석회암

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1. 개요

석회암은 방해석이나 아라고나이트 등의 광물로 구성된 퇴적암으로, 탄산칼슘(CaCO₃)이 주성분이다. 흰색이나 회색을 띠며, 유기물이나 철 성분에 따라 다양한 색상을 나타낸다. 석회암은 묽은 염산에 반응하여 거품을 내는 특징이 있다.

석회암은 해양 생물의 골격, 오이드, 펠로이드 등의 탄산염 입자로 구성되며, 생물 기원과 화학적 침전을 통해 형성된다. 석회암의 종류는 Folk 분류법과 Dunham 분류법으로 구분하며, 카르스트 지형을 형성하기도 한다. 석회암은 건축, 농업, 산업 등 다양한 분야에서 활용되며, 특히 건축 자재로 널리 사용된다.

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석회암
지도 정보
기본 정보
유형	퇴적암
구성 성분	탄산칼슘: 무기 결정질 방해석 또는 유기 석회질 물질
추가 구성 성분	백운석 (CaMg(CO3)2)
설명
구성	석회암은 주로 탄산칼슘 (CaCO3)으로 구성된 퇴적암이다.
기타	마그네슘 석회암이라고도 한다.
추가 정보 (일본어)
유형 (일본어)	퇴적암
주요 구성 (일본어)	방해석 (CaCO3)

2. 성질 및 특징

석회암은 탄산칼슘(CaCO₃)으로 구성된 퇴적암으로, 생성 원인에 따라 유기적 퇴적암과 화학적 퇴적암으로 나뉜다. 암석 대부분은 방해석으로 이루어져 있으며, 묽은 염산과 반응하여 이산화탄소를 발생시킨다. 유기적 석회암은 산호, 석회질 조류, 석회질 플랑크톤 등 탄산칼슘으로 껍질을 만드는 생물의 사체로 만들어지며, 화석이 많이 발견된다. 화학적 석회암은 탄산칼슘이 과포화된 환경에서 침전되어 형성된다.

크로아티아 신지 근처 디나르 알프스의 카르스트 지형에서 발견된 이 석회암 퇴적물은 에오세기에 형성되었다.

석회암은 흰색에서 회색을 띠는 경우가 많지만, 불순물에 따라 검은색, 노란색, 붉은색을 띠기도 한다. 조각하기 쉬워 건축 재료로 널리 사용되며, 폐가스 및 폐수 정화, 석회 제조, 철광석 제련 등에도 쓰인다.

석회암은 광물 조성은 비교적 단순하지만, 조직은 매우 다양하다. 대부분 탄산염 진흙 기질에 모래 크기의 입자가 포함된 형태로 나타난다. 석회암의 입자 종류와 진흙 함량에 따라 분류가 이루어진다. 주요 입자로는 해양 생물의 골격 파편, 오이드(ooid), 펠로이드(peloid), 석회암 파편 등이 있다.

줄터 케이(Joulter's Cay), 바하마의 해변에서 발견된 오이드(ooid)들

미국 유타주 남부의 중기 쥐라기 석회암 박편 사진. 둥근 입자는 오이드(ooid)이며, 가장 큰 것은 지름 이다. 이 석회암은 오스파라이트(oosparite)이다.

탄산염 진흙 기질은 미세한 탄산염 결정으로 구성되며, 이를 ''미크라이트(micrite)''라고 한다. 미크라이트가 재결정화되면 ''마이크로스파(microspar)''가 형성된다. 석회암에는 ''방해석 스파라이트(sparry calcite)'' 또는 ''스파라이트(sparite)''라고 불리는 더 큰 방해석 결정도 포함될 수 있다.

영국 도버의 백색 절벽(영국 남부, 상부 백악기 지층인 상부 백악기)의 백악

석회암은 묽은 염산에 쉽게 반응하는 특징이 있으며, 이를 통해 현장에서 쉽게 식별할 수 있다. 또한, 방해석, 석영, 돌로마이트, 중정석 결정이 암석 내 작은 공동에 줄지어 나타나기도 한다.

2. 1. 화학적 성분

석회암은 대부분 탄산칼슘(CaCO₃)의 서로 다른 결정 형태인 방해석과 아라고나이트라는 광물로 구성된다.^[6] 돌로마이트(CaMg(CO₃)₂)는 석회암에서 드물게 발견되는 광물이며, 시데라이트나 다른 탄산염 광물은 희귀하다. 그러나 석회암 내 방해석에는 종종 수 퍼센트의 마그네슘이 포함되어 있는데, 마그네슘 함량이 4%를 기준으로 고마그네슘 방해석과 저마그네슘 방해석으로 구분된다. 고마그네슘 방해석은 돌로마이트와는 구별되는 방해석 광물 구조를 유지한다. 아라고나이트에는 일반적으로 상당한 양의 마그네슘이 포함되어 있지 않다.^[6]

대부분의 석회암은 화학적으로 상당히 순수하며, 쇄설성 퇴적물(주로 미립의 석영과 점토 광물)이 조성의 5% 미만^[6]에서 10%^[6]를 차지한다. 유기물은 일반적으로 석회암의 약 0.2%를 차지하며, 1%를 넘는 경우는 드물다.^[6]

석회암에는 종종 처트 또는 규질 골격 파편(예: 해면의 규골, 규조류, 또는 방산충류) 형태로 다양한 양의 이산화규소가 포함되어 있다.^[6] 화석 또한 석회암에서 흔히 발견된다.^[6]

육안으로는 결정화되어 보이지 않지만, 미세한 수준에서는 결정구조가 존재한다. 현재 지구상에서 볼 수 있는 탄산칼슘의 결정구조는 육방정계의 방해석형과 사방정계의 아라고나이트형이 있다. 지상이나 지하 얕은 곳에서 결정화되면 방해석형이 되지만, 지하 깊은 곳의 고온고압 하에서 결정화되면 아라고나이트가 되며, 조개껍질 등 생물 활동에 의해 결정화된 경우에도 아라고나이트형이 되는 경우가 있다. 아라고나이트는 지상의 환경에서는 점차 방해석으로 변화(전이)하므로, 일반적인 석회암은 방해석형이다.

2. 2. 물리적 성질

석회암은 대부분 방해석과 아라고나이트라는 광물로 구성되어 있으며, 이들은 탄산칼슘(CaCO₃)의 서로 다른 결정 형태이다. 돌로마이트(CaMg(CO₃)₂)는 석회암에서 드물게 발견되며, 시데라이트나 다른 탄산염 광물은 희귀하다.^[6] 석회암 내 방해석에는 종종 수 퍼센트의 마그네슘이 포함되어 있다. 석회암 내 방해석은 마그네슘 함량이 낮은 방해석과 높은 방해석으로 나뉘는데, 경계선은 마그네슘 조성이 4%인 지점으로 정의된다. 고마그네슘 방해석은 돌로마이트와는 구별되는 방해석 광물 구조를 유지한다. 아라고나이트에는 일반적으로 상당한 양의 마그네슘이 포함되어 있지 않다.

