사문암

"오늘의AI위키"는 AI 기술로 일관성 있고 체계적인 최신 지식을 제공하는 혁신 플랫폼입니다.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.

1. 개요
2. 생성 과정 및 광물학
- 2.1. 주요 구성 광물
- 2.2. 수소 생성
3. 열수 분출공과 머드 화산
- 3.1. 생명의 기원
4. 생태
5. 분포
6. 이용
7. 한국에서의 사문암
- 7.1. 분포 및 특징
- 7.2. 문제점
8. 문화적 참조
참조

1. 개요

사문암은 마그마성 또는 초염기성 암석이 사문암화 작용을 거쳐 형성되는 암석으로, 안티고라이트, 리자르다이트, 크리소타일 등의 광물을 주성분으로 한다. 뱀석화 작용을 통해 수소를 생성하며, 열수 분출공과 머드 화산 형성에 관여하고 생명의 기원과 관련이 있을 수 있다. 사문암은 토양에 칼슘이 부족하고 유독한 원소가 많아 생태계에 영향을 미치며, 건축, 예술, 이누이트 문화 등 다양한 분야에서 활용된다. 한국을 포함해 전 세계적으로 분포하며, 지질학적으로 취약하여 산사태 위험이 있고, 석면을 포함할 수 있다는 점이 문제로 지적되기도 한다.

더 읽어볼만한 페이지

변성암 - 영동군
영동군은 충청북도 남부에 위치하며, 소백산맥과 노령산맥이 만나는 지점으로 높은 산지를 이루고 있으며, 포도, 감 등의 특산물과 영동난계국악축제로 유명하다.
변성암 - 우라늄
우라늄은 은백색 금속 원소로, 핵분열을 일으키는 우라늄-235를 포함하며 핵무기 및 원자력 발전소 연료로 사용되고, 다양한 채굴 방법으로 채취되며 인간과 환경에 노출될 수 있다.

사문암
지도
일반 정보
광물 그룹	사문석
화학식	(Mg,Fe)3Si2O5(OH)4
색상	녹색, 검은색, 흰색, 황색
결정계	단사정계 또는 사방정계
모스 굳기계	2.5–4
광택	기름기 있거나 왁스 같음
비중	2.5–2.6
정의 및 특징
정의	감람석과 같은 초고철질암이 변성작용을 받아 생성된 암석
특징	미끄러운 질감, 뱀 껍질과 유사한 외형
구성 광물	주로 사문석과 약간의 자철광
생성 과정
생성 조건	물이 풍부한 환경 온도와 압력이 높은 환경 판의 충돌 또는 섭입대와 관련된 환경
변성 작용	감람암과 같은 초고철질암이 변성 작용을 받아 생성됨
산출 지역
주요 산출지	캘리포니아, 코니쉬, 멕시코 등
특정 지역	캘리포니아 디아블로 산맥
활용 및 의미
용도	장식용 돌 건축 자재
기타	캘리포니아주의 주암
어원
명칭 유래	뱀 껍질과 같은 외형에서 유래

2. 생성 과정 및 광물학

사문암은 마그마성 또는 초염기성 암석이 거의 완전히 사문암화 작용을 거쳐 형성된다.^[8] 사문암은 이산화탄소가 부족한 해수가 심해저 아래 깊은 곳에서 암석으로 압착되어 수화되는 마그마성 암석으로부터 형성된다. 이는 중앙 해령과 섭입대의 전호 맨틀에서 주로 발생한다.^[10]^[9]

사문암의 최종 광물 조성은 일반적으로 안티고라이트, 리자르다이트, 크리소타일(사문석 아족의 광물), 그리고 마그네타이트(Fe₃O₄)가 주를 이루며, 브루사이트(Mg(OH)₂)는 덜 흔하게 존재한다. 리자르다이트, 크리소타일, 안티고라이트는 모두 대략 화학식 Mg₃(Si₂O₅)(OH)₄ 또는 (Mg(2+), Fe(2+))₃Si₂O₅(OH)₄를 가지지만, 미량 성분과 형태가 다르다.^[10] 소량으로 존재하는 부성분 광물에는 아와루이트, 기타 자생 금속 광물 및 황화 광물이 포함된다.^[11]

