| 모스 굳기계 | |||||||||
| <rowcolor=#373a3c,#dddddd> 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 활석 | 석고 | 방해석 | 형석 | 인회석 | 정장석 | 석영 | 황옥 | 강옥 | 금강석 |
| 방해석의 성질 | |
| 화학식 | CaCO3 |
| 결정계 | 삼방정계(Trigonal) |
| 굳기 | 3.0 |
| 비중 | 2.71 |
| 벽개 | 세 방향(74° 55') |
| 결정형 | 능면체 |
| 주요 색상 | 무색 혹은 백색 |
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1. 개요
方解石 / Calcite
대표적인 탄산염 광물로 탄산 칼슘이 가장 안정적으로 배열된 결정 구조체 중 하나이다. 주로 퇴적암, 변성암에 분포하며 석회암과 대리석의 주성분이다. 산에 반응하여 이산화 탄소를 방출한다. 육안으로 복굴절이라는 현상을 관찰할 수 있는 대표적인 광물이기도 하다.
2. 성질
쪼개면 결정이 능면체로 평행사변형으로 생기기 때문에 방해석(方解石)[1]으로 불린다. 일반적으로는 투명하며, 유리 광택이나 진주 광택을 낸다. 불순물이 섞여 있으면 불투명한 색을 띤다. 이 경우 불순물에 따라 노란색, 하늘색, 연두색 심지어는 형광빛 등으로 다양한 색을 띈다.높은 온도로 가열하면 녹지 않고 생석회와 이산화 탄소로 분리된다.
학생들에게는 굉장히 친숙한 광물 중 하나. 모스 굳기계의 10개 광물 중 세 번째 광물[2]이다. 또한 탄산칼슘이 주성분이기 때문에 과학 시간에 묽은 염산을 떨어트려 보글보글거리며 거품이 나오는 것을 관찰하는 실험을 자주 한다. 선택 과목으로 지구과학Ⅱ를 고른 고등학생들이라면 복굴절 때문에 한 번 더 배운다.
동질이상이 두 개 있는 광물이다. 하나는 아라고나이트(Argonite)이고 다른 하나는 바테라이트(Vaterite). 이 둘은 방해석보다 덜 안정적이기 때문에 아라고나이트의 경우 400도 부근에서 방해석으로 바뀌고 바테라이트의 경우엔 물에만 노출되어도 방해석(상온의 물)이나 아라고나이트(60도 이상의 물)로 바뀐다. 물론 방해석 자체도 물에 오랜 기간 노출되면 용해되어 석회동굴 같은 것을 만들기도 하지만 바테라이트보다는 훨씬 안정하다.
여건만 좋으면 이렇게 크게도 산출될 수 있다.
2.1. 복굴절
결정이 네모나고 투명하며, 더군다나 광물 중에서 복굴절률이 매우 높은 축에 속하기 때문에 굴절률의 차이로 인해 빛이 갈라지는 현상인 복굴절을 관찰할 수 있는 제일 대표적인 광물이다. 결정이 예쁘게 잘 발달하면 맨눈으로도 관찰할 수 있을 정도이다. 맨 위의 사진이 복굴절 현상을 보여 주는 사진이다. 이런 특성 때문에 지구과학과 물리 두 분야에서 활약하는 광물이기도 하다.이렇게 복굴절 된 빛은 편광되기 때문에 편광 필터로 복굴절 된 글씨를 보면 나타났다 사라졌다 하는 것을 관찰할 수 있다. 마치 흰색 태양빛이 프리즘을 통과하면 빛의 파장에 따라 유리의 굴절률이 달라지고 빛의 경로가 달라져 여러 색채의 빛으로 분광이 되어 갈라지 듯이 방해석을 통과하는 빛은 결정의 격자 방향과 빛의 편광의 방향의 차이 따라 굴절률이 달라지기 때문에 편광 방향에 따라 경로 차이가 나게 되어 서로 다른 편광을 가진 빛으로 나눠지게 된다. 이 성질을 이용해서 두 개의 방해석 프리즘을 캐나다 발삼 수지로 붙인 Glan-Thompson 프리즘은 하나의 빛을 편광 방향이 90도 다른 두 개의 빛으로 분리시키는 편광판 역할을 할 수 있다.