대부분의 석회암은 화학적으로 상당히 순수하며, 쇄설성 퇴적물(주로 미립의 석영과 점토 광물)이 조성의 5% 미만에서 10%를 차지한다. 유기물은 일반적으로 석회암의 약 0.2%를 차지하며, 1%를 넘는 경우는 드물다. 석회암에는 종종 처트 또는 규질 골격 파편(예: 해면의 규골, 규조류, 방산충류) 형태로 다양한 양의 이산화규소가 포함되어 있다.

석회암은 일반적으로 흰색에서 회색을 띤다. 유기물이 특히 풍부한 석회암은 거의 검은색을 띠는 반면, 철이나 망간의 미량 원소는 석회암에 흰색에서 노란색 또는 붉은색을 띠게 한다. 석회암의 밀도는 기공률에 따라 달라지는데, 가장 조밀한 석회암의 경우 0.1%에서 백악의 경우 40%까지 다양하다. 따라서 밀도는 1.5~2.7 g/cm³의 범위를 갖는다. 비교적 무른 편이며(모스 경도 2~4) 조밀한 석회암의 경우 최대 180 MPa의 압축 강도를 가질 수 있다.^[6] 참고로 콘크리트의 압축 강도는 일반적으로 약 40 MPa이다.^[7]

석회암은 광물 조성의 변화가 거의 없지만, 조직에서는 큰 다양성을 보인다. 대부분의 석회암은 탄산염 진흙 기질에 모래 크기의 입자가 포함되어 있다.

석회암 노두는 현장에서 그 부드러움(방해석과 아라고나이트는 모두 모스 경도가 4 미만으로, 일반적인 규산염 광물보다 훨씬 낮음)과 묽은 염산 한 방울을 떨어뜨렸을 때 격렬하게 거품을 일으키는 성질로 인식된다. 돌로마이트 역시 부드럽지만 묽은 염산과는 약하게만 반응하며, 일반적으로 철의 존재로 인해 특징적인 탁한 황갈색으로 풍화된다. 불순물(예: 점토, 모래, 유기 잔류물, 산화철 및 기타 물질)은 특히 풍화작용된 표면에서 석회암이 다양한 색상을 나타내게 한다.

방해석, 석영, 돌로마이트 또는 중정석 결정이 암석의 작은 공동(''공동'')에 줄지어 있을 수 있다. 공동은 이차 공극의 한 형태로, 방해석의 용해도를 증가시키는 환경 변화에 의해 기존 석회암에 형성된다.

육안으로는 결정화되어 보이지 않지만, 미세한 수준에서는 결정구조가 존재한다. 지구상의 광물에서 볼 수 있는 탄산칼슘의 결정구조는 육방정계의 방해석형과 사방정계의 아라고나이트(霰石)형이 있다. 지상이나 지하 얕은 곳에서 결정화되면 방해석형이 되지만, 지하 깊은 곳의 고온고압 하에서 결정화되면 아라고나이트가 되며, 조개껍질 등 생물 활동에 의해 결정화된 경우에도 아라고나이트형이 되는 경우가 있다. 아라고나이트는 지상의 환경에서는 점차 방해석으로 변화(전이)하므로, 일반적인 석회암은 방해석형이다.

2. 3. 반응성

석회암은 대부분 방해석과 아라고나이트라는 광물로 구성되어 있으며, 이들은 탄산칼슘(CaCO₃)의 서로 다른 결정 형태이다.^[6] 돌로마이트(CaMg(CO₃)₂)는 석회암에서 드물게 발견되는 광물이며, 시데라이트나 다른 탄산염 광물은 희귀하다. 그러나 석회암 내 방해석에는 종종 수 퍼센트의 마그네슘이 포함되어 있다. 석회암 내 방해석은 마그네슘 함량이 낮은 방해석과 높은 방해석으로 나뉘는데, 경계선은 마그네슘 조성이 4%인 지점으로 정의된다. 고마그네슘 방해석은 돌로마이트와는 구별되는 방해석 광물 구조를 유지한다. 아라고나이트에는 일반적으로 상당한 양의 마그네슘이 포함되어 있지 않다.

석회암은 암석의 대부분이 방해석으로 되어있어 묽은 염산과 반응하면 이산화탄소를 발생시킨다. 석회암 노두는 현장에서 그 부드러움(방해석과 아라고나이트는 모두 모스 경도가 4 미만으로, 일반적인 규산염 광물보다 훨씬 낮음)과 묽은 염산 한 방울을 떨어뜨렸을 때 격렬하게 거품을 일으키는 성질로 인식된다. 돌로마이트 역시 부드럽지만 묽은 염산과는 약하게만 반응하며, 일반적으로 철의 존재로 인해 특징적인 탁한 황갈색으로 풍화된다.

육안으로는 결정화되어 보이지 않지만, 미세한 수준에서는 결정구조가 존재한다. 현재 지구상의 광물에서 볼 수 있는 탄산칼슘의 결정구조는 육방정계의 방해석형과 사방정계의 아라고나이트(霰石)형이 있다. 지상이나 지하 얕은 곳에서 결정화되면 방해석형이 되지만, 지하 깊은 곳의 고온고압 하에서 결정화되면 아라고나이트가 되며, 조개껍질 등 생물 활동에 의해 결정화된 경우에도 아라고나이트형이 되는 경우가 있다. 아라고나이트는 지상의 환경에서는 점차 방해석으로 변화(전이)하므로, 일반적인 석회암은 방해석형이다.

3. 생성 원인

석회암은 탄산칼슘(CaCO3)으로 구성되며, 생성 원인에 따라 유기적 퇴적암과 화학적 퇴적암으로 나뉜다. 암석의 대부분은 방해석으로 되어 있어 염산과 반응하면 이산화탄소를 발생시킨다. 유기적 석회암은 산호, 석회질 조류, 석회질 플랑크톤 따위의 생물 사체로부터 만들어지므로 화석이 많이 발견된다. 반면, 탄산칼슘이 과포화된 환경에서는 침전에 의해 석회암이 형성되기도 한다.^[16]

석회암은 녹아 있는 칼슘을 포함한 물에서 방해석 또는 아라고나이트가 침전될 때 형성되는데, 이는 생물학적 과정과 비생물학적 과정 모두를 통해 일어날 수 있다. 탄산칼슘()의 용해도는 물에 녹아 있는 이산화탄소()의 양에 따라 크게 좌우된다. 이는 다음 반응으로 요약된다.

