Fe(III))
- Spodumene (X=Li; Y=Al)
덧붙여 Ferrosilite-Enstatite는 고용체 관계를 이루고, 또 Diopside-Hedenbergite도 고용체 관계를 이룬다. 그런데 두 고용체 사이에는 결정계 차이가 있기 때문에 서로 섞이지 못한다.[7] 큰 범위에서 보자면 칼슘적은 휘석군, 칼슘많은 휘석군, 소듐많은 휘석군 총 세 개의 영역이 있다고 생각하면 좋다. Mg와 Fe는 보통 서로 교환이 잘 되는 한 쌍이라고 보면 된다.
3. 지질학적 배경
휘석의 특징은 철, 마그네슘의 함량이 대체로 높은 고철질 광물이며, 무수광물이며, 변성암과 화성암에서 흔하게 만들어지는 광물이라는 것이다. 따라서 화성암석학과 변성암석학 모두에게서 많은 관심대상이 되는 광물에 속한다. 그렇기에 종종 특정 암석에게 상징과 같은 역할을 수행하기도 한다. 예컨대 에클로자이트라는 암석은 반드시 Omphacite라는 소듐이 많은 휘석이 들어가 있어야한다.[8]
화성암에서는 다양한 범위의 암석에서 찾아볼 수 있는데 가장 흔하게 휘석을 포함하는 암석은 대표적으로 현무암이 있다. 당장 제주도의 검은 암석을 뒤적거려보면 그 안에 새카만 알갱이가 들어있는 걸 볼 수 있는데 그게 거의 다 휘석이다. 또한 맨틀 상부의 감람암에도 꽤나 들어있다. 상당히 진화가 진행된 마그마에서 보통은 휘석이 나오지 않지만, 항상 그렇다고는 할 수 없다. 알칼리 성분이 높은 암석 중 일부는 상당히 진화된 것으로 생각됨에도 소듐이 있는 휘석이 나오기도 한다.[9] 또한 옛날옛적에 지각에도 고철질 성분이 풍부했을 때는 몬조니암이나 화강암 계통에도 휘석이 섞이는데, 이런 암석을 각각 mangerite, charnokite라고 부른다. Spodumene의 경우에는 리튬이 농집된 거정질화강암(pegmatite)에 산출된다.
변성암에서는 보통 두 가지 경우의 수가 있다. 하나는 원암이 탄산염암인 변성암이고, 또 하나는 탈수나 부분용융 단계까지 경험하는 고온/고압변성작용의 산물일 때이다. 원래 탄산염암의 변성 과정에서는 신기한 광물이 많이 섞이게 된다.[10][11] 그리고 변성 과정에서는 보통 물이 상당히 포함되기 때문에 휘석 대신 각섬석이 많이 자라는데, 고온이나 고압이 되어 물이 빠져나가게 되면 비로소 휘석이 안정해지게 되는 것이다.
고철질 광물에 속하는 휘석은 퇴적 환경에서는 보통 불안정하기 때문에 대부분의 퇴적암에서는 휘석을 찾기가 쉽지 않다.[12]
4. 준휘석(Pyroxenoid)
휘석은 M1, M2 자리에 의해 광물의 성질과 이름이 달라지게 되는데, 두 자리의 크기가 서로 다르다. 보통 M1 자리가 더 작은데, 이곳에 더 큰 이온이 비집고 들어가려고 하게 되면 결정계가 흐트러지면서 단쇄구조가 제대로 유지되지 못한다. 그래서 결정이 뒤틀리게 되고 이 때문에 결정형이 삼사정계(Triclinic)가 된다. 이 경우에는 휘석과 결정계가 달라져버렸기 때문에 더 이상 휘석이라고 부르지는 않지만, 휘석과 유사한 결정구조는 유지하고 있으므로 준-휘석으로 부르게 된다.
이런 준휘석에는 Wollastonite (CaSiO3), Rhodonite(MnSiO3, Pectolite(Ca2NaH(SiO3)3) 등이 포함되어 있다.
5. 보석으로서의 가치
휘석의 훌륭한 학술적 가치에도 불구하고 대부분의 휘석은 상업적 가치가 낮다. 그러나 잘 자란 제다이트(Jadeite)는 비싼 몸이 되는데, 바로 옥(Jade)의 주구성 광물이 바로 이 제다이트이기 때문이다. 하지만 보석이라는게 다 그렇듯이, 풍화에 극도로 취약하지 않다면, 무척 잘 자란 결정은 보석으로서의 가치를 인정받는다.
6. 대중매체에서의 활용
휘석은 무척 흔하고 지질학적으로 중요한 광물이지만 대중적으로 어필할 무언가가 부족한지, 그 활용은 무척이나 낮다. 유일한 예외는 '옥'이지만, 그나마도 옥은 각섬석으로 된 것도 있어 온전히 휘석에 다리를 걸치지 못한다.
포켓몬스터에서 미라몽, 폴리곤2, 럭키등이 쓰는 진화의휘석의 이름을 여기서 따왔다.
[1] 각 X,Y,Z에 들어가는 양이온은 본문 참고[2] 각섬석처럼 c축에 평행한 두 면이지만 휘석은 면각이 약 90도에 해당한다. 휘석과 각섬석을 한눈에 구분하는 중요한 성질.[3] 검은 휘석도 약간 녹색을 보여준다.[4] Li이 들어가는 경우 특별히 Spodumene이라는 휘석이 된다.[5] Ca이 들어가기 시작하면 결정 구조가 완전히 뒤틀려서 휘석이 아니라 준휘석(pyroxenoid)에 해당하는 Wollastonite가 된다.[6] 광물은 보통 성분이 이것저것 섞여서 나오기 때문에 가장 순수한 형태의 광물을 골라 이름을 붙여준다. 이러한 순수한 각각의 성분에 해당하는 광물을 단종이라고 부른다.[7] 전자 고용체 관계에서 칼슘이 조금 포함된 경우를 Pigeonite, 후자 고용체 관계에서 칼슘이 조금 부족한 경우를 Augite라고 한다.[8] Jadeite와 칼슘-휘석이 섞인 경우를 Omphacite라고 함.[9] 섬장암이나 향암이 그 예다.[10] 옥, 라피스라줄리 등등[11] 이는 CO2 분압이 높기 때문이다.[12] 휘석이 풍화되기 전에 쌓여 굳어지는 경우에는 보존되겠지만... 대부분의 퇴적환경은 그렇게 되기가 어렵다.