苦土カンラン石のソースを表示

{{翻訳直後|[[:en:Special:Permalink/1221071906|en: Forsterite]]|date=2025年3月}}
{{Infobox 鉱物
|name=苦土カンラン石<br/>{{lang|en|Forsterite}}
|category=[[ネソケイ酸塩鉱物]]
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|image=Forsterite on Sanidine - Ochtendung, Eifel, Germany.jpg
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|caption=[[赤鉄鉱]](赤色)結晶を伴う[[サニディン]](無色小結晶)上の苦土カンラン石
|formula=[[ケイ酸マグネシウム]]({{chem|Mg|2|SiO|4}})
|molweight={{Chem molar mass|Mg=2|Si=1|O=4}}
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|system=[[直方晶系]]
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|4.7540
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|10.1971
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|u=angstrom}}; Z&nbsp;=&nbsp;4
|color=無色、緑色、黄色、黄緑色、白色
|habit=しばしば平板状の両錐角柱；通常は粒状もしくはcompact massive{{訳語疑問点|date=2025年3月}}
|twinning={100}, {011}, {012} 上
|cleavage={010} 上完全へき開、{100} 上不完全
|fracture=[[貝殻状断口]]
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|luster=ガラス状
|refractive=n<sub>α</sub> = {{val|1.636|-|1.730}} n<sub>β</sub> = {{Val|1.650|-|1.739}} n<sub>γ</sub> = {{Val|1.669|-|1.772}}
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|references=<ref name=Handbook>http://rruff.geo.arizona.edu/doclib/hom/forsterite.pdf Handbook of Mineralogy</ref><ref name=Mindat>http://www.mindat.org/min-1584.html Mindat.org: Forsterite mineral information and data</ref><ref name=Webmin>http://webmineral.com/data/Forsterite.shtml Webmineral: Forsterite Mineral Data</ref>
}}

'''苦土カンラン石'''（苦土橄欖石、くどかんらんせき）または'''フォルステライト（'''{{Lang-en-short|Forsterite}}）は{{Chem2|Mg2SiO4|link=ケイ酸マグネシウム}}の[[組成式]]であらわされる鉱物である。'''白橄欖石'''（{{Lang|en|white olivine}}）とも。[[カンラン石]]固溶体の[[端成分]]の1つであり、もう一方の端成分である{{仮リンク|鉄カンラン石|en|Fayalite}}とは{{仮リンク|同形 (結晶学)|en|Isomorphism (crystallography)|label=同形}}である。苦土カンラン石の結晶は[[直方晶系]]（[[空間群]] ''Pbnm''）に分類され、単位胞パラメータは ''a'' {{val|4.75|ul=angstrom}} ({{val|0.475|ul=nm}}), ''b'' {{val|10.20|u=angstrom}} ({{val|1.020|u=nm}}) a {{val|5.98|u=angstrom}} ({{val|0.598|u=nm}}) である<ref name="Klein">{{cite book |last1=Klein |first1=Cornelis |first2=Cornelius Jr. |last2=Hurlbut |year=1985 |title=Manual of Mineralogy |edition=20th |publisher=Wiley |pages=[https://archive.org/details/manualofmineralo00klei/page/373 373–375] |isbn=978-0-471-80580-9 |url-access=registration |url=https://archive.org/details/manualofmineralo00klei/page/373}}</ref>。

苦土カンラン石は[[火成岩]]および[[変成岩]]に含まれ、[[隕石]]にも含まれる。[[2005年]]には[[スターダスト (探査機)|スターダスト探査機]]が[[サンプルリターン]]に成功した[[彗星]]塵からも発見された<ref>{{Cite journal|last=Lauretta|first=Ds.|last2=Keller|first2=L.P.|last3=Messenger|first3=S.|year=2005|title=Supernova olivine from cometary dust|journal=Science|volume=309|issue=5735|pages=737–741|bibcode=2005Sci...309..737M|doi=10.1126/science.1109602|pmid=15994379}}</ref>。[[2011年]]には[[星形成]]領域の塵雲からも観測されている<ref>{{Cite web |title=Spitzer sees crystal 'rain' in outer clouds of infant star |url=https://phys.org/news/2011-05-spitzer-crystal-outer-clouds-infant.html |website=phys.org |access-date=2024-11-17 |language=en |first=Whitney |last=Clavin |coauthors=Trent Perrotto}}</ref>。