사문암은 사문석 Mg₃Si₂O₅(OH)₄를 주된 구성 광물로 하는 초염기성암으로, 감람암 등이 물과 반응하여 사문암화 작용(혹은 사문석화 작용)을 받아 생성된다. 사문석화 작용은 주로 초염기성암류 중의 감람석에서 일어나며, 감람석과 물에서 사문석과 자철광이 생성되는 반응으로 나타낼 수 있다. 사문암화 작용의 정도는 암체에 따라 다양하며, 작용이 약한 것은 원암을 구성하는 광물이 많이 남아 있고, 작용이 강한 것은 거의 대부분이 사문석화되어 있다.

사문석화 작용의 예^[39]

: 2Mg₂SiO₄ + 3H₂O -> Mg₃Si₂O₅(OH)₄ + Mg(OH)₂

: 3Mg₂SiO₄ + SiO₂ + 4H₂O -> 2 Mg₃Si₂O₅(OH)₄

2. 1. 주요 구성 광물

사문암의 주요 구성 광물은 안티고라이트, 리자르다이트, 크리소타일(사문석 아족의 광물)과 마그네타이트(Fe₃O₄)이며, 브루사이트(Mg(OH)₂)는 덜 흔하게 존재한다.^[10] 리자르다이트, 크리소타일, 안티고라이트는 모두 대략 화학식 Mg₃(Si₂O₅)(OH)₄ 또는 (Mg(2+), Fe(2+))₃Si₂O₅(OH)₄를 가지지만, 미량 성분과 형태가 다르다.^[10]사문암화 작용 과정에서 생성되는 마그네타이트(Fe₃O₄)는 주요 광물 중 하나이다. 부성분 광물에는 아와루이트, 기타 자생 금속 광물 및 황화 광물이 소량 포함된다.^[11]

2. 2. 수소 생성

뱀석화 작용 과정에서 물이 작용하여 감람석의 철(Fe) 말단원인 철감람석(fayalite)이 자철석과 석영으로 변환되며, 이 과정에서 분자 수소(H₂)가 생성된다. 이 반응은 다음 반응식으로 나타낼 수 있다.

:3 Fe₂SiO₄ + 2 H₂O → 2 Fe₃O₄ + 3 SiO₂ + 2 H₂

이 반응은 수소 기체를 생성하는 쉬코르 반응과 매우 유사하다. 쉬코르 반응에서는 물의 양성자(H⁺)에 의해 Fe²⁺ 이온이 Fe³⁺ 이온으로 산화되며, 두 개의 H⁺이 H₂로 환원된다.

:3 Fe(OH)₂ → Fe₃O₄ + 2 H₂O + H₂

쉬코르 반응에서 H₂로 환원되는 두 개의 H⁺은 두 개의 OH⁻ 음이온에서 유래하며, 자철석 결정격자에 직접 포함되는 두 개의 산화물 음이온(O²⁻)으로 변환되는 반면, 과량의 물은 반응 부산물로 방출된다.

뱀석화 반응을 통해 생성된 수소는 지하 심부 환경에서 미생물 활동에 연료를 공급할 수 있어 중요하다.

