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| 남철석 결정 |
1. 개요
한국어: 남철석영어: vivianite
운모와 비슷한 결정 형태를 가지는 광물로 '비비아나이트'라고도 한다. 순수한 결정의 색깔은 무색 또는 백색이지만 공기를 쐬거나 부패한 동•식물 등의 유기물과 반응하면 청색이나 남청색, 녹색으로 변하며 투명 또는 반투명이다. 산화대나 퇴적암 속에서 산출된다.
2. 역사
남철석은 19세기 초에 발견되었으며 영문 명칭인 '비비아나이트(vivianite)'라는 이름은 1817년 최초 발견자인 영국의 산업가이자 광산 소유자인 존 헨리 비비안(John Henry Vivian)의 라틴어 이름을 따서 명명되었다. 1785년부터 1855년까지 살았던 비비안(Vivian)은 광산업과 야금 산업에서 저명한 인물이었으며 영국 콘월의 구리 및 석탄 채굴 산업 발전에 기여한 것으로 유명하다.[1] 남철석은 발견 이래 주로 물감 등의 안료나 수집가의 표본 등의 용도로 사용되어왔다. 특히 남철석의 아름다운 파란색과 청록색의 색상은 예술가와 공예가의 안료로 매력적이었는데 이로 인해 19세기와 20세기 초, 특히 수채화 물감 생산에 파란색 안료로 사용되었다. 그러나 빛과 공기에 대한 민감성으로 인해 시간이 지남에 따라 색이 바래거나 변하는 문제가 있었고 다른 대체 물질이 개발되며 안료로서의 사용이 줄어들게 된다. 하지만 아름다운 색감과 특유의 결정 구조는 이내 수집가와 광물 애호가들 사이에서 인기 있는 광물 표본으로 자리잡아 특이한 남철석의 표본은 종종 미학적 가치로 높이 평가되며 유명한 광물 컬렉션에 전시되기도 한다. 또한 인산염을 함유하고 있다는 점에서 농업에서 인의 공급원으로 연구된 적도 있는데, 인은 식물 성장에 필수적인 영양소인 만큼 과거에 일부 농부들이 남철석이 함유된 물질을 비료로 사용해 보기도 했지만, 흔하지 않은 물질인 만큼 대부분은 인광석과 같은 보다 일반적인 광물을 사용했다.3. 상세
남철석은 상대적으로 희귀한 광물로 종종 짙은 파란색 또는 청록색을 띄지만 풍화되거나 탈색되면 무색, 흰색, 회색 또는 노란색을 나타낼 수도 있다. 모양은 종종 프리즘형 또는 칼날형 결정으로 발견되며, 색상은 짙은 남색에서 녹청색까지 다양하다. 남철석에 대한 아래의 설명을 요약하면, 선명한 파란색에서 청록색까지의 색상과 부드러움, 뚜렷한 벽개, 풍화에 대한 민감성을 특징으로 하는 광물로, 식별을 위해서는 굴절률 및 복굴절을 포함한 광학적 특성이 매우 중요하다. 또한 화학 성분, 특히 철과 인산염 함량은 남철석의 형성과 발생에 필수적인 요소이다.3.1. 형성과 발생
- 박테리아 작용: 남철석은 늪, 습지, 습지 또는 기타 물에 잠긴 지역 바닥의 퇴적물과 같이 혐기성(저산소) 조건이 우세한 환경에서 종종 형성되는데 박테리아는 철 이온(Fe3⁺)을 철 상태(Fe²⁺)로 환원시켜 인산염 이온과 반응할 수 있게 함으로써 남철석의 형성에 중요한 역할을 한다.
- 인 가용성: 주변 환경에 인산염 이온(PO4³⁻)이 존재하는 것은 남철석의 형성에 매우 중요하다. 이러한 이온은 부패하는 식물, 동물 사체 등의 다양한 유기물에서 파생될 수 있다.
- 철이 풍부한 환경: 남철석은 결정 구조에 철(Fe²⁺)이 필요하기 때문에 철이 풍부한 환경에서 형성된다. 종종 철광석 퇴적물과 관련된 철이 풍부한 퇴적물은 남철석 형성에 필요한 철분을 제공할 수 있다.
3.1.1. 환경 조건
- 늪지대: 남철석은 혐기성 조건과 풍부한 유기 물질로 인해 늪지 및 습지 지역과 자주 연관되어 인산염 이온의 공급원을 제공한다.
- 습지: 습지나 습지와 같이 물이 풍부한 기타 환경도 비비아나이트 형성에 도움이 된다.
- 광산 지역: 남철석은 철광석 퇴적물과 관련하여 발견될 수 있으며 때로는 광산 작업 중에 발견될 수도 있다.
