변성 작용
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
1. 개요
변성 작용은 고온과 고압의 환경에서 기존 암석의 광물 조성과 조직이 변화하는 현상이다. 이는 암석의 재결정, 상전이, 신규 결정 생성, 소성 변형 등의 과정을 통해 이루어지며, 변성 작용의 종류는 광역 변성 작용, 접촉 변성 작용, 충격 변성 작용 등으로 나뉜다. 변성 작용은 온도와 압력의 변화에 따라 진행되며, 변성상과 변성 등급을 통해 변성의 정도를 파악할 수 있다. 변성암은 기원암, 광물 조성, 엽리 정도에 따라 분류된다.
더 읽어볼만한 페이지
| 변성 작용 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 정의 | 기존 암석이 액체 마그마로 녹지 않고 광물이 변하는 것 |
| 영어 명칭 | metamorphism |
| 유형 | |
| 광역 변성 작용 | 넓은 지역에 걸쳐 발생 높은 온도와 압력 조건 |
| 접촉 변성 작용 | 마그마 관입 주변에서 발생 높은 온도, 낮은 압력 조건 |
| 변성 정도에 따른 암석 | |
| 저변성 | 녹색편암상 낮은 온도와 압력 |
| 중변성 | 각섬암상 중간 정도의 온도와 압력 |
2. 변성 작용의 종류
변성 작용은 발생 원인과 환경에 따라 여러 종류로 나뉜다.
- 광역 변성 작용: 넓은 범위에 걸쳐 일어나는 변성 작용으로, 주로 조산대(산맥이 형성되는 지역)에서 일어나는 동역학적 변성 작용과 퇴적 분지에서 암석이 깊이 묻히면서 발생하는 매몰 변성 작용이 있다.
- 접촉 변성 작용: 마그마가 주변 암석에 관입하면서 발생하는 열에 의해 암석이 재결정되는 작용이다. 혼펠스가 주로 생성되며, 화성암체 주변에 변성 정도가 다른 동심원 형태의 분포(변성 오레올)가 나타난다.
- 충격 변성 작용: 운석 충돌과 같이 급격한 압력 변화로 발생하며, Impact breccia|충격 각력암영어이나 Impactite|임팩타이트영어 등이 생성된다.
- 기타 변성 작용:
- 열수 변성 작용: 암석의 갈라진 틈에 열수나 가스가 들어가면서 생기는 국소적인 변성 작용이다.
- 동력 변성 작용: 암석이 물리적으로 파괴되면서 발생하는 변성 작용이다.
- 교대 작용: 변성 작용 과정에서 화학 물질의 이동이 일어나는 작용이다.
2. 1. 광역 변성 작용
'''광역 변성 작용'''(regional metamorphism영어)은 넓은 지역에 걸쳐 일어나는 변성 작용으로, 지구 내부의 광범위한 운동에 따라 기존 암석이 지하 깊은 곳에서 변성 작용을 받아 광역 변성암을 형성한다. 광역 변성 작용은 암석을 재결정시켜 편마암이 되고, 엽리면, 편마상 구조, 줄무늬 구조가 생긴다. 고온 저압형 변성암에서는 주로 편마상 구조나 줄무늬 구조가 형성되는 반면, 저온 고압형 변성암에서는 결정 편암으로 엽리면이 형성되는 경우가 많다.광역 변성 작용은 크게 조산 운동과 관련된 동역학적 변성 작용(조산대 변성 작용), 해양저 변성 작용, 그리고 매몰 변성 작용으로 분류된다.
- 동역학적 변성 작용은 대륙판이나 호끼리의 충돌, 해양판의 섭입 등 조산 운동에 의해 발생하며, 변성암 조직이 잘 나타난다.
- 해양저 변성 작용은 해령이나 대양저 아래의 지각과 상부 맨틀에서 발생하며, 원암은 마그마암이나 초염기성암이고 변성암 조직은 뚜렷하지 않다.
- 매몰 변성 작용은 두꺼운 퇴적암층 하부에서 속성 작용과 동역학적 변성 작용의 중간 형태로 나타나며, 원암의 퇴적 구조나 암석 조직이 남아 있거나 불완전한 재결정이 일어난다.