{{Ill2|変形スピネル|en|wadsleyite}}（ウォズレアイト、直方晶系）および{{仮リンク|リングウッダイト|en|ringwoodite}}（[[立方晶系]]）の2つの[[多形]]が知られており、どちらも主に隕石にみられる。

[[ペリドット]]は[[宝石]]として扱われる苦土カンラン石をいう。

== 組成 ==
[[ファイル:Forsterite_orange_-_Ochtendung,_Eifel,_Germany.jpg|左|サムネイル|テフロ石を含むオレンジ色の苦土カンラン石]]
純粋な苦土カンラン石は[[マグネシウム]]、[[酸素]]、[[ケイ素]]からなり組成式は{{Chem2|Mg2SiO4}}である。苦土カンラン石は鉄カンラン石({{Chem2|Fe2SiO4}})および[[テフロ石]]({{Chem2|Mn2SiO4}})と共にカンラン石[[固溶体]]の端成分である。カンラン石には[[ニッケル|Ni]]、[[カルシウム|Ca]]によりFe, Mgが置換されたものがあるが、自然界ではその含有率は低い。{{Ill2|モンチセリ石|en|monticellite}}({{Chem2|CaMgSiO4}})などの希少な富カルシウム鉱石もカンラン石構造をとるが、カンラン石その他の鉱石との固溶体形成は限定的である。モンチセリ石は接触[[変成作用]]をうけた[[苦灰岩]]中に見られる<ref name=Klein/>。

== 分布 ==
苦土カンラン石リッチなカンラン石は深度およそ{{Val|400|ul=km}}よりも浅い[[上部マントル]]において最も多い鉱物である。[[輝石]]も上部マントルにおいて重要な鉱物として知られる<ref>{{Cite journal|last=Kushiro|first=I.|title=The system forsterite – diopside – silica with and without water at high pressure|url=http://earth.geology.yale.edu/~ajs/1969/ajs_267A_11.pdf/269.pdf|journal=American Journal of Science|volume=267|pages=269–294}}</ref>。火成岩に純粋な苦土カンラン石が含まれることはないが、{{仮リンク|ダナイト|en|Dunite|redirect=1}}は{{Chem2|Fo92}} (92% 苦土カンラン石 – 8% 鉄カンラン石)以上にマグネシウムリッチなカンラン石を含むことが多い。一般的な[[かんらん岩]]は{{Chem2|Fo88}}以上にマグネシウムリッチなカンラン石を含むことが典型的である<ref>{{Cite book |edition=2nd ed |title=An introduction to the rock-forming minerals |publisher=Longman scientific and technical |date=1992 |location=Harlow |isbn=978-0-582-30094-1 |first=William Alexander |last=Deer |first2=Robert Andrew |last2=Howie |first3=Jack |last3=Zussman}}</ref>。 融点が高いことから、{{仮リンク|集積岩|en|Cumulate rock}}の形成過程においてカンラン石結晶は[[マグマ]]溶融物から最初に晶出する鉱物であり、 [[輝石|直方輝石]]を伴うことが多い。苦土カンラン石リッチなカンラン石はマントル起源マグマの晶出産物として最も一般的である。[[苦鉄質岩]]および[[超苦鉄質岩]]中のカンラン石は典型的には苦土カンラン石に富む。

苦土カンラン石はマグネシウム含有量の多い[[石灰岩]]および苦灰岩が変成作用を受けて生じる苦灰[[大理石]]にも含まれることがある<ref>{{Cite journal|last=Tormmsdof|first=V.|year=1966|title=Progressive metamorphose kieseliger karbonatgesteine in den Zentralalpen zwischen Bernina und Simplon|journal=Schweizerische Mineralogische und Petrographische Mitteilungen|volume=46|pages=431–460}}</ref>。[[変成岩]]の1種である[[蛇紋岩]]にはほとんど純粋な苦土カンラン石が含まれることがある。鉄カンラン石リッチなカンラン石はごく少なく、一部の[[花崗岩]]類似岩石に微量に含まれるほか、[[縞状鉄鉱床]]には主要成分として含まれることがある。

