ケイ酸塩鉱物

ケイ酸塩鉱物（けいさんえんこうぶつ、英:Silicate minerals）はケイ酸塩で構成された造岩鉱物の総称である。鉱物の中で最大かつ最も重要なグループで、地球の地殻の約90%を占めている。 鉱物学では、シリカ（二酸化ケイ素、SiO 2）もケイ酸塩鉱物と見なされる。シリカは自然界において鉱物の石英やその多形として存在している。 地球上では、数十億年間にわたり地殻が形成・再活動をしてきた過程の結果、多種多様なケイ酸塩鉱物が幅広い範囲と組み合わせで形成されてきた。こうした過程には部分融解、結晶化、変成作用、風化、続成作用などが含まれる。 このサイクルには生物も貢献しており、珪藻と呼ばれるプランクトンは自らの外骨格を海水から抽出したシリカから作っている。この珪藻が死んだ後の殻は、深海堆積物・珪藻土の主成分となっている。 ケイ酸塩鉱物は一般的に、化学式[SiO2+n]2n-のサブユニットからなる無機化合物である。このように記述されているものの、陰イオンとしてのケイ酸塩イオンの記述は簡略化されている。ケイ酸塩アニオンの負の電荷とバランスをとっているのは、金属の陽イオンMx+である。こうしたカチオンの例としてMg2+やFe2+、Na+などがある。ケイ酸塩と金属間のSi-O-Mの結合は極性を持つ強力な共有結合である。ケイ酸塩アニオン[SiO2+n]2n-は無色透明で、細かく砕いた粉末にしても白色である。ケイ酸塩鉱物の色は、ケイ酸塩ではなく鉄などの金属に由来する。 ほとんどのケイ酸塩鉱物でケイ素は四面体構造をとり、4個の酸素原子に囲まれている。酸素の配位数は、酸素が2つのケイ素中心の橋渡し役になるときに配位数が2で固定される以外は自在に変化する。 ケイ素中心の中には、四隅を酸素原子と結合したままで他元素の原子に置き換わっている場合もある。四価ではない原子に置き換わった場合はアニオンはさらに負の電荷をもつため、相殺するためのカチオンを追加で要する。例えば、正長石[KAlSi3O8]nの場合、酸素と共有結合をとる四面体の3次元ネットワークからなるアニオンを持つ。もし四面体がすべてケイ素中心を持っていれば、アニオンは中性ケイ酸塩[SiO2]nとなる。4個に1個の割合でケイ素がアルミニウムに置き換わった場合は[AlSi3O− 8]nのアニオンができ、カリウムのカチオンK+によって中性化される。 鉱物学において、ケイ酸塩鉱物はそのケイ酸塩アニオンの構造によって以下の7つの主要グループに分類される。 なお、テクトケイ酸塩鉱物が追加の陽イオンを持つのは、ケイ素がアルミニウムなどのより価数の低い原子に置き換わったときに限られる。 ネソケイ酸塩鉱物（ギリシャ語で島を意味するνῆσος nēsosに由来する）、またはオルソケイ酸塩鉱物は、格子間のカチオンのみに結合した孤立した[SiO 4]4−の四面体であるオルソケイ酸塩（英語版）を持つ。シュツルンツ分類では09.Aに分類されている。例として以下が挙げられる。 フェナク石類 フェナク石 – Be 2SiO 4 珪亜鉛鉱 – Zn 2SiO 4 カンラン石類 苦土カンラン石（英語版） – Mg 2SiO 4 鉄カンラン石（英語版） – Fe 2SiO 4 テフロ石 – Mn 2SiO 4 柘榴石類 苦礬柘榴石 – Mg 3Al 2(SiO 4) 3 鉄礬柘榴石 – Fe 3Al 2(SiO 4) 3 満礬柘榴石 – Mn 3Al 2(SiO 4) 3 灰礬柘榴石 – Ca 3Al 2(SiO 4) 3 灰鉄柘榴石 – Ca 3Fe 2(SiO 4) 3 灰クロム柘榴石 – Ca 3Cr 2(SiO 4) 3 ハイドログロッシュラーガーネット（英語版） – Ca3Al2Si2O8(SiO4)3-m(OH)4m ジルコン類 ジルコン – ZrSiO 4 トール石 – (Th,U)SiO 4 ハフノン – (Hf,Zr)SiO 4 紅柱石類 紅柱石 – Al 2SiO 5 藍晶石 – Al 2SiO 5 珪線石 – Al 2SiO 5 デュモルチェライト – Al6.5–7BO3(SiO4)3(O,OH)3 トパーズ – Al 2SiO 4(F,OH) 