2. 1. 1. 동역학적 변성 작용 (조산대 변성 작용)
많은 지질학자들은 광역 변성 작용을 역학열 변성 작용과 사실상 같은 것으로 본다.[1] 이러한 변성 작용은 대륙판끼리 충돌하거나 대륙판과 섬 호가 충돌하는 수렴 경계에서 일어난다. 충돌 구역은 ''조산대''라고 불리는 산맥 형성 벨트가 된다. 조산대는 지구 지각이 두꺼워지는 것을 특징으로 하며, 이 과정에서 깊이 묻힌 지각 암석은 고온과 고압을 받으며 심하게 변형된다.[2][3] 이후 산이 침식되면서 조산대의 근원이 광범위한 변성암 노두로 노출되며,[4] 이는 산맥의 특징이다.
이러한 환경에서 만들어진 변성암은 잘 발달된 엽리를 보인다. 엽리는 변성 작용이 일어나는 동안 암석이 한 축을 따라 짧아질 때 발달한다. 이는 운모 및 녹니석군과 같은 판상 광물의 결정이 회전하여, 짧은 축이 단축 방향과 평행하게 되도록 한다. 그 결과 띠를 이루거나 엽리가 있는 암석이 생기며, 띠는 그것들을 형성한 광물의 색상을 나타낸다. 엽리암은 종종 벽개면이 발달한다. 점판암은 엽상 변성암의 한 예로, 셰일에서 기원하며, 얇은 판으로 분리할 수 있는 잘 발달된 벽개를 보인다.
발달하는 엽리의 유형은 변성 등급에 따라 달라진다. 이암에서 시작하여 온도 증가에 따라 점판암, 필라이트, 편암, 편마암 순서로 변한다. 점판암은 매우 낮은 등급의 변성 작용에서, 필라이트는 낮은 등급, 편암은 중간 등급, 편마암은 고등급 변성 작용에서 만들어진다.
사방에서 균일한 압력을 받거나 독특한 성장 습성을 가진 광물이 없는 암석은 엽리가 없다. 대리석은 판상 광물이 부족하여 일반적으로 엽리가 없으므로 조각 및 건축 자재로 사용된다.
충돌 조산 운동은 해양 지각의 섭입에 선행된다. 섭입대에서 맨틀을 향해 잠기는 섭입 슬래브 내의 조건은 쌍을 이루는 변성 벨트를 특징으로 하는 고유한 광역 변성 효과를 생성한다.
조지 바로의 스코틀랜드 고지대 광역 변성 작용에 대한 선구적인 연구는 일부 광역 변성 작용이 변성 등급이 증가하는 잘 정의되고 매핑 가능한 구역을 생성한다는 것을 보여주었다. 이러한 ''바로비안 변성 작용''은 세계에서 가장 잘 알려진 변성 작용 계열이다. 그러나 바로비안 변성 작용은 이질암(진흙 또는 실트암으로 형성)에 특이하며, 이질암에서도 유일하지 않다. 스코틀랜드 북동부의 다른 시퀀스는 바로비안보다 낮은 압력에서 발생한 ''부칸 변성 작용''을 정의한다.
2. 1. 2. 매몰 변성 작용
매몰 변성 작용은 암석이 침강 분지 내에서 지구 표면 아래 깊은 곳에 묻히면서 발생하는 변성작용이다.[1] 이 때 암석은 높은 온도와 위에 있는 암석층의 엄청난 무게로 인한 큰 압력을 받는다. 매몰 변성 작용은 일반적으로 저변성도의 변성암을 생성하는 경향이 있으며, 동역학적 열변성 작용의 특징인 변형과 습곡의 효과는 나타나지 않는다.[2]매몰 변성 작용에 의해 형성된 변성암의 예로는 북아메리카 중앙대륙 열곡계의 일부 암석(예: 수 석영암)[3]과 호주 해머즐리 분지의 암석이 있다.[4]
2. 2. 접촉 변성 작용
마그마의 관입에 의해 주변 암석이 가열되어 발생하는 변성 작용이다. 마그마와 접촉한 부분에서 변성 정도가 가장 높고, 멀어질수록 변성 정도가 낮아지는 변성 오레올(aureole)이 형성된다.[1] 접촉 변성 작용에 의해 형성된 대표적인 암석은 혼펠스가 있다.
