고결작용, cementation, 固結作用
- 간극 가운데 녹아 존재하고 있는 물질과 현탁(縣濁)물질이 토립자 사이의 작은 간극과 접촉면 사이에 오랜 세월에 걸쳐 부착되어 토립자를 화학적으로 결합시키는 작용.
화성암
- 요약 화성암은 지구의 대부분을 구성하고 있으며, 퇴적암과 변성암은 단지 지표 근처에서 얇은 표면만을 구성하고 있다. 화성암은 지각 내의 고결심도에 따라 관입암과 화산암으로 나누어진다. 관입암은 다시 지각 내의 깊은 곳에서 고결되어 형성되는 심성암과 이에 비해 다소 낮은 온도의 지각 내의 얕은 곳에서 고결되어 형성되는 반심성암으로 나누어진다. 대부분의 화성암은 규산염광물로 구성되어 있다. 화성암은 흔히 실리카의 함량에 따라 산성암, 중성암, 염기성암, 초염기성암으로 세분된다. 광물학적으로 화성암은 규장질암과 고철질암으로 분류된다. 규장질 광물로는 석영, 사장석, 알칼리 장석이 있다. 규장질암은 대체로 담색을 띠고 있다. 고철질 광물은 마그네슘과 철 때문에 어두운 색을 띠는데, 각섬석·휘석·감람석·운모가 이에 포함된다.
개요
화성암은 600~1,300℃의 뜨거운 온도에서 용융 혹은 부분용융된 암석물질인 마그마의 고결작용(固結作用)으로 형성되는 암석이다.
화성암은 지구의 대부분을 구성하고 있으며, 퇴적암과 변성암은 단지 지표 근처에서 얇은 표면만을 구성하고 있다. 마그마는 깊이 약 60㎞의 지하에서 생성되는데, 주변의 고체암석에 비해 밀도가 작기 때문에 지표쪽으로 상승한다(암류권). 상승하는 마그마는 지각 내에 정착되어 고결되거나, 지표에서 용암류로 분출된다.
화성암은 지각 내의 고결심도(固結深度)에 따라 관입암과 화산암으로 나누어진다. 관입암은 다시 지각 내의 깊은 곳에서 고결되어 형성되는 심성암과 이에 비해 다소 낮은 온도의 지각 내의 얕은 곳에서 고결되어 형성되는 반심성암으로 나누어진다. 화산암, 즉 분출암이란 지표면으로 분출되어 형성된 암석을 말한다.
조성
대부분의 화성암은 규산염광물로 구성되어 있다.
화성암에 있어서 실리카(SiO2)의 함량은 매우 중요하기 때문에, 화성암은 흔히 실리카의 함량에 따라 ① 66％ 이상의 실리카를 함유하는 산성암, ② 55~66％의 실리카를 함유하는 중성암, ③ 45~55％의 실리카를 함유하는 염기성암, ④ 45％ 이하의 실리카를 함유하는 초염기성암으로 세분된다.
광물학적으로 화성암은 규장질암(무수규산의 '규'와 장석의 '장'을 따서 만든 용어)과 고철질암(마그네슘을 의미하는 '고'와 철을 의미하는 '철'을 따서 만든 용어)으로 분류된다(탄산염광물). 규장질 광물로는 석영(순수한 실리카), 사장석(나트륨 또는 칼슘이 풍부하거나 혹은 2가지가 모두 풍부함), 알칼리 장석(칼륨이 풍부함)이 있다.
규장질암은 대체로 담색을 띠고 있다. 고철질 광물은 마그네슘과 철 때문에 어두운 색을 띠는데, 각섬석·휘석·감람석·운모가 이에 포함된다.
조직
화성암의 조직은 일반적으로 화성암을 구성하는 광물입자의 크기와 형태, 광물입자들 사이의 공간적인 관계 및 존재하는 유리질과의 공간적인 관계에 의해 정의된다.
화성암의 조직은 암석이 형성될 당시의 조건에 대한 귀중한 정보를 제공해준다. 지각 깊은 곳의 고온·고압 조건은 뜨거운 마그마를 천천히 냉각시켜 완전한 결정화가 일어나게 하기 때문에 현미경 없이도 볼 수 있을 정도의 충분히 큰 결정이 성장하게 된다. 이러한 광물 조직은 현정질조직(顯晶質組織)이라고 하며, 이 조직을 갖는 암석은 입자의 지름에 따라 다시 세립질(입자크기가 1㎜ 이하인 것)·중립질(1~5㎜)·조립질(5㎜~2cm)로 분류된다.
