高校地学 鉱物の同定—複数の観察結果を照合して候補を絞る手順を身につける｜武蔵野個別指導塾

条痕や割れ方を照合し、観察が足りない場合も判断する鉱物の同定です。

よくあるのは、高校生が標本の色を一目見て鉱物名を決めるという場面です。同じ鉱物でも色が変わることがあり、別の鉱物が似た色に見えることもあります。表面の色に加えて、粉末の色や割れ方を調べると、候補を消す根拠が増えます。一方、観察できなかった性質を都合よく補えば、答えは簡単に見えても根拠のない判定になります。

名前を決める前に問うこと

鉱物の同定とは、標本の性質を既知の候補の性質と照合し、どの鉱物に当たるかを判断することです。問題では、観察結果から候補を絞る、追加すべき観察を選ぶ、あるいは候補が残る理由を説明することが求められます。鉱物名を記憶から思い出す前に、表の各行が何を意味するか、観察の条件とともに読みましょう。

候補表に載っていない鉱物が実際に存在しない、という意味ではありません。問題の答えが1候補に絞れても、それは表の候補が正しいという条件の下での結論です。実物では標本が複数の鉱物からなっていることや、表面が変質していることもあります。今回扱うのは光沢、条痕、相対的硬さ、へき開を組み合わせる判断であり、化学分析による確定までは扱いません。

何を見て、何を記録するか

光沢は表面が光を反射する様子です。金属のような強い光沢と、それ以外の光沢を大まかに区別します。照明や面の向き、表面の汚れで見え方が変わるので、光を当てる条件と観察した面を記録します。色の濃さと光沢は別の項目です。黒く見えることだけでは金属光沢とは決められません。

条痕は鉱物を粉末にしたときの色です。標本の外側の色と一致するとは限らず、表面の変色の影響を避ける手がかりになります。条痕板に残った線を調べる場合は、板の粉が付いたのか標本の粉が付いたのかを区別します。標本が板より硬く、板を削っただけなら、その線を標本の条痕と判断できません。色が薄く見えにくい場合も、無色だったと決めず観察不能と記します。

相対的硬さは、互いに傷を付けられるかで比較します。標本AがBに確かな傷を付け、逆には付けられなければ、試した条件ではAの方が硬いと判断できます。表面に粉がこすり付いただけの跡は、傷とは別です。向きや面の状態、力のかけ方によって結果が読み取りにくい場合があるので、複数の箇所を比べ、傷かどうかを拭いて確かめます。硬さは物が壊れにくいという意味の強さ全般ではなく、ここでは傷の付きにくさです。実際の硬度の数値は使わず、比較の向きで考えます。

へき開は結晶が特定の方向に沿って割れやすい性質です。原子の配列と結び付きの方向による差が、繰り返し現れる平らな割れ面に表れます。結晶が成長したときの外側の面も平らですが、それだけではへき開とは言えません。割れた面が複数の場所でほぼ平行に現れるか、別方向にも現れるかを調べます。不規則に割れた面は断口として記録し、平らな面が見えない標本については、適切な面が露出していない可能性も残します。

図1のように、観察は性質ごとに記録してから照合します。色で候補を挙げることは出発点になりますが、色を結論の代わりにはしません。

図1の各欄は独立した証拠の種類です。複数の欄が同じ候補と一致しても、候補表の外に似た性質の鉱物があれば、それを排除したことにはなりません。逆に、表面の汚れなどで観察が不確かな欄は、無理に一致か不一致にせず保留にします。

基本例題：表の行を順に消す

次の表は練習のために作った候補A〜Cの条件で、実在する鉱物の一覧ではありません。標本Xは新しい面で金属光沢があり、条痕は暗色でした。へき開は観察していません。この表の範囲で残る候補を記号で答え、根拠を述べてください。

図2のように、まず金属光沢に合うAとBを残します。次に暗色の条痕に合わないBを除き、Aが残ります。Cは条痕が合っても光沢が合いません。答えはAです。ただし、へき開はまだ観察していないため、Aに記載されたへき開が標本Xで実際に見えたとは言えません。

