Journal Search Engine
Search Advanced Search Adode Reader(link)
Download PDF Export Citaion korean bibliography PMC previewer
ISSN : 1225-309X(Print)
ISSN : 2288-7172(Online)
Journal of the mineralogical society of korea Vol.28 No.1 pp.51-60
DOI : https://doi.org/10.9727/jmsk.2015.28.1.51

Gemological Characteristics of Aquamarine from the Gilgit-Baltistan of Northern Areas, Pakistan

Sung Jae Kim1, Dong Wook Shin1*, Shoo Hack Shon1, Yun Deuk Jang2
1Dept. of Gemology, The Graduate School of Engineering, Hanyang University, Seoul 133-791, Korea
2Department of Geology, Kyungpook National University, Daegu 702-701, Korea
Corresponding author : +82-2-2220-4010, dwshin@hanyang.ac.kr
March 2, 2015 March 20, 2015 March 27, 2015

Abstract

We applied gemological analytical approaches on Aquamarine from the Gilgit-Baltistan of Northern Areas, Pakistan. The standard gemological testing indicates that they are consistent with general characteristics of natural aquamarines. We have identified the inclusions of Tantalite-Mn by Raman analysis. It indicates that they occurs in association with the veins of Be-rich coarse pegmatite. And the results of chemical analyses, infrared absorption spectroscopy and Raman spectroscopy indicate that H2O molecules in channel mostly exist in Type-I and a little Type-II with low alkali ion. The comparison of relative peak intensity of FT-IR analysis can be used for prediction of Na2O content within not only emerald but also aquamarine.


파키스탄 북부 Gilgit-Baltistan 지역에서 산출된 아쿠아머린의 특성 연구

김 성재1, 신 동욱1*, 손 수학1, 장 윤득2
1한양대학교 공학대학원 보석학과
2경북대학교 자연과학대학 지질학과

초록

파키스탄 북부 Gilgit-Baltistan에서 산출된 천연 아쿠아머린의 다른 산지와 구별되는 내포물과 분광학적 특성을 표준 보석 감정 장비와 XRF, ICP-AES, XRD, FT-IR, Raman 등을 이용해 분석한 결 과 보석 광물학적 특성에 있어서는 페그마타이트 환경에서 생성되는 Mn과 결합한 탄탈라이트 결정내 포물이 특징적으로 관찰되었고 분광학적 방법에 있어서는 채널 속 H2O 타입이 파키스탄과 함께 아쿠 아머린 산지로 유명한 베트남, 브라질, 중국, 마다가스카르 지역의 H2O 타입-II에 비해서 타입-I에 더 근접했으며 알칼리 이온과 관련이 있는 타입-II도 다소 관찰되었다. 또한 Na2O 함량을 성분 분석한 결 과 0.137 wt%로써 이 결과는 Schmetzer와 Kiefert (1990)의 에머럴드 연구에서 제안한 FT-IR 특정 피 크들의 상대적 강도에 의한 알칼리 이온의 함량에 따른 분류표를 기준했을 때 Na2O 함량이 0.06-0.4 wt%이었으므로 이 Na2O 함량은 그 분류표에 없는 함량으로 그룹 II와 그룹 III 사이에 해당되므로 채 널 속 Na는 주로 H2O-Na-H2O의 배열 형태를 가진 것으로 예측된다.