2 十字石 – Fe 2Al 9(SiO 4) 4(O,OH) 2 ヒューム石類 – (Mg,Fe) 7(SiO 4) 3(F,OH) 2 ノルベルグ石（英語版） – Mg 3(SiO 4)(F,OH) 2 コンドロド石（英語版） – Mg 5(SiO 4) 2(F,OH) 2 ヒューム石 – Mg 7(SiO 4) 3(F,OH) 2 単斜ヒューム石（英語版） – Mg 9(SiO 4) 4(F,OH) 2 ダトー石（英語版） – CaBSiO 4(OH) チタン石 – CaTiSiO 5 硬緑泥石（英語版） – (Fe,Mg,Mn) 2Al 4Si 2O 10(OH) 4 ムライト – Al 6Si 2O 13 ソロケイ酸塩鉱物（ギリシャ語で山・塚を意味するσωρός sōrosに由来する）は、共有された酸素原子の頂点を持つ二重四面体である、独立したピロケイ酸塩（英語版）Si2O6− 7で構成されており、ケイ素と酸素の存在比は2:7である。シュツルンツ分類では09.Bに分類されている。例として以下が挙げられる。 ソーベタイト – (Sc,Y)(Si 2O 7) 異極鉱 (カラミン（英語版）) – Zn 4(Si 2O 7)(OH) 2 · H2O ローソン石 – CaAl 2(Si 2O 7)(OH) 2 · H2O 斧石 – (Ca,Fe,Mn) 3Al 2(BO 3)(Si 4O 12)(OH) 珪灰鉄鉱（英語版） – CaFeII 2FeIII O(Si 2O 7)(OH) 緑簾石類（(SiO 4)4−と(Si 2O 7)6−の両方を含む） 緑簾石 – Ca 2(Al,Fe) 3O(SiO 4)(Si 2O 7)(OH) 灰簾石 – Ca 2Al 3O(SiO 4)(Si 2O 7)(OH) タンザナイト – Ca 2Al 3O(SiO 4)(Si 2O 7)(OH) 単斜灰簾石 – Ca 2Al 3O(SiO 4)(Si 2O 7)(OH) 褐簾石 – Ca(Ce,La,Y,Ca)Al 2(FeII ,FeIII )O(SiO 4)(Si 2O 7)(OH) ドレイス石（英語版） – CaCeMg 2AlSi 3O 11F(OH) ベスブ石 – Ca 10(Mg,Fe) 2Al 4(SiO 4) 5(Si 2O 7) 2(OH) 4 サイクロケイ酸塩鉱物（ギリシャ語で円を意味するκύκλος kýklosに由来する）、またはシクロケイ酸塩鉱物・リングケイ酸塩鉱物は、3つ以上の四面体が環状に繋がった構造を持つ。一般式は(SixO3x)2x−で、1個かそれ以上のケイ素原子を他の4配位原子に置換できる。ケイ素と酸素の存在比は1:3である。二重リングの場合は一般式は(Si2xO5x)2x−となり、ケイ素と酸素の存在比は2:5となる。シュツルンツ分類では09.Cに分類されている。例として以下が挙げられる。 6量体[Si 6O 18]の緑柱石（赤がケイ素原子、青が酸素原子） 3量体[Si 3O 9]のベニト石 4量体[Si 4O 12]のパパゴ石（英語版） 9量体[Si 9O 27]のユージアル石（英語版） 6量体で二重環[Si 6O 15]のミラー石（英語版） 3員単環 ベニト石 – BaTi(Si 3O 9) 4員単環 パパゴ石（英語版） – CaCuAlSi2O6(OH)3. 6員単環 緑柱石 – Be 3Al 2(Si 6O 18) バッジ石（英語版） – Be 3Sc 2(Si 6O 18) 杉石 – KNa 2(Fe,Mn,Al) 2Li 3Si 12O 30 電気石 – (Na,Ca)(Al,Li,Mg)3–(Al,Fe,Mn)6(Si6O18)(BO3)3(OH)4 ペツォッタイト – Cs(Be 2Li)Al 2Si 6O 18 大隅石 – (K,Na)(Fe,Mg) 2(Al,Fe) 3(Si,Al) 12O 30 菫青石 – (Mg,Fe) 2Al 4Si 5O 18 鉄菫青石（英語版） – (Fe+2 ,Mg) 2Al 4Si 5O 18 9員単環 ユージアル石（英語版） – Na15Ca6(Fe,Mn)3Zr3SiO(O,OH,H2O)3(Si3O9)2(Si9O27)2(OH,Cl)2 3員二重環 ミラー石（英語版） – K 2Ca 4Al 2Be 4(Si 24O 60)H 2O なお、斧石のリングには4つのケイ素四面体に加え2つのホウ素原子の四面体が含まれているため、同じ6員環でも他のケイ素のみの鉱物より大きく歪んだ環状構造をしている。 