宝石はどのように形成されるのでしょうか?

結晶の形成には、原料と温度、圧力、時間、そして空間という5つの条件があります。鉱物の結晶化の基本をより分かりやすく説明するために、ロックキャンディについて少しお話しましょう。ロックキャンディとは、簡単に言えば砂糖が結晶化したものです。

底に水を入れてできるだけ多くの砂糖をかき混ぜると、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、過飽和状態と呼ばれます。

鍋を沸騰させます。飽和度は沸点で変化します。砂糖を追加することもできますが、過飽和になるまで追加してください。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元に戻ります。余分な砂糖は溶液から溶け出し、結晶化します。

結晶が成長する場所を確保するために、溶液に紐を吊るします。できれば、紐がまっすぐになるように重しを乗せると良いでしょう。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、宝石の形成には4つの方法があります。

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- 氷砂糖の例と同様に、宝石はミネラル豊富な水が冷えることで形成されます。

3. 変成石- 名前の通り、高熱と圧力によって「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- 水が堆積物に沈着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があります。これには極めて高い温度が必要です。

地球のマントルで形成された宝石の中で最も注目すべき例は、おそらくペリドットとダイヤモンドでしょう。地質学者たちはアリゾナのペリドット鉱床を研究し、これらの鉱物は地表から最大55マイル（約80キロメートル）下のマントルに漂っていた岩石の上で形成されたと考えています。爆発的な噴火によって地表に押し上げられ、その後、浸食と風化によって地表近くまで押し上げられたため、発見されるに至ったのです。

しかし、ダイヤモンドに関する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の中で結晶化しますが、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マイルの深さで生成されると考えています。この深さではマグマは非常に流動性が高く、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、マグマは岩石を砕き、溶解させ、地表へと運びます。

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、マグマの上昇速度が速いため、ダイヤモンドは変化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、結晶はしばしば破壊されます。成長条件が整っていると、物質が亀裂に浸透して結晶化します。これにより亀裂は閉じられ、修復されます。しかし、完全に修復されるわけではなく、微細な空洞が残り、指紋のように見えます。

宝石はどのようにして地表に現れるのでしょうか？地表の奥深くで形成されるため、採掘できるのは不思議なことです。火山噴火によって地表に運ばれることもありますが、そのほとんどは浸食や造山運動によって地表に現れます。

熱水宝石の創造

このプロセスは、上で示したロックキャンディーに最も似ています。様々なミネラルを含む超飽和水が、地中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、様々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。特にムゾー・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彩を与えています。

下の画像は熱水鉱脈です。この鉱脈は、周囲の岩石の割れ目の中で水溶液が冷やされることによって形成されます。

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に重なり合うことで、鉱物が大きな圧力と熱によって押し付けられる現象です。鉱物は押し付けられ、時には溶融することなく、異なる鉱物へと変成します。

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、鉱物の層を堆積させます。こうしてオパール、マラカイト、アズライトといった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につれて、微細なシリカ球が積み重なり、オパールが形成されます。

鉱物の結晶化

地球の地殻の厚さは、3マイル（約4.8キロメートル）から25マイル（約40キロメートル）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2900キロメートル（約3000キロメートル）で、地球の体積の83%を占めています。マントルはマグマ（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。地球の中心に近いほど高温になり、熱流によって絶えず運動を続けています。

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。プレートが互いに衝突すると、一部は隆起して山脈を形成し、一部は押し下げられます。

マグマもまた絶えず動いています。その圧力と動きは、地殻の底部に絶えず摩耗と亀裂を引き起こします。そして、岩石は流動的なマグマに運ばれ、地殻から分離します。岩石は溶融し、マグマの化学組成を変化させます。一方、より小さな粒子は、これから形成される宝石のインクルージョンとなる運命にあります。

宝石は地球の深部で形成されます。地殻の下面には、激しい亀裂によって生じた無数の空洞があります。空洞や亀裂から流体が噴出します。これは結晶の成長に理想的な条件です。いわば化学物質を豊富に含んだ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、圧力と温度も高くなります。流体が地殻を移動することで、結晶化が進むのに十分な温度まで地殻が冷却されます。あとは時間だけです。

地質学的に言えば、十分な時間があるはずです。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を繰り返しています。結晶は形成され始めますが、通路が崩壊すると流体の流れが遮断されてしまいます。この時点で成長は止まります。

通路が再び開くと、成長は再開します。この成長のオン/オフは結晶内では通常は検出できませんが、場合によっては、成長の連続層ごとに異なる化学組成を持つことがあります。これがカラーゾーニング（色彩の帯状構造）を生み出します。

鉱物の結晶化順序

冷却過程において、トパーズの結晶はクォーツよりも先に形成されます。これは、結晶化の原理の一つとして、温度が下がると保持できる固体成分が減少するということが挙げられます。しかし、地殻の成分は、前述の砂糖水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、その温度は異なります。溶液が冷却過程を続けると、最初にコランダムが見られ、その後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ー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。基本的には、適切な成分の組み合わせ、圧力、そして熱が、鉱物が結晶化するのに十分な時間持続する必要があります。さらに、鉱物が成長する空間も必要です。

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