    서 론

    아쿠아머린(남옥(藍玉), aquamarine)은 베릴(beryl) 의 변종(variety)으로 철의 전이원소가 미량 함유되 어 옅은 청색을 띤다(Wood and Nassau, 1967). 이 외 베릴의 변종으로는 특정 전이원소의 미량 함유 에 따라 무색의 고세나이트(Goshenite), 청녹색의 에머럴드(Emerald), 핑크색의 모거나이트(Morganite), 황색의 골든 베릴(Golden beryl), 녹황색의 헬리오 도르(Heliodor), 짙은 청색의 메시시 베릴(Messici beryl)(Ilaria and Alessandro, 2008), 붉은 색의 레드 베릴(Red beryl) 등이 있다(Andersson, 2011; Wood and Nassau, 1968a). 아쿠아머린의 산지로는 파키 스탄을 비롯하여 미국, 마다가스카르, 브라질, 나미 비아, 나이지리아, 러시아, 인디아, 중국 등이 있다. 그중에서 파키스탄 북부 Gilgit-Baltistan 지역은 신 생대가 시작되면서 유라시아판과 인도-오스트레일 리아판의 조산운동에 의해 히말라야 산맥이 형성 되면서 그 경계에 페그마타이트 광상을 형성한 곳 이다. 최근 몇 년 동안 이 지역에서 특히 훈자 (Hunza)와 쉬가(Shiga) 계곡에서 베릴(beryl)의 변 종인 아쿠아머린(aquamarine)과 고세나이트(goshenite) 그리고 전기석(tourmaline), 흑전기석(schorl), 알만딘- 스페사르틴(almandine-spessartine), 인회석(apatite), 토파즈(topaz), 형석(fluorite), 조이사이트(zoisite), 클리노조이사이트(clinozoisite) 등 여러 종류의 보 석이 산출되면서 새로운 보석산지로 많은 관심을 받고 있는 곳이다(Muhammad et al., 2013)(Fig. 1). 그러나 이곳은 최근에서야 광물학적, 보석학적 특성에 대한 연구가 이루어지기 시작한 곳이다.

    Fig. 2에서 보듯이 아쿠아머린의 결정학적 구조 에 속한 채널은 여섯 개의 SiO4 사면체로 구성되 어 환형(ring)으로 배열되어 있으며 C축을 따라 아 래위로 하나씩 쌓여 있다. 이러한 환형은 두 개의 Al 팔면체에 의해 연결되고 세 개의 불규칙한 Be 사면체에 의해 삼차원적인 구조로 연결된다(Bragg and West, 1926; Bragg and Claringbull, 1965; Belov and Matveeva, 1950; Gibbs et al. 1968; Giuliani et al., 2002). 이 환형들은 정확하게 서로 정렬되어 있으며 결정 C축에 대해 평행하게 개방 형 채널을 형성한다. 채널의 직경은 알칼리 이온과 물 같이 큰 이온과 분자를 수용할 수 있을 정도로 충분히 크다(Goldman et al., 1978; Aines and Rossman, 1984). 40여 년 동안 베릴의 채널에 있 는 H2O 분자는 적외선 분광법에 의해 분류되어 왔 다. 채널 내에 위치한 H2O 분자는 주로 신축 진동 을 하고 있는데 그 배열 방식에 따라 크게 두 가지 타입으로 나누어진다. Fig. 3에서 보듯이 타입-I은 채널 안에 들어 있는 H2O 진동 대칭축이 C축에 수직인 반면, 타입-II는 채널 안에 들어 있는 H2O 에 인접한 알칼리 양이온의 전기장 효과에 의해 H2O의 진동 대칭축이 C축에 평행인 진동 대칭축 을 가진다(Wood and Nassau, 1968b; Kodaira et al., 1982; Lodziῄski et al., 2005; Schmetzer, 1989; Schmetzer and Kiefert, 1990; Aurisicchio et al. 1994). 그리고 타입-II는 다시 타입-IIa와 타 입-IIb로 나누어지는데 타입-IIa는 H2O-Na-H2O 배 열을 가지며(Fig. 3(B)), 타입-IIb의 H2O나 OH 그 룹들은 H2O-Na-□ (Fig. 3(C)) 또는 OH-Na-□ (Fig. 3(D))배열로 존재하는데, OH 그룹은 비교적 관찰이 드물다(Bernard et al., 1996; Schmetzer and Kiefert, 1990). 채널 안에서 발견되는 H2O는 비선형 3원자 분자로서 V1의 대칭 신축(symmetric stretching)형태, V2의 대칭 굽힘(symmetric bending)형 태 그리고 V3의 비대칭 신축(asymmetric stretching) 형태의 기본적인 3개의 진동방식을 가진다(Nakamoto, 1963; Nassau, 2001). 이 연구에서는 결정 내부의 원자 혹은 분자의 작용기에 의한 특성적 스펙트럼 을 비교적 쉽게 얻을 수 있는 적외선 분광 분석과 라만 분광 분석을 통하여 파키스탄 북부 Gilgit- Baltistan 지역에서 산출되는 아쿠아머린의 특징적 인 내포물 및 채널 내의 알칼리 이온에 의한 타입 분류에 의한 분광학적 특성 규명을 검토해 보고자 한다. 또한 이들 분광분석을 이용한 아쿠아머린의 분자 구조의 진동 픽에 대한 해석을 재정리하고자 한다.

