宝石はどのように形成されるのでしょうか?

結晶が形成されるには、成分と温度、圧力、時間、空間という 5 つの条件があります。鉱物の結晶化の基本をよりよく説明するために、ロック キャンディーについて少しお話ししましょう。ロック キャンディーは、簡単に言えば結晶化した砂糖です。

できるだけ多くの砂糖を水の底に入れてかき混ぜると、砂糖が鍋の底に沈み始めるのがわかります。砂糖がこれ以上溶けなくなると、飽和点に達します。水はこれ以上砂糖を吸収できず、これを過飽和と呼びます。

次に鍋を沸騰させます。飽和度は沸点で変化します。砂糖をさらに追加できますが、過飽和に達するまで追加する必要があります。この段階で鍋を火から下ろします。水が室温に戻ると、鍋に保持できる砂糖の量は以前のレベルに戻ります。余分な砂糖は溶液から抜け出し、結晶化します。

次に、結晶が成長する場所となるように、溶液の中に紐を吊るします。理想的には、紐がまっすぐになるように重しをします。水が完全に冷えると、紐は結晶で覆われます。

これは宝石がどのように形成されるかを理解するための素晴らしい方法です。

宝石の形成プロセス

一般的に言えば、宝石が形成される方法は4つあります。

1. 火成岩- これらの鉱物は地球の深部で生成されます（ダイヤモンド、ルビー、サファイア、ペリドット）

2. 熱水- ロックキャンディーの例と同様に、宝石はミネラルが豊富な水が冷えると形成されます。

3. 変成石- 名前の通り、これらは強い熱と圧力によって「変形」した宝石です。（サファイア、ルビー、スピネル、ガーネット）

4. 堆積性- 水が堆積して形成される宝石（マラカイト、アズライト、オパール）

地球のマントルで形成された火成岩宝石

地球のマントルに関する知識は限られていますが、マントル内で宝石が形成されるという証拠はあります。これには極めて高い温度が必要です。

おそらく、地球のマントルで形成された宝石の中で最も有名なのは、ペリドットとダイヤモンドでしょう。アリゾナのペリドット鉱床を研究した地質学者は、ペリドットが地表から 55 マイル下の地球のマントルに浮かんでいた岩石の上で形成されたと考えています。ペリドットは爆発的な噴火によって地表に近づき、浸食と風化によって地表に十分近づいたため、発見されました。

しかし、ダイヤモンドについてはより深い理解があります。ダイヤモンドは地殻のすぐ下のマグマで結晶化します。しかし、これらの地層は化学組成が異なります。地質学者は、ダイヤモンドは地表から 110 マイルから 150 マイルの深さから来ると考えています。この深さのマグマは信じられないほど流動性が高く、温度も非常に高くなります。

このマグマは、他の火山の噴火よりもはるかに速く、はるかに激しく地殻を突き破ります。噴火の過程で、マグマは岩石を分解して溶解し、地表に運びます。

マグマがゆっくりと上昇した場合、ダイヤモンドはおそらく生き残れないでしょう。圧力と温度変化により、ダイヤモンドは蒸発するか、グラファイトとして再結晶する可能性があります。しかし、マグマが上昇する速度が速いため、ダイヤモンドは変形したり蒸発したりする時間がなく、ダイヤモンドのまま残ります。

地殻に劇的で激しい変化が起こると、結晶が壊れることがよくあります。成長条件が存在すると、物質が亀裂に浸透して結晶化します。これにより亀裂が閉じて修復されます。ただし、完全に修復されるわけではなく、細かい空洞が残り、指紋のように見えます。

宝石は形成された後、どのようにして地表に現れるのでしょうか。地表のかなり深いところで形成されるため、採掘できるのは不思議なことです。宝石は火山の噴火によって地表に運ばれますが、そのほとんどは浸食や山の形成によって地表に到達します。

熱水宝石の創造

このプロセスは、上記のロックキャンディーに最も似ています。さまざまなミネラルを含む過飽和水が、地球の空洞や亀裂に押し上げられます。この溶液が冷え始めると、さまざまなミネラルが結晶化し始めます。