イノケイ酸塩鉱物（ギリシャ語で繊維を意味するἴς, is に由来する）または鎖状ケイ酸塩鉱物は連結された鎖状のケイ酸塩四面体を持つ。単鎖の場合は一般式はSiO 3、ケイ素と酸素の比は1:3だが、2本鎖の場合は一般式がSi 4O 11、ケイ素と酸素の存在比が4:11となる。シュツルンツ分類では09.Dに分類されている。例として以下が挙げられる。 輝石類 頑火輝石・鉄珪輝石系統 頑火輝石 – MgSiO 3 鉄珪輝石 – FeSiO 3 ピジョン輝石 – Ca 0.25(Mg,Fe) 1.75Si 2O 6 透輝石・灰鉄輝石系統 透輝石 – CaMgSi 2O 6 灰鉄輝石 – CaFeSi 2O 6 普通輝石 – (Ca,Na)(Mg,Fe,Al)(Si,Al) 2O 6 ナトリウム輝石系統 ひすい輝石 – NaAlSi 2O 6 エジリン輝石 – NaFeIII Si 2O 6 リシア輝石 – LiAlSi 2O 6 パイロクス鉄石（英語版） - (Fe,Ca)SiO 3 準輝石類 珪灰石 – CaSiO 3 ばら輝石 – MnSiO 3 ペクトライト – NaCa 2(Si 3O 8)(OH) 角閃石類 直閃石 – (Mg,Fe) 7Si 8O 22(OH) 2 カミントン閃石系統 カミントン閃石（英語版） – Fe 2Mg 5Si 8O 22(OH) 2 グリュネル閃石（英語版） – Fe 7Si 8O 22(OH) 2 透閃石系統 灰鉄輝石 – Ca 2Mg 5Si 8O 22(OH) 2 緑閃石 – Ca 2(Mg,Fe) 5Si 8O 22(OH) 2 普通角閃石 – (Ca,Na)2–3(Mg,Fe,Al)5Si6(Al,Si)2O22(OH)2 ナトリウム角閃石系統 藍閃石 – Na 2Mg 3Al 2Si 8O 22(OH) 2 リーベック閃石（石綿） – Na 2FeII 3FeIII 2Si 8O 22(OH) 2 アルベゾン閃石 – Na 3(Fe,Mg) 4FeSi 8O 22(OH) 2 輝石の一種で2周期単鎖(Si 2O 6)構造の透輝石 I単斜角閃石の一種で2周期2本鎖(Si 4O 11)構造の透閃石 非分岐3周期単鎖構造の珪灰石 5周期単鎖構造のばら輝石 環状分岐8周期構造のペライト フィロケイ酸塩鉱物（ギリシャ語で葉を意味するφύλλον, phýllonに由来する）、または層状ケイ酸塩鉱物は、ケイ酸塩四面体の層が平行に積み重なった構造をとり、一般式はSi 2O 5でケイ素と酸素が2:5の割合で存在している。シュツルンツ分類では09.Eに分類されている。フィロケイ酸塩鉱物は全て、水またはヒドロキシ基で水和されている。 例として以下が挙げられる。 蛇紋石類 葉蛇紋石（英語版） – Mg 3Si 2O 5(OH) 4 単斜クリソタイル石（英語版） – Mg 3Si 2O 5(OH) 4 リザード閃石（英語版） – Mg 3Si 2O 5(OH) 4 粘土鉱物類 1:1粘土鉱物（TO） ハロイ石（英語版） – Al 2Si 2O 5(OH) 4 カオリナイト – Al 2Si 2O 5(OH) 4 2:1粘土鉱物（TOT） 葉ろう石 – Al 2Si 4O 10(OH) 2 滑石 – Mg 3Si 4O 10(OH) 2 イライト – (K,H 3O)(Al,Mg,Fe) 2(Si,Al) 4O 10[(OH) 2,(H 2O)] モンモリロン石（スメクタイト） – (Na,Ca) 0.33(Al,Mg) 2Si 4O 10(OH) 2 · nH 2O 緑泥石 – (Mg,Fe) 3(Si,Al) 4O 10(OH) 2 · (Mg,Fe) 3(OH) 6 苦土蛭石 – (Mg,Fe,Al) 3(Al,Si) 4O 10(OH) 2 · 4H2O その他粘土鉱物 