    시 료

    파키스탄 북부 Gilgit-Baltistan 지역 현지에서 조 달한 천연 아쿠아머린 중에서 외관상 색상이 비슷 한 12개 시료를 선별하여(Fig. 4.) 다음과 같이 세 가지 방법으로 전처리하였다. 첫째로 광학적 1축성 광물인 아쿠아머린에 대한 UV-Vis-NIR 분석을 위 하여 시료를 C축에 평행한 방향으로 약 0.5 cm(L) × 0.5 cm(W) × 0.2 cm(H)의 크기로 양면 연마하 였다. 둘째로 XRF, ICP-AES 분석과 XRD 분석을 하기 위하여 시료를 다이아몬드 스틱을 사용하여 분말로 만들었다. 그리고 마지막으로 채널 구조 내 에 존재하는 물 분자와 관련된 특정 적외선 흡수 밴드 범위에서 정확한 흡수 스펙트라를 확인하기 위해서 펠렛 시료를 만들었다. 펠렛은 다이아몬드 가 부착된 스틱으로 시료를 분말로 만든 다음 건조 시킨 후 무게 비 1:50으로 2 mg의 시료 분말과 100 mg의 KBr 분말을 혼합한 후 일축 가압하여 제작하였다(문석식 외, 1998).

    분석방법

    본 시료에 대한 특성을 연구하기 위하여 다음과 같은 여러 가지 기기를 활용한 방법이 수행되었다. 일반 보석학적 특성 즉 굴절률, 복굴절률, 자외선 형광반응 등은 GIA GEM 표준 보석감정 장비를 사용하여 관찰하였다. 그리고 내포물 관찰은 현미경 OLYMPUS, SZ40를 사용하여 30배-60배 배율로 관찰하였으며 특정 내포물은 Nikon Digital camara Coolpix 950을 사용하여 촬영하였다. 구성 성분 분석은 Shimadzu XRF-1,700, [40 kV - 95 mA], 20 deg/min, for Metal, [Qual-Quant.][Std-Metal-Gem1] 10 mm를 사용하였고 또한 미량성분 분석은 ICP-AES Perkin-Elmer (U.S.A), OPTIMA 8,300을 사용하여 Source: Argon plasma (6,000 K), Spectral range: 167-782 nm, Resolution: Better than 0.006 nm at 200 nm, Detection limit: 10 조건으로 ppb 단위로 분석하였다. 결정구조 분석은 graphite-monochromated Mo, Kα (λ = 0.71073 Å) radiation source와 Bruker SMART CCD diffractometer가 장착된 단 결정용 회절 분석기(SMART, Bruker AXS Inc., Madison, Wisconsin, USA, 2000)를 사용하였다. 조건은 50 KV, 30 mA이며 모든 데이터 수집은 상온에서 수행되었고 X-ray 파우더 데이터를 사용 하였다. UV-Vis-NIR 측정은 칼라의 원인을 조사 하기 위하여 SHIMADZU UV-3,600, 흡수 모드, Wavelength Range: 250 cm-1 - 3,300 cm-1, Scan speed: medium에서 수행하였다. FT-IR 측정은 H2O 관련 흡수피크 측정과 H2O 타입을 확인하기 위하여 SHIMADZU FTIR-8400S를 사용하여 Diffusion 흡수모드로 resolution 16 cm-1로 7,800 cm-1 - 400 cm-1 범위 내에서 200 scans로 측정하였다. 그리고 현미경 하에서 관찰된 내포물을 감별하기 위해 Kaiser Optical Inc. (USA) 회사의 Microscope Raman을 사용하였으며 또한 H2O 관련 범위의 흡 수피크와 알칼리 유무에 따른 특징적인 H2O-Type 을 확인하기 위하여 RM 1,000, RENISHAW Raman을 사용하였다. Aquamarines의 내포물 특징 을 확대 및 정확한 연구 결과를 위하여 Kaiser Optical (USA)사의 diode laser (λex = 785 nm), thermoelectrically cooled (-40℃) charge-coupled detection (CCD) detector, 그리고 holographic grating (resolution: 4 cm-1)이 장착되어진 Microscope Raman 을 사용하여 상온에서 측정하였다. RM 1,000, RENISHAW 800 mm focal length monochromator with LN2 cooled CCD multichannel detector, Ar-ion laser 514. 532 nm을 이용하여 파수 3,000 - 4,000 cm-1 범위에서 알칼리 유무에 따른 특징적 인 H2O 타입을 확인하기 위해서 상온에서 측정하 였다.