== 構造・形成・物性 ==
苦土カンラン石の主成分は[[ケイ酸イオン]]{{chem|SiO|4|4-}}とマグネシウムイオン{{chem|Mg|2+}}がモル比1:2で形成した塩である<ref>{{Cite journal|last=Iishi|first=K.|year=1978|title=Lattice dynamics of forsterite|url=http://www.minsocam.org/ammin/AM63/AM63_1198.pdf|journal=American Mineralogist|volume=63|issue=11–12|pages=1198–1208}}</ref>。{{chem|SiO|4|4-}}アニオンの中心のSi原子に各酸素原子が[[単結合]]している。これら4つの酸素原子は、シリコン原子との共有結合のために部分陰電荷をもつ。したがって、酸素原子は互いに反発するためできるだけ遠くに離れなければならない。このために最適な幾何形状は[[四面体]]である。陽イオンは2つの微妙に異なる8面体サイトM1とM2を占有し、ケイ酸イオンと[[イオン結合]]する。図1に示すとおり、サイトM2はM1よりも大きく、規則的である。苦土カンラン石構造のパッキングは密であり、[[空間群]]はPbnm、[[点群]]は2/m 2/m 2/mの[[直方晶系]]結晶である。
[[ファイル:Atomic_structure_of_olivine_1.png|左|サムネイル|図1：苦土カンラン石の原子構造を''a''軸方向から見た図。酸素原子は赤、シリコン原子はピンク、マグネシウム原子は水色で示した。黒色の長方形は単位胞の投影図である。]]
この苦土カンラン石構造はマグネシウムを鉄に置き換えることにより完全[[固溶体]]をつくる<ref>{{Cite journal|last=Wood|first=B. J.|last2=Kleppa|first2=O. J.|year=1981|title=Thermochemistry of forsterite – fayalite olivine solutions|journal=Geochimica et Cosmochimica Acta|volume=45|issue=4|pages=529–534|bibcode=1981GeCoA..45..529W|doi=10.1016/0016-7037(81)90185-X}}</ref>。鉄には{{chem|Fe|2+}}および {{chem|Fe|3+}}の2種類のイオンがあるが、鉄(II)イオンがマグネシウムイオンと同じ価数をもちかつイオン半径もよく似ている。したがって、このカンラン石構造中のマグネシウムは{{chem|Fe|2+}}を置き換えることができる。

カンラン石固溶体における苦土カンラン石成分を向上させうる重要な要因はマグマ中の鉄(II)イオンと鉄(III)イオンとの比率である<ref>{{Cite journal|last=Wilson|first=M.|last2=Condliffe|first2=E.|last3=Cortes|first3=J.A|last4=Francalanci|first4=L.|year=2006|title=The occurrence of forsterite and highly oxidizing conditions in basaltic lavas from Stromboli volcano, Italy|journal=Journal of Petrology|volume=47|issue=7|pages=1345–1373|bibcode=2006JPet...47.1345C|doi=10.1093/petrology/egl012}}</ref>。鉄(II)イオンが[[酸化還元反応|酸化]]されて鉄(III)イオンになると価数が変わってしまいカンラン石を形成できなくなる。鉄の酸化による苦土カンラン石の産出は[[イタリア]]の[[ストロンボリ島|ストロンボリ火山]]にみられる。この火山に亀裂がはいるにつれてガスおよび揮発成分がマグマだまりから抜けていった。ガスが抜けるにつれてマグマの晶出温度は上がった。ストロンボリのマグマでは鉄(II)イオンが酸化されたため、鉄カンラン石の形成には鉄(II)イオンが少なく、晶出するカンラン石はマグネシウムに富むものとなり、苦土カンラン石を多く含む火成岩が形成された。
[[ファイル:Forsterite-pV.svg|右|サムネイル|室温における圧力-モル体積グラフ]]
高圧下においては、苦土カンラン石は[[相転移]]を起こし{{ill2|ウォズレアイト|en|Wadsleyite}}となる。地球の{{ill2|上部マントル|en|upper mantle|redirect=1}}において一般的な条件では、この変化はおよそ{{Val|14|-|15|ul=GPa}}で起こる<ref>{{Citation|title=Phase Diagrams of Earth-Forming Minerals|last=Presnall|first=Dean C.|date=2013-02-19|year=|url=http://doi.wiley.com/10.1029/RF002p0248|publisher=American Geophysical Union|editor-last=Ahrens|editor-first=Thomas J.|pages=248–268|isbn=978-1-118-66819-1|doi=10.1029/rf002p0248}}</ref>。高圧実験では、この変化は遅れることがあり、高いときはほぼ{{Val|50|u=GPa}}まで苦土カンラン石が準安定状態で残ることがある(図を参照)。

