輝石

輝石（一般的にPxと略される）は、多くの火成岩や変成岩に見られる重要な岩石形成イノケイ酸塩鉱物のグループです。輝石の一般式はXY(Si,Al) ₂ O ₆で表され、^{[ 1 ]}ここで X はカルシウム(Ca)、ナトリウム(Na)、鉄(Fe(II)) またはマグネシウム(Mg) のイオン、まれに亜鉛、マンガン、またはリチウムを表し、Y はクロム(Cr)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、コバルト(Co)、マンガン ( Mn )、スカンジウム(Sc )、チタン( Ti) 、バナジウム(V) または鉄 (Fe(II) または Fe(III)) などのより小さなサイズのイオンを表します。アルミニウムは長石や角閃石などのケイ酸塩でケイ素を広範囲に置換しますが、ほとんどの輝石では置換は限られた範囲でしか起こりません。輝石は、シリカ四面体の単一の鎖からなる共通の構造を共有しています。単斜晶系で結晶化する輝石は斜方輝石と呼ばれ、斜方晶系で結晶化する輝石は斜方輝石と呼ばれる。

輝石という名前は、古代ギリシャ語で「火」（πυρ、pur）と「異邦人」（ξένος、xénos ）を意味する言葉に由来しています。輝石は火山溶岩中に存在するため、そのように名付けられました。火山溶岩中では、結晶が火山ガラスに埋め込まれた状態で見つかることがあり、ガラス中の不純物と考えられていたため、「火の異邦人」という意味の名前が付けられました。しかし実際には、輝石は溶岩が噴火する前に結晶化した、初期に形成された鉱物にすぎません。

地球の上部マントルは主にカンラン石と輝石鉱物で構成されています。輝石と長石は玄武岩、安山岩、斑れい岩の主要鉱物です。^{[ 2 ] [ 3 ]}

輝石は最も一般的な単鎖ケイ酸塩鉱物です（他に重要な単鎖ケイ酸塩鉱物群である輝石類は、はるかに希少です）。その構造は、金属カチオンによって結合された負に帯電したシリカ四面体の平行な鎖で構成されています。言い換えれば、輝石結晶中の各ケイ素イオンは、比較的小さなケイ素イオンの周りに四面体を形成する4つの酸素イオンに囲まれています。各ケイ素イオンは、鎖内の隣接するケイ素イオンと2つの酸素イオンを共有しています。^{[ 4 ]}

鎖内の四面体はすべて同じ方向を向いているため、鎖の一方の面には酸素イオンが2つあり、もう一方の面には酸素イオンが1つずつ存在します。狭い面にある酸素イオンは、頂点酸素イオンと呼​​ばれます。鎖のペアは、頂点側でYカチオンによって結合されており、各Yカチオンは6つの酸素イオンに囲まれています。結果として生じる単一鎖のペアは、Iビームに例えられることがあります。Iビームは互いに連結しており、追加のXカチオンがIビームの外側の面を隣接するIビームに結合し、残りの電荷バランスを提供します。この結合は比較的弱く、輝石に特徴的な劈開をもたらします。^{[ 4 ]}

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  [100]方向から見たシリコン四面体の単一鎖
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  [010]方向から見たシリカ四面体の単一鎖
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  輝石の構造をシリカ鎖に沿って見た図。「I型梁」は緑色で縁取られている。ケイ素鎖を強調するため、ケイ素イオンは大きく表示されている。

輝石の鎖状ケイ酸塩構造は、様々な陽イオンの取り込みにおいて大きな柔軟性を持ち、輝石鉱物の名称は主にその化学組成によって定義されます。輝石鉱物は、X（またはM2）サイト、Y（またはM1）サイト、および四面体Tサイトを占める化学種に基づいて命名されます。Y（M1）サイトの陽イオンは、八面体配位で6個の酸素原子と密接に結合しています。X（M2）サイトの陽イオンは、陽イオンのサイズに応じて6～8個の酸素原子と配位することができます。1989年現在国際鉱物学協会の新鉱物・鉱物名委員会によって20の鉱物名が認められ、以前使用されていた105の名称が破棄された。^{[ 5 ]}

輝石の命名法

カルシウム、マグネシウム、鉄輝石の四角形命名法

ナトリウム輝石の輝石三角形命名法

典型的な輝石は、四面体サイトに主にケイ素があり、X サイトと Y サイトの両方に主に +2 の電荷を持つイオンがあり、近似式はXYT ₂ O ₆です。一般的なカルシウム-鉄-マグネシウム輝石の名前は、「輝石四角形」で定義されています。エンスタタイト - フェロシライト系列 ( [ Mg,Fe]SiO ₃ ) には、一般的な造岩鉱物であるハイパーステンが含まれ、最大 5 mol.% のカルシウムを含み、斜方晶系のオルソエンスタタイトとプロトエンスタタイト、単斜晶系のクリノエンスタタイト (およびフェロシライト相当物) の 3 つの多形が存在します。カルシウム含有量を増やすと、斜方晶相の形成が妨げられ、ピジョン石( [ Mg,Fe,Ca] [ Mg,Fe]Si ₂ O ₆ ) は単斜晶系でのみ結晶化します。カルシウム含有量に関して完全な固溶体は存在せず、カルシウム含有量が約 15 ～ 25 mol.% の Mg-Fe-Ca 輝石は、一対の分離結晶に対して安定ではない。このため、ピジョン輝石と普通輝石の組成の間に混和性のギャップが生じる。普通輝石と透輝石-ヘデンベルグ石( CaMgSi ₂ O ₆ −CaFeSi ₂ O ₆ ) 固溶体の間には恣意的な分離がある。この境界は > 45 mol.% Ca で取られる。カルシウムイオンは Y サイトを占有できないため、50 mol.% を超えるカルシウムを含む輝石は不可能である。関連鉱物である珪灰石( CaSiO ₃ ) は、仮説上のカルシウム端成分 ( Ca ₂ Si ₂ O ₆ )の式を持つが、重要な構造上の違いにより、代わりに輝石類に分類される。     