접촉 변성 작용은 일반적으로 관입 화성암 주변에서 마그마가 더 차가운 모암으로 관입하여 발생한 온도 상승의 결과로 발생한다. 접촉 변성 작용의 영향이 나타나는 관입 주변 지역을 변성 오레올, 접촉 오레올 또는 간단히 오레올이라고 한다. 접촉 변성암은 일반적으로 혼펠스로 알려져 있다. 접촉 변성 작용에 의해 형성된 암석은 강한 변형의 징후를 보이지 않을 수 있으며, 종종 세립질이며 매우 질기다.
접촉 변성 작용은 관입에 인접할수록 크고 접촉으로부터 멀어질수록 사라진다. 오레올의 크기는 관입의 열, 크기, 그리고 벽암과의 온도 차이에 따라 달라진다. 다이크는 일반적으로 최소한의 변성 작용을 동반하는 작은 오레올을 가지며, 주변 암석으로 다이크 두께의 1~2배 이상 확장되지 않지만, 배소리트 주변의 오레올은 수 킬로미터까지 넓어질 수 있다.
오레올의 변성 등급은 오레올에서 형성되는 최고 변성 광물로 측정된다. 얕은 깊이의 오레올의 변성 등급은 형성 온도에 따라 증가하는 순서로 알바이트-녹렴석 혼펠스, 혼블렌드 혼펠스, 휘석 혼펠스 및 규선석 혼펠스이다.
관입암에서 나오는 마그마성 유체도 변성 반응에 참여할 수 있다. 마그마성 유체의 광범위한 첨가는 영향을 받는 암석의 화학적 조성을 상당히 변경할 수 있다. 이 경우 변성 작용은 변질 작용으로 발전한다. 관입된 암석이 탄산염이 풍부하면 그 결과는 스카른이다. 냉각되는 화강암을 떠나는 플루오린이 풍부한 마그마성 물은 종종 화강암과의 접촉 내부와 인접해 그라이젠을 형성할 수 있다. 변질 작용으로 변성된 오레올은 금속 광석 광물의 침전을 국소화할 수 있으므로 경제적 관심 대상이 된다.
한국에서는 중생대 화강암 관입과 관련된 접촉 변성 작용이 활발하게 일어났으며, 이로 인해 다양한 광상(스카른 등)이 형성되었다.
2. 3. 기타 변성 작용
이 외에도 암석의 갈라진 틈에 열수나 가스가 들어감으로써 생기는 국소적인 변성 작용인 열수 변성 작용, 암석의 물리적 파괴 등에 기인하는 동력 변성 작용, 변성 작용 중에 화학 물질의 전이가 일어나는 교대 작용 등이 있다.[1]2. 3. 1. 충격 변성 작용
'''충격 변성 작용'''(impact metamorphism)이란 운석이 낙하할 때 일어나는 순간적인 변성 작용으로, Impact breccia|충격 각력암영어이나 Impactite|임팩타이트영어 등을 형성한다.[1]충격 변성 작용은 운석과 같은 외계 물체가 지구 표면과 충돌할 때 발생한다. 충격 변성은 초고압 조건과 저온이 특징이며, 그 결과로 생성되는 광물(예: SiO2] 다형체인 코사이트와 스티쇼바이트)과 조직은 이러한 조건의 특징을 나타낸다.[2]
2. 3. 2. 열수 변성 작용
'''열수 변성 작용'''은 암석이 다양한 성분을 가진 뜨거운 물(열수)과 상호 작용하여 나타나는 현상이다. 기존 암석과 침투하는 물의 성분 차이는 일련의 변성 작용 및 메타소마작용 반응을 유발한다. 열수는 마그마에서 나오거나, 순환하는 지하수, 또는 바닷물일 수 있다.[4] 해저 현무암에서 뜨거운 물의 대류 순환은 해령 및 기타 해저 화산 지역에 인접한 광범위한 열수 변성 작용을 생성한다. 물은 결국 블랙 스모커로 알려진 해저의 통풍구를 통해 빠져나온다. 이러한 열수 변질 패턴은 귀금속 광석 매장지를 찾는 데 지침으로 사용된다. 열수 변성 작용은 암석의 갈라진 틈에 뜨거운 물이나 가스가 들어감으로써 생기는 국소적인 변성 작용이기도 하다.2. 3. 3. 동력 변성 작용