    결과 및 토의

    보석학적 특성

    본 연구에 사용된 12개의 시료에 대한 보석학적 특성은 Table 1에 요약하였다. 색상은 다른 산지의 아쿠아머린과 비교하여 일반적으로 매우 옅은 청 색을 띠며 옅은 녹색 톤을 가지기도 한다. 투명도 는 다른 산지에 비해 매우 높다. 굴절률은 1.577 - 1.588의 범위 내에 있으며 복굴절은 0.011 그리고 비중은 2.69 - 2.70이다. 자외선 장파(365 nm)와 단파(253 nm)에 대한 형광반응은 모든 시료에서 관찰되지 않았다. 이러한 특성은 다른 산지의 아쿠 아머린의 일반적인 값의 범위에 든다. 현미경 하에 서 액상 내포물은 일반적으로 지문상 또는 관상의 형태로 나타나며 이상 또는 삼상으로 나타나는 것 도 관찰되었다. 그리고 결정 내포물은 일반적으로 침상으로 나타나며 알바이트, 탄탈라이트, 황철석 과 같은 결정형 내포물도 관찰되었다(Fig. 5). 본 시료의 산지에서 나타나는 내포물의 특징 중 하나 인 밝은 적갈색의 섬유상 내포물은 탄탈라이트가 망간과 결합한 Mn2+Ta2O6의 형태로 나타난다 (http://www.edwardsminerals.com, https://www.mineralauctions.com). 이 탄탈라이트 내포물은 Fig. 6에서 보는 바와 같이 상온에서 785 nm 다이오드 레이 저가 장착이 된 확산 라만 마이크로스코프를 이용 하여 아쿠아머린의 격자 진동 영역인 200 - 1250 cm-1에서 탄탈라이트의 주 흡수 피크 880.5 cm-1을 관찰하여 확인하였다.

    구성성분 및 단위세포 매개변수

    본 시료의 주성분과 미량성분은 Table 2와 같으 며 다른 산지들과 비교했을 때 주성분 중 BeO와 SiO의 함량이 비교적 높게 나타났으나 알칼리 이 온의 함량은 비교적 낮게 나타났다(Ilaria et al., 2008; Huong et al., 2011; Kristy et al., 2010; http://rruff.info/aquamarine/). 단위포의 격자상수 는 Table 3과 같으며 다른 산지들과 비교했을 때 유사한 값을 가진다(http://rruff.info/aquamarine/).

    UV-Vis-NIR 분광분석

    가시광선 영역에서 나타나는 370 nm과 427 nm 의 흡수 피크는 Al3+를 치환한 Fe3+에 의한 것이다. 이 흡수 피크는 황색을 일으키는 원인이 된다. 그 리고 820 nm에서 보이는 넓은 흡수 피크는 Al3+를 치환한 Fe2+에 의한 것으로 청색을 일으키는 원인 이 된다(Wood and Nassau, 1967). Fig. 7에서 보 듯이 본 시료에서 나타나는 높은 820 nm 흡수 피 크는 본 시료가 옅은 청색을 띠는 직접적인 원인이 된다. 따라서 본 시료를 환원환경에서 열처리하여 잔존하고 있는 Al3+를 치환한 Fe3+를 Fe2+로 환원 시킬 때 보다 짙은 청색으로 색상을 향상시킬 수 있을 것으로 사료된다. 그리고 근적외선 영역에서 나타나는 흡수 피크들은 H2O 관련 흡수로서 1,145 nm, 1,400 nm 그리고 1,890 nm 흡수 피크는 H2O 분자의 타입-II에 의한 것이며 1,830 nm와 1,950 nm의 흡수 피크는 타입-I에 의한 것이다(Nesse, 2004). UV-Vis-NIR 분광분석에서 타입-I과 타입 -II 관련 흡수 피크가 함께 나타나 본 시료에서는 채널 내에 두 가지 타입의 H2O 분자가 함께 있는 것을 확인할 수 있다.

