鉱物の系統分類

             鉱物の系統分類

1. 初めに

   東京では、年に2回、国際的なミネラルショーが開催される。私がミネラルショーに
  出かけるのは、単に標本を見たり、購入するだけでなく、”講演会で新しい知識を
  仕入れることができる”からでもある。
   2005年12月、東京池袋で「第14回東京ミネラルショー」が開催され、国立科学
  博物館名誉研究員・加藤 昭博士による、特別講座(標本2点付き、800円)が開催
  されたので受講した。
   第1部は、初心者を対象に「系列を作る鉱物」と題する講座であったが、内容は
  なかなかレベルの高いものであった。
   私が鉱物採集を始めたころは、「今回の採集行は、○○鉱山跡で△△石を採るぞ」と
  勇んで出かけ、産地では「この□色が△△石だろうか?」と首をひねり、さらに帰宅後
  クリーニングしてラベルを付ける段になって、「これが本当に△△石だろうか?」と頭を
  悩ませた。(これは、今もあまり変わっていない)。こんな風に、採集した標本が何という
  名前の鉱物なのか、つまり鉱物種を特定することに主眼があった。
   経験を積み重ねてくると、「□□沢では、板チタン石が採集できたから、もしかしたら
  鋭錐石やルチル(金紅石)といったチタンを含む鉱物が採集できるかも知れない」と
  いう期待をもって産地に赴けるようになってきた。そうすると、今まで見えなかった
  (見過ごしていた)鉱物が見えてきて、採集できる鉱物種も増えてきた。
   2005年6月末現在、世界には4,200種を越える鉱物種があるとされ、専門家でも
  それら全ては理解していないようです。まして、アマチャ(故桜井欽一博士は、いみじくも
  ”甘茶”と表現された)の私が理解できるはずもないが、鉱物を系統分類( Systematic
   Classification ) した知識を身に付けておき、訪れた産地で初産鉱物の発見や採集品の
  分類・整理に役立てたいと錆びついた頭を叱咤激励している今日この頃である。
   ここでは、講座の内容を、私なりの理解でまとめ直してみた。
  ( 2005年12月情報 )

2. 鉱物種の概念

   鉱物は動物、植物とともに自然界を構成する一つの大きな構成要素で、鉱物界
  ( Mineral Kingdom ) と呼ばれ、明治時代の中学(今の高校)の教科書に「鉱物界
  教科書」などとタイトルがあるものを古書店などで見かけます。

   鉱物とは、『 自然界に存在する自然が作った均質物質で、ほぼ一定の原子配列と
  ほぼ一定の化学組成を持つ固体で、自然水銀( Mercury,Hg )と水( Water,H2O )が
  例外的に常温では液体である 』
   種の定義は、『 同類の他の物質との間に有意義な相違点をもつもの 』

   鉱物種とは、これら2つを結合させたものになる。

3. 鉱物系列と鉱物種

 3.1 系統分類とは
    4,200種の鉱物を系統分類( Systematic Classification ) することによって、鉱物を
   一次元的にある順序に従って並べることができる。一次元とは、一本の紐をたぐる
   ように、混線することなく、1種類の鉱物が確定できるということを意味する。

    例えば、仮に「私の家」を「一つの鉱物種」とすると
   宇宙→銀河系→太陽系→地球→アジア→日本→本州→○○県→△△市→□□町
   →****番地 とすれば、一義的に決まり、同じものはない(重複しない)ことになる。

 3.2 鉱物系列
    系統分類では、一つの鉱物を似た様な鉱物と比較するのに便利なように配列する
   のが基本である。
    この日、予め配られた標本は、方解石【Calcite:CaCO3】 と菱マンガン鉱【Rhodo
   −chrosite:MnCO3】の2種であった。
    これらは、共に+2価のカルシウムイオン(Ca2+)と第一マンガンイオン(Mn2+)が
   マイナス2価の炭酸イオン([CO3]2-)と結合しているもので、同じ原子配列を持って
   いる。そこで、分類上は、鉱物種の上位概念の大きなまとまりを表す鉱物系列
   ( Mineral series ) に入れられ、この系列(単に系とも呼ぶ)は、方解石系列(系)
   ( Calcite series) と呼ぶ。

 3.3 端成分と固溶体
    もう一度、鉱物の定義の一部に登場願うと『・・・・均質物質で、ほぼ一定の原子配列と
   ほぼ一定の化学組成を持つ』 となっている。この ”ほぼ” という所がミソのようです。
    方解石と菱マンガン鉱は原子配列が同じなので、容易に混じり合い、そのまま固まった
   固溶体をつくる。つまり、純粋な方解石から純粋な菱マンガン鉱まで、両者があらゆる
   比率で混じり合うことができる。このような関係を両者は固溶系を形成するといい
   方解石と菱マンガン鉱をそれぞれ端成分(End component)と呼ぶ。
    ”水”と”油”の関係でなく、”はんだ”と呼ばれる合金が鉛(Pb)と錫(Sn)がどのような比率
   でも溶け合い、その比率によって”4ぶ6はんだ”などと呼ばれるのに似ている。
    両者の中間物は、(Ca,Mn)CO3 あるいは (Mn,Ca)CO3 と化学式で表され、前者では
   原子数が Ca≧Mn、後者では Mn>Ca となり、それぞれ方解石、菱マンガン鉱と呼ばれ
   Ca=Mn のところに境界線が引かれる。
    (Ca,Mn)CO3を純粋な方解石と区別するのには、含マンガン方解石( Manganiferous
    Calcite )というが、鉱物種としては、あくまでも”方解石”である。

