ミネラル

地質学と鉱物学では、鉱物または鉱物種とは、広い意味では、かなり明確に定義された化学組成と特定の結晶構造を持ち、純粋な形で自然に発生する固体物質を指します。^{[1] [2]}

鉱物の地質学的な定義では、通常、生物にのみ存在する化合物は除外されます。ただし、一部の鉱物は、多くの場合、生物起源（方解石など）または化学的な意味での有機化合物（メライトなど）です。さらに、生物は、岩石にも存在する無機鉱物（ヒドロキシアパタイトなど）を合成することがよくあります。

鉱物の概念は、岩石とは異なります。岩石は、十分に大きなスケールで比較的均質な塊状の固体地質物質です。岩石は、1種類の鉱物で構成される場合もあれば、 2種類以上の異なる鉱物の集合体で、空間的に異なる相に分離されている場合もあります。^[3]

オパールや黒曜石など、明確な結晶構造を持たない天然の固体物質は、より正確には鉱物質と呼ばれます。^[4] 異なる結晶構造を持つ化合物が自然に発生する場合、それぞれの構造は異なる鉱物種とみなされます。したがって、たとえば、石英とスティショバイトは、同じ化合物である二酸化ケイ素で構成される2つの異なる鉱物です。

国際鉱物学協会（IMA）は、鉱物種の定義と命名法に関する一般的に認められた標準機関です。2024年7月現在^{[アップデート]}、IMAは6,062種の鉱物種を公式に認定しています。^[5]

名前の付いた鉱物種の化学組成は、微量の不純物の含有により多少変化することがある。種の特定の変種には、慣習的な名前や正式な名前が付けられることがある。 ^[6]たとえば、アメジストは鉱物種クォーツの紫色の変種である。鉱物種によっては、鉱物の構造内で同等の位置を占める2つ以上の化学元素の割合が変化することがある。たとえば、マキナワイトの化学式は(Fe,Ni)である。
₉S
₈、Feを意味する
_xニ
_{9- x}S
₈ここで、xは0から9までの可変数である。変動する組成を持つ鉱物は、多かれ少なかれ恣意的に別々の種に分割され、鉱物グループを形成することがある。これは、ケイ酸塩Caの場合である。
_xマグネシウム
_ええ鉄
_{2- x - y の}SiO
₄、オリビングループ。

鉱物種の説明には通常、 本質的な化学組成と結晶構造の他に、癖、硬度、光沢、透明度、色、条痕、粘り強さ、劈開、破砕、分離、比重、磁性、蛍光性、放射能などの共通の物理的特性、さらに味や匂い、酸に対する反応も含まれます。

鉱物は主要な化学成分によって分類されます。2つの主要な分類法は、ダナ分類とストルンツ分類です。ケイ酸塩鉱物は地球の地殻の約90％を占めています。^{[7] [8]}その他の重要な鉱物グループには、天然元素、硫化物、酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩、硫酸塩、リン酸塩が含まれます。

国際鉱物学協会は、ある物質が独自の鉱物であるとみなされるための以下の要件を定めている。^{[9] [10]}

1. それは、地球または他の地球外天体における自然の地質学的プロセスによって形成された天然物質でなければならない。これには、タングステンカーバイド、尿路結石、植物組織内のシュウ酸カルシウム結晶、貝殻など、人間の活動によって直接かつ排他的に生成された化合物（人為的）または生物内で生成された化合物（生物起源）は含まれない。ただし、そのような起源を持つ物質でも、生成に地質学的プロセスが関与している場合は適格となる可能性がある（植物由来のエベンカイト、コウモリの糞からのタラナカイト、鉱山の尾鉱からのアルパーサイトの場合など）。 ^[10]地球の中心核や他の惑星など、アクセスできない自然環境で発生すると予測される仮説上の物質も除外される。
2. 自然界では固体でなければなりません。 この規則の大きな例外は天然水銀です。天然水銀は、現在の規則が確立される前に分類されたため、-39℃以下でのみ結晶化するにもかかわらず、IMAでは依然として鉱物として分類されています。^[11] 水と二酸化炭素は、他の鉱物の包有物としてよく見られますが、鉱物とは見なされません。ただし、水氷は鉱物と見なされます。^[12]
3. 明確に定義された結晶構造、またはより一般的には、整然とした原子配列を持たなければなりません。^[13]この特性は、結晶形、硬度、劈開などのいくつかのマクロ的な物理的特性を意味します。 ^[14]オゾケライト、リモナイト、黒曜石、および地質学的に発生する他の多くの非晶質（非結晶性）物質は除外されます。
4. かなり明確に定義された化学組成を持っている必要があります。ただし、構造は固定されているが組成が変化する特定の結晶性物質は、単一の鉱物種と見なすことができます。一般的な例としては、マキナワイト、(Fe, Ni) ₉ S ₈などの固溶体があります。これは主に硫化鉄ですが、鉄原子のかなりの割合がニッケル原子に置き換えられています。^{[13] [15]}その他の例としては、可変の層の積み重ねを持つ層状結晶、または空孔と置換の規則的な配置のみが異なる結晶があります。一方、連続した一連の組成を持つ一部の物質は、任意に複数の鉱物に分割できます。典型的な例は、マグネシウムと鉄に富む端成分が別の鉱物（フォルステライトとファイアライト）と見なされるオリビングループ（Mg、Fe）₂ SiO ₄です。

これらの規則の詳細は多少議論の余地がある。^[13]例えば、非晶質物質を鉱物として分類するという最近の提案がいくつかあったが、IMAでは受け入れられなかった。

IMAはまた、数百原子の大きさのナノ粒子の形でのみ自然に発生する鉱物を受け入れることに消極的であるが、最小結晶サイズを定義していない。^[9]

一部の著者は、物質が室温（25℃）で安定または準安定の固体であることを要求しています。 ^[13] しかし、IMAは、物質がその構造と組成を明確に決定できるほど安定していることのみを要求しています。たとえば、最近、メリディアナイト（硫酸マグネシウムの天然水和物）は2℃以下でのみ形成され安定しているにもかかわらず、鉱物として認定されました。

2024年7月現在^{[アップデート]}、6,062種の鉱物がIMAに承認されています。^[5]最も一般的には人名にちなんで命名され、次に発見地名が付けられています。化学組成または物理的特性に基づく名前は、鉱物名の語源の他の2つの主要なグループです。^{[16] [17]} ほとんどの名前は「-ite」で終わります。例外は通常、鉱物学が学問として組織化される前に確立された名前であり、たとえば方鉛鉱やダイヤモンドなどです。

地質学者や鉱物学者の間では、IMAが生物起源の結晶質物質を除外するという決定が論争の的となっている。例えば、ローウェンスタム（1981）は「生物は多様な鉱物を形成する能力があり、その一部は生物圏で無機的に形成できない」と述べている。^[18]

スキナー（2005）は、すべての固体を潜在的な鉱物とみなし、生物の代謝活動によって生成されるバイオミネラルを鉱物界に含めています。スキナーは、以前の鉱物の定義を拡張し、「生物地球化学的 プロセスによって形成された、非晶質または結晶性の元素または化合物」を鉱物として分類しました。^[19]

高解像度遺伝学とX線吸収分光法の最近の進歩は、微生物と鉱物の生物地球化学的関係についての啓示をもたらしており、この問題に新たな光を当てるかもしれない。 ^{[10] [19]}たとえば、IMA委託の「環境鉱物学および地球化学に関するワーキンググループ」は、水圏、大気圏、生物圏の鉱物を扱っている。^[20]このグループの調査範囲には、地球上のほぼすべての岩石、土壌、粒子表面に存在する鉱物形成微生物が含まれており、海底下1600メートル以上の深さから成層圏70キロメートル（中間圏に入る可能性あり）まで存在する。^{[21] [22] [23]}

生物地球化学的循環は数十億年にわたって鉱物の形成に貢献してきました。微生物は溶液から金属を沈殿させ、鉱床の形成に貢献します。また、鉱物の溶解を触媒することもできます。^{[24] [25] [26]}

国際鉱物学会のリストに載る以前には、60種類以上のバイオミネラルが発見され、命名され、発表されていました。^{[27]これらの鉱物（Lowenstam (1981) [18]}にまとめられたサブセット）は、Skinner (2005) の定義によれば、適切な鉱物とみなされています。 [ ^19]これらのバイオミネラルは、国際鉱物学会の公式鉱物名リストには載っていません。^[28] しかし、これらのバイオミネラルの代表の多くは、Dana分類体系に載っている78の鉱物クラスに分布しています。^[19]

スキナー（2005）の鉱物の定義では、この問題を考慮して、鉱物は結晶質または非晶質になり得ると述べている。^[19]バイオミネラルは最も一般的な鉱物ではないが、^[29]バイオミネラルは鉱物そのものを構成するものの限界を定義するのに役立つ。ニッケル（1995）の正式な定義では、物質を鉱物として定義するための鍵として結晶性が明示的に言及されている。2011年の論文では、アルミニウム、鉄、銅の合金であるイコサヘドライトを鉱物として定義した。これは、そのユニークな天然のイコサヘドロン対称性にちなんで名付けられた準結晶である。真の結晶とは異なり、準結晶は秩序立っているが周期的ではない。^{[30] [31]}