    FT-IR 분광분석

    Fig. 8의 FT-IR 흡수스펙트럼에서 400 cm-1 - 1,400 cm-1의 범위에 나타나는 흡수 피크 들은 격자 들의 진동이고 1,192 cm-1, 1,017 cm-1, 953 cm-1, 804 cm-1, 680 cm-1 흡수 피크는 Be-O 진동에 의 한 것이며, 1,200 cm-1 - 900 cm-1 영역의 흡수 피 크는 Si-O 진동이며 그리고 519 cm-1, 492 cm-1의 흡수 피크는 Al-O의 진동에 의한 것이다. 2,400 cm-1 - 2,300 cm-1, 2,360 cm-1의 흡수 피크는 CO2 분자 진동에 의한 것이며 채널에 있는 H2O 흡수 피크는 3,800 cm-1 - 3,500 cm-1의 영역에서 나타난다. 그리 고 5,000 cm-1 - 5,500 cm-1, 7,000 cm-1 - 7,500 cm-1 사이의 흡수 피크들은 H2O의 오버톤에 의한 것이다(Wood and Nassau, 1967; Wood and Nassau, 1968b). Wood and Nassau에 따르면 5,271 cm-1과 1,638 cm-1은 타입-II에 해당하는 것 으로 본 시료는 타입-I과 함께 알칼리 이온과 관련 된 타입-II가 존재하고 있음을 확인할 수 있다.

    Bernard et al.(1996)Schmetzer and Kiefert (1990)는 3,800 cm-1 - 3,500 cm-1 범위에서 H2O의 타입을 분류하는 것 외에 범위 내 스펙트라의 상대 적 강도를 비교하여 알칼리 이온의 함량을 추정하 는 모델을 제시하였다. 본 시료의 스펙트라에서도 이 범위에서 3가지 특징적인 흡수 피크 즉 3,694 cm-1(A), 3,656 cm-1(C), 3,596 cm-1(B)가 관찰되었 다(Fig. 9). (A)는 H2O 타입-I이며 (B)는 연속적인 H2O-Na-H2O 배열을 가지는 타입-IIa로, (C)는 연 속적인 H2O-Na-□ 또는 OH-Na-□ (□:vacancy) 배열을 가지는 타입-IIb로 세분되어진다. 본 시료 에서는 타입-Ia에 해당하는 (A)는 아주 강하게 나 타나는 반면에 타입-IIa에 해당하는 (B)가 약하게 나타나며 그리고 (C)는 매우 약하게 나타난다. 따 라서 본 시료의 채널 내 H2O는 대부분 알칼리 이 온과 관련이 없는 타입-I으로 존재하고 미량으로 존재하는 알칼리 이온에 의해 H2O-Na-H2O로 배 열하는 타입-IIa가 다소 존재하는 것으로 관찰되며 그리고 H2O-Na-□ 또는 OH-Na-□로 배열하는 타 입-IIb는 거의 없는 것으로 관찰된다. Table 4에서 보듯이 ICP-AES 분석에 의한 알칼리 원소의 함량 은 Na를 비롯한 Ca, Cs, Li, Rb, K를 미량 함유한 시료임을 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 바탕으 로 Schmetzer and Kiefert (1990)가 제시한 모델에 의하면 본 시료는 A >> B > C > 강도를 가지며 ICP-AES 분석 결과 얻은 Na2O 함량이 0.137 wt%이다. 이는 그룹 II에 해당하는 ‘medium alkalibearing’, A > B >> C, Na2O 함량 0.03 - 0.05 wt% 보다는 많고, 그룹 III에 해당하는 ‘high alkalibearing’ B > A > C, Na2O 함량 0.5 - 1.0 wt% 보다 는 적은 그룹 II와 그룹 III 사이에 속하는 것으로 서 그룹 II-III에 해당하는 ‘low alkali-bearing’로 기술하여 Table 5와 같이 나타내었다.