::

온도가 상승하거나 압력이 감소하면 녹아 있는 의 양이 줄어들고 가 침전되는 경향이 있다. 염분이 감소하면 의 용해도도 감소하는데, 담수와 해수를 비교하면 수십 배에 달한다.^[16]

지구 해양의 표층수는 로 6배 이상 과포화되어 있다.^[16] 이러한 물에서 가 빠르게 침전되지 않는 이유는 녹아 있는 마그네슘 이온이 방해석 결정의 핵 생성(핵형성)을 방해하기 때문일 가능성이 높다. 아라고나이트의 침전은 물에 자연적으로 존재하는 유기 인산염의 존재에 의해 억제될 수 있다.^[17]

탄산염 진흙의 기원^[17]과 그것이 미크라이트^[18]로 전환되는 과정은 여전히 연구 대상이다. 현대의 탄산염 진흙은 대부분 길이가 약 5µm인 아라고나이트 바늘로 구성되어 있다. 이러한 모양과 구성의 바늘은 ''펜니실러스''와 같은 석회질 조류에 의해 생성될 수 있다. 또 다른 가능성은 물에서의 직접 침전이다. "백화(whitings)"라고 알려진 현상은 얕은 물에서 발생하는데, 이때 분산된 미크라이트를 포함한 흰색 줄무늬가 수면에 나타난다. 이것이 새로 침전된 아라고나이트인지, 아니면 단순히 바닥에서 휘저어 올라온 물질인지는 불확실하지만, 백화 현상은 대발생하는 시아노박테리아 또는 미세조류의 일부로 아라고나이트의 생물학적 침전에 의해 발생한다는 증거가 있다.^[17]

석회암 형성은 지구 역사의 마지막 5억 4천만 년인 판데로조익세 전반에 걸쳐 생물학적 과정에 의해 지배되어 왔을 가능성이 높다. 석회암은 5억 4천만 년 전 이전의 선캄브리아기에 미생물에 의해 퇴적되었을 수도 있지만, 무기적 과정이 더 중요했을 가능성이 높다.^[17]

물에서 탄산칼슘 자체가 화학적으로 침전된 석회암은 일반적으로 화석을 포함하지 않는다. 석회분을 많이 함유한 온천수나 석회암 지대의 온천에서 침전물로 생성되는 경우가 많다(석회화, 트라베르틴). 세계유산으로 등재된 터키의 히에라폴리스-파묵칼레의 석회붕이 유명하며, 일본에는 시라오네 온천 등이 있다. 석회동굴 내부의 동굴 생성물도 이에 해당한다.

3. 1. 생물 기원

석회암은 탄산칼슘으로 구성되어 있으며, 생성 원인에 따라 유기적 퇴적암과 화학적 퇴적암으로 나뉜다. 유기적 석회암은 탄산칼슘으로 껍질을 만드는 산호, 석회질 조류, 석회질 플랑크톤 등 생물들의 사체가 쌓여 만들어진다. 따라서 유기적 석회암에서는 화석이 많이 발견된다.

석회암 입자의 대부분은 산호나 유공충 같은 해양 생물의 골격 파편이다.^[8] 이 생물들은 아라고나이트나 방해석으로 이루어진 구조물을 분비하며, 죽은 후에는 이 구조물들이 남아 석회암을 형성한다.

석회암 형성은 팬데로조익세 (지구 역사의 마지막 5억 4천만 년) 동안 주로 생물학적 과정에 의해 일어났다. 선캄브리아기에도 미생물에 의해 석회암이 퇴적되었을 수 있지만, 무기적 과정이 더 중요했을 것으로 보인다. 대부분의 석회암은 암초 근처 생물의 활동으로 형성되지만, 암초 형성에 관여하는 생물은 지질 시대에 따라 변화했다. 예를 들어, 스트로마톨라이트는 고대 석회암에서 발견되는 돔 모양 구조로, 시아노박테리아 군집이 탄산염 퇴적물을 축적해 만들어졌지만, 젊은 석회암에서는 드물다.^[9] 생물들은 골격의 일부로 직접 석회암을 침전시키거나, 광합성을 통해 물에서 이산화탄소를 제거하여 간접적으로 석회암을 침전시키기도 한다.

석회암은 다른 퇴적암과 같은 다양한 퇴적 구조를 보이지만, 엽층리와 같은 미세 구조는 생물의 굴착 활동(생흔화작용)에 의해 파괴되기도 한다. 석회암은 곡선형 조개껍데기가 오목한 면이 아래로 향한 채 가라앉을 때 형성되는 ''지질 구조''와 같은 독특한 특징도 보인다.

주로 열대에서 아열대의 비교적 얕은 해역에서 탄산칼슘을 주성분으로 하는 생물의 뼈, 조개껍데기 등이 퇴적되어 만들어진다.^[79]

3. 1. 1. 주요 유기체

석회암을 구성하는 주요 유기체는 산호, 유공충, 연체동물, 석회 조류 등이다. 이들은 탄산칼슘으로 껍질이나 골격을 만들고, 죽은 후에는 그 잔해가 쌓여 석회암을 형성한다.^[79]

석회암을 구성하는 주요 유기체의 골격 구성
골격 종류	주요 유기체
저마그네슘 방해석	팔족류, 플랑크톤성 유공충, 코코리스
고마그네슘 방해석	저서성 유공충, 극피동물, 석회 조류
아라고나이트	연체동물, 석회질 녹조류, 스트로마토포로이드, 산호, 관벌레

이러한 골격 입자의 구성은 생성 환경을 반영한다. 예를 들어, 산호 입자는 강한 해류와 난류가 있는 고에너지 환경에서, 태형동물 입자는 잔잔한 저에너지 환경에서 더 많이 발견된다.

오이드(ooid)는 탄산칼슘이 침전되어 형성되는 둥근 입자로, 바하마와 같은 고에너지 환경에서 주로 발견된다. 오올라이트(oolite)는 오이드가 주성분인 석회암을 말한다. 펠로이드(peloid)는 미세한 탄산염 입자로, 해양 생물의 배설물이나 조류의 활동으로 생성된다.

시아노박테리아인 ''Hyella balani''는 석회암을 뚫고 들어갈 수 있으며, 녹조류인 ''Eugamantia sacculata''와 균류인 ''Ostracolaba implexa''도 마찬가지이다.^[25]

유기적 암초는 얕은 수심의 저위도 지역에서 형성되며, 시대에 따라 다양한 생물이 암초 형성에 관여했다. 캄브리아기 초기에는 아르케오시아티드가, 후기에는 해면동물이 주를 이루었으며, 이후 스트로마토포로이드, 산호, 조류, 태형동물, 루디스트 등이 암초를 형성했다. 데본기 중기에는 암초 면적이 최대에 달했으며, 주로 스트로마토포로이드와 판상산호로 구성되었다.

고생대 오르도비스기, 석탄기~페름기, 중생대 백악기에는 해양 생물 기원의 석회암이 대량으로 생성되었다. 알프스산맥, 히말라야산맥, 극동 아시아 지역의 석회암은 테티스해에서 생성된 것이며, 영국의 도버 해협에 보이는 백악도 해양 미생물 기원의 석회암이다. 산호초에서는 지금도 석회암이 생성되고 있다.

3. 2. 화학적 침전

석회암은 물에 녹아 있는 칼슘을 포함한 물에서 방해석 또는 아라고나이트가 침전될 때 형성될 수 있는데, 이는 비생물학적 과정을 통해서도 일어날 수 있다. 탄산칼슘(CaCO3)의 용해도는 물에 녹아 있는 이산화탄소(CO2)의 양에 따라 크게 좌우된다.