岩石は、1つまたは複数の鉱物^[32]または鉱物質の集合体です。石灰岩や珪岩 などの一部の岩石は、主に1つの鉱物で構成されています。石灰岩の場合は方解石またはアラゴナイト、後者の場合は石英です。 ^{[33] [34]}その他の岩石は、主要な（必須）鉱物の相対的な存在量によって定義できます。花崗岩は、石英、アルカリ長石、斜長石の割合によって定義されます。^[35]岩石内のその他の鉱物は副次鉱物と呼ばれ、岩石の全体的な構成に大きな影響を与えません。岩石は完全に非鉱物材料で構成されることもあります。石炭は、主に有機由来の炭素で構成される堆積岩です。^{[32] [36]}

岩石には、他の鉱物種やグループよりもはるかに多く含まれる鉱物があり、これらは岩石形成鉱物と呼ばれます。これらの主な例としては、石英、長石、雲母、角閃石、輝石、カンラン石、方解石があります。方解石を除いて、これらの鉱物はすべてケイ酸塩です。^[37]全体として、約150種類の鉱物が、その豊富さや収集の面での美的価値の点で特に重要であると考えられています。^[38]

宝石、金属鉱石、鉱物燃料以外の商業的に価値のある鉱物や岩石は、工業鉱物と呼ばれます。^[39]例えば、白い雲母である白雲母は、窓（アイシングラスと呼ばれることもあります）、充填材、断熱材として使用できます。^[40]

鉱石とは、特定の元素（通常は金属）を高濃度に含む鉱物です。例としては、水銀の鉱石である辰砂（HgS）、亜鉛の鉱石である閃亜鉛鉱（ZnS）、スズの鉱石である錫石（SnO ₂）、ホウ素の鉱石である銅鉱などがあります。

宝石は装飾的な価値を持つ鉱物であり、その美しさ、耐久性、そして通常は希少性によって非宝石と区別されます。宝石鉱物とみなされる鉱物種は約20種あり、最も一般的な宝石の約35種を構成しています。宝石鉱物は複数の種類が存在することが多く、1つの鉱物が複数の異なる宝石を構成することがあります。たとえば、ルビーとサファイアはどちらもコランダム（Al ₂ O _3）です。^[41]

英語（中英語）で「鉱物」という単語が初めて使われたのは15世紀である。この単語は中世ラテン語の「 mineral （鉱物）」に由来し、これは「minera（鉱山）」「ore（鉱石）」を意味する。 ^[42]

「種」という言葉はラテン語の「species 」に由来し、「独特の外見や外観を持つ特定の種類、種類、タイプ」を意味する。^[43]

鉱物の存在量と多様性は、その化学的性質によって直接制御され、地球の元素の存在量に依存しています。観察される鉱物の大部分は、地球の地殻に由来しています。地殻に豊富に存在するため、8つの元素が鉱物の主要成分のほとんどを占めています。重量で地殻の98%以上を占めるこれらの8つの元素は、含有量の多い順に、酸素、ケイ素、アルミニウム、鉄、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、カリウムです。酸素とケイ素は、圧倒的に最も重要な2つです。酸素は重量で地殻の47%を占め、ケイ素は28%を占めています。^[44]

形成される鉱物は、母天体の全体的な化学によって課せられた制限内で、形成時の温度と圧力で最も安定したものである。^[45]例えば、ほとんどの火成岩では、存在するアルミニウムとアルカリ金属（ナトリウムとカリウム）は、主に酸素、ケイ素、カルシウムと結合して長石鉱物として存在する。しかし、岩石が異常にアルカリ金属に富んでいる場合、長石としてすべてのナトリウムと結合するのに十分なアルミニウムがなく、余分なナトリウムはリーベック輝石などのナトリウム角閃石を形成する。アルミニウムの存在量が異常に多い場合、余分なアルミニウムは白雲母または他のアルミニウムに富む鉱物を形成する。^[46]ケイ素が不足している場合は、長石の一部が長石質鉱物に置き換わる。^[47]特定の温度と圧力で形成された特定の組成の岩石にどの鉱物が存在するかを正確に予測するには、複雑な熱力学計算が必要である。しかし、 CIPW基準のような比較的単純な経験則を使えば、乾燥したマグマから形成された火山岩については合理的な推定値が得られる。^[48]

化学組成は、固溶体系列の端成分種によって異なる場合があります。たとえば、斜長石は、ナトリウムに富む端成分のアルバイト（NaAlSi ₃ O ₈）からカルシウムに富む灰長石（CaAl ₂ Si ₂ O ₈ ）までの連続系列を構成し、その間の4つの中間種としてオリゴクレース、アンデシン、ラブラドライト、バイタウン石が認識されています（ナトリウムからカルシウムに富む順）。^[49]その他の系列の例には、マグネシウムに富むフォルステライトと鉄に富むファイアライトのオリビン系列、マンガンに富むヒューブネライトと鉄に富むフェルバライトのウルム重石系列があります。^[50]

鉱物のこの共通の特徴は、化学置換と配位多面体によって説明される。自然界では、鉱物は純粋な物質ではなく、特定の化学システムに存在する他の元素によって汚染されている。その結果、ある元素が他の元素に置き換えられる可能性がある。^[51]化学置換は、同様のサイズと電荷を持つイオン間で起こる。例えば、K ^{+ は}、サイズと電荷の大きな違いによって引き起こされる化学的および構造的な不適合性のため、Si ⁴⁺を置き換えることはない。化学置換の一般的な例は、電荷、サイズ、および地殻内での存在量が近い Si ⁴⁺と Al ³⁺の置換である。斜長石の例では、置換のケースが 3 つある。長石はすべてフレームワークケイ酸塩で、ケイ素と酸素の比は 2:1 であり、他の元素のためのスペースは、Si ⁴⁺をAl ³⁺に置き換えて基本単位 [AlSi ₃ O ₈ ] ⁻を与えることによって提供される。置換がなければ、式はSiO ₂として電荷バランスが取れ、石英を与える。^[52]この構造特性の重要性は、配位多面体によってさらに説明される。2番目の置換はNa ⁺とCa ^{2+の間で起こるが、電荷の違いは、Si 4+}をAl ³⁺で2度目に置換することによって説明される必要がある。^[53]

配位多面体は、陽イオンが陰イオンに囲まれている様子を幾何学的に表現したものです。鉱物学では、配位多面体は地殻に豊富に存在することから、通常酸素を基準に考えられます。ケイ酸塩鉱物の基本単位はシリカ四面体で、1 つの Si ⁴⁺が 4 つの O ²⁻に囲まれています。ケイ酸塩の配位を数で表す別の方法は、シリカ四面体の場合、シリコンの配位数は 4 であると言われています。さまざまな陽イオンには、可能な配位数の範囲が特定されています。シリコンの場合、化合物が圧縮されてシリコンが酸素と 6 回 (八面体) 配位する非常に高圧の鉱物を除いて、ほとんどの場合 4 です。陽イオンが大きいほど、酸素に比べて相対的なサイズが大きくなるため、配位数も大きくなります (重い原子の最後の軌道サブシェルも異なります)。配位数の変化は、物理的および鉱物学的差異につながります。例えば、マントルのような高圧下では、多くの鉱物、特にオリビンやガーネットなどのケイ酸塩は、ケイ素が八面体配位しているペロブスカイト構造に変化します。他の例としては、アルミノケイ酸塩のカイヤナイト、アンダルサイ​​ト、シリマナイト（化学式がAl ₂ SiO _{5であるため多形）があり、これらはAl} ³⁺の配位数によって異なり、圧力と温度の変化に応じて互いに変化します。^[44]ケイ酸塩物質の場合、電荷を均衡させる必要があるため、Si ⁴⁺をAl ³⁺に置き換えることで多様な鉱物が可能になります。^[54]

最も一般的な8つの元素が地球の地殻の98%以上を構成しているため、通常存在する他の元素の少量は、一般的な岩石形成鉱物に置き換えられています。ほとんどの元素の特徴的な鉱物は非常に稀で、これらの元素が熱水循環などの地質学的プロセスによって濃縮され、一般的な鉱物に収容できなくなる場所でのみ見つかります。^[55]

温度、圧力、組成の変化は、岩石サンプルの鉱物学を変化させます。組成の変化は、風化や交代作用（熱水変質）などのプロセスによって引き起こされる可能性があります。温度と圧力の変化は、ホスト岩石が地殻変動やマグマ運動を受けて異なる物理的レジームに変化したときに発生します。熱力学的条件の変化により、鉱物の組み合わせが互いに反応して新しい鉱物を生成するのに有利になります。そのため、2つの岩石が、類似した鉱物学を持たなくても、全体的岩石の化学組成が同一または非常に類似している可能性があります。この鉱物学的変化のプロセスは、岩石サイクルに関連しています。一連の鉱物反応の例を次に示します。^[56]

正長石（KAlSi ₃ O ₈ ）は、深成岩である花崗岩によく見られる鉱物です。風化にさらされると反応してカオリナイト（Al ₂ Si ₂ O ₅ (OH) ₄、堆積鉱物、およびケイ酸）を形成します。