단층대와 같이 변형률이 높은 지역에서 일어나는 변성 작용이다.[1] 이러한 환경에서는 암석을 변형시키는 데 화학 반응보다 기계적 변형이 더 중요하다. 동력 변성 작용에 의해 생성된 조직은 광물 구성보다 더 중요하며, 암석에 존재하는 광물은 종종 화학적 평형 상태를 반영하지 않는다.[2]암석이 기계적으로 변형되는 세 가지 변형 메커니즘에는 광물 입자의 파괴와 회전을 통한 암석의 변형인 ''파쇄 작용'', 개별 광물 결정의 소성 변형, 그리고 확산 과정을 통한 개별 원자의 이동이 있다.[3] 동력 변성 작용대의 조직은 형성된 깊이에 따라 달라지며, 온도와 구속 압력이 우세한 변형 메커니즘을 결정한다.[4]
가장 얕은 깊이에서 단층대는 ''단층 점토''나 ''단층 각력암''과 같은 다양한 종류의 비고결 파쇄암으로 채워진다. 더 깊은 곳에서는 이들이 방해석이나 석영으로 시멘트된 더 큰 암석 조각을 가진 ''파쇄 각력암''과 같은 고결된 파쇄암으로 대체된다. 약 5km보다 깊은 곳에서는 높은 온도에서만 형성되는 부싯돌 매트릭스 내에 부서진 암석 조각으로 구성된 매우 단단한 암석인 ''파쇄암''이 나타난다. 온도가 300°C를 초과하는 훨씬 더 깊은 곳에서는 소성 변형이 시작되고 단층대는 미나이트로 구성된다. 미나이트는 대부분의 파쇄암에서 나타나지 않는 강한 엽리로 구별되며, 주변 암석과는 더 미세한 입자 크기로 구별된다.
파쇄암은 입자의 취성 파괴뿐만 아니라 소성 변형과 재결정 작용을 통해서도 형성되며, 이 과정에서 암석이 완전히 응집력을 잃지 않을 수 있다는 상당한 증거가 있다. 다른 광물은 다른 온도에서 연성이 되며, 석영이 먼저 연성이 된다. 다른 광물로 구성된 전단된 암석은 소성 변형과 취성 파괴를 동시에 나타낼 수 있다.
변형률 속도 또한 암석이 변형되는 방식에 영향을 미친다. 연성 변형은 중간 및 하부 지각에서 낮은 변형률 속도(10−14 sec−1 미만)에서 더 발생하기 쉽지만, 높은 변형률 속도는 취성 변형을 일으킬 수 있다. 가장 높은 변형률 속도에서는 암석이 너무 강하게 가열되어 잠시 녹아 ''유사 타킬라이트''라고 하는 유리질 암석을 형성할 수 있다. 유사 타킬라이트는 과립암과 같은 건조한 암석에 국한되는 것으로 보인다.
2. 3. 4. 교대 작용
교대 작용은 변성 작용 과정에서 화학 물질이 이동하는 작용이다.[1] 주로 암석의 갈라진 틈으로 열수나 가스가 들어오면서 발생하는 열수 변성 작용과 함께 일어난다.[1]3. 변성 작용의 조건: 온도와 압력
변성 작용은 주로 온도와 압력의 변화에 의해 발생한다. 온도와 압력 조건에 따라 광물의 안정 영역이 달라지며, 이에 따라 다양한 변성 광물 조합이 나타난다. 온도가 높아질수록 변성 작용의 속도가 빨라진다. 특히 고온에서의 재결정 작용은 '''승온기 변성 작용'''(prograde metamorphism)이라고 불린다.[1]
제임스 허턴은 1795년에 스코틀랜드 고지대의 일부 암석층이 원래 퇴적암이었으나 높은 열에 의해 변형되었다고 기록하며, 변성암 형성에 있어서 가열의 중요성을 처음으로 인식했다.[2] 또한 허턴은 압력이 변성 작용에 중요하다는 가설을 세웠고, 그의 친구인 제임스 홀 경은 분필을 대포 통으로 만든 임시 압력 용기에 밀봉하고 가열하는 실험을 통해 이를 증명했다.[3]
변성 작용은 일반적으로 100°C에서 200°C 사이의 온도에서 시작되며, 이는 속성 작용에 의한 변화를 제외한다. 변성 작용 조건의 상한선은 암석이 녹기 시작하는 온도인 암석의 고상선에 있으며, 이 시점에서 화성암 과정이 된다.[4] 고상선 온도는 암석의 조성, 압력, 물의 포화 여부에 따라 달라진다. 일반적인 고상선 온도는 수백 메가파스칼 (MPa)의 압력에서 습윤 화강암의 경우 약 650°C에서 대기압에서 습윤 현무암의 경우 약 1080°C까지 다양하다.