::CaCO3 + H2O + CO2 → Ca2+ + 2HCO3-

온도가 상승하거나 압력이 감소하면 녹아 있는 CO2의 양이 줄어들고 CaCO3가 침전되는 경향이 있다. 염분이 감소하면 CaCO3의 용해도도 감소하는데, 담수와 해수를 비교하면 수십 배에 달한다.^[16]

석회암은 화학적 침전으로도 생성될 수 있다. 석회암은 다량의 이산화탄소를 포함하고 있기 때문에, 지구상의 석회암이 모두 열분해한다고 가정할 경우, 기온이 300도 상승한다고 알려져 있다.^[78]

3. 2. 1. 주요 환경

석회암은 탄산칼슘으로 구성되어 있으며, 생성 원인에 따라 유기적 퇴적암과 화학적 퇴적암으로 나눌 수 있다. 암석의 대부분은 방해석으로 되어 있어 염산과 반응하면 이산화탄소를 발생시킨다. 유기적 석회암은 산호, 석회질 조류, 석회질 플랑크톤과 같이 탄산칼슘으로 몸의 껍질을 만드는 생물들의 사체로 만들어지기 때문에 화석이 많이 발견된다. 반면, 탄산칼슘이 과포화된 환경에서는 침전에 의해 석회암이 형성되기도 한다.^[16]

석회암은 녹아 있는 칼슘을 포함한 물에서 방해석 또는 아라고나이트가 침전될 때 형성된다. 이는 생물학적 과정과 비생물학적 과정 모두를 통해 일어날 수 있다. 탄산칼슘(CaCO3)의 용해도는 물에 녹아 있는 이산화탄소(CO2)의 양에 따라 크게 달라진다. 온도 상승이나 압력 감소는 녹아 있는 CO2의 양을 줄여 CaCO3 침전을 유도한다. 염분이 감소해도 CaCO3의 용해도가 감소한다.^[17]

지구 해양 표층수는 CaCO3로 6배 이상 과포화되어 있다.^[16] 하지만 녹아 있는 마그네슘 이온이 방해석 결정의 핵 생성(핵형성)을 방해하여 빠른 침전을 막는다. 아라고나이트 침전은 유기 인산염에 의해 억제될 수 있다. 피복구는 순수하게 무기적 과정을 통해 형성될 가능성이 높지만, 해양에서 CaCO3 침전의 대부분은 생물 활동의 결과이다.^[17]

탄산염 진흙의 기원^[17]과 미크라이트^[18]로의 전환 과정은 연구 대상이다. 현대 탄산염 진흙은 대부분 5 µm 길이의 아라고나이트 바늘로 구성되어 있으며, 이는 ''펜니실러스''와 같은 석회질 조류에 의해 생성될 수 있다. 또 다른 가능성은 물에서의 직접 침전이다. 얕은 물에서 발생하는 "백화(whitings)" 현상은 분산된 미크라이트를 포함한 흰색 줄무늬가 수면에 나타나는 현상이다. 이것이 새로 침전된 아라고나이트인지, 바닥에서 휘저어진 물질인지는 불확실하지만, 대발생하는 시아노박테리아 또는 미세조류에 의한 아라고나이트의 생물학적 침전으로 발생한다는 증거가 있다.^[17]

석회암 형성은 지구 역사의 마지막 5억 4천만 년인 판데로조익세 동안 생물학적 과정에 의해 지배되었을 가능성이 높다. 선캄브리아기에는 미생물에 의한 퇴적도 있었지만, 무기적 과정이 더 중요했을 가능성이 있다.^[17]

물에서 탄산칼슘 자체가 화학적으로 침전된 석회암은 일반적으로 화석을 포함하지 않는다. 석회분을 많이 함유한 온천수나 석회암 지대의 온천에서 침전물로 생성되는 경우가 많다(석회화, 트라베르틴). 세계유산으로 등재된 터키의 히에라폴리스-파묵칼레의 석회붕이 유명하며, 일본에는 시라오네 온천 등이 있다. 석회동굴 내부의 동굴 생성물도 이에 해당한다.

4. 분류

석회암 입자 대부분은 산호나 유공충 같은 해양 생물의 골격 파편이다.^[1] 이 생물들은 아라고나이트나 방해석으로 이루어진 구조물을 분비하고, 죽으면 이 구조물들이 남는다. 석회암을 구성하는 다른 탄산염 입자로는 오이드(ooid), 펠로이드(peloid), 자중쇄설물(intraclasts)과 외래쇄설물(extraclasts)이 있다.^[2]

골격 입자의 구성은 그것을 생성한 생물과 생성 환경을 반영하며,^[3] 특정 지질 시대와 환경을 반영하기도 한다. 예를 들어, 산호 입자는 고에너지 환경(강한 해류와 난류가 특징)에서 더 흔한 반면, 브리오조아(bryozoan) 입자는 저에너지 환경(잔잔한 물이 특징)에서 더 흔하다.^[4]

오이드(ooid)(오올리스(ooliths)라고도 함)는 석영 입자 또는 탄산염 광물 파편 주위에 방해석이나 아라고나이트의 한 층 이상이 있는 모래 크기의 입자(직경 2mm 미만)이다. 탄산 칼슘이 오이드에 직접 침전되어 형성될 가능성이 높다. 피솔리스(Pisoliths)는 오이드와 유사하지만 직경이 2mm보다 크고 모양이 더 불규칙하다. 오이드로 주로 구성된 석회암을 ''오올라이트(oolite)''(오올리틱 석회암)이라고 한다. 오올라이트(oolite)는 바하마 플랫폼과 같은 고에너지 환경에서 형성되며, 강한 해류에서 퇴적과 관련된 교차층리 및 기타 특징을 보인다.^[5]^[6]

온콜리스(Oncoliths)는 오이드와 유사하지만 층상이 아닌 방사형 내부 구조를 보이며, 이는 정상적인 해양 환경에서 조류에 의해 형성되었음을 나타낸다.^[7]

펠로이드(Peloids)는 다양한 과정으로 생성된 미세 결정질 탄산염의 무구조 입자이다.^[8] 많은 펠로이드가 해양 생물의 배설물 펠릿으로 여겨진다. 다른 펠로이드는 내생성(boring) 조류^[9], 다른 미생물,^[10] 또는 연체동물 껍질의 분해를 통해 생성될 수 있다.^[11] 석회암 시료에서 박편을 제외하고는 보기 어렵고 고대 석회암에서는 덜 흔하며, 탄산염 퇴적물의 다짐으로 인해 파괴되기 때문일 수 있다.^[12]

석회암 파편은 기존 석회암 또는 부분적으로 굳기된 탄산염 퇴적물의 파편이다. 자중쇄설물(Intraclasts)은 퇴적된 곳 가까이에서 유래한 석회암 파편인 반면, 외래쇄설물(Extraclasts)은 퇴적 지역 외부에서 유래한다. 자중쇄설물에는 유기물이나 광물 시멘트로 서로 결합된 펠로이드의 군집인 ''그래프스톤(grapestone)''이 포함된다. 외래쇄설물은 드물고 일반적으로 다른 쇄설성 퇴적물과 함께 나타나며, 구조적으로 활동적인 지역이나 탁류의 일부로 퇴적되었음을 나타낸다.^[13]

탄산염암 종류를 구분하는 데는 주로 Folk 분류법과 Dunham 분류법 두 가지가 사용된다.