3. 지질학적 배경
방해석은 탄산염암을 이루는 가장 핵심적인 광물 중 하나이다. 탄산염암의 시작은 탄산염이 퇴적되는 것으로, 방해석, 아라고나이트 등의 퇴적이 그 시작이다. 따라서 방해석은 퇴적암에서 많이 찾아볼 수 있다. 석회암은 방해석이 주성분인 대표적인 암상이다.화학 시간에 배우는 앙금 생성 반응과는 달리, 현대의 방해석 침전은 화학적 침전으로는 거의 이루어지지 않는다. 대부분의 퇴적 기원의 방해석 형성은 해양, 조간대 환경의 생물에 의해서 이뤄진다. 해양에 녹아 있는 칼슘과 탄산염을 이용하여 골격을 형성하는 것. 조개껍질도 좋은 예이며, 다량이 물질이 탄산염 기반의 미생물에게 좋은 재료가 된다. 눈으로도 구분이 될 조개껍질 조각들이 뭉쳐진 특별한 경우를 코퀴나(Coquina)라고 부르며, 대부분의 생물기원 퇴적은 결과적으로 석회암을 만들어 낸다.[3]
물론 오늘날에도 극히 일부에서는 화학적 침전에 의해 형성되는 방해석도 있다. 보통 석회암층을 지난 지하수와 연결되어 있는데, 이를 투파 혹은 트레버틴이라고 한다. 대표적 사례가 터키의 파묵칼레. 중국이나 미국에서도 좋은 관광 명소를 마련해 준다.
화성암에도 방해석이 주원료인 경우가 있다. 카보나타이트가 그것인데, 이것의 심성암체를 보면 영락없는 투명한 방해석이 엄청난 크기로 자라 있다.
보통 화산 주변의 열수 변질 등에 의해서 흔히 자라는 광물이기도 하다. 빈 공간을 채우는 데 특별한 능력이 있는 것처럼 보인다.
4. 용도
석회암의 주성분이기 때문에 시멘트 원료로 사용된다. 때문에 오래되고 방치된 콘크리트 건물에서 종유석이 만들어지기도 한다. 무색 투명한 방해석 결정은 복굴절을 일으키기 딱 좋기 때문에 편광 현미경의 편광 프리즘으로 이용된다. 제철 과정에서도 사용된다.바이킹 문헌에 주로 등장하는 Sunstone[4]이 나침반이 소실되었을때 방향 추적에 쓰이는것으로 나오는데 이 선스톤의 정체가 방해석으로 추정된다. 정확히는 투명하고 굴절률이 높은 방해석으로 한정된다. 마침 복굴절 때문에 태양빛이 구름에 가려지더라도 빛을 잡아낼수 있기에 유력하다.
각종 생물들도 요긴하게 쓴다. 조개의 껍질이나 플랑크톤의 껍데기가 대표적인 예. 심지어 삼엽충은 눈 속 수정체[5]로도 썼다.
한약재로 쓰이기도 하는데, 이때는 한수석(寒水石)이라고 불린다.
[1] 방해석이 다른 원석 주변에 부가적으로 있는 경우가 많아 '원석의 성장을 방해한다'는 의미로 받아들여 방해(妨害)석으로 알고 있는 사람들이 의외로 많다.[2] 모스 굳기계상의 굳기는 3.0이지만 활석을 1로 보고 비교한 절대굳기는 9이다.[3] 다만 바다에서 아라고나이트와 방해석 중 무엇이 더 잘 퇴적되는지는 시대에 따라 다르다. 온도, 마그네슘 용해량 등에 의해 두 동질 이상 중 에너지가 낮은 것이 결정되기 때문.[4] 일장석의 영어명이나 관계는 없다.[5] 렌즈 역할