2KAlSi3O8 + _5H2O ⁺ 2H ⁺ → _Al2Si2O5 ( OH _{) 4} + _{4H2SiO3 + 2K} +_​​​​​

低度変成条件下では、カオリナイトは石英と反応してパイロフィライト（Al ₂ Si ₄ O ₁₀ (OH) ₂ ）を形成します。

Al ₂ Si ₂ O ₅ (OH) ₄ + SiO ₂ → Al ₂ Si ₄ O ₁₀ (OH) ₂ + H ₂ O

変成度が増すにつれて、パイロフィライトは反応してカイヤナイトと石英を形成します。

Al ₂ Si ₄ O ₁₀ (OH) ₂ → Al ₂ SiO ₅ + 3 SiO ₂ + H ₂ O

あるいは、鉱物は温度や圧力の変化の結果として、反応することなく結晶構造を変えることがあります。例えば、石英は高温ではトリジマイトやクリストバライト、高圧ではコーサイトなど、さまざまなSiO _2多 形に変化します。 ^[57]

鉱物の分類は簡単なものから難しいものまで様々である。鉱物はいくつかの物理的特性によって識別することができ、そのうちのいくつかは疑いなく完全に識別するのに十分である。他の場合には、鉱物はより複雑な光学分析、化学分析、またはX線回折分析によってのみ分類することができる。しかしながら、これらの方法は費用がかかり、時間がかかる。分類に適用される物理的特性には、結晶構造と晶癖、硬度、光沢、透明度、色、条痕、劈開と破砕、および比重がある。その他のあまり一般的ではない試験には、蛍光、燐光、磁性、放射能、粘り強さ（機械的に誘発された形状または形態の変化に対する反応）、圧電性、および希酸に対する反応性がある。^[58]

結晶構造は、鉱物の内部構造における原子の整然とした幾何学的空間配置から生じます。この結晶構造は、結晶がとる幾何学的形状で表現されることが多い規則的な内部原子またはイオン配置に基づいています。鉱物の粒子が小さすぎて見えない場合や不規則な形状の場合でも、基礎となる結晶構造は常に周期的であり、X線回折によって決定できます。^[13]鉱物は通常、対称性の内容によって説明されます。結晶は32の点群に制限されており、対称性によって異なります。これらのグループは、さらに広いカテゴリに分類され、最も包括的なのは6つの結晶ファミリーです。^[59]

これらの族は、3つの結晶軸の相対的な長さとそれらの間の角度によって記述できます。これらの関係は、より狭い点群を定義する対称操作に対応しています。それらは以下のようにまとめられます。a、b、cは軸を表し、α、β、γはそれぞれの結晶軸の反対の角度を表します（たとえば、αはa軸の反対の角度、つまりb軸とc軸の間の角度です）。^[59]

六方晶系も 2 つの結晶系に分けられます 。三方晶系は 3 回の対称軸を持ち、六方晶系は 6 回の対称軸を持ちます。

化学と結晶構造が合わさって鉱物が定義される。32 の点群に制限されているため、異なる化学組成の鉱物が同じ結晶構造を持つことがある。たとえば、岩塩(NaCl)、方鉛鉱(PbS)、ペリクレース(MgO) はすべて、異なる構成元素間の化学量論が類似しているため、六八面体点群 (等方性ファミリー) に属する。対照的に、多形とは、化学式は同じだが構造が異なる鉱物のグループである。たとえば、黄鉄鉱と白鉄鉱はどちらも硫化鉄で、化学式は FeS ₂であるが、前者は等方性であるのに対し、後者は斜方晶系である。この多形性は、一般的な AX _{2 の}化学式を持つ他の硫化物にも適用され、これら 2 つのグループはまとめて黄鉄鉱グループと白鉄鉱グループとして知られている。^[60]

多形性は、純粋な対称性の内容を超えて広がることがあります。アルミノケイ酸塩は、 化学式 Al ₂ SiO _{5を共有する 3 つの鉱物、}カイヤナイト、アンダルサイ​​ト、シリマナイトのグループです。カイヤナイトは三斜晶系ですが、アンダルサイ​​トとシリマナイトはどちらも斜方晶系で、双錐点群に属します。これらの違いは、アルミニウムが結晶構造内でどのように配位されているかに対応して生じます。すべての鉱物において、1 つのアルミニウムイオンは常に酸素と 6 配位しています。シリコンは、原則として、すべての鉱物で 4 配位ですが、スティショバイト(SiO ₂、ルチル構造の超高圧石英多形) のようなケースは例外です。^[61]カイヤナイトでは、2 番目のアルミニウムは 6 配位であり、その化学式は結晶構造を反映して Al ^[6] Al ^[6] SiO ₅と表すことができます。アンダルサイ​​トは2番目のアルミニウムが5配位（Al ^[6] Al ^[5] SiO ₅）で存在し、シリマナイトは2番目のアルミニウムが4配位（Al ^[6] Al ^[4] SiO ₅）で存在する。^[62]

結晶構造と化学組成の違いは、鉱物のその他の物理的性質に大きく影響する。炭素同素体であるダイヤモンドとグラファイトは、性質が大きく異なる。ダイヤモンドは最も硬い天然物質で、金剛光沢を放ち、等方晶系に属するが、グラファイトは非常に柔らかく、脂っこい光沢を放ち、六方晶系で結晶化する。この違いは結合の違いによる。ダイヤモンドでは、炭素はsp ³混成軌道にあり、これは各炭素が4つの隣接炭素と四面体状に共有結合したフレームワークを形成することを意味する。一方、グラファイトはsp ^{2混成軌道の炭素シートで構成され、各炭素は3つの他の炭素とのみ共有結合している。これらのシートは、はるかに弱い}ファンデルワールス力によって結合しており、この相違は大きなマクロ的な違いにつながる。^[63]

双晶は、単一鉱物種の 2 つ以上の結晶が相互に成長したものです。双晶の形状は鉱物の対称性によって制御されます。その結果、接触双晶、網状双晶、膝状双晶、貫通双晶、環状双晶、および合成双晶など、いくつかのタイプの双晶が存在します。接触双晶または単純双晶は、平面で結合した 2 つの結晶で構成されます。このタイプの双晶はスピネルでよく見られます。網状双晶はルチルでよく見られ、網目のように絡み合った結晶です。膝状双晶は、双晶の開始によって中央が曲がっています。貫通双晶は、互いに成長した 2 つの単結晶で構成されます。この双晶の例には、十字形のスタウロライト双晶や正長石のカールスバッド双晶があります。環状双晶は、回転軸の周りで繰り返される双晶によって発生します。このタイプの双晶は、3、4、5、6、または8倍の軸の周囲に発生し、対応するパターンは、3リング、4リング、5リング、 6リング、および8リングと呼ばれます。6リングはアラゴナイトでよく見られます。ポリシンセティック双晶は、反復的な双晶が存在する点で周期的双晶に似ていますが、回転軸の周囲に発生するのではなく、ポリシンセティック双晶は平行面に沿って発生し、通常は顕微鏡的スケールで発生します。^{[64] [65]}

晶癖とは、結晶の全体的な形状を指します。この特性を説明するためにいくつかの用語が使用されています。一般的な晶癖には、ナトロライトなどの針状の結晶を表す針状、刃状、樹枝状（樹木状、天然銅に共通）、ガーネットに典型的な等角、角柱状（一方向に細長い）、板状（刃状は板状であるのに対し、板状は明確な伸長を持つ）などがあります。結晶の形に関連して、結晶面の品質は、特に岩石顕微鏡を使用した場合、一部の鉱物の診断に役立ちます。正面体結晶は明確な外部形状を持ちますが、下面体結晶はそうではありません。これらの中間の形状は亜面体と呼ばれます。^{[66] [67]}

鉱物の硬度は、引っかき傷やへこみに対してどの程度耐えられるかを定義します。この物理的特性は、鉱物の化学組成と結晶構造によって制御されます。

最も一般的に使用される測定スケールは、引っかき傷に対する耐性を測るモース硬度スケールです。10の指標で定義され、指数の高い鉱物はそれより低い鉱物を傷つけます。スケールの範囲は、層状珪酸塩であるタルクから、天然物質の中で最も硬い炭素多形体であるダイヤモンドまでです。スケールは以下の通りです。^[68]

鉱物の硬度はその構造によって決まる。硬度は必ずしもすべての結晶方位で一定ではなく、結晶の弱さによって一部の方向が他の方向よりも柔らかくなる。^[68]この硬度のばらつきの例として、カイヤナイトがある。カイヤナイトのモース硬度は[001]に平行な方向では5 1⁄2であるが、 [100]に平行な方向では7である。^[69]

その他の尺度としては、以下のものがある。^[70]

• ショア硬度試験は、バネ仕掛けの装置の圧痕に基づいて鉱物の耐久性を測定する。^[71]
• ロックウェルスケール
• ビッカース硬度試験
• ブリネルスケール

光沢は、鉱物の表面から光がどのように反射するかを示し、その質と強度に関するものである。この特性を表すために使われる質的な用語は数多くあり、金属と非金属のカテゴリーに分けられる。金属および亜金属鉱物は金属のように高い反射率を持ち、この光沢を持つ鉱物の例としては方鉛鉱や黄鉄鉱がある。非金属光沢には、ダイヤモンドなどの金剛光沢、ケイ酸塩鉱物に非常によく見られるガラス質の光沢であるガラス質光沢、タルクやアポフィライトなどの真珠光沢、ガーネットグループのメンバーなどの樹脂光沢、アスベスト状クリソタイルなどの繊維状鉱物によく見られる絹のような光沢がある。^[72]

