２．鉱物

2.1　鉱物とは

天然に存在する固体の無機物質で、ある定まった化学組成と結晶構造(規則的なイオンの配置)を持った物質を「鉱物」という。ただし火山ガラスなどの非晶質物質や天然に産する有機物(有機鉱物)を含めることもある。鉱物は、結晶構造(結晶系)と化学組成の組み合わせで区分される。なお「水」は融点の低い(0℃)の鉱物と考えられ、単独で均質な地球上最大の地質体(岩体、大陸氷床)を作る。

［固溶体］：鉱物は一定の化学組成をもつ、とはいうものの、ある幅を持っており、一定の結晶構造を保ったまま、大きさ(イオン半径)の似た元素が互いに色々な割合で置換しあうことがある。これを「固溶体」という。かんらん石や輝石・長石などの主要造岩鉱物の多くは幅広い固溶体を持っている。

2.2　結晶系と結晶形態　

鉱物(結晶)は平らな外面(結晶面)で囲まれた規則正しい立体形を示す。この形態を、結晶面の対称性という観点で整理すると、以下の6つの結晶系に分けることができる（図３、三方晶系を入れると７つ）。これらはミクロの目で見ると、結晶を作る最小単位(単位格子)のイオン配置の対称性に基づいている。標本室には、各結晶系の代表的な鉱物を展示しているから、壁のパネルの結晶図と見比べながら観察してほしい。

図３　結晶系と結晶形態

2.3　鉱物の化学組成による分類

鉱物を化学組成の観点で整理すると、
　・元素鉱物Native elements（金や白金のように単体で産する鉱物）、
　・硫化鉱物Sulphides（－Sの化学式で表される鉱物）、
　・酸化鉱物Oxides (－Oまたは水酸化鉱物－OH）、
　・珪酸塩鉱物Silicates（珪素Siと酸素の結合を骨格とする鉱物）、などがあり、
このほか
　・ハロゲン化鉱物Halides（ＦやClを含む鉱物）
　・炭酸塩鉱物Carbonates（化学式にCO₃を含む鉱物）
　・硫酸塩鉱物Sulphates（化学式にSO₄を含む鉱物）
　・燐酸塩鉱物Phosphates（化学式にPO₄を含む鉱物）
　・硝酸塩鉱物Nitrates（－N0₃）、ホウ酸塩鉱物Borates（－BO₃ほか）、
　・砒酸塩鉱物Arsenate（－AsO₄）、タングステン酸塩鉱物Tungstates（－WO₄）、
　・モリブデン酸塩鉱物Molybdates（－MoO₄）、有機鉱物Organics、
などがある。地球科学標本室の鉱物標本は、これらの化学組成に基づいて分類・登録してある。

2.4　珪酸塩鉱物　Silicate

地殻およびマントルは、鉱物で言えば、主に珪酸塩鉱物でできている。珪酸塩鉱物の結晶構造は、正４面体の中心に１個の珪素イオンを、４つの角に酸素イオンを配した構造を骨格としている（図４）。この４面体の結合の仕方により、以下のグループに分けられる（図５）。珪酸塩鉱物は、鉱物の中で最も種類が多いので、登録番号も以下の区分に従って割り振ってある。

図４　SiO₄４面体、真上から見た模式図
正４面体の４つの頂点に大きな酸素イオンが、中心の隙間に小さな珪素イオンが１個入る

ａ. ネソ珪酸塩Nesosilicate　［〇-SiO₄］： 独立した４面体を結晶構造の基本とする。〇の中にMgやFeが入る。カンラン石など。

ｂ. ソロ珪酸塩Sorosilicate　［〇-Si₂O₇］：２つの４面体が1つの酸素を共有した結晶構造を持つ。緑簾石など。

ｃ. サイクロ珪酸塩（環状珪酸塩）Cyclosilicate［〇-Si₃O₉,〇-Si₄O₁₂,〇-Si₆O₁₈］：3つ以上の４面体が酸素を共有して環状の結晶構造を持つ。菫青石など。

ｄ. イノ珪酸塩（鎖状珪酸塩）Inosilicate　［輝石 〇-SiO₃,　角閃石 〇-Si₄O₁₁］：４面体の2つの酸素を共有して鎖状にのびた構造を持つ。１本の鎖からなる輝石と２本の鎖からなる角閃石とがある。

ｅ. フィロ珪酸塩（層状珪酸塩）Phyllosilicate［〇-Si₂O₅］：４面体の３つの頂点に位置する酸素を共有して、２次元的に広がった構造を持つ。そのため平面的なへき開が発達する。雲母や緑泥石など。

ｆ. テクト珪酸塩（網状珪酸塩）Tectosilicate［-SiO₂］：４面体の４つの頂点の酸素を共有して３次元的に広がる網目状構造を持つ。長石類など(石英を含めることもある)。

図５　珪酸塩鉱物の種類と結晶構造

鉱物は、様々な色と形態を示すが、これらは基本的に構成元素の種類と結晶構造に支配されている。ともあれ、美しい鉱物標本を見れば、鉱物学はけして難解な学問ではなく、楽しい科学であることが実感できるだろう。