4. 1. Folk 분류법

로버트 L. 포크는 탄산염암의 입자와 그 사이를 채우는 물질(기질)의 세부 구성에 초점을 맞춘 분류 체계를 개발했다.^[12] 이 체계는 알로켐(입자), 기질(주로 미크라이트), 교결물(스파라이트)의 세 가지 주요 구성 요소를 기반으로 한다. 포크 분류법은 두 부분으로 된 이름을 사용하는데, 첫 번째는 입자를, 두 번째는 교결물을 나타낸다. 예를 들어, 주로 둥근 알갱이로 구성되고 결정질 기질을 가진 석회암은 우스파라이트라고 한다. 편광 현미경을 사용하면 포크 체계를 적용할 때 각 구성 요소를 더 쉽게 확인할 수 있다.^[13]

4. 1. 1. 주요 구성 요소

석회암을 구성하는 대부분의 입자는 산호나 유공충과 같은 해양 생물의 골격 파편이다.^[1] 이러한 생물들은 아라고나이트 또는 방해석으로 이루어진 구조물을 분비하며, 죽으면 이 구조물들이 남는다. 석회암을 구성하는 다른 탄산염 입자로는 오이드(ooid), 펠로이드(peloid), 그리고 석회암 파편(자중쇄설물(intraclasts)과 외래쇄설물(extraclasts))이 있다.^[2]

골격 입자의 구성은 그것을 생성한 생물과 생성된 환경을 반영한다.^[3] 골격 입자는 특정 지질 시대와 환경을 반영하기도 한다. 예를 들어, 산호 입자는 고에너지 환경(강한 해류와 난류가 특징)에서 더 흔한 반면, 브리오조아(bryozoan) 입자는 저에너지 환경(잔잔한 물이 특징)에서 더 흔하다.^[4]

다음은 다양한 생물에 따른 골격 입자 구성이다.

생물	골격 입자 구성
관절 팔족류(brachiopod), 플랑크톤성(부유성) 유공충, 코코리스(coccolith)	저마그네슘 방해석
저서성(저서성) 유공충, 극피동물, 석회 조류	고마그네슘 방해석
연체동물, 석회질 녹조류, 스트로마토포로이드(stromatoporoid), 산호, 관벌레	아라고나이트

오이드(ooid)(때로는 오올리스(ooliths)라고 함)는 석영 입자 또는 탄산염 광물 파편 주위에 방해석이나 아라고나이트의 한 층 이상이 있는 모래 크기의 입자(직경 2mm 미만)이다. 이것은 탄산 칼슘이 오이드에 직접 침전되어 형성될 가능성이 높다. 피솔리스(Pisoliths)는 오이드와 유사하지만 직경이 2mm보다 크고 모양이 더 불규칙한 경향이 있다. 대부분 오이드로 구성된 석회암을 ''오올라이트(oolite)'' 또는 때로는 ''오올리틱 석회암''이라고 한다. 오올라이트(oolite)는 바하마 플랫폼과 같은 고에너지 환경에서 형성되며, 일반적으로 강한 해류에서 퇴적과 관련된 교차층리 및 기타 특징을 보인다.^[5]^[6]

''온콜리스(Oncoliths)''는 오이드와 유사하지만 층상이 아닌 방사형 내부 구조를 보이며, 이는 정상적인 해양 환경에서 조류에 의해 형성되었음을 나타낸다.^[7]

펠로이드(Peloids)는 다양한 과정에 의해 생성된 미세 결정질 탄산염의 무구조 입자이다.^[8] 많은 펠로이드가 해양 생물에 의해 생성된 배설물 펠릿으로 여겨진다. 다른 펠로이드는 내생성(boring) 조류^[9] 또는 다른 미생물^[10] 또는 연체동물 껍질의 분해를 통해 생성될 수 있다.^[11] 석회암 시료에서 박편을 제외하고는 보기 어렵고 고대 석회암에서는 덜 흔하며, 그 이유는 탄산염 퇴적물의 다짐으로 인해 파괴되기 때문일 수 있다.^[12]

석회암 파편은 기존 석회암 또는 부분적으로 굳기된 탄산염 퇴적물의 파편이다. 자중쇄설물(Intraclasts)은 석회암에 퇴적된 곳 가까이에서 유래한 석회암 파편인 반면, 외래쇄설물(Extraclasts)은 퇴적 지역 외부에서 유래한다. 자중쇄설물에는 유기물이나 광물 시멘트로 서로 결합된 펠로이드의 군집인 ''그래프스톤(grapestone)''이 포함된다. 외래쇄설물은 드물고 일반적으로 다른 쇄설성 퇴적물과 함께 나타나며, 구조적으로 활동적인 지역에서 또는 탁류의 일부로 퇴적되었음을 나타낸다.^[13]

대부분의 석회암 알갱이는 탄산염 진흙(mud) 기질에 박혀 있다. 이것은 일반적으로 고대 탄산염암에서 가장 큰 부분을 차지한다.^[14] 길이가 5µm 미만인 개별 결정으로 구성된 진흙은 ''미크라이트(micrite)''로 설명된다.^[15] 신선한 탄산염 진흙에서 미크라이트(micrite)는 대부분 작은 아라고나이트 바늘로 구성되며, 이는 바닷물에서 직접 침전될 수도 있고,^[16] 조류에 의해 분비될 수도 있으며,^[17] 고에너지 환경에서 탄산염 알갱이가 마모되어 생성될 수도 있다.^[18] 이것은 퇴적 후 수백만 년 이내에 방해석으로 변환된다. 미크라이트(micrite)의 추가적인 재결정은 지름이 에서 인 ''마이크로스파(microspar)''를 생성한다.^[19]

석회암에는 종종 크기가 0.02mm 에서 0.1mm인 더 큰 방해석 결정이 포함되어 있으며, 이는 ''방해석 스파라이트(sparry calcite)'' 또는 ''스파라이트(sparite)''로 설명된다. 스파라이트(sparite)는 20µm을 초과하는 입자 크기와 손 렌즈나 박편에서 흰색 또는 투명한 결정으로 두드러지기 때문에 미크라이트(micrite)와 구별된다. 스파라이트(sparite)는 내부 구조가 없고 특징적인 결정 모양을 가지고 있기 때문에 탄산염 알갱이와 구별된다.^[20]

지질학자들은 시멘트로 퇴적된 스파라이트(sparite)와 미크라이트(micrite) 또는 탄산염 알갱이의 재결정으로 형성된 스파라이트(sparite)를 구분하는 데 주의한다. 스파라이트(sparite) 시멘트는 입자 사이의 공극 공간에 퇴적되었을 가능성이 높으며, 이는 탄산염 진흙을 제거한 고에너지 퇴적 환경을 시사한다. 재결정된 스파라이트(sparite)는 퇴적 환경의 진단 기준이 아니다.^[21]

4. 2. Dunham 분류법

석회암으로 통칭되는 탄산염암의 종류를 구분하는 데는 주로 폴크(Folk) 체계와 던험 분류법 두 가지가 사용된다. 로버트 J. 던험(Robert J. Dunham)은 1962년 석회암에 대한 그의 분류 체계를 발표했다.