鉱物の透明度は、光が鉱物を透過する能力を表します。透明な鉱物は、透過する光の強度を弱めません。透明な鉱物の例としては、白雲母（カリウム雲母）があります。いくつかの種類は、窓に使用できるほど透明です。半透明の鉱物は、ある程度の光を透過しますが、透明なものより透過率は低くなります。ヒスイ輝石とネフライト（ヒスイの鉱物形態は、この特性を持つ鉱物の例です）。光を透過しない鉱物は不透明と呼ばれます。^{[73] [74]}

鉱物の透明度はサンプルの厚さに依存します。鉱物が十分に薄い場合（例えば、岩石学の薄片の場合）、手で切ったサンプルではその特性が見られなくても、透明になることがあります。対照的に、ヘマタイトや黄鉄鉱などの一部の鉱物は薄片でも不透明です。^[74]

色は鉱物の最も明白な特性ですが、多くの場合、診断には役立ちません。^{[75]色は、電子と相互作用する}電磁放射によって引き起こされます（白熱光の場合は除きます。白熱光は鉱物には当てはまりません）。^[76]鉱物の色への寄与に関して、2つの大きなクラスの元素（自色性と他色性）が定義されています。自色性元素は鉱物の組成に不可欠であり、鉱物の色への寄与は診断に役立ちます。^{[73] [77]}このような鉱物の例としては、マラカイト（緑）やアズライト（青）があります。対照的に、鉱物中の他色性元素は、不純物として微量に存在します。このような鉱物の例としては、鉱物コランダムのルビーやサファイアの変種が挙げられます。^[77]擬似色性鉱物の色は、光波の干渉 の結果です。例としては、ラブラドライトやボルナイトがあります。

単純な地色に加えて、鉱物は遊色効果、アステリズム、シャトヤンシー、イリデッセンス、変色、多色性など、さまざまな独特の光学特性を持つことがあります。これらの特性のいくつかは色の変動に関係しています。オパールなどの遊色効果は、サンプルを回転させるとサンプルが異なる色を反射する結果となり、多色性は光が異なる方向から鉱物を通過するときに色が変化することを表します。イリデッセンスは、結晶表面のコーティング、劈開面、または化学的にわずかなグラデーションを持つ層で光が散乱するときに生じる遊色効果の一種です。^[78]対照的に、オパールの遊色効果は、その物理的構造内にある整然とした微細なシリカ球から光が屈折することによって生じます。^[79]シャトヤンシー (「キャッツアイ」) は、サンプルを回転させると観察される波状の色の縞です。アステリズムはシャトヤンシーの一種で、鉱物の粒子に星のような模様を生じさせる。後者の特性は宝石品質のコランダムに特によく見られる。^{[78] [79]}

鉱物の条痕とは、粉末状の鉱物の色を指し、その色は鉱物の本体色と同じ場合もそうでない場合もある。^[77]この特性を試験する最も一般的な方法は、磁器で作られ、白または黒に着色された条痕プレートを用いて行われる。鉱物の条痕は、微量元素^[73]や風化表面とは無関係である。^[77]この特性の一般的な例として、ヘマタイトが挙げられます。ヘマタイトは、手持ちのサンプルでは黒、銀、または赤に着色されていますが、チェリーレッド^[73]から赤褐色の条痕があります。^[ 77]条痕は、金属鉱物ではより特徴的であることが多いのに対し、非金属鉱物では、その本体色は異色元素によって作り出されます。^[73]条痕試験は鉱物の硬度によって制約され、硬度が 7 より硬い鉱物は条痕プレートを粉末にします。^[77]

定義上、鉱物は特徴的な原子配列を持つ。この結晶構造の弱さは、弱い面を引き起こし、そのような面に沿った鉱物の破壊は劈開と呼ばれる。劈開の質は、鉱物がいかにきれいに、容易に破壊されるかに基づいて説明することができる。一般的な記述は、品質の降順で「完全」、「良好」、「明瞭」、「不良」である。特に透明な鉱物、または薄片では、横から見たときに、平面をマークする一連の平行線として劈開を見ることができる。劈開は鉱物の普遍的な特性ではない。たとえば、広範囲に相互接続されたシリカ四面体からなる石英には、劈開を可能にする結晶学的弱点がない。対照的に、完全な基底劈開を持つ雲母は、非常に弱く結合したシリカ四面体のシートで構成されている。^{[80] [81]}

劈開は結晶学の機能であるため、劈開の種類は多様である。劈開は通常、1、2、3、4、または6方向のいずれかで発生する。1方向の基底劈開は雲母の特徴的な性質である。2方向劈開は柱状劈開と呼ばれ、角閃石や輝石などの鉱物に発生する。方鉛鉱や岩塩などの鉱物は、90°の3方向で立方（または等方）劈開する。方解石や菱マンガン鉱のように、3方向の劈開があるが90°ではない場合、菱面体劈開と呼ばれる。八面体劈開（4方向）は蛍石とダイヤモンドに存在し、閃亜鉛鉱は6方向の十二面体劈開を持つ。^{[80] [81]}

劈開の多い鉱物は、すべての方向で同じようによく割れるとは限りません。たとえば、方解石は3方向でよく割れますが、石膏は1方向で完全に割れ、他の2方向では割れが弱いです。劈開面の角度は鉱物によって異なります。たとえば、角閃石は2鎖ケイ酸塩で輝石は1鎖ケイ酸塩なので、劈開面の角度は異なります。輝石は2方向で約90°で割れますが、角閃石は2方向で約120°と60°の角度で割れます。劈開角度は、分度器に似た接触ゴニオメーターで測定できます。^{[80] [81]}

劈開は「偽劈開」とも呼ばれ、劈開と見た目は似ているが、鉱物の構造的欠陥によって生じるものであり、系統的な弱さによるものではない。劈開は鉱物の結晶ごとに異なるが、原子構造がその特性を許容する限り、特定の鉱物の結晶はすべて劈開する。一般に、劈開は結晶に何らかの応力が加わることで生じる。応力の原因には、変形（圧力の増加など）、離解、双晶形成などがある。劈開がよく見られる鉱物には、輝石、赤鉄鉱、磁鉄鉱、コランダムなどがある。^{[80] [82]}

鉱物が劈開面と一致しない方向に破壊されると、それは破砕されたとみなされる。不均一な破砕にはいくつかの種類がある。典型的な例は石英のような貝殻状破砕で、滑らかな曲線でマークされた丸い表面が形成される。このタイプの破砕は、非常に均質な鉱物でのみ発生する。その他のタイプの破砕は、繊維状、破片状、およびハックリーである。後者は、粗くギザギザした表面に沿った破損を表し、この特性の例は天然銅に見られる。^[83]

粘り強さは、劈開と破壊の両方に関係しています。破壊と劈開は鉱物が破壊されたときに形成される表面を表しますが、粘り強さは鉱物がそのような破壊に対してどの程度抵抗するかを表します。鉱物は脆い、延性、展性、切断性、柔軟性、弾性などと表現できます。^[84]

比重は鉱物の密度を数値で表す。密度の次元は質量を体積で割ったもので、単位は kg/m ³または g/cm ^{3 で}ある。比重は鉱物の密度を 4 °C の水の密度で割ったものとして定義され、すべての単位系で同一の無次元量である。^[85]サンプルの質量と空気中のサンプルの重量と水中での対応する重量の差の商として測定できる。ほとんどの鉱物では、この特性は診断には役立たない。岩石形成鉱物（通常はケイ酸塩、時には炭酸塩）の比重は 2.5～3.5 である。^[86]

比重が高いことは、鉱物の特徴的な特性です。化学的性質（および結果として鉱物の種類）の変化は、比重の変化と相関しています。より一般的な鉱物の中で、酸化物と硫化物は、原子量の大きい元素を含むため、比重が高くなる傾向があります。一般論として、金属光沢または金剛光沢を持つ鉱物は、非金属光沢から鈍い光沢を持つ鉱物よりも比重が高くなる傾向があります。たとえば、ヘマタイト（Fe ₂ O ₃）の比重は5.26 ^[87]ですが、方鉛鉱（PbS）の比重は7.2～7.6 ^[88]で、これはそれぞれ鉄と鉛の含有量が多いためです。非常に高い比重は、天然金属の特徴です。例えば、鉄隕石によく含まれる鉄ニッケル合金のカマサイトの比重は7.9であり^[89]、金の比重は15～19.3と観測されている^{[86] [90] 。}

その他の特性は鉱物の診断に使用できます。これらはそれほど一般的ではなく、特定の鉱物に適用されます。

希酸（多くの場合10% HCl）を鉱物に滴下すると、炭酸塩を他の鉱物クラスと区別するのに役立ちます。酸は炭酸塩（[CO ₃ ] ²⁻）基と反応し、影響を受けた部分が発泡して二酸化炭素ガスを放出します。このテストはさらに拡張して、鉱物を元の結晶形または粉末の形でテストすることができます。このテストの例は、特に岩石（それぞれ石灰岩とドロマイト）内の方解石とドロマイトを区別するときに行われます。方解石は酸の中ですぐに発泡しますが、粉末状のドロマイト（多くの場合、岩石の傷ついた表面）に酸を塗布しないと発泡しません。^[91]ゼオライト鉱物は酸の中で発泡しません。代わりに、5〜10分後に霜が降り、酸に1日放置すると溶解するかシリカゲルになります。 [ ^92]