3. 열수 분출공과 머드 화산

대양 중앙 해령 축 부근의 사문암에 위치한 심해 열수 분출공은 일반적으로 현무암에 위치한 검은 굴뚝과 비슷하지만 복잡한 탄화수소 분자를 방출한다. 대서양 중앙 해령의 레인보우(Rainbow) 분출지대는 이러한 열수 분출공의 한 예이다. 사문암화만으로는 이러한 열수 분출공에 필요한 열을 공급할 수 없으며, 대부분 마그마 작용에 의해 구동되어야 한다. 그러나 대서양 중앙 해령 축에서 벗어나 위치한 잃어버린 도시 열수 분출지대(Lost City Hydrothermal Field)는 사문암화의 열만으로 구동될 수 있다. 이 분출공은 검은 굴뚝과 달리 비교적 차가운 유체를 방출하며, 이 유체는 알칼리성이 매우 높고 마그네슘이 풍부하며 황화수소가 적다. 분출공은 매우 큰 굴뚝을 형성하며, 이는 탄산염 광물과 브루사이트로 구성되어 있다. 무성한 미생물 군집이 분출공과 관련되어 있다. 분출공 자체는 사문암으로 구성되어 있지 않지만, 약 200°C의 온도에서 형성된 것으로 추정되는 사문암에 위치하고 있다.^[13] 대양 중앙 해령의 셉시오라이트 퇴적물은 사문암에 의해 구동되는 열수 순환을 통해 형성되었을 수 있다.^[12] 그러나 지질학자들은 사문암화만으로 잃어버린 도시 분출지대의 열류량을 설명할 수 있는지에 대해 계속 논쟁하고 있다.^[13]

잃어버린 도시 열수 분출지대(Lost City Hydrothermal Field)의 흰색 탄산염 첨탑

마리아나 해구 섭입대의 전호에는 대규모 사문암 머드 화산이 존재하며, 이 화산은 하부의 사문암화된 전호 맨틀에서 단층을 통해 상승하는 사문암 진흙을 분출한다. 이러한 머드 화산에 대한 연구는 섭입 과정에 대한 통찰력을 제공하며, 화산에서 방출되는 높은 pH의 유체는 미생물 군집을 지원한다.^[14]^[9]

3. 1. 생명의 기원

사문암 열수 분출구는 지구상의 생명이 기원한 환경 후보지이다.^[14] 생명체의 기본적인 생화학 경로에 필수적인 아세틸-CoA를 합성하는 데 필요한 대부분의 화학 반응은 사문암화 과정에서 일어난다.^[17] 많은 효소를 활성화하는 황화물-금속 덩어리는 사문암화 과정에서 형성되는 황화 광물과 유사하다.^[18]

4. 생태

사문암 기반암 위의 토양층은 얇거나 아예 없는 경우가 많다. 사문암이 포함된 토양은 칼슘 및 기타 주요 식물 영양소가 부족하지만, 크롬과 니켈과 같이 식물에 유독한 원소는 풍부하다.^[19] ''Clarkia franciscana''와 특정 종의 마잔자나무(manzanita)와 같이 사문암 노두에서 서식하도록 적응된 식물 종도 있다. 그러나 사문암 노두는 드물고 고립되어 있어 식물 군집은 생태계 섬을 형성하며, 이러한 독특한 종들은 종종 멸종 위기에 처해 있다.^[20] 반면, 뉴칼레도니아의 사문암 노두에서 서식하도록 적응된 식물 군집은 이러한 환경에 적응하지 못하는 외래종의 확산에 저항한다.^[21]

사문암 토양은 지구상에 널리 분포되어 있으며, 부분적으로는 오피올라이트 및 기타 사문암 함유 암석의 분포를 반영한다.^[22] 발칸 반도, 터키, 키프로스 섬, 알프스 산맥, 쿠바, 그리고 뉴칼레도니아에 사문암 토양의 노두가 있다. 북미에서는 미국 동부의 애팔래치아 산맥 동쪽 사면과 오레곤 및 캘리포니아의 태평양 산맥에 소규모이지만 널리 분포된 지역에 사문암 토양이 존재한다.

작물에 따라 생육 장애를 일으킬 수 있는데, 뽕나무는 니켈(Ni)이 과잉될 수 있고,^[45] 귤은 몰리브덴(Mo) 결핍이 나타날 수 있다.^[46]

5. 분포

사문암은 전 세계적으로 널리 분포하며, 오피올라이트 및 기타 사문암 함유 암석의 분포를 반영한다.^[23]^[24] 주요 분포 지역으로는 발칸반도, 터키, 키프로스, 알프스산맥, 쿠바, 뉴칼레도니아, 북아메리카 (애팔래치아산맥 동쪽 사면, 오리건주, 캘리포니아주)와 대한민국 등이 있다.

