사장석

사장석(斜長石, Plagioclase)

사장석(斜長石, Plagioclase)은 장석의 일종으로, 그중에서 특히 조장석(albite)과 회장석(anorthite)의 고용체 관계를 갖는 경우를 일컫는다. 지구 상의 많은 암석은 칼슘이 상당량 포함되어 있는 경우가 많아서 알칼리 장석보다 더 흔하게 발견된다.

개요

회조장석(oligoclase)의 샘플사진 (출처: 대한지질학회). 사진은 사장석의 고용체 중에서 회장석이 10-30%의 비율을 차지하는 회조장석(oligoclase)이다.

사장석은 조장석 (Na-장석)과 회장석 (Ca-장석) 사이에 속하는 화학 조성을 갖는 장석을 말한다.

장석의 일종으로 조암광물 중 가장 중요한 광물 중 하나이다. 지각을 구성하는 광물 중에서 석영이 가장 대량으로 산출되지만, 사장석, 정장석, 미사장석을 모두 합친 장석족으로 보면 석영보다 더 많은 양을 차지한다. 조장석(albite) NaAlSi₃O₈과 회장석(anorthite) CaAl₂Si₂O₈ 의 칼슘과 나트륨 2가지 주성분이 여러가지 비율로 혼합된 고용체의 총칭이다. 나트륨과 칼슘의 함량에 따라 나타내는데 비율은 0:100에서 100:0까지인데 높은 온도에서 생성된 사장석일수록 칼슘을 많이 함유하고, 낮은 온도일수록 칼슘을 적게 함유한다. 칼슘이 많이 포함된 사장석일수록 풍화에 약하고, 나트륨이 많이 함유된 사장석일수록 풍화에 강한 특성을 갖는다. 이처럼 칼슘과 나트륨의 연속적인 함량 비율에 따라 다양하게 분류하는데, 조장석이 90% 이상이고 회장석이 10% 미만일 때는 조장석, 조장석이 70-90 %일 때는 회조장석 (oligoclase)이며, 조장석이 50-70 %일 때는 중성장석 (andesine)이고, 조장석이 30-50 %일 때는 조회장석(labradorite)이다. 또한 조장석이 10-30 %일 때는 아회장석 (bytownite)이고, 조장석이 10% 미만이고 회장석이 90% 이상일 때는 회장석이라 부른다. 이들을 비교해보면 결정면의 각도, 비중, 굳기, 광학적 성질 등에 있어서 연속적인 변화가 나타난다.

화학식 - NaAlSi₃O₈(Ab)－CaAl₂Si₂O₈(An) 고용체(solid solutions)

성분 및 분류

성분과 격자 구조, 이에 따른 치환 관계는 장석 항목에 자세히 기술되어 있다. 여기서는 기본적인 치환과 이에 따른 세부명을 소개한다.

사장석은 칼슘과 소듐의 1:1 치환으로 고용체 관계를 갖는데, 칼슘과 소듐 전하에 차이가 있으므로 이를 상쇄하기 위해 알루미늄과 규소의 치환을 함께 일으킨다. 즉, 다음과 같은 치환 관계를 성립시킨다.

2NaAlSi₃O₈ (Ab) + 2CaO + Al₂O₃ = 2CaAl₂Si₂O₈ (An) + Na₂O + 2SiO₂

An = Anorthite

다른 광물도 그렇지만, 고용체인 광물은 각 단종의 혼합으로 가정하여 단종의 몰(mole) 비로 성분을 표기하는 것이 약속되어 있다. 예컨대 아래와 같은 몰 성분비를 갖는 사장석이 있다고 가정해보자.

Ca0.61Na0.36K0.02Fe0.01Al1.58Si2.42O8

이 때 이 장석에 대한 성분 표현은, 미량으로 들어있는 이온의 값은 무시하며 Ca-Na-K 고용체 관계가 100% 성분을 설명한다고 표준화 한다. 따라서 이 장석의 성분은 An62Ab36Or02으로 나타낸다. 덧붙여 사장석인 경우 Or의 함량은 보통 5%를 넘지 않으므로 생략해도 큰 문제가 없다. 또한 Ab = 100-An에 가까우므로 Or을 생략한다면 Ab 역시 표현해줄 이유가 없다. 그래서 보통 사장석은 그냥 An의 값만 명시해주기도 한다. 위 가상의 사장석은 따라서 An63이라고 간단하게 표기할 수 있다. 이에 따라, 사장석은 An00부터 An100까지 성분 변화를 보인다고 말하게 된다.

