광물의 성질
(1) 광물의 정의와 구조
① 광물: 암석을 이루는 무기물의 고체로, 광물마다 고유의 화학 조성과 결정 구조가 있어 서로 다른 특징을 가진다. 암석을 이루는 대표적인 조암 광물로는 감람석, 휘석, 각섬석, 흑운모, 장석, 석영 등이 있다.
- 결정질: 원자나 이온의 배열 상태가 규칙적인 물질이다. 예) 석영, 장석 등 대부분의 광물
- 비결정질: 원자나 이온의 배열 상태가 불규칙적인 물질이다. 예) 단백석, 흑요석
② 광물의 결정형과 결정 형태: 광물의 독특한 외부 형태를 결정형이라 하고, 결정면의 배열에 따라 나타나는 광물의 여러 가지 모양을 결정 형태라고 한다.
③ 광물의 내부 구조: 광물에 X선을 투과시키면 규칙적으로 배열된 점무늬가 나타나는데, 이를 라우에 점무늬라고 한다. 라우에 점무늬로 광물 내부의 원자나 이온의 배열 상태를 알 수있다.
(2) 광물의 물리적 성질: 색, 조흔색, 쪼개짐과 깨짐, 굳기, 광택, 비중 등이 있다.
① 색: 순수한 광물이 갖는 고유의 색을 자색, 불순물이 섞여 달라진 색을 타색이라고 한다.
② 조흔색: 광물 가루의 색으로, 주로 조흔판에 긁어서 확인한다.
③ 쪼개짐과 깨짐: 광물에 충격을 가했을 때 결합력이 약한 부분을 따라 규칙성을 가지고 평탄하게 갈라지면 쪼개짐(예) 흑운모: 1방향, 장석: 2방향, 방해석: 3방향), 불규칙하게 부서지면 깨짐(예) 석영, 감람석)이라고 한다.
④ 굳기: 광물의 단단한 정도를 말한다. ⇨ 두 종류의 광물을 서로 마찰시킬 때의 상대적인 단단함을 나타내는 것으로, 모스 굳기계를 이용한다.
(3) 광물의 분류
① 규산염 광물: 1개의 규소와 4개의 산소가 결합된 SiO4 사면체를 기본 단위로 하며, SiO4 사면체가 다른 이온과 결합되어 이루어진 광물이다. ⇨ 조암 광물의 대부분은 규산염 광물이다.
- SiO4 사면체의 공유 산소 수는 저온에서 정출된 광물일수록 증가한다.
- Fe, Mg이 많이 함유된 광물(감람석, 휘석, 각섬석, 흑운모)은색이 어둡고 밀도가 크며, Si, Na, K이 많이 함유된 광물(장석, 석영)은 색이 밝고 밀도가 작다.
② 비규산염 광물: 규산염 광물을 제외한 원소 광물, 산화 광물, 황화 광물, 탄산염 광물 등을 비규산염 광물이라고 한다.
- 원소 광물은 다른 원소와 결합하지 않고 한 종류의 원소만으로 산출되는 광물로서, 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 황(S) 등이 있다.
- 산화 광물은 자철석(Fe3O4), 적철석(Fe2O3), 강옥(Al2O3) 등과 같이 산소가 금속 원소와 결합된 화합물이다.
- 탄산염 광물은 CO32-을 포함하는 광물로, 방해석과 같은 탄산염 광물에 묽은 염산을 떨어뜨리면 이산화 탄소 기포가 발생한다.
⇨ CaCO3+2HCl → CaCl2+H2O+CO2(↑)
편광 현미경을 이용한 광물 관찰
(1) 광물의 광학적 성질
① 투명 광물과 불투명 광물: 석영, 장석 등과 같은 비금속 광물은 얇게 가공하면 빛을 투과시키므로 투명 광물이라고 한다. 한편 금, 은 등의 금속 광물은 얇게 가공하더라도 빛을 투과시키지 못하므로 불투명 광물이라고 한다.
② 복굴절: 빛이 투명 광물을 통과할 때 진동 방향이 서로 수직인 두 개의 광선으로 나뉘어 굴절하는 현상이다. 빛이 두 갈래로 갈라져 굴절되기 때문에 광물 아래의 물체가 이중으로 보인다.