변성 작용 과정은 표면 근처의 압력(접촉 변성 작용의 경우)에서 16 킬로바 (1600 MPa) 이상의 압력까지 거의 모든 압력에서 발생할 수 있다.
온도와 압력은 변성 작용의 주요 물리적 조건이며, 변화에 따라 재결정이 일어나 원암의 광물 조성과 조직이 변화한다. 변성암 형성 시의 온도와 압력 추정 시에는 다형 광물이나 지질 온도계를 사용하면 좋다.
3. 1. 변성상
변성상(Metamorphic facies)은 변성 작용이 일어나는 동안 특정 온도 및 압력 범위에서 안정적으로 나타나는 핵심 광물들의 조합을 말한다. 이는 핀란드 지질학자 펜티 에스콜라가 1921년에 제시한 개념으로, 영국의 지질학자 조지 바로우가 제안한 지표 광물 기반의 변성대 분류 체계를 발전시킨 것이다.변성상은 모암의 종류, 광물 구성, 암석 조직 등은 고려하지 않지만, 일부 변성상은 매우 독특한 암석을 생성하기 때문에 변성상 이름이 암석 명칭으로 사용되기도 한다. 예를 들어 각섬암과 에클로자이트가 대표적이다. 다만, 영국 지질 조사소는 과립상으로 변성된 암석에 대해 '과립암'이라는 명칭을 사용하는 것을 권장하지 않으며, 대신 과립상암으로 분류하는 것을 제안한다.[2]
| 온도 | 압력 | 변성상 |
|---|---|---|
| 낮음 | 낮음 | 제올라이트 |
| 중간보다 낮음 | 중간보다 낮음 | 프레나이트-펌펠리아이트 |
| 중간 ~ 높음 | 낮음 | 혼펠스 |
| 낮음 ~ 중간 | 중간 ~ 높음 | 청색편암 |
| 중간 → 높음 | 중간 | 녹색편암→각섬암→과립암 |
| 중간 ~ 높음 | 높음 | 에클로자이트 |
변성 작용은 암석을 열역학적 평형 상태로 만들기 때문에, 주어진 암석 조성에서 가장 안정적인 광물 조합은 깁스 자유 에너지를 최소화하는 방향으로 결정된다.[4] 변성 반응은 원암의 총 깁스 자유 에너지를 낮추는 경우에만 진행되며, 재결정화, 상 변화, 새로운 결정화 등의 과정을 통해 에너지를 낮춘다.
3. 2. 변성 등급
'''변성 등급'''은 변성의 양 또는 정도를 나타내는 비공식적인 지표이다.조지 바로우가 스코틀랜드에서 점진적인 변성 작용의 구역에서 설명한 바로비안 시퀀스에서, 변성 등급은 펠리틱(셰일질, 알루미나질) 기원의 암석에서 핵심 광물의 출현을 기반으로 하는 광물 조합에 의해 분류된다.
저등급 ------------------- 중간 --------------------- 고등급
:녹색 편암 ------------- 각섬암 ----------------------- 알갱이 암
:점판암 --- 엽리암 ---------- 편암 ---------------------- 편마암 --- 혼성암
:녹니석 대
::::흑운모 대
:::::::석류석 대
::::::::::홍주석 대
:::::::::::::남정석 대
::::::::::::::::규선석 대
이 강도 또는 정도에 대한 보다 완전한 지표는 변성상의 개념에 의해 제공된다.