 3.4 方解石系列(系)
    方解石系は、鉱物の中で最も多数の種を含む系で、次のような構成員(なかま)が
   ある。

    ・ 菱苦土鉱( Magnesite ,MgCo3)
    ・ 菱鉄鉱( Siderite ,FeCo3)
    ・ 菱マンガン鉱( Rhodochrosite ,MnCO3)
    ・ 菱亜鉛鉱( Smithsonite ,ZnCO3)
    ・ 菱ニッケル鉱( Gaspeite ,NiCO3)
    ・ 菱コバルト鉱( Sphaerocobaltite ,CoCO3)
    ・ 方解石( Calcite ,CaCO3)
    ・ 菱カドミウム鉱( Otavite ,CdCO3)

     これらの鉱物には、「菱」が頭についた和名が多いのは、これらの理想的な結晶の
    外形が菱(ひし)形の面をもつという、菱面体晶族の特徴を示すからである。

4. 鉱物群

   鉱物の系統分類のやり方の1つに、できるだけ類似点を発見して、それらを1つの単位
  (グループ)にまとめる習慣がある。このようなまとまりを鉱物群( Mineral Group )と呼ぶ。

 4.1 同質異像( Polymorphism )
     全く同じ化学組成を持っているが、結晶配列が異なる結晶質物質が存在する。これらを
    同質異像(または同質多像)関係にある、という。

  (1) 炭素同質異像群または石墨同質異像群
      炭素( Carbon ,C ) は、低い温度、低い圧力の下では、石墨( Graphite,C )という
     非金属元素鉱物を形成するが高い温度、高い圧力の下ではダイアモンド( Diamond,C )
     として石墨よりも原子が密に詰まった、別な鉱物種になる。
      最近では、自然フラーレン( Fullerite , C60 )なども新たに仲間に加わっている。

  (2) 珪酸アルミニウム(珪線石)同質異像群
      化学式 Al2SiO5 をもつ鉱物は、3種類知られている。珪線石( Sillimanite )、紅柱石
     ( Andalusite )そして藍晶石( Kyanite ) である。
      しかし、このような束ね方(グループ化)をすると、3種が独自につくる鉱物系列が
     無視されてしまう。
      珪線石は、ムル石( Mullite,Al2(Si,Al)O5-x )(x〜0.1)という種との間で固溶体をつくり
     紅柱石は、カノウナ石( Kanonaite ,(Mn3+,Al)(Al,Mn3+)SiO5)という Mn3+がAlより
     多い種との間に固溶系を作り、藍晶石については未命名だが、Cr3+がAlより多いものが
     知られているので、これら全てを含む群をつくるというのが1つの判断になっている。
      ( ”判断”であって、結論ではないらしい )

 4.2 鉱物群をつくらない鉱物
     方解石は霰石( Aragonite,CaCO3 )およびファーター石( Vaterite ,CaCO3 )
    と同質異像関係にある。しかし、これらを束ねて同質異像群を作ると前に
    説明した方解石系列との関係を断ち切らなければならない。
     また、霰石には、ストロンチアン石( Strontianite ,SrCO3 )、毒重石(Witherite
    BaCo3 )、白鉛鉱( Cerussite ,PbCO3 )という同構造関係にある種があり、これ
    らと霰石で、霰石系列が作られている。そこで、一般式M2+CO3で与えられる
    鉱物の束ね方は、方解石系列・霰石系列・ファーター石の3つになり、”群”を
    作らない(作れない)ことになる。
    ( M2+ は2価の陽イオンをつくる金属( Metal )一般を意味する )

     一般式M2+CO3で鉱物を分類するメリット(応用)として、”M”のところに2価の
    陽イオンの金属を当てはめてみて、そのような鉱物を自然界から探す目標を定める
    ことができる。

5. 鉱物族

    鉱物族( Mineral Family ) というのは、系あるいは群よりもやや大きい単位で、
   実質的には総称の形で与えられる。橄欖石族・輝石族・角閃石族・雲母族・長石族
   などの間には、原子配列の共通性がある。また、尖晶石族をのぞき、珪酸塩鉱物で
   造岩鉱物あるいはそれに準ずる。
    鉱物族は、次の通りである。