4. 2. 1. 주요 분류 기준

로버트 J. 던험(Robert J. Dunham)은 1962년 석회암에 대한 분류 체계를 발표했다. 이 체계는 탄산염암의 퇴적 구조에 초점을 맞춘다.^[14] 던험은 입자의 상대적 비율에 따라 암석을 네 가지 주요 그룹으로 나누었다. 이는 입자가 원래 서로 접촉하여 자체적으로 지지되었는지 여부, 또는 암석이 골격 형성자와 조류 매트의 존재를 특징으로 하는지 여부와 같은 기준에 근거한다. 폴크(Folk) 체계와 달리, 던험 체계는 암석의 원래 공극률을 고려한다. 던험 체계는 시료의 입자 크기가 아닌 조직에 기반하기 때문에 육안 관찰 시료에 더 유용하다.^[14]

라이트(Wright)는 1992년 개정된 분류 체계를 제안했다. 이는 분류 체계에 몇 가지 속성 변화 패턴을 추가했다.^[15]

5. 분포 및 지형

석회암은 비교적 풍화되기 어렵기 때문에, 히말라야 산맥의 에베레스트 산 정상이나 알프스 산맥의 아이거와 같이 높은 봉우리나 큰 산을 이루는 경우가 많다.

석회암의 주성분인 탄산칼슘은 빗물에 용해되는 성질이 있어, 돌리네, 종유동과 같은 카르스트 지형을 형성한다. 풍화에는 강하지만 용식에는 약해, 중국 계림처럼 특이한 지형을 만들기도 한다.

남서제도의 오키나에라부섬, 키카이섬, 이라부섬 등은 융기산호초|융기 산호초^일본어 섬으로, 현재도 섬 주변에서 다량의 조초 산호가 석회암을 생성하며 섬 자체가 성장하고 있다. 이러한 섬들은 대부분 석회암으로 이루어져 있으며, 도버 해협의 백악에도 석회암이 분포하는 것으로 알려져 있다.

이러한 산의 암벽이나 카르스트 지형에서는 히메후우로와 같이 석회암 지대에 특유한 식물을 볼 수 있는데, 이를 석회암 식물, 또는 석회암 친화 식물이라 부르며, 그 성질을 석회암 친화성이라고 한다. 동물 중에서는 달팽이와 같은 육산패류가 석회질을 껍데기 형성에 필요로 하므로, 석회암 지대에서 특히 많이 번성하며 독특한 종이 발견되기도 한다.

5. 1. 세계적 분포

퇴적암의 약 20~25%는 탄산염암이며, 그 대부분은 석회암이다.^[20] 석회암은 27억 년 전의 퇴적층에서도 발견된다.^[21] 지질 기록에서 탄산염암의 조성은 시간적으로 불균일하게 분포되어 있는데, 현대 탄산염의 약 95%는 고마그네슘 방해석과 아라고나이트로 구성된다.^[21] 탄산염 진흙 속의 아라고나이트 바늘은 수백만 년 안에 저마그네슘 방해석으로 변환되는데, 이는 탄산칼슘의 가장 안정적인 형태이기 때문이다.^[21] 선캄브리아기와 고생대의 고대 탄산염층에는 풍부한 돌로마이트가 포함되어 있지만, 중생대와 신생대의 탄산염층에서는 석회암이 주를 이룬다. 현대 돌로마이트는 매우 드물다. 현대 해양은 아라고나이트 침전을 선호하는 반면, 고생대와 신생대 중후기의 해양은 방해석 침전을 선호했다는 증거가 있는데, 이는 당시 해수의 Mg/Ca 비율이 더 낮았음을 시사할 수 있다.^[21] 이러한 마그네슘 고갈은 더 빠른 해저 확장의 결과일 수 있으며, 이는 해수에서 마그네슘을 제거한다. 현대 해양과 중생대의 해양은 "아라고나이트 해"로 묘사되어 왔다.^[21]

석회암은 퇴적·침전된 원래 장소에 산출되는 원지성(原地性)의 것과, 생성된 암석이 운반되어 이차적으로 퇴적된 비원지성(非原地性)의 것이 있다. 세계적으로는 비원지성의 것이 많지만, 일본의 석회암 산지는 대부분 원지성이다.

5. 1. 1. 주요 석회암 지대

대부분의 석회암은 대륙붕이나 플랫폼과 같은 얕은 해양 환경에서 형성되었다.^[22] 이러한 환경은 해양 분지의 약 5%만을 차지하지만, 석회암은 대륙 사면과 심해 환경에서는 거의 보존되지 않는다. 퇴적에 가장 좋은 환경은 따뜻한 물로, 유기 생산성이 높고 용존 이산화탄소 농도가 낮아 탄산칼슘의 포화도가 증가하는 곳이다. 현대 석회암 퇴적물은 거의 항상 실리카가 풍부한 퇴적물이 매우 적은 지역에 있으며, 이는 대부분의 석회암의 상대적 순도에 반영된다.^[22] 쇄설성 퇴적암과 달리, 석회암은 거의 전적으로 퇴적 장소에서 또는 그 근처에서 기원한 퇴적물로부터 생성된다.^[22]

석회암 지층은 두께가 급격하게 변하는 경향이 있다. 석회암 지층의 큰 융기 형태는 고대 암초로 해석되는데, 이는 지질 기록에 나타날 때 ''바이오허름(bioherms)''이라고 불린다. 많은 암초들이 화석이 풍부하지만, 현대 암초에서 볼 수 있는 것과 같은 연결된 유기적 골격 구조가 없는 경우가 많다. 화석 잔해는 풍부한 진흙 기질에 박혀 있는 별개의 파편으로 존재한다. 많은 퇴적 작용은 조간대 또는 초조간대에서 발생한 흔적을 보여주는데, 이는 퇴적물이 선반이나 플랫폼에서 사용 가능한 숙영 공간을 빠르게 채운다는 것을 시사한다.^[22] 퇴적은 또한 선반과 플랫폼의 바다쪽 가장자리에서도 선호되는데, 이곳에는 유기 생산성을 증가시키는 영양염이 풍부한 심해수가 용승하기 때문이다. 여기에는 암초가 흔하지만, 암초가 없는 경우에는 대신 오이드 사구가 발견된다. 더 고운 퇴적물은 해안 가까이에 퇴적된다.^[22]