주목할 만한 사문암 매장지로는 테트포드 마인즈(퀘벡주), 발할라 호수(뉴저지주), 질라 군(애리조나주), 리자드 복합체(콘월주 리자드 포인트) 등이 있다.^[23] 사문암을 포함하는 주목할 만한 오피올라이트에는 세마일 오피올라이트(오만), 트로오도스 오피올라이트(키프로스), 뉴펀들랜드 오피올라이트, 그리고 뉴기니의 주요 오피올라이트대가 있다.^[24]

6. 이용

크롬, 석면, 니켈 등 광물 자원을 포함하고 있는 경우가 많다. 따라서 시멘트의 재료나 석재로 사용되며, 광업 개발이 진행되는 경우도 있다. 일본에서는 2017년 4월, 정원석으로 사문암을 오랫동안 가공해 온 조경업자가 석면을 흡입한 것이 원인으로 보이는 폐암으로 산업재해를 인정받았다.^[43]

6. 1. 건축 및 예술

사문암은 모스 경도가 2.5~3.5로 낮아 쉽게 조각할 수 있다.^[25] 방해석 함량이 높은 사문암 등급과 녹색 대리석(사문암의 역암 형태)은 대리석과 같은 특성으로 인해 역사적으로 장식용 돌로 사용되어 왔다. 펜실베이니아 대학교의 컬리지 홀은 사문암으로 건설되었다. 아메리카 대륙과 접촉하기 전 유럽에서 인기 있는 원산지는 이탈리아의 산악 피에몬테 지역과 그리스 라리사였다.^[26]

사문암은 예술 공예에서 여러 가지 방법으로 사용된다. 예를 들어, 이 돌은 작센의 촐블리츠에서 수백 년 동안 가공되어 왔다.^[27]

6. 2. 이누이트 문화

이누이트와 북극 지역의 다른 원주민들은 조각된 그릇 모양의 사문암 쿨릭 또는 쿠들릭 등잔에 심지를 사용하여 기름이나 지방을 태워 난방, 조명, 요리에 사용했다.^[28] 이누이트는 도구를 만들었고, 최근에는 상업을 위해 동물 조각품을 만들었다.^[28]

이누이트 원로가 사문암으로 만든 의식용 기름 등잔인 쿨릭을 관리하는 모습.

6. 3. 기타 용도

알프스 지역에서는 다양한 녹렴석 활석 천매암이 발견되어, 주철 스토브 아래에 놓는 조각된 석재 받침대인 "오븐스톤"(Ofenstein^de)을 만드는 데 사용되었다.^[29]

사문암은 상당량의 결합수를 함유하고 있어, 탄성 충돌을 통해 중성자를 감속시키는 수소 원자를 많이 포함하고 있다.(중성자 열화) 이러한 특성 때문에 사문암은 일부 원자로 설계에서 강철 재킷 내부의 건식 충전재로 사용될 수 있다. 예를 들어, 체르노빌과 같은 RBMK형 원자로에서는 상부 방사선 차폐에 사용되어 작업자를 누출되는 중성자로부터 보호했다.^[30] 사문암은 또한 원자로 차폐에 사용되는 특수 콘크리트에 골재로 첨가되어 콘크리트 밀도(2.6 g/cm³)와 중성자 포획 단면적을 증가시킬 수 있다.^[31]^[32]

대기 중 이산화탄소 격리에 사문암이 사용될 수 있다.^[33] 반응 속도를 높이기 위해 사문암은 탄산화 반응기에서 고온에서 이산화탄소와 반응시키거나, 사문암 매장지에서 나온 알칼리성 광산 폐기물과 반응시키거나, 지하 사문암 지층에 직접 주입할 수도 있다.^[34] 사문암은 CO₂ 제거를 위한 전해전지와 함께 마그네슘 공급원으로 사용될 수 있다.^[35]

사문암은 크롬, 석면, 니켈 등 광물 자원을 포함하고 있는 경우가 많아 시멘트 재료나 석재로 사용되며, 광업 개발이 진행되는 경우도 있다. 일본에서는 2017년 4월, 정원석으로 사문암을 오랫동안 가공해 온 조경업자가 석면을 흡입한 것이 원인으로 보이는 폐암으로 산업재해를 인정받았다.^[43]

