휘석

휘석(輝石, pyroxene)

휘석(輝石, pyroxene)은 조암광물의 하나로 화성암과 변성암에서 폭넓게 나타난다. 휘석은 규산염 사면체의 단일사슬 구조로 이루어져 있고, 단사정계 또는 사방정계이다. 휘석의 화학식은 일반적으로 XY(Si,Al)₂O₆로 나타낼 수 있다. 여기에서 X는 칼슘, 소듐, 2가 철, 마그네슘이 되는 경우가 많으나 드물게 아연, 망간, 리튬이 치환되기도 한다. Y는 이보다 이온의 크기가 작은 크로뮴이나 알루미늄, 3가 철, 마그네슘, 망간, 스칸듐, 티타늄, 바나듐 등의 이온이 들어갈 수 있다. 알루미늄은 규소를 치환하는 일이 많으나 휘석에서는 이런 경우가 상당히 제한적이다. 지구의 상부 맨틀은 주로 감람석과 휘석으로 되어있다.

개요

휘석은 화성암과 변성암에서 중요한 조암광물로 다양한 화학조성 (마그네슘, 철(Ⅱ), 철(Ⅲ), 알루미늄, 타이타늄)을 가지며, 그에 따라 약 20종류로 분류되는 규산염 광물이다.

암석을 구성하는 주요 조암광물 중 하나로 화성암과 변성암에 폭넓게 분포하는 규산염 광물이다. 지구의 상부 맨틀은 주로 휘석과 감람석으로 이루어져 있다. 화학조성은 XYZ₂O₆로 나타내며, 여기서 X는 나트륨, 칼슘, 망간, 2가철, 마그네슘, 리튬 이온 등을 나타낸다. Y는 망간, 2가철, 마그네슘, 3가철, 알루미늄, 크롬, 타이타늄 이온을 나탄다. Z는 알루미늄과 실리카를 나타내고 사면체 자리에 위치한다.

휘석은 규산염 사면체의 단일사슬 구조로 결정형은 단사정계(monoclinic system) 혹은 사방정계(orthorhombic system)이며 쌍정(twin)인 경우도 많다. 주면에 평행인 두 방향의 완전한 쪼개짐(cleavage)이 있고, 거의 직각으로 교차된다. 이것에 의하여 쪼개짐각이 60°와 120°인 각섬석(hornblende)과 식별할 수 있다. 색깔은 흰색, 연한 갈색, 녹색, 회록색을 띠며, 약간의 유리 광택이 있다. 조흔색은 흰색, 연한 갈색, 연한 녹색이며, 굳기는 5∼6, 비중은 3.2∼3.6이다.

휘석은 규회석(wollastonite)-엔스타타이트(enstatite)-훼로실라이트(ferrosillite) 성분계에 의하여 약 20종 정도로 구분된다. 휘석은 투휘석(diopside)-헤덴버가이트(hedenbergite) 계열과 엔스타타이트-훼로실라이트 계열의 광물이 흔히 산출된다. 전자를 보통휘석(Clinopyroxene)이라 하며 후자를 사방휘석(Orthopyroxene)이라고 한다. 지구의 상부 맨틀은 주로 휘석과 감람석으로 이루어져 있다.

• 화학식 : (Ca, Mg, Fe)₂(Si, Al)₂O₆
• 색 : 녹흑색, 흑색
• 결정계 : 단사정계
• 쪼개짐 : 두 방향
• 깨짐 : 불 평탄 - 패각상
• 모스 경도 : 5.5~6
• 조흔색 : 녹색, 흰색
• 비중 : 3.3~3.5
• 용도 : 실험용 시료, 비료, 연마제
• 휘석(Pyroxene) 군에 속하는 광물 : 오자이트(Augite)와 다이옵사이드(Diopside)를 포함하여 20여 개의 광물

어원

Pyroxene은 '불'을 뜻하는 그리스어 pyr와 '이방인(異邦人)' 또는 '이물질(異物質)'을 뜻하는 그리스어 xenos의 합성어. 화산 유리질 암석에 가끔 휘석 결정이 발견되는데 이것은 용암이 분출되기 전에 이미 휘석이 결정되어 있었기 때문에 나타나는 현상이다.