輝石構造のXサイトとYサイトを占めることができる陽イオンは、マグネシウム、カルシウム、鉄だけではありません。輝石鉱物のもう一つの重要な系列は、ナトリウムに富む輝石で、「輝石三角形」という命名法に対応します。1+の電荷を持つナトリウムが輝石に含まれるということは、「不足している」正電荷を補うメカニズムが必要であることを意味します。ジェダイトとエジリンでは、Yサイトに3+の陽イオン（それぞれアルミニウムと鉄(III)）が取り込まれることで、この正電荷が補われます。カルシウム、マグネシウム、または鉄(II)成分が20モル%を超えるナトリウム輝石は、オンファサイトとエジリン輝石 として知られています。これらの成分が80%以上含まれる輝石は、四角形図を使用して分類されます。

輝石構造の様々な部位には、その他多種多様な陽イオンが収容され得る。

イオンを位置に割り当てる際の基本的なルールは、この表の左から右へ作業を進めることです。まず、すべてのシリコンをTサイトに割り当て、次に残りのアルミニウムをそのサイトに、最後に鉄(III)を配置します。余剰のアルミニウムまたは鉄はYサイトに、よりかさばるイオンはXサイトに配置できます。

電荷中性を達成するための結果として生じるメカニズムはすべて上記のナトリウムの例に従うわけではなく、いくつかの代替案が存在する。

1. XサイトとYサイトにそれぞれ1価イオンと3価イオンが置換される。例えば、NaとAlは翡翠（NaAlSi ₂ O ₆）の組成を与える。
2. X サイトの 1+ イオンと Y サイトの 2+ イオンと 4+ イオンの同数の混合物の同時置換。これにより、例えばNaFe ²⁺ _0.5 Ti ⁴⁺ _0.5 Si ₂ O ₆が得られます。
3. チェルマク置換では、3+イオンがYサイトとTサイトを占有し、例えばCaAlAlSiO6が_得られます。

自然界では、同じ鉱物中に複数の置換が見られることがある。

• 単斜輝石（単斜晶系）
  • エジリン、NaFe ³⁺ Si ₂ O ₆
  • オージャイト、(Ca、Na)(Mg、Fe、Al、Ti)(Si、Al) ₂ O ₆
  • _斜方輝石、MgSiO₃
  • _透輝石、CaMgSi₂O₆_​​
  • エッセナイト、CaFe ³⁺ [ AlSiO ₆ ]
  • ヘデンバーガイト、CaFe ²⁺ Si ₂ O ₆
  • ジェダイト、Na(Al,Fe ³⁺ )Si ₂ O ₆
  • ジャービサイト、(Na,Ca,Fe ²⁺ )(Sc,Mg,Fe ²⁺ )Si ₂ O ₆
  • ヨハンセナイト、CaMn ²⁺ Si ₂ O ₆
  • カノアイト、Mn ²⁺ (Mg,Mn ²⁺ )Si ₂ O ₆
  • _コスモクロール、NaCrSi₂O₆_​​
  • ナマンシライト、NaMn ³⁺ Si ₂ O ₆
  • ナタライト、NaV ³⁺ Si ₂ O ₆
  • オンファサイト、(Ca,Na)(Mg,Fe ²⁺ ,Al)Si ₂ O ₆
  • ペテダンナイト、Ca(Zn,Mn ²⁺ ,Mg,Fe ²⁺ )Si ₂ O ₆
  • ピジョン石、（Ca,Mg,Fe）（Mg,Fe）Si ₂ O ₆
  • スポジュメン、LiAl( _SiO₃ ) _₂
• 斜方輝石（斜方晶系）
  • _エンスタタイト、Mg₂Si₂O₆_​​_​​
  • ブロンザイトは、エンスタタイトとハイパーステンの間の鉱物である。
  • ハイパーステン、（Mg,Fe）_SiO₃
  • ユーライトは、ハイパーステンとフェロシライトの中間的な鉱物である。
  • _フェロシライト、Fe₂Si₂O₆_​​_​​
  • ドンペアコライト、（MgMn）MgSi ₂ O ₆
  • ヌシュワニンガイト、Mn ²⁺ ₂ SiO ₃ (OH) ₂・(H ₂ O)

• 単斜輝石の温度圧力測定
• エメラルドは、宝飾品においては、緑色のスポジュメンの一種であるヒデナイトで代用されることがある。
• ロードナイト
• ウォラストナイト

• C. マイケル・ホーガン (2010).カルシウム。A. ヨルゲンセン、C. クリーブランド編。地球百科事典。国立科学環境評議会。

• 鉱物ギャラリー
• 動画セクション：月探査（YouTubeへのリンク：月の表面）
• 「輝石」 。ブリタニカ百科事典。第 22巻（第11 版）。1911年。696ページ 。