日本式双晶 - iStone


日本式双晶

Ｖ字型

長野県南佐久郡川上村甲武信鉱山

ハート型	軍配型

長崎県南松浦郡奈留町水晶岳	Tiro Estrella Mine, Capitan Mt., Lincoln Co., New Mexico, U.S.A.

　日本式双晶とは、２つの水晶の結晶がひとつの結晶面を共有し、約85度（84°34’）の角度で接合している水晶の双晶の１つのタイプです。接合部には細かなヒビや液体包有物が存在しています。外観よりＶ字型とハート型と軍配型の３パターンに分類することが可能です。日本式双晶を形成している結晶には次のような３つの特徴が知られています。
　（１）双晶となる結晶は単結晶のものよりも大きく成長します（参照：右上の写真）。
　（２）色彩は無色透明なものがほとんどです。紫水晶のものが数カ所で産出します。
　（３）結晶の形は板状です。六角柱状の結晶よるものは希です。
　なお、名称は明治時代の日本で多く産出したことに由来します。ドイツのゴールドシュミットが命名しました。我が国では夫婦水晶とも呼ばれています。意外ですが、最初に日本式双晶が見つかった場所はフランスのドフィーネです。日本で見つかる50年前の1829年に発見され、ハート水晶と名付けられました。

コラム「接合面」
日本式双晶となる水晶は特異な形をしているため、どの結晶面で接合しているかを理解するのは容易ではありません。接合面について丁寧に紹介しましょう。　まず、左下のイラストを見てください。一般的な水晶の場合、柱面（ちゅうめん）（緑色の面）と２種類の錐面（すいめん）（赤色の面と青色の面）で構成されています。鉱物学では、水晶の柱面はｍ面（えむめん）と呼ぶことがよく行われます。錐面の内、大きい方（赤色の面）はｒ面（あーるめん）、小さい方はｚ面（ぜっとめん）と呼ばれています。理想的には、ｒ面とｚ面が同じ大きさとなるのですが、中下のイラストの様なものは希です。日本式双晶の外形から単純に考えると、錐面で接合しているように見えます。しかし、これは、間違いです。ｒ面とｚ面の境には、右下のイラストのように、ξ面（くしーめん）と呼ばれる結晶面が極めて希に出現することが知られています。このξ面こそが日本式双晶の接合面となっています。

水晶の結晶面
赤：ｒ面、青：ｚ面、緑：ｍ面、黄：ξ（クシー）面

一般的な水晶	理想的な水晶	ξ面を持つ水晶（注）
（注）：正確な結晶図は、鉱物趣味のページ（相互リンクサイト）の原色水晶図鑑のコーナーで紹介されています「クシー面付水晶」を参照してください。

　接合面について、もう少し正確に紹介しましょう。そのためには、グラフを使うと便利です。水晶の場合、結晶面の様子を上のようなグラフで表すことが出来ます。ｏは原点です。ｃ軸は水晶の中心部を上下方向に貫いています。ａ１とａ２とａ３の３本の軸は同一の平面上にあり、互いに120度の角度で交差しています。ｃ軸は、３本の軸（ａ１とａ２とａ３）と90度の角度で交わっています。グラフには六角柱の枠が描かれていますが、理想的な水晶の六角柱部分に対応していると考えてください。
　では、このグラフを使って、水晶の結晶面の方向を表してみましょう。まず、ｍ面（柱面）ですが、左下のグラフで表している緑色の面で表すことが出来ます。ａ１軸とは目盛りが1のところで交わっています。他の目盛りでも良さそうですが、一番単純な数字が使われています。ａ３軸とは-1で交わっています。しかし、ａ２軸とｃ軸とは交わりません（数学的には無限大で交わると考えます）。これらの情報から交点の目盛りに関する部分を取り出すと、（１,∞,ー１,∞）と表記することが出来ます。∞は無限大を表す数学の記号です。限りなく大きい数字と考えてください。この表記でも良いのですが、もっと単純な表記にするために、鉱物学では逆数（その数字を分母とし、分子を１とする分数。例えば、２の逆数は２分の１）を使います。すると、∞は０になります（１を限りなく大きな数字で割ると０になります）。ー１のマイナス記号も目障りなので、１の上に移動させ、１ーと表記します。更に、カンマ記号（,）も省略します。以上のルールを用いると、結晶面と軸との交わりに関する情報は（１０１ー０）と表記することができ、ｍ面を（１０１ー０）面とも呼ぶことが出来ます。なお、この様な表記方法はミラーという人が考案したので、ミラー記号と呼ばれています。