    ・ 尖晶石族( Spinel family )
    ・ 橄欖石族( Olivine family )
    ・ 柘榴石族( Garnet family )
    ・ 黄長石族( Melilite family )
    ・ 電気石族( Tourmaline family )
    ・ 輝石族( Pyroxene family )
    ・ 角閃石族( Amphibole family )
    ・ 雲母族( Mica family )
    ・ 緑泥石族( Chlorite family )
    ・ 長石族( Feldspar family )
    ・ 沸石族( Zeolite family )

    これらの構成員は、沸石族を除いて全て原子配列自体に根本的な共通点があり
   また一方では、同じ族に属するものはよく似た外観を持っている。そこで、これらの
   名称は野外名( Field Name ) として使われるが、鉱物種として用いられるのは
   尖晶石(スピネル)【 Spinel :MgAl2O4 】のみである。(スピネルと言えば、”苦土”
   スピネルを指すらしい)

    したがって、フィールドで ”柘榴石” とか ”電気石” とか呼ぶのは良いが、鉱物の
   名前をラベルに書くときは、”灰鉄柘榴石” とか ”苦土電気石” と書かないとダメな
   ようである。

6. 鉱物類

   孔雀石( Malachite,Cu2[(OH)2CO3] )や藍銅鉱( Azurite,Cu3[OHCO3]2 など孔雀石群
  を構成する鉱物は、すべて陰イオンが[CO3]2-および(OH)1-となっている。一般に[CO3]2-
  を主成分として含む鉱物を炭酸塩鉱物( Carbonate minerals ) といい、系統分類上の
  1つの単位とすることができる。このような分類単位を類( Class ) といい、炭酸塩鉱物類
  と総称する。単に、炭酸塩とすることもある。
   このほか、次のような類を設けることができる。

    ・ 元素鉱物( Element minerals )
    ・ 硫化鉱物( Sulphide minerals )
    ・ 酸化鉱物( Oxide minerals )
    ・ ハロゲン化鉱物( Halogenide minerals )
    ・ 硝酸塩鉱物( Nitrate minerals )
    ・ 炭酸塩鉱物( Carbonate minerals )
    ・ 硼酸塩鉱物( Borate minerals )
    ・ 亜砒酸塩鉱物( Arsenite minerals )
    ・ 亜硫酸塩・亜セレン酸塩・亜テルル酸塩鉱物
      ( Sulphite , Selenite and Tellurite minerals )
    ・ 沃素酸塩鉱物( Iodate minerals )
    ・ 硫酸塩・セレン酸塩・テルル酸塩
      ( Sulphate , Selenate and Tellurate minerals )
    ・ クロム酸塩・モリブデン酸塩・タングステン酸塩
      ( Chromate , Molybdate and Tungstate minerals )
    ・ 燐酸塩・砒酸塩・ヴァナジン酸塩
      ( Phosphate , Arsenate and Vanadate minerals )
    ・ 珪酸塩・ゲルマン酸塩( Silicate and Germanate minerals )
    ・ 有機鉱物( Organic minerals )

    燐酸塩・砒酸塩・ヴァナジン酸塩のように、複数の酸基が一くくりにされているのは
   塩素燐灰石-緑鉛鉱系( Chlorapatite-Pyromorphite ) という系列があり、その主な
   構成員は次の通りである。

    ・ 塩素燐灰石( Chlorapatite , Ca5[Cl(PO4)3]
    ・ 緑鉛鉱( Pyromorphite , Pb5[Cl(PO4)3]
    ・ ミメット鉱( Mimetite , Pb5[Cl(AsO4)3]
    ・ 褐鉛鉱( Vanadinite , Pb5[Cl(VO4)3]

     これらの間には、かなり広い範囲に固溶体が存在し、これらを含む酸基を共通した
    1つの類に入れておかないと、類をまたぐ鉱物系列が形成され、不都合が起るから
    である。

7.おわりに 

 (1) 今まで、何の気なしに、「これは沸石の仲間」だとか「硫化鉱物の一種だ」などと
    片付けていたが、系統分類すると「沸石族」 とか 「硫化鉱物類」となるらしい。
     堅苦しいようだが、自分の頭の中に鉱物の体系を作っておき、鑑定・整理
    そして新産地の発見などに活用したいと考えている。

 (2) しかし、加藤博士の資料にも、「全部の学者がこのような分類に賛成している訳でも
    ない」 とあり、学問の世界の難しさを感じます。

 (3) 私個人としては、もっと切実な問題があります。標本を整理するとき、『鉱物類
    ( Class )』別にするか、『産地(都道府県)』別にするか です。
     昔あった凡地学をはじめ標本店は前者が多く、益富地学会館は後者と記憶して
    いる。

     皆さんは、どうされていますか?

8. 参考文献

 1)加藤昭:系列を作る鉱物 第14回ミネラルショー特別講座参考資料
         ,,2005年
 2)中等教育教授法研究会編纂:鉱物界教科書,同研究会,明治35年
 3)松原 聰:日本産鉱物種,鉱物情報,2002年
 4)中條 利一郎編:自然と人間,内田老鶴圃,2002年
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