磁性は、いくつかの鉱物の非常に顕著な特性です。一般的な鉱物の中では、磁鉄鉱がこの特性を強く示し、磁硫鉄鉱やイルメナイトにも、それほど強くはありませんが磁性が存在します。^[91]一部の鉱物は電気的特性を示します。たとえば、石英は圧電性です。しかし、データが不完全で自然変動があるため、電気的特性は鉱物の診断基準としてほとんど使用されません。^[93]

鉱物の味や匂いも検査できる。塩化ナトリウム（ Halite）は食塩で、カリウムを含む塩化物であるシルバイトは強い苦味がある。硫化物は、特にサンプルが割れたり、反応したり、粉末になったりすると、特徴的な匂いがする。^[91]

放射能は、放射性元素を含む鉱物に見られるまれな特性です。放射性元素は、ウラン鉱、閃ウラン鉱、カルノータイトなどの定義成分である場合もあれば、ジルコンのように微量不純物として存在する場合もあります。放射性元素の崩壊により鉱物の結晶構造が損傷し、局所的に非晶質（メタミクト状態）になります。この光学的結果は放射性ハローまたは多色性ハローと呼ばれ、薄片岩石学などのさまざまな技術で観察できます。^[91]

紀元前315年、テオプラストスは著書『石について』の中で鉱物の分類を発表しました。彼の分類は師であるプラトン とアリストテレスの考えに影響を受けました。テオプラストスは鉱物を石、土、金属に分類しました。^[94]

ゲオルギウス・アグリコラは1546年に出版した著書『化石の自然について』の中で鉱物を3つの物質、すなわち単純物質（石、土、金属、凝固した液体）、複合物質（密接に混ざり合ったもの）、複合物質（分離可能なもの）に分類した。^[94]

鉱物の初期の分類は、カール・リンネが1735年に著した画期的な著書『自然の体系』で示した。彼は自然界を植物、動物、鉱物の3つの界に分け、それぞれを同じ階層で分類した。^[95]これらは、上から順に、門、綱、目、科、族、属、種の順であった。しかし、彼の体系はチャールズ・ダーウィンの種の形成理論によって正当化され、その後の数世紀の生物学者によって広く採用され、拡張された（彼らは今でも彼のギリシャ語とラテン語に基づく二名法の命名体系を使用している）が、鉱物学者の間ではあまり成功しなかった（ただし、個々の鉱物は今でも正式に鉱物種と呼ばれている）。

鉱物は、一般性が高まる順に、変種、種、系列、グループに分類されます。定義の基本レベルは鉱物種であり、各鉱物種は固有の化学的および物理的特性によって他の鉱物と区別されます。たとえば、石英は化学式SiO ₂と、同じ化学式を持つ他の鉱物 (多形 と呼ばれる) と区別される特定の結晶構造によって定義されます。2 つの鉱物種の間に組成の範囲が存在する場合、鉱物系列が定義されます。たとえば、黒雲母系列は、端成分である金雲母、シデロフィライト、アナイト、イーストナイトの可変量で表されます。対照的に、鉱物グループは、結晶構造を共有し、いくつかの共通の化学的特性を持つ鉱物種のグループです。輝石グループは、XY(Si,Al) ₂ O ₆という共通化学式を持ちます。ここで、X と Y は両方とも陽イオンで、X は通常Y よりも大きいです。輝石は単鎖珪酸塩で、斜方晶系または単斜晶系で結晶化する。最後に、鉱物変種は、色や結晶の習性などの物理的特性が異なる特定の種類の鉱物種である。例としては、紫色の石英変種であるアメジストが挙げられる。 ^[16]

鉱物には、ダナ分類とストルンツ分類という2つの一般的な分類法が使われている。どちらも、特に重要な化学グループに関する組成と構造に基づいている。当時の代表的な地質学者ジェームズ・ドワイト・ダナは、1837年に初めて鉱物学体系を出版した。1997年現在、第8版となっている。ダナ分類法では、鉱物種に4つの部分からなる番号を割り当てる。そのクラス番号は重要な組成グループに基づいている。タイプは鉱物中の陽イオンと陰イオンの比率を示し、最後の2つの数字は、特定のタイプまたはクラス内での構造的類似性によって鉱物をグループ分けする。あまり一般的ではないストルンツ分類法は、ドイツの鉱物学者カール・フーゴ・ストルンツにちなんで名付けられたもので、ダナ分類法に基づいているが、化学基準と構造基準の両方を組み合わせており、後者は化学結合の分布に関するものである。^[96]

地球の地殻の組成はケイ素と酸素が大部分を占めているため、岩石の形成と多様性の点で、ケイ酸塩は圧倒的に最も重要な鉱物クラスです。しかし、非ケイ酸塩鉱物は、特に鉱石として経済的に非常に重要です。^{[97] [98]}非ケイ酸塩鉱物は、その主な化学的性質によっていくつかのクラスに細分化され、天然元素、硫化物、ハロゲン化物、酸化物と水酸化物、炭酸塩と硝酸塩、ホウ酸塩、硫酸塩、リン酸塩、および有機化合物が含まれます。ほとんどの非ケイ酸塩鉱物種は希少ですが（地球の地殻の合計8％を占めます）、方解石、黄鉄鉱、磁鉄鉱、赤鉄鉱など、比較的一般的なものもあります。非ケイ酸塩には、最密充填とケイ酸塩のような連結四面体の2つの主要な構造スタイルが観察されます。最密充填構造は、隙間空間を最小限に抑えながら原子を密に詰め込む方法です。六方最密充填では、1つおきに同じ層（「ababab」）が積み重なるが、立方最密充填では3つの層（「abcabcabc」）が積み重なる。連結シリカ四面体と類似するものにはSOがある。⁴⁻⁴
₄（硫酸塩）、PO⁴⁻⁴
₄(リン酸)、AsO⁴⁻⁴
₄（ヒ酸塩）、VO⁴⁻⁴
₄（バナデート）構造。非ケイ酸塩鉱物はケイ酸塩鉱物よりも多くの元素を濃縮するため、経済的に大きな重要性を持つ。^[99]

これまでのところ、鉱物の中で最大のグループはケイ酸塩です。ほとんどの岩石は95％以上がケイ酸塩鉱物で構成されており、地球の地殻の90％以上がこれらの鉱物で構成されています。^[100]ケイ酸塩の2つの主成分はケイ素と酸素で、これらは地球の地殻で最も豊富な2つの元素です。ケイ酸塩鉱物に含まれるその他の一般的な元素は、アルミニウム、マグネシウム、鉄、カルシウム、ナトリウム、カリウムなど、地球の地殻によく含まれる他の元素に対応しています。^[101]重要な岩石形成ケイ酸塩には、長石、石英、カンラン石、輝石、角閃石、ザクロ石、雲母などがあります。

ケイ酸塩鉱物の基本単位は [SiO ₄ ] ⁴⁻四面体です。ほとんどの場合、シリコンは酸素と 4 配位または 4 面体配位になっています。非常に高圧の状況では、シリコンはペロブスカイト構造や石英多形スティショバイト(SiO ₂ ) のように 6 配位または 8 面体配位になります。後者の場合、鉱物はもはやケイ酸塩構造ではなく、単純な酸化物であるルチル (TiO 2 ) とその関連グループの構造になっています。これらのシリカ四面体は、ある程度重合されて、1 次元鎖、2 次元シート、3 次元フレームワークなどのさまざまな構造を作成します。四面体の重合が_起こっていない基本的なケイ酸塩鉱物では、基本の 4- 電荷をバランスさせるために他の元素が必要です。他のケイ酸塩構造では、結果として生じる負電荷をバランスさせるために、さまざまな元素の組み合わせが必要です。 Si ^{4+はイオン半径と電荷の類似性からAl 3+}に置換されることが一般的であり、その場合、[AlO ₄ ] ⁵⁻四面体は置換されていない四面体と同じ構造を形成しますが、電荷バランスの要件は異なります。^[102]

重合度は、形成される構造と、共有される四面体角（または配位酸素）の数（四面体サイトにあるアルミニウムとシリコンの場合）の両方によって説明できます。^{[103] [104]}

オルトケイ酸塩（またはネソケイ酸塩）

多面体には連結がないので、四面体は角を共有しません。

二ケイ酸塩（またはソロケイ酸塩）

2 つの四面体が 1 つの酸素原子を共有します。

イノケイ酸塩は鎖状ケイ酸塩である

単鎖ケイ酸塩には 2 つの共有角があり、二重鎖ケイ酸塩には 2 つまたは 3 つの共有角があります。

フィロケイ酸塩

3 つの酸素を共有することを必要とするシート構造を持ちます。二重鎖ケイ酸塩の場合、一部の四面体は 3 つの頂点ではなく 2 つの頂点を共有する必要があります。そうしないとシート構造になります。

骨格珪酸塩（またはテクト珪酸塩）

4 つの角を共有する四面体を持ちます。

環状ケイ酸塩（または環状ケイ酸塩）

環状構造を形成するには、四面体が2つの頂点を共有するだけでよい。^[104]

以下に、ケイ酸塩のサブクラスを重合度の降順で説明します。

テクトケイ酸塩はフレームワークケイ酸塩とも呼ばれ、最も重合度が高い。四面体のすべての角を共有すると、ケイ素と酸素の比率は1:2になる。例としては、石英、長石、長石類、ゼオライトなどがある。フレームワークケイ酸塩は、強い共有結合の結果として、特に化学的に安定している傾向がある。^[105]

