石英 ~最もありふれた鉱物~調査課 新宮敦弘

概要

化学平衡論的な変成岩の研究で知られるゴールドシュミット(1888-1947)は地殻を含む岩石圏を「酸素圏」と呼んだ。なぜなら、地殻の構成物質のなかで最も多いのが酸素にほかならないからである。その構成元素を多い順に並べると、O,Si,Al,Fe,Ca,Na,K,Mg となる。これらの元素は地殻の９９％を占めており、中でも酸素はイオン体積比で９０％を超えるといわれている。まさに我々は酸素の中で暮らしているといえよう。 そして最も多い酸素 O と硅素 Si を結び付けた鉱物こそ石英(SiO2)なのである。

1. 形態

は整った形態（六角錐をふたつ合わせた形）をしてい石英の結晶で結晶面が外形に完全に（ときにはる(図 2,巻末写真)。しかし、地表で得られる石英は多少不完全に）みられるものを一般に水晶とよぶ。そ当然のことに 573°C 以下であるため、結晶構造的の字の如く無色透明で六角柱と六角錐を組み合わには α 型になっており、β 型の形態のものは外形だ

せたものはあたかも水が結晶したかの如き純粋さをけが残された仮像である。

感じさせるものである。しかし、これはひとつの理想形であって現実にはこのような美しい形態のものは多少なりとも稀なものである。

2. 産状
石英は多くの火成岩や凝灰岩、堆積岩、変成岩、石英が美しい結晶形をつくるためにはある一定の海岸の砂など未固結な堆積物などに普通に含まれ、条件が必要である。それは結晶としての成長を許すセメント物質になっているほか、熱水変質した脈や晶だけの大きな割れ目や晶洞とよばれる空間を必要と洞（空隙）を埋めたものがみられる。

する。石英の場合、多くは花崗岩を構成する石英で産状として重要なのが、この脈状のものである。脈あったり流紋岩の石基に混ざった微細な結晶であり、状のものは周囲の岩石に含まれる珪酸が熱水の働きこれらは普通は他の鉱物の隙間を埋める他形の鉱などで移動し形成されたものと言われ、晶洞や変成物である。

岩に含まれるレンズ状の石英の層も同様な成因が考また、石英とよばれる鉱物には二種類あり、それえられる。このように珪酸が移動する際に周囲の金属は低音型の α-Quartz と高温型の β-Quartz である元素もともに運び濃集させることがあり、鉱床を形成(表 1)。この両者は同質異像の関係にあり、大気圧することがある。石英は鉱石鉱物に対して重要な脈下では 573°C 以下で α 型、それ以上で β 型となる。

石鉱物である。

α 型は石英を構成する Si と O の原子間隔が狭く、かつて島根県西部の三郡変成岩中の石英脈からそのため多少歪んだ形をしている。それに対して β褐簾石(allanite)の産出を報告したことがあるがこれ型は整った形となっている(図 1)。

はその例ともいえる。褐簾石は一般に化学組成が原子の配列の違いは結晶面の形態に現れる。α(Ca,Ce)2(Fe+2,Fe+3)Al2O ・ OH[Si2O7][SiO4] で型は各々の結晶面の発達に差異がみられるが、β 型あるが、Ca のところをその他の rare earth 元素が置換し、La や Y,Th,U などを含むことがある。こうしの粒径である。ほかに含まれているのは同程度の大た金属イオンの濃集に石英が関与しているものと考

きさの火山岩片、貝殻片などであるが、細粒分は殆えられる。

んどない。他地域の「鳴り砂」には β 型の結晶を含んだものもあるらしいが、琴ケ浜では角張った石英粒子のようである。

3. 石英の色調
一般に石英は灰色ないし透明の鉱物であるが、江の川起源といわれているが、大江高山などの火山起源とも考えられる。

中には紫色やピンク色、茶色、黄色、黒色、白色等 々非常に変化に富んでいる。

6. まとめと水晶探しのヒント

この色は石英に含まれる微量な元素が影響して最もありふれた鉱物である石英についてまとめているといわれる。石英の分析値の例を表 2 に示した。

きたが、ありふれている割にはその美しい結晶（水晶）

Smoky(煙水晶,茶色)は無色のものと大差ないが、にはあまり出会わない。石英が美しい結晶を作るにRose 色のものは Li や Na,Ti を多く含んでいる。まはそれが成長できる空隙と成長させるだけの熱水のた、Amethyst(紫色)は Fe の含有量が多い。

活動と時間が必要なのである。

これらの元素は酸化物として石英中に微細な包石英脈をよく観察すると、岩脈の壁面（外側の岩有物、あるいは空隙を埋める液体包有物として含ま盤との接触面）から石英脈の内側へ向けて結晶が成れている。

長していることが多い。この場合、石英脈は細かな水晶(α 型結晶)の集まりとなっている。このことから、こう4. 石英の工業利用
石英の工業利用で最も重要なのが振動子である 。

