혼펠스
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1. 개요
혼펠스는 독일어 '뿔(Horn)'과 '절벽, 암석(Felsen)'에서 유래된 용어로, 고온에서 고체 상태로 재결정화 작용을 겪은 변성암의 일종이다. 혼펠스는 원암의 종류, 또는 혼펠스 형성 후 생성되는 광물 종류에 따라 분류되며, 이질 혼펠스, 사질 혼펠스, 결정질 석회암, 규암 등으로 구분된다. 혼펠스는 점토, 셰일, 점판암, 석회암, 고철질암 등 다양한 암석에서 기원하며, 흑운모, 규선석, 안달루사이트, 코디어라이트 등 특정 광물을 특징적으로 포함한다. 혼펠스 상은 변성 작용 조건에 따라 앨바이트-녹렴석, 각섬석, 휘석, 사니디나이트 상으로 구분되며, 각 상에 따라 다양한 광물이 생성된다. 혼펠스는 충격을 받으면 공명하는 음향적 특성을 갖기도 하며, 한국에서도 발견된다.
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| 혼펠스 | |
|---|---|
| 일반 정보 | |
| 종류 | 변성암 |
| 기원 | 접촉 변성 작용 |
| 구성 광물 | 규선석 근청석 석류석 십자석 규회석 흑운모 백운모 석영 장석 각섬석 휘석 감람석 스핀넬 철광석 |
| 조직 | 치밀하고 단단함 |
| 색상 | 어두운 색 (회색, 갈색, 검은색) |
| 생성 과정 | |
| 설명 | 마그마의 열에 의해 주변 암석이 변성되어 생성됨 |
| 변성 작용 종류 | 접촉 변성 작용 광역 변성 작용 (드물게) |
| 특징 | |
| 조직 | 치밀하고 괴상 |
| 경도 | 높음 |
| 입자 크기 | 미세 ~ 중간 |
| 특징적인 광물 | 안달루사이트, 규선석, 근청석, 십자석 등 |
| 용도 | 건축 자재, 장식용 돌 |
| 관련 용어 | |
| 다른 이름 | 혼펠스암 |
| 영어 이름 | Hornfels |
| 분포 | |
| 설명 | 화산 주변이나 심성암 관입 주변에서 흔히 발견됨 |
2. 어원
독일어 Horn(뿔)과 Felsen(절벽, 암석)에서 유래했다. "단단한 암석"이라는 의미로 보인다. 알렉상드르 브롱니아르가 1827년에 처음 사용했다고 일반적으로 알려져 있지만, 브롱니아르 본인에 따르면 명명자는 아브라함 고틀로프 베르너이다.
혼펠스는 매우 특징적인 구조를 갖는다. 광물은 결정 형태를 보이는 경우가 드물지만, 작은 입자들이 모자이크 조각처럼 밀착되어 있으며 대개 거의 같은 크기를 갖는다. 이는 거친 포장 작업과 유사하여 'pflaster'(플라스터) 또는 '포장 구조'라고 불린다. 각 광물은 다른 입자를 포함할 수 있는데, 예를 들어 석영에서는 소량의 흑연, 흑운모, 산화철, 규선석 또는 장석 결정이 다수 나타날 수 있다. 종종 모든 입자가 이런 방식으로 반투명해진다. 가장 미세한 결정은 결정 윤곽의 흔적을 보일 수 있으며, 의심할 여지 없이 이들은 새로운 형성이며 '제자리에서' 생성되었다. 이는 전체 암석이 고온에서 고체 상태로 재결정화되었고, 광물 분자가 개별적인 결정을 형성할 자유가 거의 없었음을 시사한다. 암석의 재생성은 대부분의 원래 구조를 지우고 이전의 광물을 새로운 광물로 대체하기에 충분했다. 그러나 결정화는 덩어리의 고체 상태로 인해 방해를 받았고, 새로운 광물은 형태가 없고 불순물을 제거할 수 없어 불순물을 둘러싸고 성장했다.[9]
혼펠스는 원암의 종류에 따라 분류되기도 하고, 혼펠스 형성 후 특징적으로 생성되는 광물 종류에 따라 분류되기도 한다.