사문암 자체도 고토(苦土) 비료의 원료로 사용된다.^[44] 사문암질 토사나 사문암에서 유래한 점토를 많이 포함하는 지역에서는 마그네슘과 칼륨이 풍부한 토양이 형성된다. 예를 들어, 효고현(兵庫県) 야부시(養父市)에서는 야기가와(八木川)가 사문암을 깎아내리기 때문에, 야카정(八鹿町) 야기 지구(八木地区) 등에서는 일부 지역에서 사문암질 토양에서 재배한 쌀을 "사문암쌀(蛇紋岩米)"이라는 지역 브랜드로 상품화하고 있다.^[47]

7. 한국에서의 사문암

7. 1. 분포 및 특징

7. 2. 문제점

사문암은 지질학적으로 취약한 지질 단층이나 단층 구조를 따라 넓게 분포한다.^[40] 함수 광물이기 때문에 풍화 작용을 받기 쉽고, 부서지기 쉬운 성질이 있다. 따라서 사문암으로 형성된 지역은 산사태 지역이 되고,^[40] 토목 공사 시에는 어려운 공사가 된다.^[41] 특히, 사문암 지층을 관통하는 터널의 굴착 작업에는 특별한 주의가 필요하다.^[42] 암석의 표면은 몬모릴로나이트, 스멕타이트 등의 점토 광물을 포함하고 평활한 상태인 경우가 많으며, 단층과 같은 활동면에는 강한 거울과 같은 광택(거울면 반사)이 형성되는 경우도 있다. 등산에서는 추락 사고가 일어나기 쉽다(예를 들어 에치고 산맥의 다니가와다케나 지불산).

8. 문화적 참조

미국 캘리포니아주의 주 암석이며, 캘리포니아 주 의회는 사문암을 "공식 주 암석이자 암석 기호"로 지정했다.^[4] 2010년에는 사문암이 크리소타일 석면을 포함하고 있을 가능성이 있다는 이유로 주 암석으로서의 특별 지위를 박탈하는 법안이 제출되기도 하였다.^[36] 이 법안은 캘리포니아 지질학자들 일부의 반발에 부딪혔는데, 그들은 크리소타일이 먼지 형태로 공기 중에 확산되지 않는 한 위험하지 않다고 지적했다.^[37]