Augite는 '광선 또는 빛'을 뜻하는 그리스어 auge에서 유래. 이 광물에 대한 한국어와 조선어는 휘석, 중국어와 일본어는 輝石이며, '빛을 내는 광물'을 뜻한다. 휘석 결정면이 잘 발달되어 있어 빛을 잘 반사하기 때문에 붙여진 광물 이름이다.

결정 구조 및 분류 체계

휘석의 구조식

휘석의 일종인 애저린(Aegirine)의 결정. 검고 길쭉하게 자란 결정이 aegirine이다.

휘석은 보통 그 모습 때문에 I-beam 구조라고 불린다. 규산염사면체 두 개 사이에 M1 자리가 있는데, 이 모습이 알파벳 I와 닮았기 때문. 각 자리에 들어가는 주요 원소들은 다음과 같다.

• X = M2 자리에 들어가는 양이온 (위 결정 구조에서 파란 곳). Mg, Fe, Ca, Na가 보통 들어간다.
• Y = M1 자리에 들어가는 양이온 (위 결정 구조에서 붉은 곳). Mg, Fe, Al, Fe(III)가 보통 들어간다.
• Z = 규산염사면체의 중앙부 양이온 (위 결정 구조에서 노란 정사면체 속). 보통 Si가 들어가지만 일부는 Al이 들어가게 된다.

조암광물 중에서도 매우 주요한 위치를 차지하는 중요한 광물에 해당한다. 여러 광물을 포함하는 하나의 군(group) 이름으로서, 위에서 말한 X, Y, Z 자리에 어떤 양이온 조합이 들어있느냐에 따라 이름이 달라지게 된다. 가장 기본적인 단종(end member) 은 다음과 같다.

• Ferrosilite (X=Y=Fe(II))
• Enstatite (X=Y=Mg(II))
• Diopsite (X=Ca; Y=Mg)
• Hedenbergite (X=Ca; Y=Fe)
• Jadeite (X=Na; Y=Al)
• Aegirine (X=Na; Y=Fe(III))
• Spodumene (X=Li; Y=Al)

이 중에서 Ferrosilite와 Enstatite로 주로 구성되는 휘석은 X 자리에 큰 이온이 매우 적기 때문에 사방정계를 유지하여 "사방휘석(orthopyroxene,OPx)"이라고 부르며 나머지는 Na나 Ca의 함량이 높기 때문에 단사휘석(Clinopyroxene,CPx)이라고 부른다. 또한 Jadeite와 Aegirine은 모두 Na가 풍부하여 이들 성분이 많이 포함되면 소듐휘석(Sodic pyroxene)이라고 묶어부르는 경우가 흔하며, Diopisde와 Hedenbergite 계통은 칼슘휘석(Calcic pyroxene)이라고 부른다. 리튬이 풍부한 암석이 흔치는 않기 때문에 Spodumene은 그리 자주 등장하는 광물은 아니다.

덧붙여 Ferrosilite-Enstatite는 고용체 관계를 이루고, 또 Diopside-Hedenbergite도 고용체 관계를 이룬다. 그런데 두 고용체 사이에는 결정계 차이가 있기 때문에 서로 섞이지 못한다. 큰 범위에서 보자면 칼슘적은 휘석군, 칼슘많은 휘석군, 소듐많은 휘석군 총 세 개의 영역이 있다고 생각하면 좋다. Mg와 Fe는 보통 서로 교환이 잘 되는 한 쌍이라고 보면 된다.

지질학적 배경

휘석의 특징은 철, 마그네슘의 함량이 대체로 높은 고철질 광물이며, 무수광물이며, 변성암과 화성암에서 흔하게 만들어지는 광물이라는 것이다. 따라서 화성암석학과 변성암석학 모두에게서 많은 관심대상이 되는 광물에 속한다. 그렇기에 종종 특정 암석에게 상징과 같은 역할을 수행하기도 한다. 예컨대 에클로자이트라는 암석은 반드시 Omphacite라는 소듐이 많은 휘석이 들어가 있어야한다.