3. 구조
4. 분류
4. 1. 원암에 따른 분류
원암에 따른 혼펠스의 분류는 다음과 같다.
원암이 석회암인 경우에는 결정질 석회암(대리암)이, 차트인 경우에는 규암이 된다.[9]
점토, 퇴적 셰일과 점판암은 흑운모(biotite) 혼펠스를 생성한다. 이 혼펠스의 가장 두드러진 광물은 흑운모 운모로, 현미경으로 보면 투명하고 암적갈색을 띠며 강한 이색성을 보인다. 석영과 상당량의 장석이 포함되어 있으며, 흑연, 전기석, 산화철이 소량으로 나타나기도 한다. 이러한 흑운모 혼펠스에서는 알루미늄 규산염으로 구성된 광물이 흔히 발견되는데, 보통 안달루사이트와 규선석이 나타나며, 특히 편암 성격을 가진 혼펠스에서는 남정석도 나타난다. 안달루사이트는 분홍색을 띨 수 있으며, 얇은 단면에서 종종 다색성을 나타내거나, 카이아스톨라이트의 특징인 십자형 암흑 포유물을 가진 흰색을 띨 수 있다. 규선석은 보통 석영에 박혀 있는 매우 작은 바늘 모양을 이룬다.[9]
이 그룹의 암석에서는 코디어라이트도 드물지 않게 나타나며, 편광에서 보면 6개의 부문으로 나뉘는 불완전한 육각형 기둥의 윤곽을 가질 수 있다. 흑운모 혼펠스에서는 희미한 줄무늬가 변하지 않은 암석의 원래 층리를 나타낼 수 있으며, 이는 퇴적된 퇴적물의 특성에 작은 변화에 해당한다. 더 흔하게는 육안으로 보이는 뚜렷한 반점이 있다. 반점은 둥글거나 타원형이며, 암석의 나머지 부분보다 더 밝거나 어두울 수 있다.[9] 어떤 경우에는 흑연 또는 탄질 물질이 풍부하고,[11] 다른 경우에는 갈색 운모로 가득 차 있으며, 일부 반점은 기질에서 발견되는 것보다 더 거친 석영 입자로 구성된다.
불순한 석회암의 열적 변성으로 생겨나는 석회 규산염 암석 규반암은 규반암의 두 번째 큰 그룹이다. 순수한 층은 재결정되어 대리암이 되지만, 원래 모래나 점토가 혼합된 곳에서는 다이옵사이드, 녹렴석, 가넷, 티탄석, 베수비아나이트, 사문석 등의 석회질 규산염이 형성된다. 이러한 암석에는 플로고파이트, 다양한 장석, 황철석, 석영, 활석이 흔히 포함된다. 이 암석들은 세립질이며, 종종 띠를 이루지만, 원래의 석회암보다 질기고 훨씬 단단하다. 광물학적 조성에 있어서 매우 다양하며, 얇은 층으로 흑운모 규반암 및 경화된 규암과 매우 자주 교차한다. 화강암에서 유래한 붕소 및 불소 증기가 스며들면 많은 액시나이트, 형석, 다톨라이트를 포함할 수 있지만, 알루미늄 규산염은 이러한 암석에는 존재하지 않는다.[9]
반심성암, 현무암, 안산암 및 기타 화성암으로부터 세 번째 유형의 혼펠스가 생성된다. 이들은 본질적으로 각섬석(일반적으로 갈색)과 옅은 휘석을 포함하는 장석으로 구성된다. 티탄석, 흑운모 및 철 산화물은 다른 일반적인 구성 성분이지만, 이 암석은 다양한 조성과 구조를 보인다. 화성암의 원래 반정질, 유동적, 기포성 또는 파편 구조는 혼펠스화의 덜 진행된 단계에서 뚜렷하게 보이지만, 변질이 진행됨에 따라 덜 분명해진다.[9]
4. 2. 생성 광물에 따른 분류
아이올라이트, 홍주석, 규선석 등은 혼펠스(특히 이질 혼펠스)에서 특징적으로 나타나는 광물이다. 이 광물들은 형성되는 온도 압력 조건이 정해져 있는 경우가 많아, 혼펠스 내에 어떤 광물이 형성되었는지에 따라 해당 혼펠스를 형성한 접촉 변성 작용의 온도 조건을 추정할 수 있다. 또한, 하나의 혼펠스 암체 내에서 열원이 된 마그마를 중심으로 누대 구조가 형성되기도 한다.
