輝石

輝石（通常Pxと略される）は、多くの火成岩や変成岩に含ま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、X はカルシウム (Ca)、ナトリウム (Na)、鉄 (Fe(II))、マグネシウム (Mg) またはまれに亜鉛、マンガン、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)、鉄 (Fe(II)、Fe(III)) などのより小さなサイズのイオンを表します。長石や角閃石などのケイ酸塩ではアルミニウムがシリコンの代わりに広く使用されていますが、ほとんどの輝石ではその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単斜輝石と呼ばれ、斜方晶系で結晶化する輝石は斜方輝石と呼ばれます。

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。輝石は火山の溶岩中に存在することからその名が付けられました。溶岩中では、火山ガラスに埋め込まれた結晶として見つかることがあります。輝石はガラスの不純物であると考えられていたため、「火の異邦人」を意味する名前が付けられました。しかし、輝石は単に溶岩が噴出する前に結晶化した初期形成鉱物です。

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、斑れい岩の主な鉱物です。 ^{[1] [2]}

輝石は最も一般的な単鎖ケイ酸塩鉱物です。（単鎖ケイ酸塩の唯一の他の重要なグループである輝石類は、はるかに一般的ではありません。）その構造は、金属陽イオンによって結合した負に帯電したシリカ四面体の平行鎖で構成されています。言い換えると、輝石結晶内の各シリコンイオンは、比較的小さなシリコン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。各シリコンイオンは、鎖内の隣接するシリコンイオンと2つの酸素イオンを共有しています。^[3]

鎖の四面体はすべて同じ方向を向いており、鎖の片面には酸素イオンが 2 つずつあるのに対し、鎖のもう片面には酸素イオンが 1 つずつある。狭い面にある酸素イオンは、頂点酸素イオンと呼​​ばれる。鎖のペアは、頂点側で Y カチオンによって結合しており、各 Y カチオンは 6 つの酸素イオンに囲まれている。結果として生じる単鎖のペアは、I ビームに例えられることがある。I ビームは連結し、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する。この結合は比較的弱く、輝石に特徴的な劈開を与える。^[3]

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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ところ。「I ビーム」は緑色で囲まれています。シリコン鎖を強調するため、シリコンイオンは大きめに表示されています。

輝石の鎖状ケイ酸塩構造は、さまざまな陽イオンを組み込む際に大きな柔軟性を提供し、輝石鉱物の名前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従って命名されます。Y（M1）サイトの陽イオンは、八面体配位で6つの酸素に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できます。国際鉱物学協会の新鉱物および鉱物名委員会によって20の鉱物名が認められており、以前に使用されていた105の名前は廃止されています。^[4]

典型的な輝石は、四面体サイトに主にシリコンを持ち、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を持ち、おおよその化学式XYT ₂ O ₆になります。一般的なカルシウム、鉄、マグネシウムの輝石の名前は、「輝石四辺形」で定義されています。エンスタタイト-フェロシライトシリーズ（[Mg、Fe]SiO ₃）には、一般的な岩石形成鉱物であるハイパーステンが含まれ、最大5モル％のカルシウムを含み、斜方晶系のオルト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つの多形で存在します。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、ピジョン輝石（[Mg、Fe、Ca][Mg、Fe]Si ₂ O ₆）は単斜系でのみ結晶化します。カルシウム含有量には完全な固溶体はなく、カルシウム含有量が約 15 ～ 25 mol.% の Mg-Fe-Ca 輝石は、一対の溶出結晶に対して安定ではありません。このため、ピジョン輝石とオージャイトの組成の間に混和性のギャップが生じます。オージャイトと透輝石-ヘデンベルグ輝石( CaMgSi ₂ O ₆ ⁻ CaFeSi ₂ O ₆ ) 固溶体の間には任意の分離があります。この分離は、>45 mol.% Ca で行われます。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す。関連鉱物のウォラストナイトは、仮想カルシウム端成分 ( Ca ₂ Si ₂ O ₆ )の化学式を持ちますが、重要な構造上の違いにより、代わりに輝石類として分類されます。  

輝石構造の X および 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。2 番目に重要な輝石鉱物は、ナトリウムを多く含む輝石で、「輝石三角形」の命名法に該当します。電荷 +1 のナトリウムが輝石に含まれるということは、「失われた」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 陽イオン (それぞれアルミニウムと鉄 (III)) が含まれることによってこれが追加されます。カルシウム、マグネシウム、または鉄 (II) 成分が 20 mol.% を超えるナトリウム輝石は、オンファス輝石およびエジリン オージャイトとして知られています。これらの成分が 80% 以上の場合、輝石は四辺形図を使用して分類されます。

輝石構造のさまざまな部位に収容できる他のさまざまな陽イオン。

イオンをサイトに割り当てる場合、基本的なルールはこの表の左から右に作業することです。最初にすべてのシリコンを T サイトに配置し、次に残りのアルミニウムでサイトを埋め、最後に鉄(III)を配置します。余分なアルミニウムまたは鉄は Y サイトに収容でき、より大きなイオンは X サイトに収容できます。

電荷中性を達成するためのすべてのメカニズムが上記のナトリウムの例に従うわけではなく、いくつかの代替スキームがあります。

1. それぞれ X サイトと Y サイトでの 1+ イオンと 3+ イオンの結合置換。たとえば、Na と Al はジェダイト(NaAlSi ₂ O ₆ ) 組成を与えます。
2. X サイトの 1+ イオンと、Y サイトの同数の 2+ イオンと 4+ イオンの混合物の結合置換。これにより、例えば、 NaFe ²⁺ _0.5 Ti ⁴⁺ _0.5 Si ₂ O ₆が生成されます。
3. 3+ イオンが Y サイトと T サイトを占有し、例えば CaAlAlSiO ₆となる Tschermak 置換。

自然界では、同じ鉱物に複数の置換が見つかることがあります。

• 単斜輝石（単斜晶系）
  • エギリン、NaFe ³⁺ Si ₂ O ₆
  • オージャイト、(Ca、Na)(Mg、Fe、Al、Ti)(Si、Al) ₂ O ₆
  • クリノエンスタタイト、MgSiO ₃
  • ディオプサイド、CaMgSi ₂ O ₆
  • 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
  • コスモクロル、NaCrSi ₂ O ₆
  • 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(SiO ₃ ) ₂
• 斜方輝石（斜方晶系）
  • エンスタタイト、Mg ₂ Si ₂ O ₆
  • ブロンズ石、エンスタタイトとハイパーステン石の中間
  • ハイパーステン、(Mg,Fe)SiO ₃
  • ユーライト、ハイパーステンとフェロシライトの中間
  • フェロシライト、Fe ₂ Si ₂ O ₆
  • ドンペアコライト、(MgMn)MgSi ₂ O ₆
  • ンクワニン石、Mn ²⁺ ₂ SiO ₃ (OH) ₂ ·(H ₂ O)

• 単斜輝石温度圧力測定
• エメラルド– 宝飾品では、スポジュメンの緑色の変種であるヒデナイトが代用されることもあります。
• ロードナイト
• 珪灰石

• C. マイケル・ホーガン (2010)。カルシウム。A. ジョーゲンセン、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
• ビデオ セクション: 月面探検家 (YouTube へのリンク: 月の地殻)
• 「輝石」 。ブリタニカ百科事典。 Vol. 22（第11版）。 1911.p. 696.