    Raman 분광분석

    Fig. 10에서 보이는 Raman 스펙트럼에서 325 cm-1, 400 cm-1 피크는 실리케이트 육각 링의 진동 에 의한 흡수이고, 526 cm-1의 약한 진동은 산소와 결합한 알루미늄(Al-O)격자의 변형 신축 진동과 함께 실리케이트 육각 링의 흡수에 의한 진동 값을 나타낸다. 688 cm-1에서 강하고 좁은 폭의 진동 피 크는 산소와 결합한 베릴륨(Be-O)의 대칭 신축 진 동에 의한 흡수와 격자들 간의 진동과 함께 역시 실리케이트 육각 링의 진동을 의미한다. 766 cm-1 의 미약한 진동 피크는 산소와 결합한 베릴륨 (Be-O) 격자들 간의 진동이다. 1,008 cm-1에서 다 소 약한 진동 피크는 산소와 결합한 베릴륨(Be-O) 의 흡수와 격자들 간의 진동 값이다. 1,069 cm-1에 서 강하고 샤프한 진동 피크는 산소와 결합한 실리 케이트(Si-O)의 흡수와 격자들 간의 진동 값이다 (Huong et al., 2010; Bernard et al. 1996). Huong (2010)Łodziński (2005)는 Raman 흡수 스펙트 라 3,580 cm-1 - 3,630 cm-1의 범위에서 3,598 cm-1 흡수 피크는 알칼리를 함유한 천연 베릴에서 관찰 되고 알칼리가 없는 열수 합성 베릴에서 3,608 cm-1 흡수 피크만을 관찰하여 H2O의 배열 형태에 따른 타입 II와 타입 I 두 가지 타입으로 구분하였 다. 이에 따라 Fig. 11에서 보듯이 본 시료에서 나 타나는 타입 I을 지시하는 3,608 cm-1의 흡수 피크 의 세기는 타입 II를 지시하는 3,598 cm-1 보다 그 흡수 강도의 비율이 매우 높아 본 시료는 매우 낮 은 알칼리 이온을 함유하는 것을 나타내는데 이 결 과는 FT-IR의 관찰 결과와 일치한다.

    결 론

    파키스탄 북부 Gilgit Baltistan에서 산출된 천연 아쿠아머린의 특성을 분광학적 특성을 표준 보석 감정 장비와 XRF, ICP-AES, XRD, FT-IR, Raman 을 연구하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 보석학적 특성에서 본 시료는 다른 산지의 아쿠아머린과 유 사한 특성을 보였으며 페그마타이트 환경에서 생 성되는 Mn과 결합한 탄탈라이트의 섬유상 결정 내포물이 아쿠아머린의 격자 진동 영역인 200 cm-1 - 1,250 cm-1에서 탄탈라이트의 주 흡수 피크 880.5 cm-1이 관찰되었다. 그리고 결정구조 분석에 서 본 시료의 단위세포 매개변수 또한 다른 산지의 값과 유사한 값을 보였으나 구성 성분 분석 결과에 서 주성분은 비교적 높게 나타나는 반면 Na를 포 함한 알칼리 이온과 Fe을 포함한 미량성분은 비교 적 낮게 나타났다. 채널 속 H2O의 배열 형태는 FT-IR 분석결과 타입 I을 지시하는 3,608 cm-1의 흡수 피크의 강도가 타입 II를 지시하는 3,598 cm-1 보다 흡수 강도의 비율은 매우 높았다. 또한 Raman 분광분석을 통하여 3가지 특징적인 흡수 피크 즉 3,694 cm-1(A), 3,656 cm-1(C), 3,596 cm-1(B)가 관찰되어 알칼리 이온과 관련이 없는 타 입-I으로 확인되었으며 알칼리 이온과 관련이 있는 타입 II를 지시하는 3,598 cm-1도 다소 확인되었다. 그리고 본 시료를 Schmetzer와 Kiefert (1990)가 에머럴드 연구에서 제안한 FT-IR 특정 피크들의 상대적 강도에 따른 알칼리 이온의 함량 추정 방법 을 ICP-AES로 측정한 알칼리 이온 함량과 비교하 여 베릴의 변종의 하나인 본 시료 아쿠아머린에 적 용한 결과 본 시료는 A > B > C >, Na2O : 0.137 wt%로서 그룹 II와 그룹 III 사이에 속한다. 그러 므로 채널 속 Na는 주로 H2O-Na-H2O의 배열 형 태를 가진 것으로 사료 된다. 이 결과는 Schmetzer 와 Kiefert (1990)의 분류표에 기준했을 때 Na2O 함량이 0.06-0.4 wt%에 해당되는 함량으로 이 함 량은 분류표에 없는 그룹 II와 그룹 III 사이의 함 량으로 같은 베릴의 변종으로서 에머럴드와 구분 되는 아쿠아마린의 Na2O 함량에 따른 새로운 분류 표가 필요하거나 Schmetzer와 Kiefert (1990)의 분 류표에 0.06 - 0.4 wt%의 Na2O 함량이 추가되어 야 한다고 사료된다.