; 홍주석 혼펠스 (andalusite hornfels)
: 홍주석 결정을 포함하는 것이다.
; 아이올라이트 혼펠스 (cordierite hornfels)
: 암석 표면에 나타난 아이올라이트가 마치 꽃이 핀 것처럼 보여 "벚꽃석"이라는 이름의 장식석으로 사용되기도 한다. 벚꽃석 산지로는 교토부 교토시・가메오카시 (국가의 천연기념물 "히에다노의 아이올라이트 가상 결정"), 군마현 미도리시 등이 유명하다.
1984년, 이와테현 가미헤이군 미야모리촌 탓소베(현: 도노시 미야모리초 탓소베)의 토취 현장에서 혼펠스 재질의 초핑 툴가 발견되었다. 이 석재는 기타카미 산지에서 산출된다. 석기에 사용되는 혼펠스는 더욱 치밀한 석질을 가진다.
5. 조성
혼펠스는 열변성 작용으로 생성되는 변성암의 일종으로, 그 기원에 따라 이질암, 탄산염암, 고철질암(Mafic) 기원으로 나뉜다.
5. 1. 이질암 기원
점토, 퇴적 셰일과 점판암은 흑운모(biotite) 혼펠스를 생성하며, 이 혼펠스의 가장 두드러진 광물은 흑운모 운모로, 현미경으로 보면 투명하고 암적갈색을 띠며 강한 이색성을 보인다. 석영과 상당량의 장석이 포함되어 있으며, 흑연, 전기석, 산화철이 소량으로 나타나기도 한다. 이러한 흑운모 혼펠스에서는 알루미늄 규산염으로 구성된 광물이 흔히 발견되는데, 보통 안달루사이트와 규선석이 나타나며, 특히 편암 성격을 가진 혼펠스에서는 남정석도 나타난다. 안달루사이트는 분홍색을 띨 수 있으며, 얇은 단면에서 종종 다색성을 나타내거나, 카이아스톨라이트의 특징인 십자형 암흑 포유물을 가진 흰색을 띨 수 있다. 규선석은 보통 석영에 박혀 있는 매우 작은 바늘 모양을 이룬다.[9]이 그룹의 암석에서는 코디어라이트도 드물지 않게 나타나며, 편광에서 보면 6개의 부문으로 나뉘는 불완전한 육각형 기둥의 윤곽을 가질 수 있다. 흑운모 혼펠스에서는 희미한 줄무늬가 변하지 않은 암석의 원래 층리를 나타낼 수 있으며, 이는 퇴적된 퇴적물의 특성에 작은 변화에 해당한다. 더 흔하게는 육안으로 보이는 뚜렷한 반점이 있다. 반점은 둥글거나 타원형이며, 암석의 나머지 부분보다 더 밝거나 어두울 수 있다.[9] 어떤 경우에는 흑연 또는 탄질 물질이 풍부하고,[11] 다른 경우에는 갈색 운모로 가득 차 있으며, 일부 반점은 기질에서 발견되는 것보다 더 거친 석영 입자로 구성된다. 이러한 특징이 덜 변성된 점판암과 혼펠스에서 재현되는 빈도는 상당히 놀라운데, 특히 반점이 항상 동일한 특성이나 기원을 갖는 것은 아니라는 점이 확실하기 때문이다. 전기석 혼펠스는 전기석 화강암의 가장자리 근처에서 발견되기도 하며, 현미경으로 보면 짙은 갈색이고 풍부한 다색성을 띠는 작은 쇼를의 바늘로 검은색을 띤다. 전기석에는 붕소가 포함되어 있으므로, 화강암에서 퇴적물로 증기가 침투했을 것이다. 이 그룹의 암석은 종종 콘월 주석 채굴 지역, 특히 광맥 근처에서 발견된다.[9]
5. 2. 탄산염암 기원