最も重要な熱水鉱床はコロンビアにあります。具体的には、ムゾー エメラルド鉱山です。これらの熱水鉱床はクロムを豊富に含み、この地域のエメラルドに素晴らしい色を与えています。

下の画像は熱水鉱脈を示しています。この鉱脈は、周囲の岩石の割れ目の中で水溶液が冷えることで形成されます。

変成宝石の創造

宝石の大部分は変成作用によって形成されます。これは通常、地殻プレートが互いの下で動くことによって、鉱物が大きな圧力と熱の下で一緒に押し付けられる現象です。鉱物は一緒に押し付けられ、時には溶けることなく、異なる鉱物に変成します。

堆積性宝石の創造

堆積性宝石は、水が地表の鉱物と混ざることで形成されます。鉱物を豊富に含む水は、地中の亀裂や空洞の間を浸透し、鉱物の層を堆積します。こうして、オパール、マラカイト、アズライトなどの鉱物が形成されます。オパールは、水がシリカと混ざることで形成されます。シリカ溶液が沈殿すると、シリカの微細な球が積み重なってオパールが形成されます。

鉱物の結晶化

地殻の厚さは 3 マイルから 25 マイルまであります。地殻の下にはマントルがあります。マントルの厚さは約 1,860 マイルで、地球の体積の 83% を占めています。マントルはマグマ、つまり溶けた岩石で構成されています。地表に達すると溶岩と呼ばれます。地球の中心に近づくほど最も高温になり、熱流によって常に動き続けます。

地殻とマントルが接する領域は、高温高圧で激しく揺れ動いています。地球の地殻は複数のプレートから構成され、液体のマントルの上に浮かんでいます。プレートが互いにぶつかると、一部は隆起して山になり、一部は押し下げられます。

マグマも絶えず動いています。その圧力と動きにより、地殻の底に継続的に摩耗と亀裂が生じています。その後、岩石は地殻から分離し、流動的なマグマに運ばれます。岩石は溶けて、マグマの化学組成が変化します。一方、より小さな粒子は、これから形成される宝石の含有物となる運命にあります。

宝石は地中深くで形成され、地殻の下面には激しい亀裂により多数の空洞があります。空洞や亀裂から液体が漏れ出します。これは結晶の成長に理想的な条件です。本質的には化学物質が豊富なスープのようなもので、必要な成分がすべて供給されます。空洞は成長に最適な空間を提供し、圧力と温度は高くなります。液体が地殻を移動すると、結晶化が進むのに十分な温度まで冷却されます。あとは時間だけです。

地質学的に言えば、時間は十分であるはずです。しかし、この環境は非常に不安定で、通路は絶えず開いたり崩れたりします。結晶はしばしば形成され始めますが、通路が崩れると流体の流れが遮断されます。この時点で成長は止まります。

通路が再び開くと、成長が再開します。この成長のオン/オフは、通常、結晶では検出できませんが、他の場合には、連続する成長層が異なる化学組成を持ちます。これにより、色のゾーニングが発生します。

鉱物の結晶化順序

冷却プロセスでは、トパーズの結晶がクォーツより先に形成されます。これは、結晶化の原理の 1 つとして、温度が下がると、保持できる固体成分が減少することがあるためです。ただし、地殻の成分は、上記の砂糖溶液よりも少し複雑です。同じ溶液から異なる鉱物が結晶化しますが、温度は異なります。溶液が冷却プロセスを続けると、最初にコランダムが見られ、その後にトパーズとクォーツが見られることがあります。

圧力はロックキャンディには影響しませんが、鉱物が結晶化するには温度と圧力の適切な組み合わせが必要です。

さらに、結晶化には空間と時間という 2 つの条件が必要です。基本的に、鉱物が結晶化するためには、正しい成分の組み合わせ、圧力、熱が十分な時間続く必要があります。さらに、鉱物が成長する余地も必要です。

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