地球の地殻の 12% を占める石英(SiO ₂ ) は、最も豊富な鉱物種です。石英は、化学的および物理的抵抗が高いのが特徴です。石英には、高温でのトリジマイトやクリストバライト、高圧でのコーサイト、超高圧でのスティショバイトなど、いくつかの多形があります。スティショバイトは、地球上では隕石の衝突によってのみ形成され、その構造は圧縮されてケイ酸塩構造からルチル( TiO ₂ ) の構造に変化しました。地球の表面で最も安定しているシリカ多形は α-石英です。その対になる β-石英は、高温高圧でのみ存在します (1 bar で 573 °C 未満で α-石英に変化します)。これら 2 つの多形は、結合の「ねじれ」が異なります。この構造の変化により、β-石英はα-石英よりも対称性が高くなり、高石英（β）や低石英（α）とも呼ばれる。^{[100] [106]}

長石は地殻中に最も多く存在し、その割合は約 50% です。長石では、Al ^{3+ がSi 4+}に置き換わるため、電荷の不均衡が生じ、これを補うために陽イオンを追加します。基本構造は [AlSi ₃ O ₈ ] ⁻または [Al ₂ Si ₂ O ₈ ] ²⁻のいずれかになります。 長石には 22 種類の鉱物種があり、アルカリ長石と斜長石という 2 つの主要なサブグループと、セルシアンと平野石という 2 つのあまり一般的ではないグループに分けられます。アルカリ長石は、カリウムを多く含む正長石からナトリウムを多く含むアルバイトまでの系列に最もよく見られます。斜長石の場合、最も一般的な系列はアルバイトからカルシウムを多く含む灰長石までの範囲です。長石では双晶形成がよく見られ、特に斜長石の多合成双晶とアルカリ長石のカールスバッド双晶が顕著である。後者のサブグループが溶融状態からゆっくり冷却すると、2 つの成分 (正長石とアルバイト) が固溶状態では不安定なため、離溶層が形成される。離溶は顕微鏡でしか見えない程度から、手で触れるサンプルで容易に観察できる程度までさまざまである。パーサイト組織は、Na に富む長石が K に富む母岩に離溶すると形成される。K に富む長石が Na に富む母岩に離溶する逆の組織 (反パーサイト組織) は非常にまれである。^[107]

長石類は構造的には長石に似ているが、Si が欠乏した状態で形成され、Al ³⁺によるさらなる置換が可能になるという点で異なる。その結果、長石類が石英と共存することはほとんどない。長石類の一般的な例はネフェリン((Na, K)AlSiO ₄ ) である。アルカリ長石と比較すると、ネフェリンの Al ₂ O ₃ :SiO ₂比は 1:2 であるのに対し、アルカリ長石では 1:6 である。^[108]ゼオライトは、針状、板状、またはブロック状の塊として発生する独特の結晶習性を持つことが多い。ゼオライトは低温低圧の水の存在下で形成され、その構造にはチャネルと空隙がある。ゼオライトは、特に廃水処理において、いくつかの産業用途がある。^[109]

フィロケイ酸塩は、重合した四面体のシートで構成されています。これらは 3 つの酸素サイトで結合しており、特徴的なケイ素と酸素の比率は 2:5 になります。重要な例としては、雲母、緑泥石、カオリナイト-蛇紋石グループなどがあります。四面体に加えて、フィロケイ酸塩には八面体 (酸素によって 6 配位している元素) のシートがあり、これが負に帯電している基本的な四面体 (例: [Si ₄ O ₁₀ ] ⁴⁻ ) とバランスをとっています。これらの四面体 (T) シートと八面体 (O) シートは、さまざまな組み合わせで積み重ねられ、フィロケイ酸塩層を形成します。八面体シート内には、単位構造内に 3 つの八面体サイトがありますが、すべてのサイトが占有されているわけではありません。その場合、鉱物は 2 八面体と呼ばれ、他の場合は 3 八面体と呼ばれます。^[110]層はファンデルワールス力、水素結合、またはまばらなイオン結合によって弱く結合しており、それが結晶学的弱点を引き起こし、その結果、フィロケイ酸塩の間に顕著な基底劈開が生じます。^[111]

カオリナイト-蛇紋石グループはTOスタック（1:1粘土鉱物）で構成され、シートは水素結合で保持されているため、硬度は2から4の範囲です。2:1粘土鉱物（パイロフィライト-タルク）はTOTスタックで構成されていますが、ファンデルワールス力で保持されているため、より柔らかく（硬度1から2）。これらの2つの鉱物グループは、八面体の占有によってサブグループ分けされています。具体的には、カオリナイトとパイロフィライトは2八面体であるのに対し、蛇紋石とタルクは3八面体です。^[112]

雲母もTOT積層型フィロケイ酸塩鉱物であるが、アルミニウムを四面体シートに組み込む点で他のTOTおよびTO積層型サブクラスのメンバーとは異なる（粘土鉱物は八面体サイトにAl ^{3+を持つ）。雲母の一般的な例としては、}白雲母と黒雲母シリーズがある。雲母のTOT層は金属イオンによって結合しており、他のフィロケイ酸塩鉱物よりも硬度が高いが、完全な基底劈開を保持している。^[113]緑泥石グループは雲母グループに関連しているが、 TOT積層の間にブルーサイトのような（Mg（OH）₂）層がある。^[114]

フィロケイ酸塩は化学構造上、通常、電気絶縁体で柔軟性と弾力性のある透明な層を持ち、非常に薄い薄片に分割することができます。雲母は電子機器の絶縁体として、建築、光学フィラー、さらには化粧品として使用できます。蛇紋石の一種であるクリソタイルは、健康面で角閃石アスベストよりも危険性が低いため、工業用アスベストで最も一般的な鉱物種です。^[115]

イノケイ酸塩は、鎖状に繰り返し結合した四面体からなる。これらの鎖は単鎖の場合もあり、その場合は四面体が他の 2 つと結合して連続した鎖を形成する。あるいは、2 つの鎖が結合して二重鎖ケイ酸塩を形成する。単鎖ケイ酸塩のケイ素:酸素比は 1:3 (例: [Si ₂ O ₆ ] ⁴⁻ ) であるのに対し、二重鎖ケイ酸塩の比は 4:11 (例: [Si ₈ O ₂₂ ] ¹²⁻ ) である。イノケイ酸塩には 2 つの重要な岩石形成鉱物グループが含まれる。単鎖ケイ酸塩は最も一般的な輝石であるのに対し、二重鎖ケイ酸塩は多くの場合、角閃石である。^[116]高次の鎖も存在する (例: 3 員、4 員、5 員鎖など) が、まれである。^[117]

輝石グループは21種の鉱物から構成されています。^[118]輝石の一般構造式はXY(Si ₂ O ₆ )で、Xは八面体サイト、Yは配位数が6から8まで変化します。輝石のほとんどの種類は、Ca ²⁺、Fe ²⁺、Mg ²⁺の順列で構成され、骨格の負電荷のバランスをとっています。輝石は地球の地殻によく見られ(約10%)、苦鉄質火成岩の主要成分です。^[119]

角閃石は化学的に非常に多様性があり、「鉱物のゴミ箱」や「元素の海を泳ぐ鉱物のサメ」などと様々に表現されます。角閃石の骨格は [Si ₈ O ₂₂ ] ¹²⁻です。これは 3 つの位置の陽イオンによってバランスが取られていますが、3 番目の位置は常に使用されるわけではなく、1 つの元素が残りの 2 つの位置を占めることもあります。最後に、角閃石は通常は水和しており、つまりヒドロキシル グループ ([OH] ⁻ ) を持っていますが、フッ化物、塩化物、または酸化物イオンに置き換えられることもあります。^[120]化学的に多様なため、80 種類を超える角閃石がありますが、輝石の場合と同様に、最も一般的なバリエーションは Ca ²⁺、Fe ²⁺、および Mg ²⁺の混合物です。^[118]いくつかの角閃石鉱物種は石綿状の結晶癖を持つことがあります。これらのアスベスト鉱物は、長くて細く、柔軟で強い繊維を形成し、電気絶縁体であり、化学的に不活性で耐熱性があるため、特に建築材料としてさまざまな用途に使用されています。しかし、アスベストは発がん性物質として知られており、石綿症などさまざまな病気を引き起こします。角閃石アスベスト（アンソフィライト、トレモライト、アクチノライト、グルネライト、リーベック石）は、クリソタイル蛇紋石アスベストよりも危険であると考えられています。^[121]

環状珪酸塩は、ケイ素と酸素の比率が1:3である。6員環が最も一般的で、基本構造は[Si ₆ O ₁₈ ] ¹²⁻である。例としては、トルマリングループや緑柱石などがある。他の環構造も存在し、3、4、8、9、12が報告されている。^[122] 環状珪酸塩は強度が高く、細長く縞模様の結晶になる傾向がある。^[123]