불순한 석회암의 열적 변성으로 생겨나는 석회 규산염 암석 규반암이 있다. 순수한 층은 재결정되어 대리암이 되지만, 원래 모래나 점토가 혼합된 곳에서는 다이옵사이드, 녹렴석, 가넷, 티탄석, 베수비아나이트, 사문석 등이 형성된다. 이러한 암석에는 플로고파이트, 다양한 장석, 황철석, 석영, 활석이 흔히 포함된다. 이 암석들은 세립질이며, 종종 띠를 이루지만, 원래의 석회암보다 질기고 훨씬 단단하다. 광물학적 조성에 있어서 매우 다양하며, 얇은 층으로 흑운모 규반암 및 경화된 규암과 매우 자주 교차한다. 화강암에서 유래한 붕소 및 불소 증기가 스며들면 많은 액시나이트, 형석, 다톨라이트를 포함할 수 있지만, 알루미늄 규산염은 이러한 암석에는 존재하지 않는다.[9]5. 3. 고철질암(Mafic) 기원
반심성암, 현무암, 안산암 등 화성암으로부터 생성되는 세 번째 유형의 혼펠스는 각섬석(일반적으로 갈색)과 옅은 휘석을 포함하는 장석으로 구성된다. 티탄석, 흑운모, 철 산화물 등이 일반적인 구성 성분이지만, 이 암석은 다양한 조성과 구조를 보인다. 원래 암석 덩어리가 분해되어 정맥이나 공동에 방해석, 제올라이트, 녹니석 등 2차 광물을 포함하는 경우, 앞서 설명한 칼슘 규산염 혼펠스와 유사한 새로운 광물군을 포함하는 둥근 영역이나 불규칙한 줄무늬가 나타나기도 한다. 화성암의 원래 반정질, 유동적, 기포성, 파편 구조는 혼펠스화 초기 단계에서는 뚜렷하게 보이지만, 변질이 진행될수록 점차 희미해진다.[9]일부 지역에서는 전단 작용으로 편리암 구조를 얻은 혼펠스화된 암석이 나타나는데, 이는 혼펠스와 같은 광물을 포함하지만 혼펠스 구조 대신 편마암 구조를 갖는 편암과 편마암으로의 전환을 보여준다. 여기에는 코디어라이트와 규선석 편마암, 안달루사이트 및 남정석 운모 편암, 치폴린으로 알려진 편암성 방해석-규산염 암석 등이 있다. 이 암석들이 열적 변성을 겪은 퇴적암이라는 것은 일반적으로 인정되지만, 정확한 형성 조건은 항상 명확하지 않다. 혼펠스화는 (최소한 대규모로는) 용융 없이 열, 압력, 침투 증기의 작용으로 암석 덩어리를 재구성하는 과정이다. 그러나 화강암에서 주변 암석으로 물질이 유입되어 광범위한 화학적 변화가 일어난다는 주장도 제기되어 왔다. 혼펠스 내 새로운 장석 형성이 그 증거로 지적되기도 하지만, 이러한 장석화는 일부 지역에서만 나타나며 다른 지역에서는 뚜렷하지 않다. 현재 대부분의 학자들은 이러한 변화가 화학적 성질이 아닌 순전히 물리적인 성질에 의한 것으로 보고 있다.[9]
6. 변성상
혼펠스 상은 변성 작용의 압력-온도 공간에서 가장 낮은 압력과 저온에서 고온에 이르는 부분을 차지한다. 이는 앨바이트-녹렴석 혼펠스 상의 저온 영역, 각섬석 혼펠스 상의 중온 영역, 휘석 혼펠스 상의 고온 영역, 그리고 초고온 사니디나이트 영역으로 세분된다. 후자는 때때로 별도의 상으로 간주된다. 최대 압력은 약 2 kbar이고 온도는 앨바이트-녹렴석 혼펠스 상의 경우 약 300-500°C, 각섬석 혼펠스 상의 경우 500-650°C, 휘석 혼펠스 상의 경우 650-800°C, 사니디나이트 상의 경우 800°C 이상이다.[8][3]
각 상에 존재하는 실제 광물은 모암의 조성에 따라 달라진다.