[[苦灰石]]と[[石英]]の間の累進変成作用により、苦土カンラン石、[[方解石]]、[[二酸化炭素]]が生じる<ref>{{Cite book |title=Rock-Forming Minerals: Orthosilicates, Volume 1A |last=Deer |first=William A. |date=Dec 1, 1982 |publisher=Geological Society of London |page=264}}</ref>。

<chem> 2CaMg(CO3)2 + SiO2 -> Mg2SiO4 + 2CaCO3 + 2CO2</chem>

苦土カンラン石は石英と以下のように反応して[[頑火輝石]]が生じる。

<chem>Mg2SiO4 + SiO2 -> 2MgSiO3</chem>

== 発見と命名 ==
[[ファイル:Peridot_olivine_on_basalt.JPG|サムネイル|苦土カンラン石の亜種[[ペリドット]]。多孔質玄武岩上にminor pyroxene{{訳語疑問点|date=2025年3月}}(茶色)をともなっている。[[アリゾナ州|アリゾナ]]州{{仮リンク|ペリドット (アリゾナ州)|en|Peridot, Arizona|label=ペリドット}}にて採集。]]
苦土カンラン石は[[1824年]]にイタリア・[[ヴェスヴィオ]]の{{仮リンク|モンテ・ソンマ|en|Mount Somma}}産のものが初記載された。{{Lang|en|Forsterite}}の名はイギリスの博物学者で鉱物収集家の{{仮リンク|アドラリウス・ジェイコブ・フォースター|en|Adolarius Jacob Forster}} にちなみ、{{仮リンク|アルマン・レヴィ (鉱物学者)|en|Armand Lévy (mineralogist)|label=アルマン・レヴィ}}が名付けた<ref>{{Cite journal|last=Frondel|first=C.|year=1972|title=Jacob Forster (1739–1806) and his connections with forsterite and palladium|url=http://www.minersoc.org/pages/Archive-MM/Volume_38/38-297-545.pdf|journal=Mineralogical Magazine|volume=38|issue=297|pages=545–550|accessdate=2007-12-09|bibcode=1972MinM...38..545F|doi=10.1180/minmag.1972.038.297.02}}</ref><ref>http://minrec.org/labels.asp?colid=726 {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20160303171456/http://minrec.org/labels.asp?colid=726|date=2016-03-03}} Mineralogical Record, Biographical Archive.</ref>。

== 応用 ==
苦土カンラン石は、その優れた機械的特性から[[インプラント]]用の[[生体材料]]としての可能性を研究されている<ref>{{Cite journal|last=Ramesh|first=S.|last2=Yaghoubi|first2=A.|last3=Lee|first3=K.Y.S.|last4=Chin|first4=K.M.C.|last5=Purbolaksono|first5=J.|last6=Hamdi|first6=M.|last7=Hassan|first7=M.A.|year=2013|title=Nanocrystalline forsterite for biomedical applications: Synthesis, microstructure and mechanical properties|journal=Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials|volume=25|pages=63–69|doi=10.1016/j.jmbbm.2013.05.008|pmid=23726923}}</ref>。

== 出典 ==
{{Reflist|50em}}

{{DEFAULTSORT:くとかんらんせき}}
[[Category:直方晶系鉱物]]
[[Category:ネソケイ酸塩鉱物]]
[[Category:マグネシウム鉱物]]