페그마타이트란 특별히 큰 결정들을 포함하는 암석이다.
반면 비현정질조직을 갖는 암석은 마그마가 지표로 분출되어 빠른 속도로 냉각하여, 개개의 광물결정이 거의 성장하지 못할 경우에 형성된다. 대부분의 비현정질 암석은 지름 0.3㎜ 이하의 광물입자들로 구성되어 있다. 마그마의 냉각속도가 매우 빠를 경우에는 어떠한 결정도 형성되지 못하며, 따라서 이러한 경우에는 유리질조직을 갖게 된다.
암석조직은 입자크기 이외에도 구성입자들의 형태나 외형, 상대적인 크기의 차이, 상호간의 공간적인 관계에 따라 달라진다.
입자의 모양은 판상(板狀)·섬유상(纖維狀)·침상(針狀)·주상(柱狀) 등으로 기술된다. 반상조직(斑狀組職)은 비교적 커다란 결정인 반정(斑晶)들이 세립질 결정들이나 혹은 유리질 석기(石基)내에 퍼져 있는 조직이다. 반상조직에서 반정들과 주변의 석기입자 크기의 급격한 차이는 결정화되는 마그마의 조건변화에 의한 것이다.
반정은 깊은 곳에서 천천히 성장하여 형성되고, 아직 고결되지 않은 마그마는 이후에 다시 상승하여 급속히 냉각됨으로써 세립질의 기질을 형성한다.
분류
심성암은 광물학적으로 모드(mode)라고 하는 암석을 구성하는 광물들의 실질적인 비율에 의해 분류된다.
국제지질과학연합(IUGS) 산하의 화성암의 체계를 위한 분과위원회는 석영, 알칼리 장석 및 사장석의 상대적인 비율에 기초한 현정질암의 명명체계를 추정한 바 있다.
가장 흔한 현정질암으로는 화강암, 화강섬록암, 토날라이트를 들 수 있는데, 화강섬록암은 지각의 평균조성과 유사하다. 현무암은 가장 흔한 화산암이다. 화산암 및 반심성암은 비현정질조직을 갖고 있기 때문에 흔히 모드 분석에 의한 분류는 불가능하며, 화학성분에 의한 분류가 이용된다.
기본적으로 화성암은 크게 알칼리 성분(K2O와 Na2O)과 실리카 성분의 함량에 따라서 준알칼리군과 알칼리군의 2종류로 분류된다. 준알칼리암이란 실리카 성분에 대해 포화된 암석을 지칭하며, 알칼리암은 전형적으로 실리카 성분이 불포화된 암석을 지칭한다.
준알칼리암은 다시 철성분이 풍부한 톨레아이트 계열과 철이 빈약한 칼크-알칼리군으로 나누어진다.
분포
지구상의 화성활동은 판(암석판)들의 운동과 연관되는 지역에 집중되어 나타난다.
해령 및 해팽의 정상부를 따라 나타나는 분기판의 경계에서는 현무암(흔히 톨레아이트 계열)이 단층과 열극으로부터 분출되어 베개 크기와 모양을 갖는 구상체인 베개구조를 형성한다. 현무암은 해양퇴적물이 퇴적되는 대양저의 주요구성물질로, 용암이나 암맥의 형태로 나타난다. 이러한 현무암의 하부에는 반려암과 섬록암이 층상(層狀)으로 나타나는데, 이들은 현무암질 마그마의 분화작용에 의해 형성된 조립질 심성암이다.
한편 이들 심성암층의 하부에는 초염기성암층이 놓인다. 수렴하는 판의 경계와 연관되어 나타나는 화성암은 매우 다양하다. 해양지각이 대륙판의 아래쪽으로 섭입하는 지역에서는 이들과 연관된 복합화산들이 형성되기도 한다. 이러한 복합화산들의 주요구성암은 안산암이지만 일부 젊은 열도에서는 현무암이 더 흔하게 나타나며, 오래된 화산지역에서는 유문암이 우세하게 나타나는 경향을 띤다. 한편 오래된 수렴경계부 지역에서는 복합화산들이 침식작용을 받으므로 지하 깊은 곳에 존재하던 화강암질의 심성암 저반이 노출되기도 한다.
이들은 주로 화강섬록암으로 구성되어 있지만 화강암과 반려암도 존재한다.