地球の内部や宇宙の岩石を構成する主要な成分の一つに、輝石（Pyroxene）があります。火成岩や変成岩に広く分布するこの鉱物グループは、地質学的な解析において極めて重要な役割を果たしています。その名前は古代ギリシャ語で「火」を意味する「pur」と「異邦人」を意味する「xenos」に由来しており、火山岩のガラス質の中に結晶として含まれている様子が、あたかも外部から混入した異物のように見えたことから名付けられました。しかし実際には、溶岩が噴出する前に早期に結晶化した成分です。
輝石は地球の上部マントルの主成分であるだけでなく、玄武岩、安山岩、斑れい岩といった一般的な岩石にも不可欠な要素です。また、地球上だけでなく火星の土壌からも検出されており、惑星科学の視点からも注目されています。
![First X-ray diffraction view of Martian soil – CheMin analysis reveals feldspar, pyroxenes, olivine and more (Curiosity rover at "Rocknest")[6]](/images/3b/08/3b08b4fdcf4ca67376e727d3e1990d90306016f5a51b165f7dd8f2ea4e43a41a.jpg)
Key Facts
- 化学的分類： 単鎖珪酸塩（single-chain silicate）に属する鉱物グループ。
- 主要構成： 地球の上部マントル、および多くの火成岩・変成岩に含まれる。
- 結晶構造： 単斜晶系の「単斜輝石」と、斜方晶系の「斜方輝石」に大別される。
- 化学組成： 一般式 XY(Si,Al)2O6 で表され、XとYのサイトに多様な陽イオンが入る。
- 特徴的な性質： 構造上の結合の弱さから、特有の劈開（へきかい）を持つ。
輝石の結晶構造と物理的特性
輝石の最大の特徴は、その単鎖珪酸塩構造にあります。これは、4つの酸素原子に囲まれたケイ素（Si）の正四面体が、1本の鎖状に連なっている構造です。隣り合う正四面体同士が2つの酸素原子を共有することで、無限に続く鎖を形成しています。
この鎖状構造は、金属陽イオン（XおよびYサイト）によって結合されています。特に、鎖の狭い面（頂点方向）にある酸素原子がY陽イオンと結合し、さらにその外側をX陽イオンが結びつけることで、構造的に「Iビーム」のような形状を形成しています。この結合強度の差が、輝石特有の劈開を生み出す要因となっています。
化学組成と命名のメカニズム
輝石の化学組成は非常に柔軟で、多くの元素が組み合わさります。一般的に、Xサイトにはカルシウム（Ca）、ナトリウム（Na）、鉄（Fe）、マグネシウム（Mg）などの比較的大きなイオンが入り、Yサイトにはクロム（Cr）、アルミニウム（Al）、マグネシウム（Mg）、チタン（Ti）などの小さなイオンが入ります。
命名法は、これらのサイトを占める元素の種類によって決定されます。例えば、マグネシウムと鉄の比率で定義されるエンスタタイト（かんらん石）からフェロシライトに至る系列や、カルシウム含有量によって区別されるダイオプサイド（透輝石）やオージャイト（普通輝石）などが知られています。また、ナトリウムを含むグループでは、ジェダイト（ヒスイ輝石）やエジリン（藍輝石）などが代表的です。
電荷のバランスを保つため、構造内では複雑な置換が起こります。例えば、1価のナトリウム（Na+）が導入されると、それを補うために3価のアルミニウム（Al3+）などがYサイトに入る「共置換」という現象が発生します。
主要な輝石の種類
輝石は結晶系によって大きく2つのグループに分けられます。単斜晶系に属する単斜輝石（Clinopyroxenes）と、斜方晶系に属する斜方輝石（Orthopyroxenes）です。
単斜輝石には、一般的なオージャイトや、宝石としても知られるスポジュメン（リシア輝石）などが含まれます。一方、斜方輝石にはエンスタタイトやハイパースチンなどが含まれ、これらは特に火成岩の分化過程で重要な役割を果たします。
また、隕石の中にも輝石が豊富に含まれている例があり、火星由来の隕石（ALH84001など）では、岩石の大部分が輝石で構成される「輝石岩」として観察されることがあります。
輝石の特性まとめ
| 分類 | 代表的な鉱物 | 主な構成元素 (X, Y) | 結晶系 |
|---|---|---|---|
| 単斜輝石 | オージャイト、ダイオプサイド、ジェダイト | Ca, Na, Mg, Fe, Al | 単斜晶系 |
| 斜方輝石 | エンスタタイト、ハイパースチン | Mg, Fe | 斜方晶系 |
Frequently Asked Questions
