ヨハンセン輝石：詳細とその他
序論
ヨハンセン輝石（Johannsenite）は、輝石グループに属するケイ酸塩鉱物であり、そのユニークな化学組成と鉱物学的特徴から、地質学および鉱物学において興味深い存在です。この鉱物は、特にマンガンに富む変成岩や火成岩中に産出することが知られており、その産状や共生鉱物との関係は、形成される環境の理解に重要な示唆を与えます。本稿では、ヨハンセン輝石の化学組成、結晶構造、物理的・光学的性質、産状、そしてその学術的意義について、詳細に解説します。
化学組成と構造
化学式
ヨハンセン輝石の化学式は、一般的に CaMnSi2O6 と表されます。これは、カルシウム（Ca）、マンガン（Mn）、ケイ素（Si）、酸素（O）から構成されることを示しています。輝石グループは、一般的に XY[Z2O6] という化学組成を持ち、ここで X は主に Ca、Na、Mg、Fe2+、Mn、Li など、Y は主に Mg、Fe2+、Mn、Al、Fe3+ など、Z は主に Si、Al などを示します。ヨハンセン輝石の場合、Xサイトにカルシウム、Yサイトにマンガンが配置され、Zサイトにはケイ素が配置されています。
結晶構造
ヨハンセン輝石は、単斜晶系に属し、空間群は C2/c です。その結晶構造は、輝石グループに共通する特徴である、単鎖状のケイ酸塩（SiO4四面体）から成る SiO3n鎖を基本骨格としています。この鎖は、酸素原子を共有して連続的に連なっています。この鎖状構造は、互いに平行に配置され、その間にカルシウムイオンとマンガンイオンが配置されます。カルシウムイオンとマンガンイオンは、それぞれ異なる配位数で酸素原子と結合しており、これが鉱物の安定性や物理的性質に影響を与えます。特に、マンガンイオンがYサイトに優先的に入ることで、マンガン輝石（Kassite）などの他の輝石とは異なる性質を示します。
物理的・光学的性質
外観と色
ヨハンセン輝石は、通常、不透明な塊状または柱状の結晶として産出します。その色は、マンガンイオンの含有量に依存しますが、一般的には暗褐色、赤褐色、あるいは黒色を呈します。マンガンイオンが酸化されると、より暗い色調になる傾向があります。
硬度と密度
モース硬度は、約5.5から6程度であり、これは標準的な石英（硬度7）よりやや柔らかいですが、比較的硬い鉱物と言えます。比重は、約3.4から3.6程度です。この比重は、カルシウムやマンガンといった比較的重い元素の存在を反映しています。
条痕と劈開
条痕（粉末にしたときの色）は、通常、淡褐色から赤褐色です。劈開は、輝石グループに特徴的な、{110}面に沿った2方向に、約87°および93°の角度で良好に発達します。この劈開は、結晶構造に起因するものであり、鉱物の識別において重要な特徴となります。
光学的性質
ヨハンセン輝石は、複屈折性を示します。屈折率は、一般的に1.69から1.73の範囲にあり、二軸性です。光学的符号は負です。偏光顕微鏡下では、その多色性（異なる方向から見たときに異なる色に見える性質）は顕著ではありませんが、微細なインクルージョンや構造によって、わずかな色の変化が見られることがあります。
産状と共生鉱物
生成環境
ヨハンセン輝石は、主にマンガンに富む地質環境で形成されます。特に、変成岩、中でも接触変成岩や広域変成岩中に産出することが多いです。これらの変成作用は、マグマの貫入やプレートの衝突によって引き起こされ、既存の岩石の化学組成や鉱物相が変化します。マンガンを多く含む堆積岩などが変成作用を受けると、ヨハンセン輝石が生成する条件が整います。
また、火成岩、特にアルカリ岩やペグマタイト中にも見られることがあります。これらの岩石は、マグマの結晶化過程で特定の元素が濃集する際に形成され、マンガンを豊富に含むマグマからはヨハンセン輝石が析出する可能性があります。
代表的な産地
ヨハンセン輝石は、世界各地のマンガン鉱床や変成岩地帯で発見されています。代表的な産地としては、スウェーデン（Langban）、アメリカ合衆国（カリフォルニア州、ニューメキシコ州）、日本（岩手県、岡山県など）などが挙げられます。これらの地域では、マンガン鉱石の採掘や地質調査の過程で発見されることが多いです。
共生鉱物
ヨハンセン輝石は、しばしば他のマンガン系鉱物や変成岩を構成する鉱物と共生します。代表的な共生鉱物としては、以下のようなものが挙げられます。
- ロードナイト（(Mn,Ca)5(Si5O15)）：マンガンに富むケイ酸塩鉱物であり、ヨハンセン輝石と密接に関連して産出します。
- パイロクスマンガン石（（Mn,Fe,Mg,Ca）SiO3）：マンガン輝石の一種で、ヨハンセン輝石と類似した組成を持ちますが、マンガンの割合がより高いです。
- バラ輝石（(Mn,Fe,Mg,Ca)5(Si5O15)）：ロードナイトと同様にマンガンを主成分とするケイ酸塩鉱物です。
- ガルシア石（Mn3(PO4)2）：リン酸塩鉱物で、マンガンに富む環境で形成されます。
- 赤鉄鉱（Fe2O3）や磁鉄鉱（Fe3O4）：鉄酸化物鉱物も共生することがあります。
- 石英（SiO2）：ケイ酸塩鉱物であり、多くの地質環境で普遍的に見られます。
これらの共生鉱物との関係は、ヨハンセン輝石が形成された際の温度、圧力、および元素の供給条件を理解する上で貴重な情報源となります。
学術的意義と応用
地質学的指標
ヨハンセン輝石は、その特異な化学組成（特にマンガン含有量）と生成環境から、マンガンに富む変成岩や火成岩の存在を示す重要な指標鉱物となります。その産状を調査することで、過去の地質学的イベント、例えば堆積環境や変成作用のタイプ、マグマの進化などを推測することができます。
同位体分析
ヨハンセン輝石に含まれるマンガンやその他の元素の同位体比を分析することで、地球化学的プロセスや物質循環に関する情報を得ることができます。例えば、マンガンの同位体組成は、その起源や酸化還元状態を反映している可能性があり、地球の歴史や環境変動の研究に貢献します。
新鉱物発見の意義
ヨハンセン輝石は、1959年にヘンリー・ヨハンセン（Henry G.F. Johansson）によって報告され、彼にちなんで命名されました。新鉱物の発見とその記載は、鉱物学の知識体系を拡充し、地球の多様な鉱物組成とその形成過程を理解するための基礎となります。
まとめ
ヨハンセン輝石（Johannsenite）は、化学式 CaMnSi2O6 を持つ単斜輝石であり、マンガンに富む変成岩や火成岩中に特徴的に産出します。その暗褐色から黒色の外観、モース硬度5.5-6、{110}に沿った劈開、そしてロードナイトやパイロクスマンガン石などのマンガン系鉱物との共生関係は、この鉱物を識別する上で重要な特徴となります。
ヨハンセン輝石の研究は、マンガンが豊富な地質環境の理解、過去の地質学的イベントの解明、そして地球化学的なプロセスを探求する上で不可欠です。その存在は、地球上に存在する多様な鉱物とその形成メカニズムの奥深さを示唆しており、今後も地質学および鉱物学分野における学術的価値は高いと考えられます。