図2の結果を元の表に戻すと、Aは金属光沢と暗色条痕の両条件に合い、BとCはそれぞれ少なくとも1条件に合いません。別の進め方として、先に暗色条痕からAとCを残し、次に光沢でCを除いてもAになります。確かな条件の順序が変わっても、共通部分は同じです。

ただし、条痕が実は板の粉だった場合は暗色という条件を使えません。その場合、光沢に合うAとBが残り、Aとは決められません。再観察でも区別できなければ、両候補を区別する別の性質を調べます。観察の失敗を新しい性質として表に書き込まないことが重要です。

標準例題：傷の向きを読む

練習用の候補D、E、Fについて、基準片PとQに対する比較結果を次のように定めます。DはPにもQにも傷を付けられます。EはPに傷を付けられますが、Qには付けられません。FはPにもQにも傷を付けられません。標本YはPに確かな傷を付け、Qには傷を付けられず、QはYに傷を付けました。候補を記号で答え、比較の意味も説明してください。

答えはEです。Pに傷を付けたので、Pにも付けられないFを除きます。Qに付けられず、QがYに付けたので、Qに付けられるDを除きます。残ったEは両方の結果に合います。答えを表の条件に戻すと、EはPには傷を付け、Qには付けません。傷を付けた側と付けられた側を逆にしなければ、結果は一致します。

別解では、Qとの比較を先に使い、Dを外してEとFを残します。その後Pに付けた傷でFを外します。Qとの比較だけではEとFの双方が残るので、Pとの結果も必要です。なお、Q上の跡がYの粉の付着だった場合、Qに傷を付けた証拠にはなりません。拭き取れるか観察し、判別できなければ結果を保留します。

実物の観察は学校の指導の下で行います。標本と基準片の面を確認し、同じ向きと条件で比較して記録します。片方の面に風化した皮膜があれば、新しい面と結果が違うことがあります。力が強すぎて割れた場合、傷の有無を読み取れない場合、粒が混在してどの鉱物が触れたか不明な場合は、比較自体を成立したものと扱いません。

発展例題：追加観察を設計する

練習用の候補G、H、Iは、いずれも非金属光沢で白色条痕を示すとします。GとHは基準片Rに傷を付けますが、Iは付けません。Gには平行なへき開面が認められ、Hには認められないという条件です。標本Zは非金属光沢で白色条痕を示しました。候補を列挙し、最初に行うと候補を2群に分けられる観察と、その後の判定を説明してください。

答えはG、H、Iです。光沢と条痕は3候補に共通し、まだ区別できません。基準片Rとの傷の比較を追加すれば、傷を付けるG・Hと付けないIに分かれます。前者ならへき開の観察でGとHを区別できます。後者なら表の条件の範囲でIです。へき開を先に調べる方法では、Iのへき開の有無が示されていないため、Gだけを見分けられるとは限りません。先にRとの傷の比較でIとG・Hを分け、その後にGとHのへき開を比べる順なら、与えられた条件で判定できます。

この計画では、観察しやすさと標本を傷める程度も考えます。既に露出した面でへき開が確認できれば、その情報から先に使えます。ただし、面が見えなかったという結果は、へき開がない証明にはなりません。適切な割れ面が露出していない可能性があるからです。GとHが残ったままなら、別の適切な面を観察するか、別の性質や分析を検討します。どの条件にも確実に合わない場合は、候補表が不完全、複数鉱物が混在、観察条件が不適切、といった可能性を調べます。

グラフで傷の付いた回数が示された場合も、縦軸の回数と横軸の比較相手、試行条件を先に読みます。回数が多いほど同定が確実だと即断せず、試行数や面の違いを確認します。同じ場所を繰り返し使えば独立した比較とは限らず、途中で面が変われば結果も変わりえます。観察の食い違いは平均で消す前に、原因を探します。