변성상(Metamorphic facies)은 변성 작용 동안 특정 온도 및 압력 범위에서 평형 상태에 있던 핵심 광물의 조합을 가진 인식 가능한 지형 또는 영역이다. 변성상은 해당 변성상 조건에서 현무암으로부터 형성된 변성암의 이름을 따서 명명되었다.[1]
특정 광물 조합은 해당 모암의 조성에 다소 의존하므로 (예를 들어) 대리암의 각섬암상은 펠라이트의 각섬암상과 동일하지 않다. 그러나 변성상은 가능한 광범위한 조성을 가진 변성암을 특정 변성상으로 할당할 수 있도록 정의된다. 변성상의 현재 정의는 1921년 핀란드 지질학자 펜티 에스콜라의 연구를 기반으로 하며, 후속 실험 연구를 통해 개선되었다. 에스콜라는 영국 지질학자 조지 바로우가 개척한 지표 광물을 기반으로 한 구역 체계를 활용했다.[2]
변성상은 일반적으로 모암, 광물 모드 또는 조직을 기반으로 변성암을 분류할 때는 고려하지 않는다. 그러나 몇몇 변성상은 매우 독특한 특성을 가진 암석을 생성하여 더 정확한 분류가 불가능할 때 변성상 이름이 암석에 사용된다. 주요 예는 각섬암과 에클로자이트이다. 영국 지질 조사소는 과립상상으로 변성된 암석에 대한 분류로 ''과립암''을 사용하는 것을 강력히 권장하지 않는다. 대신, 그러한 암석은 종종 과립상암으로 분류된다.[3] 그러나 이것이 보편적으로 받아들여지는 것은 아니다.[4]
| 온도 | 압력 | 변성상 |
|---|---|---|
| 낮음 | 낮음 | 제올라이트 |
| 중간보다 낮음 | 중간보다 낮음 | 프레나이트-펌펠리아이트 |
| 중간 ~ 높음 | 낮음 | 혼펠스 |
| 낮음 ~ 중간 | 중간 ~ 높음 | 청색편암 |
| 중간 → 높음 | 중간 | 녹색편암→각섬암→과립암 |
| 중간 ~ 높음 | 높음 | 에클로자이트 |
자세한 내용은 다이어그램 참조.
4. 변성 작용의 과정
변성 작용은 기존 암석이 높은 온도에서 물리적, 화학적으로 변형되는 과정을 거친다. 현대 지질학의 아버지로 불리는 스코틀랜드의 제임스 허턴은 가열이 변성암 형성에 중요하다고 처음 인식했다. 허턴은 1795년에 스코틀랜드 고지대의 일부 암석층이 원래 퇴적암이었으나 높은 열에 의해 변형되었다고 기록했다.[1]
허턴은 압력 또한 변성 작용에 중요하다는 가설을 세웠고, 그의 친구인 제임스 홀 경이 실험을 통해 이를 증명했다. 홀은 분필을 대포 통으로 만든 임시 압력 용기에 밀봉하고 가열하여 대리석과 매우 유사한 물질을 생성했다. 프랑스 지질학자들은 변질 작용을 변성 작용을 일으키는 과정에 추가했다. 그러나 변질 작용 없이도 변성 작용이 일어날 수 있으며, 낮은 압력에서도 일어날 수 있다.[2]
암석이 녹지 않고 변형될 수 있는 이유는 열이 원자 결합을 끊어 원자가 움직여 다른 원자와 새로운 결합을 형성하도록 하기 때문이다. 광물 입자 사이에 존재하는 기공 유체는 원자가 교환되는 중요한 매체이다.[3] 이러한 과정을 거치면서 기존 광물이 재결정되거나, 다른 결정 구조나 화학 조성을 가진 새로운 광물이 만들어진다(신결정화).[4]
변성 작용은 일반적으로 100°C에서 200°C 사이의 온도에서 시작되는 것으로 간주되며, 이는 속성 작용에 의한 변화를 제외한다. 변성 작용 조건의 상한선은 암석이 녹기 시작하는 온도인 암석의 고상선에 있으며, 이 시점에서 과정은 화성암 과정이 된다. 고상선 온도는 암석의 조성, 압력, 그리고 암석이 물로 포화되었는지 여부에 따라 달라진다. 일반적인 고상선 온도는 수백 메가파스칼 (MPa)의 압력에서 습윤 화강암의 경우 약 650°C에서 대기압에서 습윤 현무암의 경우 약 1080°C까지 다양하다. 미그마타이트는 이 상한에서 형성된 암석으로, 녹기 시작했지만 내화성 잔류물로부터 완전히 분리되지 않은 물질의 덩어리와 정맥을 포함한다.