3.1.2. 물리적 특성
- 색상: 남철석은 진한 파란색에서 청록색까지의 색상으로 가장 유명하며 강도가 다양하다. 그러나 풍화되거나 탈수되면 무색, 흰색, 회색 또는 노란색으로 나타날 수도 있다.
- 광택: 남철석은 결정 구조와 형성되는 특정 환경 조건에 따라 유리질에서 부드러운 광택을 낼 수 있다.
- 투명성: 투명에서 반투명까지 다양하며 일반적으로 결정이 얇을수록 더 투명하다.
- 결정: 남철석의 결정은 세 개의 불평등한 축을 가지며 그 중 하나는 다른 두 개에 대해 기울어져 있다.
- 벽개[ *광물이 일정한 방향으로만 틈이 생기고 평탄한 면을 보이며 쪼개지는 것.]: 남철석은 프리즘 평면을 따라 뚜렷한 벽개를 나타낸다. 이러한 특성으로 특정 방향을 따라 부서지거나 분할되어 부드럽고 평면적인 표면을 만들 수 있다.
- 경도 : 남철석은 모스 경도가 약 1.5~2 정도로 손톱이나 구리 동전 등으로 쉽게 긁힐 수 있어서 비교적 부드러운 광물이다.
- 줄무늬: 남철석을 유약을 바르지 않은 도자기 조흔판에 긁으면 일반적으로 청록색 줄무늬를 남긴다.
3.1.3. 광학적 특성
- 굴절률: 남철석의 굴절률은 색상과 구성에 따라 다르며 일반적으로 1.583~1.650 범위에 속한다.
- 복굴절: 남철석은 복굴절의 특성을 가지므로 광선을 각각 다른 속도로 이동하는 두 개의 구성 요소로 나눌 수 있다. 이 특성은 결정 구조와 관련이 있는 것으로 편광 현미경으로 관찰할 수 있다.
- 분산: 남철석은 분산이 낮은 특성을 가진다. 즉, 빛을 스펙트럼 색상으로 크게 분리하지 않는다는 의미이다.
3.1.4. 화학적 특성
남철석의 화학식은 Fe3(PO4)2·8H2O로 수화된[2] 인산철 광물이다. 화학식의 분석은 다음과 같다.Fe: 철(기호 Fe)은 남철석의 주요 금속이며 특유의 착색에 영향을 준다. 철 이온(Fe²⁺)은 광물 결정 구조의 중요한 구성 요소에 해당된다.
PO4: 인산염(PO4³⁻) 그룹은 인 원자 1개와 산소 원자 4개로 구성되며 남철석의 인 함량을 담당한다.
8H2O: 공식에서 이 부분은 비비아나이트의 구조에 8개의 물 분자(H2O)가 포함되어 있음을 나타낸다. 물은 비비아나이트 결정의 형성과 안정성에 매우 중요한 물질이며 결정 구조에서 철 및 인산염 이온과 물 분자의 결합은 비비아나이트에 특유의 색상과 결정을 형성하게 하여 독특한 특성을 나타내게 해준다.
3.2. 주요 채굴지
남철석은 주로 습지 환경, 늪지대, 습지 및 철분이 풍부한 퇴적물이 있는 지역에서 발견된다. 남철석은 종종 철광석 퇴적물과 연관되어 있으며 혐기성(저산소) 조건에서 형성된다. 널리 채굴되는 광물은 아니며, 남철석이 발견된 장소는 다음과 같다.- 볼리비아: 남철석은 Huanuni 광산을 포함한 볼리비아의 다양한 지역에서 발견되었다. 볼리비아산 남철석은 진한 파란색에서 청록색 결정으로 유명하다.
- 독일: 주로 철광석 매장지와 관련된 "헤세" 지역 등 독일의 여러 지역에서 발견되었다.
- 러시아: 러시아에서는 우랄산맥과 시베리아 같은 곳에서 남철석이 보고되었다.
- 미국: 특히 철이 풍부한 지질학적 지역에서 발견된다. 일부 보고서에서는 뉴저지주, 펜실베이니아주 및 버지니아주 지역에서 남철석이 발견 되었다고 언급한다.
- 영국: 역사적인 보고서에 따르면 콘월과 같은 영국의 특정 광산 지역에 남철석이 존재한다고 나와 있다.
- 브라질: 진한 색상을 가진 남철석이 채굴된다.
[1] 광물학 세계에서는 새로 발견된 광물의 이름을 저명한 과학자, 탐험가 또는 해당 분야에 상당한 공헌을 한 개인의 이름을 따서 명명하는 것이 일반적이다.[2] 어떤 물질이 물과 회합되거나 결합되어 물을 포함하는 화합물이 됨을 이름.