화성암의 형성, 분류, 특징 - 지질학 개론 (3)

화성암은 퇴적암, 변성암과 함께 지각에서 발견되는 세 가지 주요 암석 중 하나입니다. 화성암은 지구의 지질에서 중심적인 역할을 하며 다양한 지질학적 중요성을 가지고 있습니다. 지각 활동, 지각 진화, 광물 자원, 지형 형성, 지질 연대 측정, 지구 내부 역학 및 환경 영향에 대한 귀중한 자료를 제공합니다. 화성암을 연구하는 것은 지구의 지질학적 역사를 이해하고 다양한 지질학적, 환경적 문제를 해결하는 데 필수적입니다.

 

화성암

 

[ 목차 ]

1. 화성암의 형성과정

2. 화성암의 분류

3. 지질학적 중요성

 

 

1. 화성암의 형성과정

화성암의 형성 과정은 암석이 부분적으로 녹아서 마그마가 생성되고, 마그마가 지각으로 이동 및 관입하고, 마그마가 냉각 및 응고되어 관입성 및 분출성 화성암이 형성되고, 암석에서 광물이 결정화되는 과정을 의미합니다. 이 과정을 통해 결정구조, 광물 구성, 지질학적 특성이 서로 다른 다양한 화성암이 생성됩니다.

 

1.1. 마그마 형성 및 상승

마그마는 맨틀 암석이 부분적으로 녹거나, 섭입된 해양 지각이 녹는 등의 과정을 통해 지구 맨틀 깊은 곳에서 형성됩니다. 맨틀의 온도와 압력 조건으로 인해 암석이 녹아 녹은 암석 물질이 형성됩니다. 마그마의 성분은 근원암과 부분적으로 녹는 정도에 따라 달라집니다. 마그마는 장석(실리카와 밝은 색상의 광물이 풍부함) 또는 고철질(마그네슘과 철, 어두운 색상의 광물이 풍부함)로 분류될 수 있습니다.

마그마는 주변 암석에 비해 밀도가 낮기 때문에 지구 표면을 향해 위쪽으로 이동하기 시작합니다. 마그마의 상승은 부력과 지각의 균열 또는 약점에 의해 촉진됩니다. 마그마가 상승하면 지구 표면 아래의 마그마 챔버에 축적되어 냉각되고 결정화될 수 있습니다.

 

1.2. 냉각 및 결정화

마그마가 표면으로 상승하거나 마그마 챔버에 축적되면서 냉각되기 시작합니다. 냉각 속도는 배치 깊이, 마그마 크기, 주변 암석의 존재 여부와 같은 요인에 따라 달라집니다. 지구 표면 아래의 마그마가 천천히 냉각되면 광물 결정이 성장하고 발달하는 데 충분한 시간이 허용됩니다. 이로 인해 화강암이나 섬록암과 같은 조립질 또는 결정질의 관입 화성암이 형성됩니다. 화산 폭발과 같이 지표면의 마그마가 급속히 냉각되면서 현무암, 흑요석 등 세립질 또는 유리질의 분출성 화성암이 형성됩니다.

 

1.3. 결정 침전 및 분별 결정화:

냉각 및 결정화 과정에서 마그마 내의 광물은 밀도 및 결정화 온도에 따라 침전되거나 부분적으로 결정화될 수 있습니다. 감람석, 휘석과 같은 중광물은 마그마실 바닥에 가라앉아 층을 형성하는 경향이 있습니다. 분별 결정화는 특정 광물이 결정화되어 냉각되면서 남은 마그마와 분리될 때 발생합니다. 이 과정은 특정 광물 성분이 풍부한 마그마 챔버를 형성할 수 있습니다.

 

1.4. 화산 폭발

어떤 경우에는 화산 폭발을 통해 마그마가 지구 표면에 도달할 수도 있습니다. 분출 중에 용암은 표면으로 분출되어 빠르게 냉각되어 용암류, 화산재, 화산 쇄설물과 같은 분출성 화성암을 형성합니다. 화산 폭발은 오름, 칼데라, 용암 고원 등 화산 지형 형성에 기여합니다.

 

 

2. 화성암의 분류

2.1. 관입 화성암

관입 화성암은 지구 표면 아래에서 굳어진 마그마로부터 형성됩니다. 느린 냉각 과정을 통해 큰 광물 결정이 형성될 수 있습니다. 이들은 심성암이라고 칭하며 일반적인 예는 다음과 같습니다.

