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1. 개요
| 감람석의 성질 | ||||||
| 화학식 | X2SiO4[1] | |||||
| 결정계 | 사방정계(Orthorhombic) | |||||
| 굳기 | 6.5-7[2] | |||||
| 비중 | 3.2-4.4[3] | |||||
| 벽개 | 잘 발달하지 않음.[4] | |||||
| 규산염구조 | 독립 사면체 구조(Orthosilicates) | |||||
| 결정형 | 알갱이 모양[5] | |||||
| 조흔색 | 흰색 | |||||
| 주요 색상 | 연두색(황록색)[6] 등 | |||||
감람석(橄欖石, Olivine)은 광물의 한 종류이다.
2. 결정 구조 및 분류
▲ 감람석의 결정 구조.
규산 마그네슘으로된 보석
독립사면체 결정구조를 갖는 대표적인 광물이다. 위 그림에서 볼 수 있듯이 규산염 사면체가 서로 이어지지 않고 다 떨어져 있으며 그 사이를 2가 양이온이 채우고 있다는 걸 알 수 있다. 규산염사면체는 보통 알루미늄(Al)의 치환이 흔치 않으며 2가 양이온은 보통 마그네슘(Mg)와 철(Fe)이다. 이 때문에 다음 두 가지 단종이 가장 핵심적이다.
- 고토감람석 (Forsterite) Mg2SiO4
- 철감람석 (Fayalite) Fe2SiO4
결정학적으로는 사실 이 광물도 M1, M2 자리가 구분되지만 Mg와 Fe는 서로 치환이 잘 일어나기 때문에 다른 광물에 비해 중요성이 떨어진다.
흔히 말하는 감람석은 감람석 알파상(α-phase)이다. 고압이 되면 감마상(γ-phase)로 상전이를 일으키게 되는데, 이 감마상의 광물을 특히 링우다이트(Ringwoodite)라고 부른다. 그런데 감람석에 마그네슘 함량이 약 85%(Mg/(Mg+Fe)>0.85)일 때는 감마상과 알파상의 상전이가 있기 전에 베타상(β-phase)이 나타나게 된다. 베타상에 해당하는 감람석을 특히 왓셀라이트(Wadselyite)라고 부른다. 그리고 이 왓셀라이트와 링우다이트는 결정 구조가 첨정석 결정구조이기 때문에 별 혼동의 여지가 없으면 스피넬 구조로 상전이했다고 말하면 된다.
대부분의 경우에는 Mg와 Fe가 들어있지만, 간혹 Mg은 거의 없고 망가니즈(Mn)의 함량이 높을 때가 있다. 이를 Knebelite라고 부르며, Fe, Mg가 모두 결핍되고 Mn으로 되어 있으면 이를 Tephroite라고 부른다. 드물게 칼슘(Ca)이 많이 들어간 경우도 있는데, 이를 Monticellite라고 부른다. 이 경우는 Lamprophyre의 일종인 Alnöite 같은 암상에서 보고되어 있다. 이들을 모두 묶어 감람석군(olivine group)이라고 말한다.
3. 지질학적 배경
| 보웬의 반응계열 | |
| 불연속 반응 계열 | 연속 반응 계열 |
| 감람석 | <colbgcolor=#d6f0ff,#002033> Ca 사장석 |
| 휘석 | ↓ |
| 각섬석 | |
| 흑운모 | Na 사장석 |
| <colbgcolor=#f8ffff,#003233> 정장석 | |
| 백운모 | |
| 석영 | |
olivine(올리빈)이라는 명칭은 광물의 색이 마치 올리브 잎과 같은 녹색을 띠고 있어서 붙여졌고, 감람석(橄欖石)이라는 명칭 역시 올리브나무를 한국에서는 (특히 한글성경 등에서) 감람나무라고 번역하는 경우가 많아 붙여진 이름이다. 흔히 올리브를 감람나무로 번역하지만 올리브는 지중해 원산의 비교적 키가 작은 국화군 물푸레나무과지만 감람나무는 인도차이나 원산에 수십미터로 자라는 장미군 감람나무과에 속해 사실은 전혀 다른 종류이다. 비슷하지도 않다. 이름 그대로 야외 산상에서 발견되는 감람암은 특유의 아름다운 녹색 투명한 결정이 있다.
지구에는 특히 감람석이 풍부한데, 맨틀 상부를 구성하는 주구성광물이기 때문이다. 상부맨틀의 약 65%는 감람석으로 되어 있다. 그러므로 맨틀은 녹색이다. 온도가 높다고 보통 새빨갛게 칠하지만 사실 아무리 광물 색이 녹색이라한들 700도가 넘은 상부 맨틀을 끄집어내면 빨갛게 달아올라 있을 것이다. 이런 암석을 감람암이라고 부른다. 맨틀의 감람석은 보통 Mg 함량이 Fe 함량보다 9배 정도 많다. (Fo90) 그렇기 때문에 지하 약 410 km 깊이에 가게 되면 감람석은 왓셀라이트로 상전이하게 되며, 520 km 정도에서는 링우다이트가 나타나게 된다. 660 km에 가면 더 이상 이들이 안정하지 않고 페롭스카이트와 위스타이트 두 가지 광물로 상분리된다.
감람석은 또한 고철질 화성암에서도 많이 나온다. 보웬의 반응계열에서 아니나다를까 첫번째 정출광물로 되어 있다. 현무암에서 어렵지 않게 감람석을 찾을 수 있으며, 종종 알칼리가 풍부한 마그마는 상당히 진화한 경우에도 감람석이 나온다. 이때는 철이 마그네슘과 비슷하거나 심지어는 더 많은 감람석이 나타나기도 한다.