심해 석회암이 부족한 이유는 부분적으로 해양 지각의 빠른 섭입 때문이지만, 더 큰 원인은 깊이에서 탄산칼슘의 용해이다. 탄산칼슘의 용해도는 압력에 따라 증가하며, 심해로 가라앉는 유기물의 부패에 의해 생성되는 이산화탄소 농도가 높을수록 더욱 증가한다. 어두운 심해에서는 광합성에 의해 제거되지 않는다. 결과적으로, 탄산칼슘으로 포화된 물과 탄산칼슘으로 불포화된 물 사이에 상당히 뚜렷한 전이가 있는데, 이것을 ''용해층(lysocline)''이라고 하며, 4000m에서 7000m의 ''방해석 보상 심도(calcite compensation depth)''에서 발생한다. 이 깊이 아래에서는 유공충 각피와 다른 골격 입자가 빠르게 용해되고, 해저 퇴적물은 유공충과 코코리스 잔해가 풍부한 탄산염 연니(''글로비게리나(Globigerina)'' 연니)에서 탄산염이 없는 규산질 진흙으로 갑자기 전이된다.^[22]

드물게 터비다이트 또는 기타 실리카가 풍부한 퇴적물이 저서(심해) 탄산염 퇴적물을 매몰하고 보존한다. 고대 저서 석회암은 미정질이며, 그들의 구조적 환경에 의해 식별된다. 화석은 일반적으로 유공충과 코코리스이다. 쥐라기 이전의 저서 석회암은 알려져 있지 않은데, 아마도 탄산염 껍질을 가진 플랑크톤이 아직 진화하지 않았기 때문일 것이다.^[22]

석회암은 담수 환경에서도 형성된다.^[22] 이러한 석회암은 해양 석회암과 다르지 않지만, 생물의 다양성이 낮고 마르의 특징인 실리카와 점토 광물의 비율이 더 높다. 그린 리버 지층은 수많은 석회암층을 포함하는 중요한 담수 퇴적 지층의 예이다.^[22] 담수 석회암은 일반적으로 미크리트이다. 담수 녹조류의 한 형태인 차로파이트(charophyte)(석회조류)의 화석은 이러한 환경의 특징인데, 차로파이트가 탄산염을 생성하고 포획하기 때문이다.^[22]

석회암은 증발암 퇴적 환경에서도 형성될 수 있다.^[23]^[24] 방해석은 해양 증발암에서 침전되는 최초의 광물 중 하나이다.^[24]

석회암은 비교적 풍화되기 어렵기 때문에, 산맥 중의 높은 봉우리나 큰 산이 되는 경우가 많다. 히말라야 산맥의 에베레스트 산 정상이나 알프스 산맥의 아이거 등은 석회암으로 되어 있다. 일본에서는 이부키산, 후지와라다케, 무코우산이 전 산이 석회암이다.

석회암의 주성분인 탄산칼슘은 빗물에 용해되기 때문에, 용식에 의해 돌리네와 종유동을 만들고, 특징적인 카르스트 지형을 형성한다. 일본에서는 아키요시다이, 기비고원, 시코쿠 서부와 북큐슈 지역(히라오다이)에 카르스트 지형이 존재한다. 또, 풍화에는 강하지만 용식되기 쉽기 때문에, 중국의 계림과 같은 특이한 지형을 형성하는 경우가 있다.

남서제도의 오키나에라부섬, 키카이섬, 이라부섬과 같은 융기산호초|^일본어에서는 현재도 섬 주변에서 다량의 조초산호가 석회암을 생성하고, 섬 자체는 성장을 계속하고 있다. 이러한 섬들은 대부분 석회암으로 되어 있다. 도버 해협의 백악에도 석회암이 있는 것 같다.

이러한 산의 암벽이나 카르스트 지형의 지대에서는 석회암 지대에 특유한 식물(히메후우로 등)이 보이는데, 그것들을 석회암 식물, 또는 석회암 친화 식물, 그 성질을 석회암 친화성 등이라고 한다. 동물에도 예가 있다. 특히 달팽이 등 육산패류는 석회질을 껍데기 형성에 필요로 하기 때문에 석회암 지대에서는 특히 다산하고, 독특한 종이 있는 예도 많다.

5. 2. 한국의 석회암 분포

대한민국의 석회암은 주로 옥천 습곡대에 분포하는 고생대 지층 조선 누층군 내의 풍촌 석회암층, 막동 석회암층, 두위봉층에서 산출된다.^[1] 삼척시, 태백시, 영월군, 단양군 등에서 고생대 석회암이 채굴된다.^[1] 한국에는 약 206억 톤의 석회암이 매장되어 있으며, 이는 시멘트 생산에 사용된다.^[1]

5. 3. 카르스트 지형

석회암은 산성에 약해 석회암 포장도로, 돌개구멍, 세노테, 동굴, 협곡 등 다양한 침식 지형을 형성하며, 이를 카르스트 지형이라고 한다. 석회암은 대부분의 화성암보다 침식에 강하지만, 다른 퇴적암보다는 약하다.

카르스트 지역은 석회암 기반암 위에 형성되며, 지표수가 석회암의 절리를 통해 지하로 쉽게 배수되어 지표수(연못, 개울)가 적다. 해안 석회암은 생물침식의 영향을 받기도 한다.

석회암은 지구 표면에 장엄한 바위 노두와 섬 형태로 나타나기도 한다. 플로리다 남쪽 해안의 플로리다 키스는 알갱이석회암(로어 키스)과 산호초의 탄산염 골격(어퍼 키스)으로 구성되어 있다.^[42] 얇은 토양층을 가진 평평한 석회암 평원인 알바르는 독특한 서식지를 제공한다.

석회암은 비교적 풍화되기 어렵지만, 주성분인 탄산칼슘은 빗물에 용해되어 돌리네, 종유동을 만들고 카르스트 지형을 형성한다. 또한, 풍화에는 강하지만 용식에 약해 중국 계림과 같은 특이한 지형을 만들기도 한다. 남서제도의 오키나에라부섬, 키카이섬, 이라부섬 등은 Raised coral atoll|융기 산호초^영어 섬으로, 현재도 섬 주변에서 산호가 석회암을 생성하며 섬이 성장하고 있다.

5. 3. 1. 주요 카르스트 지형

헤르쿨레스의 곤봉, 폴란드의 높은 석회암 바위 (배경에 피에스코와 스카우아 성이 보임)

피아트라 크라이울루 산맥, 루마니아의 라 자플라즈(La Zaplaz) 지형.