    Figure

    JMSK-28-51_F1.gif

    Location map of the Gilgit-Baltistan, Pakistan.

    JMSK-28-51_F2.gif

    Projection of part of the structure of beryl on a plane perpendicular to the c axis. Modified after Bragg and Claringbull.

    JMSK-28-51_F3.gif

    Cross-section of the structural channels in beryl showing two orientations of water molecules. Section is along c-axis. (A) : Channel configuration of alkali-free beryl, with Type-I of H2O (symmetry axis of molecule is perpendicular to C6) and vacancies. (B) : Channel configuration of alkali-bearing beryl, with Type-II of H2O (symmetry axis of molecule is parallel to C6). (C) : Channel configuration of alkali-bearing beryl as the sequence H2O-Na-□. (D) : Channel configuration of alkali-bearing beryl as the sequence OH-Na-□ (□ -Vacancy. Modified after Wood and Nassau, 1967, 1968b ; Łôodzińđski, 2005).

    JMSK-28-51_F4.gif

    Photograph before (left) and after (right) cutting of Aquamarine samples (Cut parallel to the C-axis).

    JMSK-28-51_F5.gif

    Photograph of the characteristic inclusions. a) healed fissures with two-phase (× 60), b) crystal pyrite (× 30), c) silk-like sodic plagioclase (albite, oligoclase)(× 60), d) fine fiber-like tantalite (× 60).

    JMSK-28-51_F6.gif

    The 880.5 cm-1 peak are indicative of Tantalite. The dominant beryl peaks are also present in the spectra of the inclusion.

    JMSK-28-51_F7.gif

    UV-Vis-NIR absorption spectra in the region of 300 nm - 2,400 nm.

    JMSK-28-51_F8.gif

    FT-IR absorption spectra in the region of 7,600 cm-1 – 400 cm-1.

    JMSK-28-51_F9.gif

    FT-IR absorption spectrum from KBr pellet in the range of the stretching modes of H2O. (A) 3694 cm-1, H2O Type-I. (B) 3596 cm-1, H2O Type-II. (C) 3656 cm-1, H2O Type-II.

    JMSK-28-51_F10.gif

    Raman absorption spectra in the region of 250 cm-1 - 1,250 cm-1.

    JMSK-28-51_F11.gif

    Raman absorption spectra in the region of 3,580 cm-1 - 3,630 cm-1.

    Table

    Physical properties of Aquamarines from the Gilgit-Baltistan of Northern Areas, Pakistan

    Analysed elements of Gilgit-Baltistan, Pakistan Aquamarine (ppm = mg/kg)

    Unit cell dimensions of Gilgit-Baltistan, Pakistan Aquamarine by XRD

    Analysed trace element of Gilgit-Baltistan, Pakistan Aquamarine by ICP-AES

    Classification of natural and synthetic emeralds according to spectroscopic features in the infrared from 3,500 cm-1 to 3,800 cm-1 (Schmetzer and Kiefert, 1990)

    (Note A ≙ 3,694 cm-1, B ≙ 3,592 cm-1, C ≙ 3,655 cm-1)