결정학적인 이유는 없지만, 20세기에는 사장석의 성분을 균등하게 나누어 각각에 이름을 붙여주었다. An과 Ab 단종에 대해 각각 10%를 부여한 뒤에, 나머지 80%를 4등분한 것이다. 즉, An90-100까지는 회장석, An00-10 혹은 Ab90-100은 조장석이라고 부르며, An70-90을 바이토우나이트(bytownite), An50-70을 래브라도라이트, An30-50을 안데신(Andesine), An10-30을 올리고클래이스라고 나누어 부른다.

그러나 상술한 대로 이 구분에는 결정학적 이유가 없어 사실상 연속된 성분의 광물을 임의로 쪼갠 것에 불과하다. 이 때문에 오늘날 광물학에서는 특별한 이유가 없으면 이 구분을 사용하지 않는 것을 권장하며, 더이상 논문에서도 잘 언급되지 않는다.

산출

사장석은 지각을 이루고 있는 주요 광물 중, 가장 많은 부피(39%)를 차지한다. 화강암, 섬록암, 반려암, 유문암, 안산암, 현무암 등 넓은 범위의 심성암과 분출암에서 산출된다. 또한 편마암과 같은 변성암의 주요 구성광물이며, 퇴적암의 주 구성광물이기도 하다1). 조장석은 약간의 K2O을 함유하여 K-장석과 고용체를 이룰 수도 있다. 조장석과 K-장석은 약 700℃ 에서 완전고용체(complete soild solution)를 이룬다.

결정구조

결정계는 삼사정계(triclinic)이다. 결정구조 내에서 Al³⁺, Si⁴⁺는 O²⁻와 4 배위수를 이루고 있고, Na⁺와 Ca²⁺는 O²⁻와 6 배위수를 이루면서 망상형으로 결합되어 있다.

(a) 조장석(Ab)의 결정구조 , (b) 회장석(An)의 결정구조 (출처: 대한지질학회)

물리적 및 광학적 특징

누대 구조(zonal structure)가 관찰되는 강원도 인제군 현리 일대의 섬록암 박편사진 (출처: 대한지질학회)

알바이트 쌍정이 관찰되는 강원도 인제군 현리 일대의 섬록암 박편사진 (출처: 대한지질학회)

벽개(cleavage)는{001}면에 완벽하며 강도(hardness)는 6, 비중(gravity)은 2.6-2.8이다. 색은 흰색, 회색을 띠며 조흔색(streak)은 흰색이다. 유리광택을 가지며 투명도(transparency)는 반투명하거나 투명하다. 사장석의 간섭색은 흰색에서 회색을 나타내며 다색성은 보이지 않는다. 광학적 부호는 모두 음의 부호를 가지는 이축성 광물이다.

조장석은 낮은 양각(relief)과, 낮은 복굴절값(δ = 0.010)을 가진다. 2V각은 85–90° (low); 52–54° (high)이다. 회장석은 중간정도의 양각(relief)을 보이며 복굴절값(δ)은 0.012-0.013이다. 2V각은 78-83° 이다.

사장석은 Na+와 Ca²⁺의 치환에 의한 화학조성의 변화로써 누대조직이 관찰될 수 있으며(오른쪽 위 사진), [010]면과 평행한 알바이트 쌍정(albite twin)도 나타난다. 알바이트 쌍정은 교차편광(XPL; cross polarized light) 하에서 흰색과 어두운 회색이 평행하게 교호하는 줄무늬로 보이며, 쉽게 인지할 수 있다(오른쪽 아래 사진).

활용분야

사장석은 주로 종이가공 및 표면 처리, 도자기의 재료, 렌즈의 원료, 그리고 연마시킨 면이 부드럽고 아름다워 건축물의 재료로도 활용되고 있다. 그리고 우주 연구분야에서도 중요한 광물인데, 지구의 위성인 달의 지표면은 주로 장석류의 광물로 이루어져 있다고 알려져있다. 달의 대륙에서도 사장석이 있다고 볼 수 있다. 실제로 달의 대륙은 바다에 비해 밝게 관찰되는데, 이는 밝은 색을 띠는 사장석이 주를 이루고 있기 때문이라고 예상하고 있다.

참고자료

• 〈사장석〉, 《지질학백과》
• 〈사장석〉, 《두산백과》
• 〈사장석〉, 《나무위키》
• 〈사장석〉, 《위키백과》

같이 보기

• 장석
• 규산염
• 화성암
• 반려암
• 유문암
• 섬록암
• 변성암

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