- 광학적 등방체: 광물 내에서 방향에 관계없이 빛의 통과 속도가 일정한 광물로, 단굴절을 일으킨다. 예) 석류석, 금강석, 암염 등
- 광학적 이방체: 광물 내에서 방향에 따라 빛의 통과 속도가 달라져서 굴절률에 차이가 생기는 광물로, 복굴절을 일으킨다. 예) 방해석, 흑운모 등
(2) 편광 현미경을 이용한 광물 관찰
① 편광 현미경의 구조: 상부 편광판을 뺀 상태를 개방 니콜, 상부 편광판을 넣은 상태를 직교니콜이라고 한다.
② 편광 현미경을 이용한 광물 관찰
- 다색성: 개방 니콜에서 유색의 광학적 이방체 광물의 박편을 재물대 위에 놓고 회전시킬때, 광물의 색과 밝기가 일정한 범위에서 변하는 현상이다.
- 간섭색: 직교 니콜에서 광학적 이방체 광물의 박편을 재물대 위에 놓았을 때 관찰되는 색으로, 복굴절된 빛의 간섭에 의해 생긴다.
- 소광 현상: 직교 니콜에서 광학적 이방체 광물의 박편을 재물대 위에 놓고 회전시키면 간 섭색이 변하는데, 어느 각도에서는 빛이 통과하지 않는 소광 현상이 일어난다. 재물대를 회전시킬 때 90° 간격으로 소광 현상이 일어난다. 광학적 등방체를 직교 니콜에서 관찰하면 완전 소광이 일어난다.
암석의 조직과 분류
(1) 화성암
① 화성암의 조직: 심성암에서는 입자의 크기가 크고 비교적 고른 조립질 조직을 관찰할 수 있고, 화산암에서는 대부분 결정이 없는 유리질 조직이나 결정의 크기가 매우 작은 세립질 조직을 관찰할 수 있다. 또, 반심성암에서는 유리질 조직이나 세립질 조직 바탕에 결정의 크기가 큰 반정이 섞여 있는 반상 조직을 관찰할 수 있다.
② 화성암의 분류
(2) 퇴적암
① 퇴적암의 조직
- 쇄설성 퇴적암: 지표에 노출된 암석이 풍화 작용을 받아 생긴 쇄설물들이 운반된 후 퇴적되어 형성된다. ⇨ 역암, 사암, 셰일 등의 쇄설성 퇴적암을 관찰하면 입자의 모서리가 마모되어 있고, 입자 사이에 방해석, 점토 광물, 불투명 광물 등의 교결 물질이 채워져 있는 쇄설성 조직을 볼 수 있다. 또한 퇴적물들이 평행한 층상 구조를 이루는데, 이를 층리라고 한다.
- 화학적 퇴적암: 화학적 풍화 작용으로 생성된 이온 등의 반응으로 광물이 침전하여 생성된다. ⇨ 흔히 해양 환경에서 생성되며 침전에 의해 형성된 석회암, 건조한 기후에서 바닷물의 증발로 만들어진 석고, 암염 등이 있다.
- 유기적 퇴적암: 해양 환경에서 탄산칼슘이나 생물체의 유해가 가라앉아 형성된다. ⇨ 석회암을 관찰하면 크고 작은 탄산칼슘의 입자들 사이에 생물의 골격이나 껍데기의 파편이 관찰되는 경우가 많다.
② 퇴적암의 분류
(3) 변성암
① 변성암의 조직
- 변성암은 지하 깊은 곳에서 열과 압력을 받아 생성된 광역 변성암과 마그마의 접촉부에서 주로 열을 받아 생성된 접촉 변성암이 있다.
- 광역 변성암에서는 암석이 고온·고압 상태에서 새로운 온도와 압력 조건에 맞는 광물이 만들어지거나 광물의 크기가 커지는 재결정 작용이 일어난다. 또, 흑운모나 백운모와 같은 판상의 광물이 압력에 수직인 방향으로 나란하게 배열된 엽리(편리, 편마 구조)를 볼 수 있다. 셰일이 열과 압력을 받아 생성된 변성암은 변성 정도가 증가함에 따라 세립질의 입자에서 조립질의 입자로 변한 것을 볼 수 있다.
- 접촉 변성암에서는 치밀하고 단단한 혼펠스 조직이나, 입자의 크기가 비슷하고 조립질로 구성된 입상 변정질 조직이 나타난다.
② 변성암의 분류
참고자료: EBS 수능 특강 지구과학2