감람석은 열수 변질(hydrothermal alteration)에 상당히 약하기 때문에 관찰시에도 변질된 경우가 심심치 않게 보인다. 특히 감람석의 가장자리나 깨진 틈을 따라 사문석이 자라거나 이와 함께 점토광물, 녹니석, 철티타늄산화광물 등이 발달(나노 스케일로 발달)한다. 이게 균질하게 보이면 이를 특히 구별해서 기재한다. 적갈색으로 나타나면 보통 스멕타이트(smectite), 녹니석, goethite나 적철석(hematite)이 포함되는데 이것을 이딩사이트(iddingsite)라고 한다. 한편 녹색에 가깝게 변질되면 이를 Bowlingite라고 부르고(이 경우에는 사문석이 포함됨), iddingsite보다 Fe(III)이 제한적으로 들어간 변질산물은 특별히 Chlorophaeite라고도 하는데 보통은 잘 구별이 안되지만 색상 범위가 좀 더 넓다. 어떤 경우는 사문석의 성장이 무척 도드라지는데 따로 사문화작용을 받았다고 말하고, 이를 사문암(serpentinite)이라고 부른다.
감람석은 보통 마그마에서 가장 먼저 정출되는 광물이기 때문에 지질학적 연구에서 중요한 위치를 차지하게 된다. 또한 맨틀의 주구성 광물이므로 맨틀의 성질을 이해하는 데에도 핵심을 이루고 있다.
다른 행성과 소행성에서도 감람석은 먼저 정출되고 만들어지는 광물이기에 운석에서도 많이 발견된다.
4. 용례
2011년 초에는 친환경 감람석 운동장이라고 하여 전국 8개 학교에 시범사업으로 학교 운동장에 감람석 파쇄토를 깔기도 했다. 이 사업은 2009년부터 추진되었다.[7] 그러나 2011년 9월에 상당수 학교의 감람석 운동장에서 인체에 유해한 석면이 검출되었다.[8] 그래서 운동장의 감람석을 모두 걷어내고 한동안 운동장 사용을 금지시키는 사태가 일어나 학생들이 불편을 겪었다.[9] 다만 지질학적 지식을 갖춘 사람이라면 이것이 너무나 당연한 결과라는 것을 깨달았을 것이다. 감람석은 함수(含水) 변질이 일어나면 사문석이 되는데, 사문석 중 흔한 종류이며 석면에 해당하는 크라이소타일이 포함되어 있기 때문이다.그 외에 용제조절재(slag conditioning)와 소결재, 펠렛(pellet), 주조사포 및 기타 내화재의 용도로 이용된다.
5. 보석으로서의 감람석:페리도트
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보석 등급의 감람석은 어두운 올리브색에 가까울수록 높은 가치를 갖는다고 알려져 있으며, 다른 광물과 마찬가지로 불순물이 없고 고유한 색이 균질하게 잘 나타나야 한다. 감람석은 다른 색이랄게 없기에 보석에서도 녹색만이 알려졌다. 같은 녹색 보석의 대명사격인 에메랄드와는 묘하게 색 차이가 있다. 에메랄드보다 페리도트 쪽이 황녹색에 더 가깝다.
8월의 탄생석으로, 부부의 행복과 친구와의 화합, 지혜, 혁명, 성실, 덕방 등의 의미를 지녔다. 또한 결혼 16주년을 기념하기 위해 추천되는 보석이다. 하와이에서는 원주민들이 다이아먼드헤드라는 화산 분화구에서 발견된 페리도트를 다이아몬드로 여겼기 때문에 '하와이안 다이아몬드'라고 했고, 중세 유럽에서는 밤이 되어도 빛을 잃지 않고 오히려 밤의 빛 아래에서 더욱 빛난다는 보석의 특징 때문에 '이브닝 에메랄드'라고 했다. 태양이 내린 선물이라는 이미지와 함께 어두운 밤에도 빛을 잃지 않는 신비함 때문에 악령으로부터 보호하고 근심을 떨쳐버리기 위한 호신부로 쓰였는데, 이때는 금으로 장식하는 것을 으뜸으로 쳤다.
어원은 분명하지 않으나 라틴어로 보석을 뜻하는 faridat에서 유래되었다는 설과, 고대 영어로 오팔의 한 종류를 뜻하는 pedoretés에서 유래되었다는 설 등이 있다. 가장 오래된 관련 기록으로 홍해의 자바가드(Zeberget) 섬에서 채취했다는 기록이 있는데, 이 당시에는 뿌연 안개 때문에 페리도트 채취가 힘들어 그리스어로 '찾아다니다'는 뜻을 지닌 토파즈라 불렸다고 한다. 유럽에는 십자군 전쟁 때 소개되어 교회 장식으로 널리 쓰였다. 독일 쾰른 대성당의 성체현시대에는 200캐럿이 넘는 페리도트를 장식했다.
| 쾰른 대성당 성체현시대 하단의 페리도트 장식 |
페리도트의 관리법은 다음과 같다.
- 페리도트는 비교적 경도가 낮다. 탄자나이트보다 약간 높은 6.5~7이기 때문에 관리 시 주의를 기울이지 않으면 표면에 마모된 흔적이 쉽게 남는다. 사실 이건 천연광물 중 경도가 가장 높은 다이아몬드 이외의 거의 대다수 보석들에서도 마찬가지로 주의해야 할 부분이다.
- 세척 시 맑은 물이나 비눗물에 헹궈낸 후 부드러운 천으로 닦아야 하며 열이나 부딪침으로부터 주의를 기울어야 한다.
- 또한 페리도트는 복굴절이 심해 지르콘과 같이 더블링 현상(선이 두 개로 보이는 현상)이 가장 심하게 나타난다.