참조

_[1] 서적 A Natural History of California: Second Edition https://books.google[...] Univ of California Press 2017-07-11
_[2] 논문 The Serpentine-Group Minerals https://pubs.usgs.go[...] 2024-09-27
_[3] 웹사이트 serpentine https://www.merriam-[...] Merriam-Webster 2022-03-06
_[4] 웹사이트 CA Codes (Gov:420-429.8) https://web.archive.[...] 2009-12-24
_[5] 논문 Diapiric Structures in Diablo Range, California https://archives.dat[...] 1968
_[6] 논문 The geology of the lizard https://www.scienced[...] 1913
_[7] 논문 Mössbauer Study of Serpentine Minerals in the Ultramafic Body of Tehuitzingo, Southern Mexico https://link.springe[...] 2003
_[8] 서적 Introduction to Mineralogy and Petrology https://www.scienced[...] Elsevier Science 2022-11-20
_[9] 논문 Serpentinization-Driven H2 Production From Continental Break-Up to Mid-Ocean Ridge Spreading: Unexpected High Rates at the West Iberia Margin 2021
_[10] 서적 The Ecology of Areas with Serpentinized Rocks: A World View https://books.google[...] Springer Science & Business Media 2012-12-06
_[11] 논문 Serpentinization: a review 1976-04
_[12] 논문 Serpentinization of abyssal peridotites at mid-ocean ridges https://comptes-rend[...] 2003-09
_[13] 논문 Serpentinization and heat generation: constraints from Lost City and Rainbow hydrothermal systems 1 1Associate editor: J. C. Alt 2004-03
_[14] 논문 Serpentinite Mud Volcanism: Observations, Processes, and Implications 2012-01-15
_[15] 논문 First Investigation of the Microbiology of the Deepest Layer of Ocean Crust 2010-11-05
_[16] 뉴스 Life is found in deepest layer of Earth's crust https://www.newscien[...] 2021-12-03
_[17] 논문 On the origin of biochemistry at an alkaline hydrothermal vent 2007-10-29
_[18] 논문 Serpentinites, Hydrogen, and Life https://citeseerx.is[...] 2021-09-05
_[19] 웹사이트 CVO Website - Serpentine and serpentinite https://web.archive.[...] 2011-02-27
_[20] 웹사이트 Serpentinite https://www.nps.gov/[...] National Park Service 2021-09-03
_[21] 웹사이트 La flore de Nouvelle-Calédonie – Première partie http://www.futura-sc[...] 2013-01-30
_[22] 웹사이트 6 Serpentine Soil Distributions and Environmental Influences https://academic.oup[...] 2022-11-20
_[23] 서적 Mineralogy for amateurs. Van Nostrand 1964
_[24] 서적 Principles of igneous and metamorphic petrology Cambridge University Press 2009
_[25] 서적 Introduction to mineralogy Oxford University Press 2000
_[26] 서적 Conservation of building and decorative stone Elsevier Butterworth-Heinemann 1990
_[27] 서적 Sächsischer Serpentin: ein Stein und seine Verwendung Edition Leipzig 1996
_[28] 논문 Serpentinites and associated rock types near Hopedale, Nunatsiavut: Potential for artisanal carving-stone resources https://www.gov.nl.c[...] Newfoundland and Labrador Department of Natural Resources 2021-09-03
_[29] 간행물 Talcose-schist from Canton Valais http://www.rsc.org/d[...] 1897
_[30] 웹사이트 Design of structures, components, equipments and systems https://web.archive.[...] 2011-05-28
_[31] 컨퍼런스 Determination of shielding parameters for different types of concretes by Monte Carlo methods https://web.archive.[...] 2007-06-03
_[32] 논문 Evaluation of ilmenite serpentine concrete and ordinary concrete as nuclear reactor shielding
_[33] 논문 Dissolution of heat activated serpentine for CO₂ sequestration: The effect of silica precipitation at different temperature and pH values 2019-03
_[34] 논문 Serpentinite Carbonation for CO₂ Sequestration 2013-04-01
_[35] 논문 Electrolysis and heat pretreatment methods to promote CO₂ sequestration by mineral carbonation 2009-02
_[36] 뉴스 Geologists protest bill to remove state rock https://www.sfgate.c[...] 2010-07-16
_[37] 웹사이트 Facts about Serpentine Rock and Soil Containing Asbestos in California http://anrcatalog.uc[...] University of California Division of Agriculture and Natural Resources 2018-04-17
_[38] 웹사이트 日本地質学会公式サイト岩手県の「県の石」 http://www.geosociet[...]
_[39] 논문 蛇紋岩地すべりに対する鉱物学的一考察 1998
_[40] 논문 海道における地すべり地形の分布からみた地質分帯 1993
_[41] 논문 蛇紋岩の風化粘性土の強度特性 1995
_[42] 간행물 蛇紋岩地帯におけるトンネル支保構造の検討について https://thesis.ceri.[...]
_[43] 뉴스 造園業者石綿労災「蛇紋岩、知っていれば対策も」 https://mainichi.jp/[...] 毎日新聞 2017-12-26
_[44] 논문 蛇紋岩の水熱処理によるカオリナイトの合成 1991
_[45] 논문 蛇紋岩質土壌に生育する桑の異常障害に関する研究第1報異常症状および症状発生桑園土壌の化学性と桑の無機組成 1973
_[46] 논문 蛇紋岩地帯における温州ミカンの生育障害について(第2報) : ミカンのモリブデン欠乏 1962
_[47] 간행물 地域資源を活用した地域内活性化-地域金融機関の組織人としてすべきことは http://www.mba.u-hyo[...]

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