화성암에서는 다양한 범위의 암석에서 찾아볼 수 있는데 가장 흔하게 휘석을 포함하는 암석은 대표적으로 현무암이 있다. 당장 제주도의 검은 암석을 뒤적거려보면 그 안에 새카만 알갱이가 들어있는 걸 볼 수 있는데 그게 거의 다 휘석이다. 또한 맨틀 상부의 감람암에도 꽤나 들어있다. 상당히 진화가 진행된 마그마에서 보통은 휘석이 나오지 않지만, 항상 그렇다고는 할 수 없다. 알칼리 성분이 높은 암석 중 일부는 상당히 진화된 것으로 생각됨에도 소듐이 있는 휘석이 나오기도 한다. 또한 옛날옛적에 지각에도 고철질 성분이 풍부했을 때는 몬조니암이나 화강암 계통에도 휘석이 섞이는데, 이런 암석을 각각 mangerite, charnokite라고 부른다. Spodumene의 경우에는 리튬이 농집된 거정질화강암(pegmatite)에 산출된다.

변성암에서는 보통 두 가지 경우의 수가 있다. 하나는 원암이 탄산염암인 변성암이고, 또 하나는 탈수나 부분용융 단계까지 경험하는 고온/고압변성작용의 산물일 때이다. 원래 탄산염암의 변성 과정에서는 신기한 광물이 많이 섞이게 된다.

그리고 변성 과정에서는 보통 물이 상당히 포함되기 때문에 휘석 대신 각섬석이 많이 자라는데, 고온이나 고압이 되어 물이 빠져나가게 되면 비로소 휘석이 안정해지게 되는 것이다.

고철질 광물에 속하는 휘석은 퇴적 환경에서는 보통 불안정하기 때문에 대부분의 퇴적암에서는 휘석을 찾기가 쉽지 않다.

준휘석(Pyroxenoid)

휘석은 M1, M2 자리에 의해 광물의 성질과 이름이 달라지게 되는데, 두 자리의 크기가 서로 다르다. 보통 M1 자리가 더 작은데, 이곳에 더 큰 이온이 비집고 들어가려고 하게 되면 결정계가 흐트러지면서 단쇄구조가 제대로 유지되지 못한다. 그래서 결정이 뒤틀리게 되고 이 때문에 결정형이 삼사정계(Triclinic)가 된다. 이 경우에는 휘석과 결정계가 달라져버렸기 때문에 더 이상 휘석이라고 부르지는 않지만, 휘석과 유사한 결정구조는 유지하고 있으므로 준-휘석으로 부르게 된다.

이런 준휘석에는 Wollastonite (CaSiO₃), Rhodonite(MnSiO₃, Pectolite(Ca₂NaH(SiO₃)₃) 등이 포함되어 있다.

보석으로서의 가치

휘석의 훌륭한 학술적 가치에도 불구하고 대부분의 휘석은 상업적 가치가 낮다. 그러나 잘 자란 제다이트(Jadeite)는 비싼 몸이 되는데, 바로 옥(Jade)의 주구성 광물이 바로 이 제다이트이기 때문이다. 하지만 보석이라는 게 다 그렇듯이, 풍화에 극도로 취약하지 않다면, 무척 잘 자란 결정은 보석으로서의 가치를 인정받는다.

대중매체에서의 활용

휘석은 무척 흔하고 지질학적으로 중요한 광물이지만 대중적으로 어필할 무언가가 부족한지, 그 활용은 무척이나 낮다. 유일한 예외는 옥이지만, 그나마도 옥은 각섬석으로 된 것도 있어 온전히 휘석에 다리를 걸치지 못한다.

포켓몬스터 시리즈에서 미라몽, 폴리곤2, 럭키 등이 쓰는 진화의휘석의 이름을 여기서 따왔다. 단 이쪽은 일본판 기준으로 히라가나인 きせき라고만 써져있어서 정확한 한자가 무엇인지 불분명하다. 일단 한국어 기준으로는 "휘석"이나, 중국어판에서는 "특이한 돌", "이상한 돌"이라는 뜻을 가진 "奇石"(기석)으로 번역했다.

블루아카이브에선 청휘석(Blue Pyroxenes)이 현금 소재로 사용되는데, 합성을 통해 만들어내기도 한다. 여튼 희귀도는 있는 듯.

엘든 링에서는 휘석을 촉매로 사용하는 휘석 마술이라는 것이 등장하는데, 이 휘석이 현실의 휘석인 것인지는 확실하지 않다. 엘든 링의 휘석은 glintstone인 반면, 이 문서가 다루는 휘석은 pyroxene이기 때문.

참고자료

• 〈휘석〉, 《위키백과》
• 〈휘석〉, 《나무위키》
• 〈휘석〉, 《두산백과》
• 〈휘석〉, 《기본광물암석용어집》

같이 보기

• 광물
• 철
• 마그네슘

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