지구과학1 개념 3탄- 마그마의 생성과 화성암

화성암이란 마그마가 냉각되어 만들어진 암석이다. 

이 화성암은 산출 상태와 조직에 따라 분류할 수 있는데 화산암과 심성암으로 분류한다. 화산암은 마그마가 지표 부근이나 지표에서 빠르게 식어 굳은 것으로 냉각 속도가 빨라 결정이 작거나 생성되지 않는 세립질 조직이나 유리질 조직이다.  화산암 대표 지형으로는 주상 절리가 있고 주상 절리는 화산암인 만큼 용암의 급격한 냉각, 수축으로 인해 다각형 기둥으로 갈라진 것이다. 심성암은 화산암과 반대로 마그마가 지하 깊은 곳에서 냉각된 것으로 냉각 속도가 느려 결정 크기가 큰 조립질 조직으로 되어 있다. 심성암의 대표 지형으로는 판상 절리가 있고 판상 절리는 심성암이 융기하여 압력 감소로 인해 형성된 것이다. 이렇게 화성암을 크게 분류하였다면 더 세세하게 분류해 보자. 

화성암을 화학 성분에 따라서도 분류할 수 있다. 금속 원소 함량이 많아 밀도가 큰 염기성암(고철질암), 중성암(중성질암). 산성암(규장질암)이 있다. 염기성암일수록 SiO2 함량이 적으며 색이 어둡고 밀도가 크다. 화산암인 염기성암은 현무암, 중성암은 안산암, 산성암은 유문암이 있고 심성암인 염기성암은 반려암, 중성암은 섬록암, 산성암은 화강암이 있다. 하지만 아까 말했다시피 화학 성분에 따라 분류한 것이기에 반려암과 현무암, 섬록암과 안산암, 화강암과 유문암은 화학 성분이 비슷하다. 

그러면 우리나라의 화성암 지형에는 어떤 것이 있을까? 먼저 화산암 지형을 보면 주로 신생대 지형의 현무암으로 되어 있다. 백두산, 한탄강 일대, 독도, 울릉도, 제주도가 가장 대표적인 예이다. 심성암 지형은 주로 중생대 지형의 화강암으로 되어 있다. 심성암 지형이 존재하는 이유는 지하에서 형성된 후 위쪽이 침식되어 지표로 노출되었기 때문이다. 불암산, 북한산, 인왕산, 월출산, 금강산, 설악산, 오대산이 대표적인 예이다.



그러면 다음으로 마그마의 생성 원리에 대해 보겠다. 일반적으로 지구 내부 온도는 암석의 용융 온도에 도달하지 못해 대부분의 지구 내부에서는 마그마가 생성될 수가 없다. 그러면 도대체 어떻게 해서 마그마가 생성되는 것일까? 지구 내부에서 환경 변화가 일어나 지구 내부 온도가 암석의 용융 온도에 도달하면 마그마가 생성될 수 있다.

지하 온도 분포와 깊이에 다른 암석의 용융 곡선이라는 유명한 곡선이 있다. 그 곡선에서 물이 포함된 화강암의 용융 곡선을 보면 대륙 지각이 용융되어 유문암질 마그마를 형성하는 것을 설명할 수 있다.  이때 특이한 점은 물이 포함된 화강암의 용융 곡선이 깊이가 깊어질수록, 압력이 높아질수록 용융 온도가 낮아진다는 점이다. 압력이 높아질수록 용융 온도도 높아진다는 것이 일반적인 생각인데 여기에서는 다르다는 점을 꼭 주의해야 하고 그래프를 잘 보며 문제를 풀어내야 한다.

곡선에서 또 보여지는 것은 맨틀의 용융 곡선이다. 여기서도 주의할 점이 맨틀 용융 시 용융점이 낮은 물질만 용융되어 부분 용융 되고 이 부분 용융된 마그마는 화학 조성이 현무암질 마그마와 유사하나 절대 해양 지각의 용융 곡선이 아니라는 점이다. 맨틀의 용융임을 잘 기억해야 한다. 맨틀이 용융되는 환경 변화에는 두 가지가 있다. 첫 번째로는 압력 감소에 의해 용융되어 현무암질 마그마가 형성되는 경우이다. 해령과 열점에서는 맨틀 물질이 상승하여 압력이 감소하게 되는데 이때 맨틀이 부분 용융되는 것이다. 두 번째는 물의 공급에 의해 맨틀 용융점이 하강하는 경우이다. 해양판이 섭입하여 온도와 압력이 상승하면 해양 지각과 퇴적물의 함수 광물에 포함된 물이 빠져나오고 이 물의 영향으로 용융점이 낮아지는 것이다. 

베니오프대에서 섭입하며 물이 공급되면 물 공급에 의해 맨틀 용융점이 하강하고 현무암질 마그마가 생성된다. 이 현무암질 마그마가 상승하여 대륙 지각에 도달하게 되는데 이에 따라 대륙 지각의 온도가 상승하게 되고 용융되어 유문암질(화강암질)마그마가 형성된다. 현재 생성된 두 종류의 마그마, 현무암질 마그마와 유문암질 마그마가 섞이게 되면 중성암질인 안산암질 마그마가 형성되게 된다. 해양판과 해양판의 섭입 경계에서는 주로 현무암질 마그마나 안산암질 마그마가 분출하게 된다.