| 모암 | 앨바이트-녹렴석 혼펠스 상 | 각섬석 혼펠스 상 | 휘석 혼펠스 상 | 사니디나이트 상 |
|---|---|---|---|---|
| 염기성 모암 | 소량의 방해석과 녹니석과 함께 앨바이트와 녹렴석 또는 조이사이트 | 각섬석, 사장석, 휘석 및 석류석 | 사방휘석, 단사휘석, 사장석, 특징적인 미량의 석류석 (모암의 조성에 따라 구별 불가)[8] | 사방휘석, 단사휘석, 사장석, 특징적인 미량의 석류석 (모암의 조성에 따라 구별 불가)[8] |
| 초염기성 모암 | 뱀장석, 활석, 투각섬석 및 녹니석 | 감람석, 사방휘석, 각섬석, 녹니석, 특징적인 소량의 알루미늄 스피넬과 자철석 | 감람석, 사방휘석, 단사휘석, 사장석 및 알루미늄 스피넬 | 알루미늄 스피넬의 소실 외에는 휘석 혼펠스 상과 동일[8] |
| 펠라이트 모암 | 석영, 사장석, 백운모, 녹니석 및 코디어라이트 | 석영, 사장석, 백운모, 흑운모, 코디어라이트 및 안달루사이트 | 석영, 사장석, 정장석, 안달루사이트, 규선석, 코디어라이트 및 사방휘석 | 석영, 사장석, 규선석, 코디어라이트, 사방휘석, 사파이린 및 알루미늄 스피넬[12][8] |
| 석회질 모암 | 방해석, 백운석, 석영, 투각섬석, 활석 및 감람석 | 방해석, 백운석, 석영, 투각섬석, 투휘석 및 감람석 | 방해석, 석영, 투휘석, 감람석 및 규회석 | 방해석, 석영, 투휘석, 감람석, 규회석, 몬티첼라이트 및 아커만나이트[8] |
7. 음향적 특성
혼펠스는 충격을 받으면 공명하는 능력을 가지고 있다. 마이클 텔린저(Michael Tellinger)는 이러한 돌들을 종처럼 울리는 능력 때문에 "링 스톤(ring-stones)"이라고도 불렀으며, 남아프리카 공화국에서 발견된다고 묘사했다.[13] 스키도우의 음악적 돌은 혼펠스로 만들어진 돌피리의 한 예시이다.[14]
참조
[1]
서적
An introduction to metamorphic petrology
Longman Scientific & Technical
1989
[2]
서적
Petrology : igneous, sedimentary, and metamorphic.
W.H. Freeman
1996
[3]
서적
Principles of igneous and metamorphic petrology
Cambridge University Press
2009
[4]
웹사이트
Holwick Scar & Low Force : Pamphlet
http://www.exploreno[...]
Explorenorthpennines.org.uk
2015-03-17
[5]
간행물
Durham Geodiversity Audit
Durham County Council
2004
[6]
서적
Introduction to mineralogy
Oxford University Press
2000
[7]
논문
Basic hornfels at a gabbro contact near Carlingford, Eire
1952-12
[8]
문서
Blatt and Tracy
[9]
문서
[10]
문서
Yardley
1989
[11]
논문
Graphitic hornfels dikes in the Ronda high-temperature peridotite massif.
https://pubs.geoscie[...]
2020-08-23
[12]
논문
Chemical data on a silica-poor argillaceous hornfels and its constituent minerals
1942-09
[13]
웹사이트
2014 Ancient Hidden Technology of the Annunaki (Fallen Angels)
https://www.youtube.[...]
see from 43 min.
2016-06-02
[14]
웹사이트
The Musical Stones of Skiddaw - Allerdale Borough Council
http://www.allerdale[...]
Allerdale.gov.uk
2015-03-17
[15]
웹사이트
デジタル大辞泉の解説
https://kotobank.jp/[...]
コトバンク
2018-03-11
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