した石英脈は開口した割れ目に熱水が満たされ、壁面より内方向へ向けて石英が成長してきたことを示し

これは水晶にみられる圧電現象を利用したもので、ているものと思われる。岩盤の割れ目が十分に開い携帯電話をはじめとする現在の先端機器類にはなくていれば、おそらく中央に隙間が残ってそこに美しいてはならないものである。実際には天然の水晶を利水晶が残るであろうが、開きがわずかな場合は壁面用せず人工的に造られた人工水晶を使っている。

から成長してきた水晶が真中でくっついてしまいただ人工水晶は天然の石英を原料に 350°C, 1000の石英脈になってしまうのである。

気圧のもと種水晶を成長させたものであり、戦前から石英脈には細かな水晶の集まりになっていないものアメリカ・ヨーロッパで研究が進められていた。

もあるが、非晶質なものではなく、細かな結晶よりなりこのような場合はむしろ通常の岩脈のように成長する

5. 鳴り砂 と石英
鳴り砂で知られる琴ヶ浜は細粒のきれいな石英砂

時間を伴わず、短時間に空隙が埋められたものと考えられる。

を主体とする砂よりなり、砂浜を歩くとキュッキュッと音

β 型の水晶は火山岩等にみられる。花崗岩等にもがする。この鳴り砂は粒径の揃った、汚れていない、自形結晶が含まれることがあるが、そういうものは β粒子の角張った石英を主体とした砂粒により構成さ型の外形をしているかもしれない。β 型の結晶は高れているという。琴ケ浜の砂はこのような条件を満た温下において結晶が成長出来る環境になければなすものである。粒子は石英を主体とし、0.5mm 程度らず、マグマの中等である必要があるが、高温の陸上で生成した火砕岩等にも含まれている。石英の斑[参考文献]

晶の目立つ深成岩や粒の大きな石英粒子を含む酸

A.M.エヴァンズ/三宅輝海訳(1989),鉱床地質性火山岩に含まれているものと考えられる。

学序説,山洋社

だから、美しい水晶の結晶に出会おうと思ったな

DEER,HOWIE & ZUSSMAN(1966),Anら、火山岩の周辺や断層の周辺、とりわけ石英脈をIntroduction to the Rock Forming

探すのがよい。これはまた、石英のみならずそれにMinerals,LONGMAN
岩崎文子・岩崎秀夫(2005),天然水晶から人工伴い形成される金属鉱床を探査するヒントになるは水晶へ -科学と技術の流れ- ,ずである。

http://www.richo.co.jp/net-messena/
VM/QUARTZ/index.html

表 1:Silica 鉱物概要
名称

存在条件などΑ-Quartz (石英)

常温~573°C（大気圧下） 密度 2.65

Β-Quartz (高温石英)573~870°C 高圧下では 870°C 以上でも存在する。

α-Tridymite

常温~117°C だが本来安定な鉱物ではない。密度 2.26

β1-Tridymite

117~163°C だが不安定。

β2-Tridymite

163~1,670°C 融点 1,670°C

β-Crystbalite

200~275°C 以上で存在。1,470~1,713°C（融点）で安定。密度 2.33

Coesite

高圧型。450~800°C, 38,000atoms 下で生成。密度 2.92

Keatite

高圧型。380~585°C, 330~1,200atoms

Stishovite

130,000atoms, 1,200°C 以上。メテオクレーター等。密度 4.28

Silica grass

常温~1,000°C 不安定なガラス。1,713°C 以下。

Cryptcrystalline silica(chalcedony)

密度 2.57~2.64

Opal (hydrous
SiO2・nH2O 密度 2.01~2.16
cryptcrystalline form ofcrystbalite)

表 2：石英の微量元素の分析値(Deer,Howie & Zussman,1966)
Colour

Li2O

Na2O

K2O

Al2O3

Fe2O3

MnO2

TiO2

Colourless

0.00050.00040.00020.00080.00000.000020.0001

Smoky(茶)0.00040.00000.00000.00080.00050.000020.0002

Rose

0.00380.00110.00010.00010.00030.00005

0.0015---0.0004

0.02160.00000

0.0004

Amethyst(紫)α-Quartz
β-Quartz
SiO4 正四面体の”ゆがみ”に差異がある
図 1: α-Quartz と β-Quartz の結晶構造の違い

α-Quartz

β-Quartz

図 2: α-Quartz と β-Quartz の外形の違い

写真１：α 型の石英（約５ cm）

図 3:石英脈の例

写真 2：β 型の石英（大きなもので 1.5cm）

写真 3:石英脈に生じた α 型の石英

写真 4:石英脈の形態

写真 5:ペグマタイト中の石英（高さ約 20cm） 写真 6:β 型石英の産状
益田市馬ノ谷鉱山
酸性凝灰岩中に自形の石英が点在する

写真 7:鳴り砂
鳴り砂は大半が石英砂よりなる

写真 8:石英脈に生じた α 型の石英
石英脈の周辺には黄鉄鉱が多く生じ石英脈に沿うように鉄が濃集している