변성 작용 과정은 표면 근처의 압력(접촉 변성 작용의 경우)에서 16 킬로바 (1600 MPa) 이상의 압력까지 거의 모든 압력에서 발생할 수 있다.
'''광역 변성 작용'''(regional metamorphism영어)은 지구 내부의 광범위한 운동에 따라 기존 암석이 지하 심부에서 받는 변성 작용으로, 광역 변성암을 형성시킨다. 광역 변성 작용은 암석을 재결정시켜 편마암이 되고, 엽리면, 편마상 구조, 줄무늬 구조가 생긴다. 고온 저압형 변성암에서는 주로 편마상 구조나 줄무늬 구조가 형성되는 반면, 저온 고압형 변성암에서는 결정 편암으로 엽리면이 형성되는 경우가 많다.
광역 변성 작용은 조산대 변성 작용, 해양저 변성 작용, 매몰 변성 작용으로 분류된다. 조산대 변성 작용은 조산 운동 (대륙판이나 호끼리의 충돌, 해양판의 섭입 등)에 의한 변성 작용으로, 변성암 조직이 잘 확인된다. 해양저 변성 작용은 해령이나 대양저 아래에서 지각과 상부 맨틀에서 발생한다. 여기서는 원암이 마그마암・초마그마암이며, 변성암 조직은 보이지 않는다. 매몰 변성 작용은 두꺼운 퇴적암층의 하부에서 일어나는 속성 작용과 조산대 변성 작용의 중간에 해당하는 작용으로, 원암의 퇴적 구조나 암석 조직이 남아 있거나, 불완전한 재결정 작용이 일어난다.
4. 1. 재결정 작용
변성 작용 과정에서 암석의 입자 크기와 배열이 바뀌는 것을 재결정 작용이라고 한다. 예를 들어, 석회암과 백악 같은 퇴적암에 있는 작은 방해석 결정은 대리석에서 더 큰 결정으로 변한다. 변성된 사암에서는 원래의 석영 모래 입자가 재결정화되어 매우 치밀한 석영암을 형성하는데, 여기서 종종 더 큰 석영 결정이 서로 맞물려 있다. 높은 온도와 압력은 모두 재결정 작용에 영향을 준다. 고온은 고체 결정 내의 원자와 이온이 이동하여 결정을 재배열할 수 있게 하고, 고압은 암석 내의 결정이 접점에서 용해(''압력 용해'')되고 공극 공간에 재침전되도록 한다.
재결정 작용 동안에는 광물의 화학적 조성은 변하지 않고, 결정의 크기와 형태만 변한다. 재결정 작용은 일반적으로 온도가 켈빈 척도로 광물의 녹는점의 절반 이상에 도달하면 시작된다.
압력 용해는 속성 작용(퇴적물을 퇴적암으로 만드는 과정) 중에 시작되지만 변성 작용의 초기 단계에서 완료된다. 사암의 경우, 변성 작용과 속성 작용의 경계선은 변형된 석영 입자가 새로운, 변형되지 않은 작은 석영 입자로 대체되기 시작하는 지점에 놓일 수 있으며, 이는 편광 현미경에서 박편으로 식별할 수 있는 ''모르타르 질감''을 생성한다. 변성 작용 등급이 증가함에 따라 추가적인 재결정 작용은 삼중 접합점에서 만나는 다각형 입자가 특징인 ''거품 질감''과 거친 불규칙 입자, 일부 더 큰 입자(반상 변정)가 특징인 ''반상 변정 질감''을 생성한다.
변성암은 일반적으로 그것이 형성된 원암보다 더 굵은 결정(조립질)을 갖는다. 결정 내부의 원자는 인접 원자의 안정적인 배열에 의해 둘러싸여 있다. 이는 결정 표면에서 부분적으로 누락되어 열역학적으로 불안정한 ''표면 에너지''를 생성한다. 더 굵은 결정으로의 재결정 작용은 표면적을 줄여 표면 에너지를 최소화한다.
