지구과학1 개념 정리 1-1-4 <변동대의 마그마 활동과 화성암> (2015 개정, 지엽 및 선지 포함)

 이번에는 마그마와 화성암에 대해서 다뤄 보겠다. 마그마란 지구 내부에서 지각, 맨틀 물질이 부분 용융된 규산염 용융체를 말한다. 이 마그마는 이산화 규소 (SiO2)의 함량에 따라서 52%보다 적은 것은 현무암질 마그마, 52%~63%는 안산암질 마그마, 63%보다 많은 것은 유문암질 마그마로 구분한다. 현무암질 마그마는 온도가 1000°C보다 높아 세 종류 중 가장 높고, 점성은 가장 작다. 따라서 화산이 분출할 때도 가장 조용히 분출하고 화산체 경사가 완만하다. 그 예로 용암 대지인 철원, 순상 화산인 한라산이 있다. 반대로 유문암질 마그마는 대륙 지각에 그 기원을 두고 있으므로 물과 이산화탄소 함량이 높아 가스도 많다. 온도는 800°C보다 낮아 세 종류 중 가장 낮고, 점성은 가장 커서 분출할 때 폭발적으로 분출한다. 따라서 화산체의 경사가 급하고 산방산이나 피나투보 화산과 같은 종상 화산이 나타난다. 안산암질 마그마는 현무암질 마그마와 유문암질 마그마의 중간 성격을 가지고 있고, 성층 화산이 나타난다. 마그마의 생성은 지하의 내부 온도만 높다고 이루어지는 것이 아니다. 일반적으로 지구 내부에서 온도와 압력이 올라가면 암석의 용융점도 함께 올라가므로 암석이 마그마가 되지 못한다. 마그마가 생성되는 환경은 크게 3가지가 있다. 온도 상승에 의한 대륙 지각의 용융으로 인한 마그마 생성, 맨틀 물질 상승에 의한 압력 감소로 인한 마그마 생성, 그리고 물의 공급에 따른 맨틀 용융 온도의 하강으로 인한 마그마 생성이다. 온도 상승에 의한 대륙 지각의 용융으로 인한 마그마 생성은, 물이 포함된 화강암은 압력이 높아질수록 오히려 용융점이 낮아져 지구 내부의 온도가 화강암의 용융점을 넘겨 생성되는 것이다. 이 과정은 베니오프대에서 생성된 현무암질 마그마가 상승하여 대륙 지각의 암석을 가열하고 녹여서 유문암질 마그마가 생성되는 과정이다. 맨틀 물질 상승에 의한 압력 감소로 인한 마그마 생성은 압력 감소로 맨틀 물질이 용융되어 마그마가 생성되는 것으로, 마그마의 생성 깊이가 40km보다 얕다. 이러한 과정은 해령과 열점에서 일어나고, 현무암질 마그마가 생성된다. 물의 공급에 따른 맨틀 용융 온도의 하강으로 인한 마그마 생성은 물의 공급으로 인해 맨틀의 용융 온도가 낮아지고 이에 따라 맨틀 물질이 용융되어 마그마가 생성되는 것이다. 이 경우는 마그마의 생성 깊이가 80km보다 깊다. 이러한 과정은 베니오프대에서 발생한다. 해양판이 대륙판 밑으로 섭입하면 온도와 압력이 상승하고, 해양 지각과 퇴적물의 함수 광물에서 물이 배출되어 맨틀의 용융점이 낮아지고 이에 따라 현무암질 마그마가 생성된다. 이 현무암질 마그마와 대륙 지각의 유문암질 마그마가 혼합되어 안산암질 마그마가 생성되고, 이것이 주로 분출하게 된다. 이것의 대표적인 예가 호상 열도인 일본 열도이다.


 마그마가 굳으면 어떻게 될까? 마그마가 지각 내부나 지표에서 냉각되어 만들어진 암석이 바로 화성암이다. 현무암질 마그마가 냉각된 것이 염기성암, 안산암질 마그마가 냉각된 것이 중성암, 유문암질 마그마가 냉각된 것이 산성암이다. 염기성암은 어두운색을 띠고, Ca, Fe, Mg를 많이 포함한다. 산성암은 상대적으로 밝은색을 띠고, Na, K, Si를 많이 포함한다. 밀도는 염기성암이 산성암보다 높다. 화성암은 냉각된 위치나 속도에 따라서 3가지로 분류되는데, 화산암, 반심성암, 심성암으로 나누어진다. 화산암은 마그마가 지표로 분출하여 빠르게 냉각된 것으로, 결정이 작거나 형성되지 못하고, 이를 세립질이나 유리질이라 한다. 반심성암은 마그마가 비교적 얕은 깊이까지 올라와 냉각된 것으로, 암상(가로 관입), 암맥(세로, 수직 관입)이 산출된다. 심성암은 마그마가 지하 깊은 곳에서 천천히 냉각된 것으로, 결정이 크고, 이를 조립질이라 한다. 염기성암 중 화산암은 현무암, 반심성암은 휘록암, 심성암은 반려암이라 한다. 중성암 중 화산암은 안산암, 반심성암은 섬록반암, 심성암은 섬록암이라 한다. 산성암 중 화산암은 유문암, 반심성암은 석영 반암, 심성암은 화강암이라 한다. 염기성암 중 큰 비중을 차지하는 조암 광물은 사장석, 휘석, 감람석이고, 산성암 중 큰 비중을 차지하는 조암 광물은 석영, 정장석, 사장석, 흑운모 등이다. 추가로 화산 가스에는 수증기가 가장 많고 이산화탄소, 이산화황 등으로 구성된다. 함수 광물에는 대표적으로 각섬석과 운모류가 있다. 



 마지막으로 한반도의 화성암 지형에 대해 알아보자. 한반도의 대략적인 화성암 분포를 보면 선캄브리아 시대는 변성암, 고생대는 퇴적암, 중생대는 화강암, 신생대는 현무암으로 주로 이루어져 있다. 특히 중생대의 화강암이 대부분을 이루고 있다. 화산암 지형은 백두산, 한탄강 일대, 제주도, 울릉도, 독도에 분포하고 주로 신생대에 현무암질 마그마가 분출한 것이다. 현무암질 마그마가 분출하여 현무암을 형성했고 이에 따라 주상 절리가 나타난다. 그 외에 제주 마라도에는 안산암, 변산반도에는 유문암이 소규모로 분포한다. 심성암 지형은 우리나라 전역에 분포한다. 형성 시기는 주로 중생대에 유문암질 마그마가 관입하여 화강암이 형성되었고, 이후에 풍화, 침식 작용을 거치고 융기하여 판상 절리가 나타난다. 대표적인 예로 설악산의 울산 바위, 북한산 인수봉이 있다. 그 외에 부산 황령산의 반려암, 경북 양북면 해안의 섬록암 등이 소규모로 분포한다.