トルマリンの化学的性質は非常に複雑で、一般式 XY ₃ Z ₆ (BO ₃ ) ₃ T ₆ O ₁₈ V ₃ Wで表すことができます。T ₆ O ₁₈は基本的な環構造で、T は通常 Si ⁴⁺ですが、Al ₃₊または B ³⁺に置換できます。トルマリンは、X サイトの占有率によってサブグループに分類でき、そこから W サイトの化学的性質によってさらに細分化できます。Y および Z サイトには、さまざまな陽イオン、特にさまざまな遷移金属を収容できます。構造上の遷移金属含有量のこの変動により、トルマリングループは色の変動が大きくなります。他の環状珪酸塩には、緑柱石 Al ₂ Be ₃ Si ₆ O ₁₈があり、その変種には宝石のエメラルド (緑) とアクアマリン (青みがかった) が含まれます。コーディエライトは構造的に緑柱石に似ており、一般的な変成鉱物です。^[124]

ソロシリケートは二ケイ酸塩とも呼ばれ、1つの酸素で四面体-四面体結合しており、ケイ素と酸素の比率は2:7です。結果として得られる共通の構造要素は[Si ₂ O ₇ ] ^{6−グループです。最も一般的な二ケイ酸塩は、圧倒的に}緑簾石グループのメンバーです。緑簾石は、中央海嶺から花崗岩、変泥岩に至るまで、さまざまな地質学的環境で見つかります。緑簾石は、[(SiO ₄ )(Si ₂ O ₇ )] ¹⁰⁻構造を中心に構築されます。たとえば、鉱物種の緑簾石には、電荷のバランスをとるためにカルシウム、アルミニウム、および鉄(III)が含まれています：Ca ₂ Al ₂ (Fe ³⁺ , Al)(SiO ₄ )(Si ₂ O _{7 )O(OH)。鉄がFe} ³⁺およびFe ²⁺として存在すると、酸素のフガシティを緩衝するのに役立ち、それが今度は岩石生成の重要な要素となります。^[125]

ソロシリケートの他の例としては、青色片岩相（低温高圧の沈み込み帯）で形成される変成鉱物であるローソン石や、化学構造中にかなりの量のカルシウムを含むベスブ石などがある。 ^{[125] [126]}

オルトケイ酸塩は、他の陽イオンによって電荷が均衡している孤立した四面体から構成されています。^[127]ネソケイ酸塩とも呼ばれるこのタイプのケイ酸塩は、ケイ素と酸素の比率が1:4です（例：SiO ₄）。典型的なオルトケイ酸塩は、ブロック状の等角結晶を形成する傾向があり、かなり硬いです。^[128]アルミノケイ酸塩、オリビングループ、ガーネットグループなど、いくつかの岩石形成鉱物はこのサブクラスに属しています。

アルミノケイ酸塩（藍晶石、紅柱石、珪線石、すべて Al ₂ SiO ₅）は、構造上、1 つの [SiO ₄ ] ⁴⁻四面体と、八面体配位の 1 つの Al ³⁺で構成されています。残りの Al ^{3+ は}、6 配位（藍晶石）、5 配位（紅柱石）、または 4 配位（珪線石）になります。特定の環境でどの鉱物が形成されるかは、圧力と温度の条件によって異なります。オリビン構造では、主なオリビン系列の (Mg, Fe) ₂ SiO _{4は、マグネシウムを多く含むフォルステライトと鉄を多く含むファイアライトで構成されています。鉄とマグネシウムは両方とも酸素によって八面体になっています。この構造を持つ他の鉱物種として、}テフロアイト、Mn ₂ SiO ₄などがあります。^[129]ガーネットグループの一般式はX ₃ Y ₂ (SiO ₄ ) ₃で、Xは8配位の大きな陽イオンで、Yは6配位の小さな陽イオンです。ガーネットには6つの理想的な端成分があり、2つのグループに分かれています。パイラルスパイトガーネットはY位にAl ^{3+を持ち、}パイロープ（Mg ₃ Al ₂ (SiO ₄ ) ₃）、アルマンディン（Fe ₃ Al ₂ (SiO ₄ ) ₃）、スペサルティン（Mn ₃ Al ₂ (SiO ₄ ) ₃）です。ウグランダイトガーネットはX位にCa ^{2+を持ち、}ウバロバイト（Ca ₃ Cr ₂ (SiO ₄ ) ₃）、グロッシュラー（Ca ₃ Al ₂ (SiO ₄ ) ₃）、アンドラダイト（Ca ₃ Fe ₂ (SiO ₄ ) ₃）です。ガーネットには2つのサブグループがありますが、6つの端元素すべての間には固溶体が存在します。^[127]

その他のオルトケイ酸塩鉱物には、ジルコン、スタウロライト、トパーズなどがある。ジルコン（ZrSiO ₄）は、U ^{6+ がZr 4+}を置換できるため、地質年代学で有用である。さらに、非常に耐性のある構造のため、クロノメーターとしてリセットすることは困難である。スタウロライトは、一般的な変成中等度の指標鉱物である。その非常に複雑な結晶構造は、1986年にようやく完全に説明された。トパーズ（Al ₂ SiO ₄ (F, OH) _{2 は、}トルマリンに関連する花崗岩ペグマタイトによく見られ、一般的な宝石鉱物である。^[130]

天然元素は、他の元素と化学的に結合していない元素です。この鉱物グループには、天然金属、半金属、非金属、さまざまな合金、固溶体が含まれます。金属は金属結合によって結合しており、光沢のある金属光沢、延性、展性、導電性などの独特の物理的特性が付与されます。天然元素は、その構造または化学的属性によってグループに細分化されます。

金族は立方最密構造をしており、金、銀、銅などの金属が含まれる。白金族は金族と構造が似ている。鉄ニッケル族は、いくつかの鉄ニッケル合金種によって特徴付けられる。2つの例は、鉄隕石中に見つかるカマサイトとテーナイトである。これらの種は合金中のニッケルの量によって異なる。カマサイトはニッケル含有量が5～7%未満で天然鉄の一種であるが、テーナイトのニッケル含有量は7～37%である。ヒ素族鉱物は半金属で構成されており、金属特性の一部しか持たない。例えば、金属のような展性がない。天然炭素は、グラファイトとダイヤモンドの2つの同素体で存在する。後者はマントル内で非常に高い圧力で形成されるため、グラファイトよりもはるかに強い構造になっている。^[131]

硫化鉱物は、 1つ以上の金属または半金属とカルコゲンまたはニクトゲンの化合物であり、その中で最も一般的なのは硫黄です。テルル、ヒ素、またはセレンを硫黄の代替として使用することができます。硫化物は、比重が高く、柔らかく脆い鉱物になる傾向があります。黄鉄鉱などの多くの粉末硫化物は、粉末にすると硫黄臭がします。硫化物は風化の影響を受けやすく、多くは水に容易に溶解します。これらの溶解した鉱物は後で再沈殿することがあり、濃縮された二次鉱床を形成します。^[132]硫化物は、金属または半金属と硫黄の比率によって分類され、M:Sが2:1または1:1などです。^[133]多くの硫化鉱物は金属鉱石として経済的に重要です。例としては、亜鉛の鉱石である閃亜鉛鉱（ZnS）、鉛の鉱石である方鉛鉱（PbS）、水銀の鉱石である辰砂（HgS）、モリブデンの鉱石である輝水鉛鉱（MoS _{2 ）などがある。} ^[134]黄鉄鉱（FeS ₂）は、最も一般的に存在する硫化物であり、ほとんどの地質学的環境で見つけることができます。ただし、これは鉄の鉱石ではなく、酸化されて硫酸を生成することができます。^[135]硫化物に関連して、金属元素が硫黄と半金属（アンチモン、ヒ素、ビスマスなど）に結合した、まれな硫酸塩があります。硫化物と同様に、硫酸塩は通常、柔らかく、重く、脆い鉱物です。^[136]

酸化物鉱物は、単純酸化物、水酸化物、複合酸化物の 3 つのカテゴリに分類されます。単純酸化物は、O ²⁻が主な陰イオンであり、主にイオン結合していることが特徴です。これらは、酸素と陽イオンの比率によってさらに細分化できます。ペリクレースグループは、1:1 の比率の鉱物で構成されています。2:1 の比率の酸化物には、赤銅鉱(Cu _{2 O) と水氷が含まれます。コランダムグループの鉱物は 2:3 の比率で、}コランダム(Al ₂ O ₃ ) やヘマタイト(Fe ₂ O ₃ )などの鉱物が含まれます。ルチルグループの鉱物は 1:2 の比率です。同名の種であるルチル (TiO _{2 ) は、}チタンの主な鉱石です。他の例としては、スズ石(SnO _{2 ;}スズの鉱石) や軟マンガン鉱(MnO _{2 ;}マンガンの鉱石) などがあります。^{[137] [138]} 水酸化物では、支配的な陰イオンは水酸化イオンOH ⁻である。ボーキサイトは主要なアルミニウム鉱石であり、水酸化物鉱物であるダイアスポア、ギブサイト、ボーマイトの不均一な混合物である。これらは、化学的風化の速度が非常に速い地域（主に熱帯条件）で形成される。^[139] 最後に、多重酸化物は、2つの金属と酸素の化合物である。このクラスの主要なグループは、一般式X ²⁺ Y ³⁺ ₂ O _4のスピネルである。種の例としては、スピネル（MgAl ₂ O ₄）、クロム鉄鉱（FeCr ₂ O ₄）、および磁鉄鉱（Fe ₃ O _{4 ）が挙げられる。後者は、鉄が2つの}酸化状態（Fe ²⁺ Fe ³⁺ ₂ O ₄ ）にあるため強い磁性を示し、単一の酸化物ではなく多重酸化物となることで容易に区別できる。^[140]