입자 조대화는 변성 작용의 일반적인 결과이지만, 심하게 변형된 암석은 미세 입자 암석으로 재결정화하여 변형 에너지를 제거할 수 있으며 이를 ''변형암''이라고 한다. 석영, 탄산염 광물 또는 감람석이 풍부한 암석과 같은 특정 종류의 암석은 특히 변형암을 형성하기 쉽지만, 장석과 석류석은 변형 작용에 저항한다.
4. 2. 상전이
상 변태 변성 작용은 원래 암석(모암)의 광물과 화학식은 같지만, 결정 구조가 다른 새로운 광물을 생성하는 것이다. 이는 결정 내 원자들이 재배열되는 과정을 통해 일어난다.예를 들어, 남정석, 홍주석, 규선석은 모두 알루미늄 규산염(Al2SiO5) 광물로 화학 조성은 로 동일하다. 그러나 남정석은 지표면 조건에서 안정하지만, 대기압에서 약 190°C의 온도가 되면 홍주석으로 변한다. 홍주석은 다시 약 800°C의 온도에서 규선석으로 변환된다. 약 4 kbar (400 MPa) 이상의 압력에서는 남정석이 온도가 증가함에 따라 직접 규선석으로 변환되기도 한다. 방해석과 아라고나이트 사이에서도 비슷한 상 변태가 나타나는데, 방해석은 높은 압력과 비교적 낮은 온도에서 아라고나이트로 변환된다.
4. 3. 신규 결정 생성 (Neocrystallization)
신결정화(Neocrystallization)는 기존 광물과는 다른 새로운 광물이 생성되는 과정이다. 화학 반응을 통해 원암의 광물이 분해되고, 새로운 광물이 형성된다.[4] 이 과정에서 원암 내의 광물은 변성 작용이 일어나는 압력 및 온도 조건에서 더 안정적인 형태(화학 평형)로 변환된다.4. 4. 소성 변형
암석이 파괴되지 않고 형태가 변하는 과정을 소성 변형이라고 한다. 이는 높은 압력과 온도 조건에서 발생한다. 열은 암석 내 원자 결합을 끊어 원자가 움직여 새로운 결합을 형성하게 한다. 이때 광물 입자 사이에 존재하는 기공 유체는 원자가 교환되는 중요한 역할을 한다. 이러한 과정을 통해 기존 광물이 재결정되거나, 다른 결정 구조나 화학 조성을 가진 새로운 광물이 만들어지기도 한다(신결정화). 이러한 변환은 변성 작용이 일어나는 압력 및 온도 조건에서 원암 내의 광물을 더 안정적인 형태(화학 평형에 더 가까운)로 변환시킨다.5. 변성암의 분류
변성암은 암석 자체의 특성으로 기원암을 결정할 수 있는 경우, 기원암에 따라 분류된다. 예를 들어, 변성암을 검사한 결과 기원암이 현무암인 것으로 밝혀지면, 이를 변현무암이라고 묘사한다.[1] 기원암을 결정할 수 없는 경우에는 광물 조성이나 엽리의 정도에 따라 분류된다.[1]
6. 한국의 변성암
한국은 복잡한 지질 구조와 다양한 변성암 분포를 보인다. 선캄브리아 시대부터 중생대에 이르기까지 여러 차례의 변성 작용을 받았으며, 각 시대별 특징적인 변성암이 분포한다. 대표적인 변성암 분포 지역으로는 경기 육괴, 영남 육괴, 옥천 변성대 등이 있다. 이들 지역에서는 편마암, 편암, 대리암, 규암 등 다양한 종류의 변성암이 관찰된다. 특히, 옥천 변성대는 한반도 지체 구조 구에서 중요한 위치를 차지하며, 다양한 변성상과 변성 등급을 보이는 변성암이 분포한다.
참조
[1]
웹사이트
Contact and Regional Metamorphism
https://martincooney[...]
2024-03-26
[2]
서적
学術用語集 地学編
https://jglobal.jst.[...]
日本学術振興会
1984
[3]
서적
岩石学II - 岩石の性質と分類
共立出版
1975
[4]
서적
偏光顕微鏡と岩石鉱物 第2版
共立出版
1983
본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.
문의하기 : help@durumis.com