海泡石 – Mg 4Si 6O 15(OH) 2 · 6H2O パリゴルスキー石（英語版）（アタパルジャイト） – (Mg,Al) 2Si 4O 10(OH) · 4(H 2O) 雲母類 黒雲母 – K(Mg,Fe) 3(AlSi 3)O 10(OH) 2 クロム雲母（英語版） – K(Al,Cr) 2(AlSi 3)O 10(OH) 2 白雲母 – KAl 2(AlSi 3)O 10(OH) 2 金雲母 – KMg 3(AlSi 3)O 10(OH) 2 リチア雲母 – K(Li,Al)2–3(AlSi3)O10(OH)2 真珠雲母 – CaAl 2(Al 2Si 2)O 10(OH) 2 海緑石 – (K,Na)(Al,Mg,Fe) 2(Si,Al) 4O 10(OH) 2 雲母の一種、白雲母（赤がケイ素原子、青が酸素原子） 4員環を持つ四面体構造の単一網構造の、魚眼石とフッ化カリウム・水酸化カリウム構造体 6員環を持つ四面体構造の単一網構造の、パイロスマライトと鉄・マンガン構造体 6員環を持つ四面体構造の単一網構造の、ゼオフィル石 4員環と6員環を持つ二重網構造のカーレトン石（英語版） テクトケイ酸塩鉱物、またはフレームワークケイ酸塩鉱物は、ケイ酸塩四面体が3次元フレームワーク構造をとっている。一般式はSiO 2でケイ素と酸素が1:2で存在する。このグループは地球の地殻の75%を占めている。石英類以外のテクトケイ酸塩鉱物は、すべてアルミニウムを含んだアルミノケイ酸塩である。シュツルンツ分類では09.Fと09.Gに分類されているほか、石英は04.DAに分類されている。例として以下が挙げられる。 石英・水晶類 石英 – SiO 2 鱗珪石 – SiO 2 クリストバル石 – SiO 2 コース石 – SiO 2 スティショフ石 – SiO 2 モガン石 – SiO 2 玉髄 – SiO 2 長石類 アルカリ長石（カリ長石） 微斜長石 – KAlSi 3O 8 正長石 – KAlSi 3O 8 アノーソクレース – (Na,K)AlSi 3O 8 サニディン – KAlSi 3O 8 斜長石 曹長石 – NaAlSi 3O 8 灰曹長石（英語版） – (Na,Ca)(Si,Al) 4O 8     (Na:Ca 4:1) アンデシン – (Na,Ca)(Si,Al) 4O 8     (Na:Ca 3:2) ラブラドル長石 – (Ca,Na)(Si,Al) 4O 8     (Na:Ca 2:3) 亜灰長石（英語版） – (Ca,Na)(Si,Al) 4O 8     (Na:Ca 1:4) 灰長石 – CaAl 2Si 2O 8 準長石族 黝方石 – Na 8Al 6Si 6O 24(SO 4) カリ霞石（英語版） –Na 6Ca 2(CO 3,Al 6Si 6O 24) 灰霞石（英語版） – KAlSi 2O 6 霞石 – (Na,K)AlSiO 4 方ソーダ石 – Na 8(AlSiO 4) 6Cl 2 藍方石 – (Na,Ca)4–8Al6Si6(O,S)24(SO4,Cl)1–2 青金石 – (Na,Ca) 8(AlSiO 4) 6(SO 4,S,Cl) 2 柱石類 曹柱石（英語版） – Na 4(AlSi 3O 8) 3(Cl 2,CO 3,SO 4) 灰柱石（英語版） – Ca 4(Al 2Si 2O 8) 3(Cl 2CO 3,SO 4) 沸石族 ソーダ沸石（英語版） – Na 2Al 2Si 3O 10 · 2H2O エリオン沸石 – (Na 2,K 2,Ca) 2Al 4Si 14O 36 · 15H2O 菱沸石（英語版） – CaAl 2Si 4O 12 · 6H2O 輝沸石（英語版） – CaAl 2Si 7O 18 · 6H2O 束沸石（英語版） – NaCa 2Al 5Si 13O 36 · 17H2O スコレス沸石（英語版） – CaAl 2Si 3O 10 · 3H2O モルデナイト（英語版） – (Ca,Na 2,K 2)Al 2Si 10O 24 · 7H2O 方沸石 – NaAlSi 2O 6 · H2O ポータル 地球科学 シュツルンツ分類