ｍ面（柱面）	ｒ面（大きい方の錐面）

　次に、ｒ面（大きい錐面）ですが、右上のグラフで表している赤色の面で表すことが出来ます。ミラー記号を使うと、（１０１ー１）と表記できます。同様に、ｚ面（小さい錐面）は左下グラフのように表され、ミラー記号は（０１１ー１）となります。
　では、ξ面を考えてみましょう。この面はｒ面とｚ面の境界線に対して平行であり、ｒ面と挟む角度はｚ面と挟む角度と同じになっています。よって、右下のグラフのように表すことが出来ます。ａ３軸とは-1/2（マイナス２分の１）で交わり、ｃ軸とは1/2（２分の１）で交わっています。ミラー記号では逆数を用いるので、1/2は２になることに注意すると、ξ面のミラー記号は（１１２ー２）となります。


ｚ面（小さい方の錐面）	ξ面（日本式双晶の接合面）

　日本式双晶の解説文には、「（１１２ー２）面で接合。」とのみ、紹介されている場合がほとんどです。そのため、理解できなかった方が多いのではないでしょうか。ミラ記号の意味を理解した上で、グラフをながめていただければ、説明文の意味が分かると思います。
　ここで軸に関して注意すべきことを説明しておきます。ａ１軸、ａ２軸、ａ３軸の目盛りの大きさは同じですが、ｃ軸の目盛りとは大きさが異なっています。つまり、ａ１軸における１目盛りの長さと、ｃ軸における１目盛りの長さは異なっています。ｃ軸の目盛りはａ１軸の目盛りより１割ほど長くなっています。それゆえ、２つの結晶がなす角度は中途半端な角度になります。
　最後に不思議な謎を紹介しましょう。そもそも、なぜ、ξ面で接合するのでしょうか。先にも紹介しましたが、ξ面の出現は極めて希です。ｒ面で接合する方が容易なように思えます。実際、ｒ面で接合した双晶も存在し、エステレル双晶と呼ばれています。しかしながら、奇妙なことに、エステレス双晶は日本式双晶よりもかなり希な存在です。必ずあるｒ面ではなく、極めて希なξ面の方を好んで双晶となる。不思議な現象ですね。

コラム「日本式双晶の成因」
日本式双晶が出来る仕組みを簡単に紹介しましょう。　結晶の成長に関して、次のような面白い現象が知られています。結晶面と結晶面の間にある狭い部分には材料物質が集まりやすいので、その狭い部分では優先的に結晶が成長します｛凹入角効果（参照：マクル）｝。アイスクリームを食べる様子を思い出してください。平らな木のスプーンよりも、凹んだプラスチックのスプーンの方が容易にアイスクリームを集めることが出来ます。同様のことが結晶の成長時にも発生しています。この性質より、Ｖ字型からハート型へなり、更に軍配型に成長したと、予測することが出来ます。古くはこの様な説が一般的でした。しかしながら、Ｖ字型やハート型の標本をＸ線などで調べてみると、接合部分には軍配型が存在した痕跡を確認することが出来ます。始めに軍配型が存在し、その後の成長でハート型やＶ字型の狭間で見られる結晶面が出現して、軍配型からハート型となり、更にＶ字型へと成長したと考えられるようになりました。　では、どの様にすれば、軍配型を原型とすることが出来るのでしょうか。下の図を見てください。一般的な低温型水晶には柱面が付いていますが、柱面が無い水晶（参照：無側面低温型水晶）も存在します。ハート型の狭間でで見られる結晶面は、水晶の側面に当たる面です。よって、柱面が無い水晶によって日本式双晶が形成されれば、軍配型になります。水晶の柱面の長さは温度によって変化し、低温では短くなり、高温では長くなることが知られています。双晶が成長する途中で温度が上がれば、側面が長くなる方向へと、成長の様子が変化します。その時、軍配型からハート型への変化し始めたとすれば、日本式双晶の成長の仕組みが説明できそうです。　以上の説明において、疑問が残っています。補足しておきます。無側面低温水晶はとても希な水晶です。説明に困難があるように思えます。しかし、微細な水晶には無側面型が多く存在します。例えば、一部のめのうの中心部に出現している水平縞を電子顕微鏡で観察してみると、ナノメ－トルサイズの無側面型低温水晶で構成されていることが分かります。これらの微細な水晶が双晶の種になっているのかもしれません。最後に、最大の謎が残っています。なぜ、双晶を形成するのでしょうか。残念ながら、答えは見つかっていません。結晶の種の形成と同様、永遠の謎となっています。


柱面がない低温型水晶	水平縞があるメノウ

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