ハロゲン化鉱物は、ハロゲン（フッ素、塩素、ヨウ素、臭素）が主な陰イオンである化合物である。これらの鉱物は、柔らかく、弱く、もろく、水溶性である傾向がある。ハロゲン化物の一般的な例としては、岩塩（NaCl、食塩）、シルバイト（KCl）、蛍石（CaF ₂）などがある。岩塩とシルバイトは一般的に蒸発岩として形成され、化学的堆積岩の主な鉱物となり得る。氷晶石（Na ₃ AlF _{6 ）は、}ボーキサイトからアルミニウムを抽出する際に重要な鉱物であるが、グリーンランドのイヴィットゥートにある花崗岩ペグマタイトでのみ重要な産出が枯渇したため、合成氷晶石は蛍石から作ることができる。^[141]

炭酸塩鉱物は、主な陰イオン基が炭酸塩 [CO ₃ ] ^{2− で}ある鉱物である。炭酸塩は脆い傾向があり、多くは菱面体晶系に割れ、すべてが酸と反応する。^[142]最後の特性のため、フィールド地質学者は炭酸塩と非炭酸塩を区別するために希塩酸を携帯することが多い。炭酸塩（最も一般的には多形方解石およびアラゴナイト（CaCO ₃）として見つかる）と酸の反応は、鉱物の溶解および沈殿に関係しており、石灰岩の洞窟、洞窟内の鍾乳石や石筍、およびカルスト地形の形成の鍵となる。炭酸塩は、ほとんどの場合、海洋環境で生物起源または化学的堆積物として形成される。炭酸塩グループは構造的に三角形で、中央の C ⁴⁺カチオンが 3 つの O ²⁻陰イオンに囲まれている。これらの三角形の異なる配置から、異なる鉱物のグループが形成される。^[143]最も一般的な炭酸塩鉱物は方解石で、堆積性石灰岩と変成大理石の主成分です。方解石（CaCO ₃）は、カルシウムの代わりにかなりの割合でマグネシウムを含むことがあります。高マグネシウム条件下では、その多形アラゴナイトが形成されます。この点での海洋地球化学は、どの鉱物が優先的に形成されるかによって、アラゴナイト海または方解石海と表現できます。ドロマイトは複炭酸塩で、化学式はCaMg(CO ₃ ) ₂です。石灰岩の二次ドロマイト化は一般的であり、方解石またはアラゴナイトがドロマイトに変換されます。この反応により細孔空間が拡大し（ドロマイトの単位格子容積は方解石の88%です）、石油とガスの貯留層を形成することができます。これら2つの鉱物種は同名の鉱物グループに属しており、方解石グループには一般式XCO ₃の炭酸塩が含まれ、ドロマイトグループは一般式XY(CO ₃ ) ₂の鉱物を構成します。^[144]

硫酸塩鉱物はすべて硫酸陰イオン[SO ₄ ] ^{2− を}含む。それらは透明から半透明で、柔らかく、壊れやすいものが多い。^[145]硫酸塩鉱物は一般的に蒸発岩として形成され、蒸発する塩水から沈殿する。硫酸塩は、硫化物に関連する熱水鉱脈系でも見つかることがある。 ^[146]または硫化物の酸化生成物として。^[147]硫酸塩は無水鉱物と含水鉱物に分けられる。最も一般的な含水硫酸塩は石膏、CaSO ₄・2H ₂ Oである。これは蒸発岩として形成され、方解石や岩塩などの他の蒸発岩と関連している。結晶化する際に砂粒を取り込むと、石膏は砂漠のバラを形成することがある。石膏は熱伝導率が非常に低く、加熱すると脱水によって熱を失うため低温を維持する。そのため、石膏は漆喰や乾式壁などの材料の絶縁体として使用される。石膏の無水同等物は無水石膏であり、高度に乾燥した条件で海水から直接形成される。重晶石グループは一般式XSO ₄で表され、Xは12配位の大きな陽イオンである。例としては、重晶石（BaSO ₄）、セレスチン（SrSO ₄）、およびアングルサイト（PbSO ₄）が挙げられる。無水石膏は重晶石グループの一部ではなく、より小さなCa ²⁺は8配位のみである。^[148]

リン酸鉱物は四面体 [PO ₄ ] ³⁻単位を特徴とするが、構造は一般化することができ、リンはアンチモン、ヒ素、またはバナジウムに置き換えられる。最も一般的なリン酸はアパタイトグループであり、このグループ内の一般的な種は、フルオロアパタイト (Ca ₅ (PO ₄ ) ₃ F)、クロロアパタイト (Ca ₅ (PO ₄ ) ₃ Cl)、およびヒドロキシアパタイト (Ca ₅ (PO ₄ ) ₃ (OH)) である。このグループの鉱物は、脊椎動物の歯と骨の主な結晶成分である。比較的豊富なモナザイトグループの一般構造は ATO ₄であり、T はリンまたはヒ素、A は多くの場合希土類元素(REE) である。モナザイトは 2 つの点で重要である。第 1 に、REE「シンク」として、これらの元素を十分に濃縮して鉱石にすることができる。第二に、モナザイトグループの元素には比較的多量のウランとトリウムが含まれる可能性があり、これはモナザイトの地質年代学で、 UとThが鉛に崩壊した時期に基づいて岩石の年代を決定するために使用できます。^[149]

ストルンツ分類には有機鉱物のクラスが含まれています。これらの希少化合物は有機炭素を含みますが、地質学的プロセスによって形成されます。たとえば、ヒューウェライト、CaC ₂ O ₄ ⋅H ₂ Oは、熱水鉱脈に堆積する可能性のあるシュウ酸塩です。水和シュウ酸カルシウムは石炭層や有機物を含むその他の堆積性鉱床で見つかりますが、熱水での発生は生物活動に関連しているとは考えられていません。^[98]

鉱物の分類体系とその定義は、鉱物科学の最近の進歩に合わせて進化しています。最近の変更には、新しいダナ分類体系とストルンツ分類体系の両方に有機クラスが追加されたことが含まれています。^{[150] [151]有機クラスには、}炭化水素を含む非常にまれな鉱物グループが含まれます。 IMA の新鉱物および鉱物名に関する委員会は、2009 年に鉱物グループとグループ名の命名と分類のための階層的体系を採用し、鉱物をレビューして分類し、公表された名前の公式リストを作成する 7 つの委員会と 4 つの作業グループを設立しました。^{[152] [153]} これらの新しい規則によると、「鉱物種は、分類の目的に応じて、化学、結晶構造、発生、関連性、遺伝的歴史、またはリソースなどに基づいて、さまざまな方法でグループ化できます。」^[152]

バイオミネラルは地球外生命の重要な指標となる可能性があり、火星の過去または現在の生命の探索において重要な役割を果たす可能性があることが示唆されています。さらに、バイオミネラルに関連することが多い有機成分（バイオシグネチャー）は、前生物的反応と生物的反応の両方で重要な役割を果たしていると考えられています。^[154]

2014年1月、NASAは、火星のキュリオシティとオポチュニティ による研究では、独立栄養性、化学栄養性、および/または化学合成無機栄養性の微生物に基づく生物圏、および居住可能であった可能性のある河川湖沼環境（古代の川や湖に関連する平原）を含む古代の水など、古代の生命の証拠を探すと報告した。^{[155] [156] [157] [158]}火星での居住可能性、化石に関連する化石、有機炭素の証拠の探索は、NASAの主要目的となった。^{[155] [156]}

• Busbey, AB; Coenraads, RE; Roots, D.; Willis, P. (2007)。『岩石と化石』サンフランシスコ：Fog City Press。ISBN 978-1-74089-632-0。
• チェスターマン、CW; ロウ、KE (2008)。北米の岩石と鉱物のフィールドガイド。トロント：ランダムハウスオブカナダ。ISBN 978-0-394-50269-4。
• Dyar, MD; Gunter, ME (2008).鉱物学と光学鉱物学. バージニア州シャンティリー:アメリカ鉱物学会. ISBN 978-0-939950-81-2。
• ネッセ、ウィリアム・D. (2000)。鉱物学入門。ニューヨーク：オックスフォード大学出版局。ISBN 9780195106916。

• Hazen, RM; Grew, Edward S.; Origlieri, Marcus J.; Downs, Robert T. (2017 年 3 月)。「『人新世』の鉱物学について」( PDF)。American Mineralogist。102 (3): 595。Bibcode :2017AmMin.102..595H。doi : 10.2138 /am-2017-5875。S2CID 111388809。2017年8月14 日閲覧。 人間の活動による新しい鉱物の創造について。

• Mindat 鉱物データベース、インターネット最大の鉱物データベース
• 「鉱物学データベース」デイヴィッド・バーセルミー著 (2009)
• 「鉱物識別キー II」アメリカ鉱物学会
• 「アメリカ鉱物学者結晶構造データベース」
• 鉱物と生命の起源（ロバート・ヘイゼン、NASA）（ビデオ、60分、2014年4月）。
• 鉱物の私生活: ビッグデータ鉱物学からの洞察 (ロバート・ヘイゼン、2017 年 2 月 15 日)