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물리학적 광물감정

하나의 광물표본 내에서 각 광물의 물리적 성질을 관찰하고 검사함으로써 각각의 광물을 감정할 수 있다. 그중 광물의 경도를 측정하는 것이 가장 실용적인 감정방법이다.

광물의 경도 측정은 모스 경도계(硬度系)를 이용한다. 모스 경도계는 흔한 광물을 상대경도가 낮은 것부터 큰 것의 순으로 10개의 등급으로 정한 것으로, 활석(滑石 : 1)·석고(石膏 : 2)·방해석(方解石 : 3)·형석(螢石 : 4)·인회석(燐灰石 : 5)·정장석(正長石 : 6)·석영(石英 : 7)·황옥(黃玉 : 8)·강옥(鋼玉 : 9)·다이아몬드(10)이다.

경도가 높은 광물로 경도가 낮은 광물을 긁어보면 경도가 낮은 광물이 긁히므로, 경도를 모르는 광물일 경우 경도를 알고 있는 광물들로 긁어봄으로써 경도를 결정할 수 있다. 또 모스 경도계의 경도에 대응하는 대략적인 경도를 알고 있는 흔한 물질을 이용하여 경도를 측정할 수 있는데(손톱 2.5, 칼날 5.5, 강철줄 6.5), 이 방법은 모스 경도계와 마찬가지로 경도 결정에 이용된다.

광물감정에 이용되는 다른 물리적 성질로는 결정형(結晶形)·벽개·단구(斷口)·조흔색(條痕色)·광택(光澤)·색·비중 및 밀도가 있다. 또 광물의 굴절률은 침유(沈油)를 사용하여 정밀하게 측정할 수 있다. 이외에도 어떤 광물은 아주 독특한 성질을 갖고 있어 쉽게 구별할 수 있다. 예를 들어 탄산염광물(炭酸鹽鑛物)은 약산(弱酸)에 반응하여 거품을 내며 암염(岩鹽)은 물에 용해되어 짠맛을 내고, 형석 등(약 100종의 광물)은 자외선에 의해 형광(螢光)을 발하며, 우라늄을 함유하는 광물은 방사능을 갖고 있다.

결정학

결정학은 결정의 기하학적 형태와 내부구조에 관해 연구하는 분야이다. 광물은 보통 결정체이므로, 결정학은 광물학의 필수적인 분야이다. 야외에서는 반사측각기(反射測角器)로 결정면 사이의 각도를 측정하여 광물이 속해 있는 결정계를 결정한다.

결정의 내부구조를 연구할 경우에는 X선 회절분석기를 이용한다. X선 회절분석기는 X선이 광물표본을 통해 진행할 때 일정한 각도로 회절하는 현상을 이용하는 분석기기이다. 회절된 X선의 경로는 사진 필름에 기록되며, 필름 위에 나타난 회절선의 위치와 강도는 특정한 형태를 나타낸다. 모든 광물은 고유한 회절 형태를 갖고 있으므로, 결정학자는 광물의 결정구조뿐만 아니라 광물의 종류도 알아낼 수 있다.

마그마 같은 복잡한 물질이 정출(晶出)되어 화성암을 형성할 경우, 광물을 구성하는 입자들이 함께 성장하거나 서로 간섭하므로 결정형을 가지지 못하는 경우도 있다. 그러한 암석 내의 광물을 연구하기 위해 광물학자들은 암석을 약 0.03㎜ 두께로 얇게 간 암석 박편(薄片)을 만들어, 편광현미경을 이용하여 관찰한다. 편광현미경 내부에는 광선을 편광시키기 위한 2개의 편광판이 내장되어 있다.

암석이 결정체인 경우 암석의 주구성광물은 일정 배율하에서 투과광에 의해 나타나는 특징적인 광학적 성질로 결정되며, 이로 인해 서로 구별된다.

금속원소의 함량이 높은 불투명광물은 표면을 광택이 나게 연마한 연마편(硏磨片)을 만들어 반사광 아래에서 관찰하여 구별한다. 반사광 아래에서의 현미경 관찰은 금속광석광물(金屬鑛石鑛物)의 연구에도 응용된다. 그러나 편광현미경의 관찰하한선은 눈으로 구별할 수 있는 정도로, 직경이 0.0005㎜ 이하인 입자는 구별할 수 없다.

더 고배율이 필요할 경우, 광물 입자직경을 수만 배 확대한 상(像)을 보여주는 전자현미경을 이용한다.

광물의 화학조성 연구

광물의 결정체 분석은 광물의 물리적 성질에 기초한 것이다. 광물학의 또다른 중요 분야는 광물의 화학조성에 관한 것이다. 여기에 이용되는 기본적인 기기는 전자현미분석기이다.

전자현미분석기에서 전자빔(electron beam)은 잘 연마되고 탄소로 피복된 박편 위의 한 점에 집중된다. 전자빔은 직경을 약 1μ(미크론)까지 좁힐 수 있으므로, 보통의 광학현미경으로 관찰할 수 있는 하나의 단일 광물입자 위에 집중될 수 있다.

전자는 관찰하고 있는 광물 내의 원자가 X선을 방출시키게 하며, 방출된 X선의 강도와 농도는 컴퓨터에 의해 측정된다.

이 방법은 점분석(광물 위의 한 점의 화학성분을 분석하는 방법) 이외에도 광물의 누대구조를 횡단하면서 여러 점들을 분석하는 것이 가능해 그 화학조성의 변화를 알 수 있다. 또 석류석과 휘석같이 두 광물이 서로 공존할 경우, 두 광물의 경계를 횡단하여 마그네슘·철과 같은 원소의 농도와 상대적인 분포를 측정한 자료는 이러한 종류의 광물이 정출한 온도와 압력을 계산하기 위한 열역학 자료로 이용된다.

광물학에서 광물의 성인

광물학의 주요관심은 광물의 기하학적·화학적·물리학적 성질을 기재하고 분류하는 것이지만, 광물의 성인도 주요 관심사의 하나이다. 물리화학과 열역학은 광물의 성인을 해석하는 기본적 수단이다. 광물 관찰자료의 일부는 실험실에서 조건을 조절하여 결정질 물질을 침전시키는 용액의 성질에 관한 것이다. 어떤 광물은 용액의 농도와 온도를 정밀하게 조절한 조건하에서 합성된다. 다른 실험방법으로는 고온고압하에서 고체의 변형을 일으켜 특정광물이나 광물의 조합을 만드는 것이 있다. 실험실에서 얻어지는 실험자료는 물리적·화학적 이론과 함께 자연에서 산출된 많은 광물의 형성조건을 추론하는 데 이용된다.→ 암석과 광물