• 화강암(Granite) : 석영, 사장석, 운모 등을 주성분으로 하는 결이 거칠고 밝은 색을 띠며, 지각 깊은 곳에서 마그마가 서서히 냉각되어 결정화되어 형성됩니다.
• 섬록암(diorite): 사장석 사장석, 각섬석 및 기타 광물로 구성된 중간 내지 조립질의 암석으로, 섬록암은 화강암과 유사하지만 석영의 함량이 화강암보다 낮습니다.
• 반려암(Gabbro): 주로 휘석, 장석, 감람석으로 구성된 거친 입자의 어두운 색의 암석으로, 반려암은 지각 깊은 곳의 고철질 마그마가 천천히 냉각되면서 형성됩니다.

 

2.2. 분출 화성암

분출 화성암은 지구 표면에 굳어진 용암으로부터 형성됩니다. 급속 냉각 과정을 통해 세립질을 나타나며, 이들은 화산암이라고 칭하며 일반적인 예는 다음과 같습니다.

• 현무암(Basalt): 주로 휘석, 사장석, 감람석으로 구성된 세립질의 어두운 색의 암석으로, 현무암은 가장 흔한 분출성 화성암이며 고철질 용암이 급격하게 냉각되어 형성됩니다.
• 안산암(Andesite): 사장석, 각섬석, 흑운모, 석영으로 구성된 세립질의 중간색 암석입니다
• 유문암(Rhyolite) : 석영, 정장석, 사장석을 주성분으로 하는 세립질의 밝은 색의 암석으로, 유문암은 규장질 마그마가 급속히 냉각되어 형성됩니다.

 

2.3. 조직적 분류

화성암은 암석 내의 광물 입자의 크기, 모양 및 배열에 따라 분류됩니다. 일반적인 텍스처는 다음과 같습니다.

• 현정질(Phaneritic) : 육안으로 볼 수 있는 광물 입자가 있으며, 화강암, 반려암 등 관입성 화성암에서 발견됩니다.
• 비현정질(Aphanitic): 광물 입자가 너무 작아서 현미경 없이는 구별할 수 없는 세립질로 현무암, 유문암 등의 분출성 화성암에서 발견됩니다.
• 반암질(Porphyritic): 세립질의 암석에 큰 결정(반정)이 박혀 있는 혼합 형태로, 초기 느린 냉각과 빠른 냉각의 2단계 냉각으로 형성됩니다. 관입성 화성암과 분출성 화성암 모두에서 발견됩니다.

 

3. 지질학적 중요성

3.1. 구조활동의 지표

화성암은 과거와 현재의 지각 활동에 대한 귀중한 자료를 제공합니다. 화성암의 위치, 분포 및 구성은 지각판 경계의 존재, 화산 활동 및 지각 내 마그마의 움직임을 추정할 수 있습니다.

 

3.2. 지각의 형성

화성암은 지각의 형성과 진화에 가장 중요한 요소입니다. 화산 폭발 및 관입 마그마작용과 같은 과정을 통해 화성암은 지질학적 시간 규모에 걸쳐 대륙 및 해양 지각의 구성 및 변형에 가장 큰 역할을 했습니다.

 

3.3. 광물 자원의 근원

많은 귀중한 광물 매장지가 화성암과 연관되어 있습니다. 구리, 니켈, 금, 백금족 원소와 같은 금속 광석 매장지는 화성암이나 화산암과 관련하여 발견됩니다. 이러한 암석이 형성되는 지질학적 과정을 이해하는 것은 탐사와 자원 개발에 필수적입니다.

 

3.4. 지형의 형성

화성 활동은 지구 표면을 형성하고 다양한 지형을 형성하는데 중요한 역할을 합니다. 화산 폭발은 화산지대, 용암 고원 및 용암 대지를 생성할 수 있고, 관입 화성암은 저분암, 제방 및 석회석을 형성할 수 있습니다. 이러한 지형은 침식 및 퇴적과 같은 과정에 영향을 미칩니다.

 

3.5. 지질 연대 측정

화성암은 지질 연대 측정 및 지질 사건의 시기를 이해하는 데 중요한 정보를 제공합니다. 우라늄-납 연대측정 및 칼륨-아르곤 연대측정과 같은 방사성 연대 측정 기술은 일반적으로 화성암에 적용되어 연대를 결정하고 산 형성, 분지 형성, 화산 활동과 같은 지질학적 과정의 시기를 추정할 수 있는 근거자료가 됩니다.

 

3.6. 지구 내부의 이해

화성암은 지구 내부의 구성과 역학에 대한 중요한 정보를 제공합니다. 화성암의 암석학적, 지구화학적 분석은 맨틀과 지각의 온도, 압력, 구성뿐만 아니라 마그마 생성, 분화 및 상승과 관련된 과정을 추정하는 데 도움이 됩니다.

 

3.7. 환경에 미치는 영향

화성 활동과 관련된 화산 폭발은 환경에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. 화산 폭발은 가스, 화산재, 화산 입자를 대기 중으로 방출하여 기후, 대기 질 및 인간 건강에 큰 영향을 줍니다.