誤答を直す：見えた色から飛躍しない

「黒いから金属光沢の鉱物だ」という答えは、色と光沢を混同しています。暗い色でも非金属光沢を示すものがあります。修正するには、新しい面の反射の様子を別に記録し、条痕や割れ方も照合します。図3のように、色から候補を挙げた後に別の観察へ進みます。

図3の矢印は、黒い標本が必ずどの光沢を示すかを表していません。色を手がかりにしても、光沢と条痕を確認するという手順を表しています。表面が汚れていればそのことを記録し、反射の判断を保留することもあります。

「平らな面が1枚あるのでへき開がある」も飛躍です。結晶の外形の面や偶然できた面かもしれません。繰り返し現れる方向性を調べ、区別できなければ判定を保留します。「白い線が付いたので白色条痕だ」という答えにも、板が削られた可能性があります。線の材料が標本の粉と確認できなければ、その結果で候補を消すことはできません。

練習：観察条件を答案に戻す

以下の表や数は練習のために定めた条件です。候補は各問に示した範囲とし、判断の理由も答えてください。

1. 候補Jは金属光沢で赤褐色条痕、Kは金属光沢で暗色条痕、Lは非金属光沢で赤褐色条痕です。標本は金属光沢で赤褐色条痕です。残る記号を答えてください。
2. 候補Mは基準片Sに傷を付け、Nは付けません。標本をSにこすったところ線が付きましたが、拭くと消えました。MとNのどちらかに決められるか答えてください。
3. 候補OとPは同じ光沢と条痕です。Oには平行なへき開面が認められ、Pには認められないとします。標本の光沢と条痕は両候補に合いますが、割れ面を観察できません。残る記号と追加観察を答えてください。
4. 標本の外側は褐色で、露出した新しい面は灰色でした。外側の色だけで同定した答案の問題点を、観察の提案とともに述べてください。
5. 候補Uは基準片Tに傷を付け、Vは付けません。標本を異なる面で試したところ、片方では確かな傷が付き、もう片方は判別できませんでした。確かな結果を優先する条件で候補を答え、判別できなかった結果をどう扱うか述べてください。

練習の答えと解き方

1. Jです。Kは条痕、Lは光沢が一致しません。Jを元の条件に戻すと、金属光沢と赤褐色条痕の両方に合います。表の範囲外の鉱物まで排除したことにはなりません。
2. 決められません。消えた線は表面に付着した物質かもしれず、Sに確かな傷が付いた証拠ではないからです。MとNはどちらも残り、線の正体と傷を再確認します。線が見えたという事実と傷が付いたという判断を分けます。
3. OとPです。共通の光沢と条痕では分けられません。適切な割れ面で、平行な面が繰り返し認められるかを調べます。観察できなかったことを、へき開がない結果と読み替えてはいけません。
4. 外側の色が変質や付着物の影響を受けた可能性があり、色だけでは別の候補も残ります。新しい面の光沢、条痕、割れ方などを条件をそろえて調べます。新しい面が灰色という事実も、それ単独で名前を確定する根拠ではありません。
5. Uです。確かな傷の結果はUに合い、Vには合いません。もう一方の結果は不一致ではなく判別不能として記録し、面や接触した粒を確かめます。確かな傷が別の混在粒子によると判明すれば、Uという結論も再検討します。

覚えるときの道しるべ

色と光沢は別々に記録します。 条痕は標本の粉末の色として確かめます。 硬さは傷を付けた側と付けられた側で比べます。 へき開は繰り返す割れ方の方向に注目します。 不明な観察は候補を消す条件に使いません。

つまずきを見分けるには

答案で候補を1つに絞れないときは、まず表の各行に観察条件を戻してみます。一致しない行を消す理由を口にできれば、残った候補が複数でも推論は進んでいます。個別指導で確かめるなら、標本の色、光沢、条痕を別々に言葉にし、傷を付けた側を指さしてから表の該当欄をたどると、どこで判断が逆転したか見つけやすくなります。

観察が成立しなかったときは、追加の観察で何を区別できるか考えます。候補を残す判断にも、確かな証拠を積み重ねる鉱物の同定の力が表れます。