    Reference

    1. Wood DL , Nassau K (1967) Infrared spectra of foreign molecules in beryl , Journal of Chemical Physics, Vol.47; pp.2220-2228
    2. Ilaria A , Alessandro P , Loredana P (2008) Aquamarine, Maxixe-Type beryl, and hydrothermal synthetic blue beryl: analyses and identification , Gems & Gemology, Vol.44 (3) ; pp.214-226
    3. Moon SS , Bak MG , Lee YM , Jo JH (2000) Introduction to Spectroscopy , Freedom Academy , pp.-558
    4. Aines RD , Rossman GR (1984) The high temperature behavior of water and carbon dioxide in cordierite and beryl , American Mineralogist, Vol.69 (3/4) ; pp.319-327
    5. Andersson LO (2011) A Russian Maxixe beryl? , The Journal of Gemmology, Vol.32; pp.5-8
    6. Aurisicchio C , Grubessi O , zecchini P (1994) Infrared spectroscopy and crystal chemistry of the beryl group , Canadian Mineralogist, Vol.32; pp.55-68
    7. Belov NV , Matveeva RG (1950) Determination of the parameters of beryl by the method of partial projection , Dokl. Akad. Nauk. SSSR, Vol.73; pp.299-302
    8. Bernard C , Philippe D , Odile B , Cristina PC (1996) Channel occupancy in an alkali-poor beryl from Serra Branca (Goias, Brazil): Spectroscopic characterization , American Mineralogist, Vol.81; pp.395-403
    9. Bragg WL , Claringbull GF (1965) Crystal structures of minerals, Bell and Sons Ltd , Vol.213;
    10. Bragg WL , West J (1926) The structure of beryl , Proc Roy Soc London, Vol.A111; pp.691-714
    11. Damon PE , Kulp JL (1958) Excess helium and argon in beryl and other minerals , American Mineralogist, Vol.43; pp.433-459
    12. David B (1997-2014) The Database The RRUFF TM Project , robisons@email.arizona.edu.,
    13. Gibbs GV , Breck DW , Meagher EP (1968) Structural refinements of hydrous and anhydrous synthetic beryl. Al2(Be3Si6)O18 and emerald Al1.9 Cr0.1(Be3Si6)O18 , Lithos, Vol.1; pp.275-285
    14. Giuliani G (2002) Emeralds of the World extraLapis English No 2 , The Legendary Green Beryl, pp.-100
    15. Goldman DS , Rossman GR , Parkin KM (1978) Channel constituents in beryl , Physics and Chemistry of Minerals, Vol.3 (3) ; pp.225-235
    16. Hassan MA , Shah MT , Tahseenullah K , Amanullah L (2011) Field features and petrography used as indicators for the classification of Shigar valley pegmatites, Gilgit-Baltistan region of Pakistan , Journal of Himalayan Earth Sciences, Vol.44 (2) ; pp.1-7
    17. Huong TT , Tobias H (2010) On some controversially- discussed Raman and IR bands of beryl VNU Journal of Science , Earth Sciences, Vol.26; pp.32-41
    18. Huong TT , Wolfgang H , Tobias H , Nguyen NK (2011) Aquamarine from Thethuong Xuan district , Thanh Hoa Province Vietnam Gems & Gemology, Vol.7 (1) ; pp.42-48
    19. Ilaria A , Alessandro P , Loredana P (2008) Aquamarine, Maxixe-Type beryl, and hydrothermal synthetic blue beryl: analyses and identification , Gems & Gemology, Vol.44, 3; pp.214-226
    20. Kodaira K , Iwase Y , Tsunashina A , Matsushita T (1982) High pressure hydrothermal synthesis of beryl crystals , Journal of crystal growth, Vol.60; pp.172-174
    21. Kristy LB , David RL (2010) Aquamarine beryl from Zealand Station, Canada: a mineralogical and stable isotope study , Journal of Geosciences, Vol.55; pp.57-67
    22. Lodzinski M , Sitarz M , Stec K , Kozanecki M , Fojud Z , Jurga S (2005) ICP IR Raman NMR investigations of beryls from pegmatites of the Sudety Mts , Journal of Molecular Structure, Vol.744-747; pp.1005-1015
    23. Muhammad HA , Mohammad TS , Tahseenullah K , Mamoru M , Muhammad A , Humaira D (2013) Shigar valley gemstones their chemical composition and origin, Skardu, Gilgit-Baltistan, Pakistan , Arab J Geosci,
    24. Nakamoto K (1963) Infrared spectra of inorganic and coordination compounds , Wiley , pp.-328
    25. Nassau K (2001) The physics and chemistry of color, John Wiley & Sons, pp.-481
    26. Nesse W (2004) Optical mineralogy, Oxford university press, pp.-348
    27. Schmetzer K (1989) Types of water in natural and synthetic emerald , Neues Jahrbuch flur Mineralogie Monatshefte, Vol.1; pp.15-26
    28. Schmetzer K , Kiefer L (1990) Water in Beryl-a contribution to the separability of natural and synthetic emeralds by infrared spectroscopy , Journal of Gemology, Vol.22; pp.215-223
    29. Wood DL , Nassau K (1968a) An examination of red beryl from UTAH , The American mineralogist, Vol.53; pp.801-806
    30. Wood DL , Nassau K (1968b) The characterization of beryl and emerald by visible and infrared absorption spectroscopy , American Mineralogist, Vol.53; pp.777-800