輝石とピロクセノイド（輝石様鉱物）の違いは何ですか？
どちらも鎖状の珪酸塩構造を持ちますが、輝石は完全な単鎖構造であるのに対し、ピロクセノイド（例：ウォラストナイト）は構造的にわずかな差異があり、厳密には異なる分類となります。
なぜ輝石は「火の異邦人」と呼ばれたのですか？
火山岩のガラス質の中に結晶として点在していたため、当時の研究者が、もともとガラスに含まれていなかった外部からの不純物（異邦人）であると考えたためです。
地球の内部で輝石はどのような役割を果たしていますか？
輝石はカンラン石とともに上部マントルの主成分となっており、地球内部の化学組成や熱力学的な状態を理解するための重要な指標となります。
輝石の劈開（へきかい）が起こる理由は？
結晶構造において、ケイ素の鎖を結合しているX陽イオンによる結合が比較的弱いため、特定の方向に沿って割れやすくなる性質を持っています。
火星にも輝石は存在しますか？
はい。NASAのキュリオシティなどの探査機による分析の結果、火星の土壌や岩石から輝石が検出されており、火星の地質学的進化を解明する鍵となっています。
References
- Harmon, R.S.; DeLucia, F.C.; McManus, C.E.; McMillan, N.J.; Jenkins, T.F.; Walsh, M.E.; Miziolek, A. (2006). "Laser-induced breakdown spectroscopy – An emerging chemical sensor technology for real-time field-portable, geochemical, mineralogical, and environmental applications". Applied Geochemistry. 21 (5): 730–747. :10.1016/j.apgeochem.2006.02.003.
- Deegan, Frances M.; Whitehouse, Martin J.; Troll, Valentin R.; Budd, David A.; Harris, Chris; Geiger, Harri; Hålenius, Ulf (2016-12-30). "Pyroxene standards for SIMS oxygen isotope analysis and their application to Merapi volcano, Sunda arc, Indonesia". Chemical Geology. 447: 1–10. :2016ChGeo.447....1D. :10.1016/j.chemgeo.2016.10.018. 0009-2541.
- O’Driscoll, Brian; Stevenson, Carl T. E.; Troll, Valentin R. (2008-05-15). "Mineral Lamination Development in Layered Gabbros of the British Palaeogene Igneous Province: A Combined Anisotropy of Magnetic Susceptibility, Quantitative Textural and Mineral Chemistry Study". Journal of Petrology. 49 (6): 1187–1221. :10.1093/petrology/egn022. 1460-2415.
- Nesse, William D. (2000). Introduction to mineralogy. New York: Oxford University Press. p. 261. .
- Morimoto, N.; Fabries, J.; Ferguson, A.K.; Ginzburg, I.V.; Ross, M.; Seifeit, F.A.; Zussman, J. (1989). "Nomenclature of pyroxenes" (PDF). Canadian Mineralogist. 27: 143–156. Archived from the original (PDF) on 9 March 2008.
- Brown, Dwayne (October 30, 2012). "NASA Rover's First Soil Studies Help Fingerprint Martian Minerals". . Retrieved October 31, 2012.
📸 フォトギャラリー