석회암은 산성에 의해 부분적으로 용해되어 석회암 포장도로, 돌개구멍, 세노테, 동굴, 협곡 등 다양한 침식 지형을 형성한다. 이러한 침식 지형을 카르스트라고 한다.^[30] 석회암은 대부분의 화성암보다 침식에 강하지만, 다른 퇴적암보다는 약하다. 따라서 석회암 지형은 주로 언덕이나 다운랜드에서 나타나며, 점토와 같은 다른 퇴적암이 있는 지역에서도 발견된다.^[31]

카르스트 지역은 석회암 기반암 위에 형성되며, 지표수가 석회암의 절리를 통해 지하로 쉽게 배수되기 때문에 지표수(연못, 개울)가 부족한 경향이 있다. 물과 유기산은 오랜 시간에 걸쳐 균열을 확장시키고 탄산칼슘을 용해시켜 용액 형태로 운반한다. 대부분의 동굴은 석회암 기반암 내에 형성되며, 지하수의 냉각이나 혼합은 동굴 형성에 유리한 조건을 제공한다.^[30]

해안 석회암은 생물에 의해 침식되기도 하는데, 이를 생물침식이라고 한다. 생물침식은 열대 지방에서 흔하며, 화석 기록에서도 확인된다.^[32]

석회암은 지구 표면에 다양한 형태로 나타난다. 대표적인 예로는 지브롤터 바위,^[33] 아일랜드 클레어 주의 더 버런,^[34] 노스 요크셔의 말함 코브와 와이트 섬,^[35] 영국 웨일스의 그레이트 오름, 스웨덴 고틀란드 섬 근처의 파뢰,^[37] 캐나다와 미국의 나이아가라 절벽,^[38] 유타의 노치 피크,^[39] 베트남 하롱베이 국립공원,^[40] 중국 리장 강과 구이린시 주변 언덕 등이 있다.^[41]

플로리다 남쪽 해안의 플로리다 키스는 알갱이석회암(로어 키스)과 과거 해수면이 높았을 때 번성했던 산호초의 탄산염 골격(어퍼 키스)으로 이루어져 있다.^[42]

알바르는 얇은 토양층을 가진 평평한 석회암 평원으로, 독특한 서식 환경을 제공한다. 유럽 최대의 알바르는 스웨덴 외를란드 섬의 스토라 알바렛이다.^[43] 스웨덴 고틀란드 섬 또한 석회암이 풍부한 지역이다.^[44] 벨기에와 네덜란드 경계에 위치한 생 피터 산(Mount Saint Peter) 채석장은 100km 이상 뻗어 있는 거대한 석회암 채석장이다.^[45]

석회암은 빗물에 용해되는 특성 때문에 돌리네, 종유동과 같은 카르스트 지형을 형성한다. 일본에는 아키요시다이, 기비고원, 시코쿠 서부, 북큐슈 지역(히라오다이) 등에 카르스트 지형이 발달해 있다. 또한, 석회암은 풍화에는 강하지만 용식에는 약해 중국 계림과 같이 독특한 지형을 만들기도 한다.

남서제도의 오키나에라부섬, 키카이섬, 이라부섬 등은 융기 산호초 섬으로, 현재도 섬 주변에서 산호가 석회암을 생성하며 섬이 성장하고 있다. 이러한 섬들은 대부분 석회암으로 구성되어 있으며, 도버 해협의 백악과 유사한 성질을 가진다.

6. 이용

석회암은 건축 재료, 농업, 산업 등 다양한 분야에서 활용되는 중요한 자원이다.^[49]

'''건축''': 석회암은 조각하기 쉬워 건축용 석재로 많이 쓰이며, 기자의 대피라미드를 비롯한 여러 랜드마크 건축물에 사용되었다. 열과 압력을 받으면 대리석이 되어 조각상, 건물, 석재 상판 등에 쓰인다.
'''산업''': 생석회(산화칼슘) 생산의 원료로, 제련(구리) 과정, 토양 처리, 수질 정화 등에 사용된다. 생석회는 화학 산업에서 중요한 성분이다.^[54]
'''농업''': 분쇄된 석회암은 산성 토양을 중화하는 토양 개량제(농업용 석회)로 사용된다.^[59]
'''기타''': 시멘트 및 몰탈 제조, 아스팔트 콘크리트 골재, 배기가스 탈황 시약, 유리 제조, 백색 안료, 암석 분진, 식품 첨가제, 가축 사료 칼슘 보충제, 정제수 재광물화, 용광로 불순물 제거 등에도 사용된다.

석회암은 산성비에 약해 석회암 조각상과 건물 표면을 손상시킬 수 있다.^[55]^[56] 반면, 석회암 자갈은 pH 완충제 역할을 하여 산성비에 취약한 호수를 보호하기도 한다.^[57]

일본은 채굴하기 쉬운 고품질 석회암이 많아 국내 자급이 가능한 몇 안 되는 광물 자원 중 하나이다. 그러나 이부키산처럼 대규모 채굴로 자연 지형이 크게 변하는 경우도 있다.

6. 1. 건축 재료

석회암은 건축, 농업, 산업 재료 등 다양한 용도로 전 세계적으로 사용되는 원료이다.^[49] 특히 유럽과 북미에서 건축에 매우 흔하게 사용된다. 대피라미드와 단지를 포함한 전 세계의 많은 랜드마크는 석회암으로 만들어졌다. 캐나다 킹스턴의 많은 건물들은 과거부터 현재까지 석회암으로 건설되어 '석회암 도시'라는 별명을 가지고 있다.^[47] 몰타 섬에서는 글로비게리나 석회암이라는 다양한 종류의 석회암이 오랫동안 유일한 건축 자재였으며, 여전히 모든 유형의 건물과 조각에 매우 자주 사용된다.^[48]

기자의 대피라미드는 고대 세계 7대 불가사의 중 하나로, 외부 표면이 전적으로 석회암으로 만들어졌다.

석회암은 벽돌, 시멘트, 분말/파쇄 또는 충전제와 같은 다양한 형태로 가공될 수 있다.^[49] 석회암은 쉽게 구할 수 있으며 블록이나 더 정교한 조각으로 자르는 것이 비교적 쉽다.^[46] 고대 아메리카 조각가들은 석회암이 가공이 용이하고 세밀한 디테일 표현에 적합하기 때문에 높이 평가했다. 후기 전고전기(기원전 200~100년)로 거슬러 올라가면 마야 문명(고대 멕시코)은 이러한 뛰어난 조각 특성 때문에 석회암을 사용하여 정교한 조각을 만들었다. 마야인들은 신성한 건물(링텔로 알려짐)의 천장을 장식하고 조각된 석회암 패널로 벽을 덮었다. 이 조각들에는 정치적, 사회적 이야기가 새겨져 왕의 메시지를 백성에게 전달하는 데 도움이 되었다.^[50] 석회암은 오래 지속되고 노출에 잘 견디기 때문에 많은 석회암 유적이 남아 있다. 그러나 매우 무겁다(밀도 2.6^[51]). 고층 건물에는 부적합하고 건축 자재로서 비교적 비싸다.

석회암은 19세기 후반과 20세기 초에 가장 인기가 많았다. 그 시대의 기차역, 은행 및 기타 구조물은 일부 지역에서 석회암으로 만들어졌다. 고층 건물의 외장으로도 사용되지만, 견고한 블록이 아닌 얇은 판으로만 사용된다. 미국에서는 인디애나, 특히 블루밍턴 지역이 오랫동안 인디애나 석회암이라고 불리는 고품질 채석 석회암의 원천이었다. 런던의 많은 유명한 건물들은 포틀랜드 석회암으로 지어졌다. 19세기에 우크라이나의 오데사에 지어진 주택은 대부분 석회암으로 건설되었고, 광산의 광범위한 잔해는 현재 오데사 지하묘지를 형성하고 있다.^[52]

석회암은 중세 시대에도 석회암이 산출되는 지역에서 매우 인기 있는 건축 자재였는데, 단단하고 내구성이 있으며 일반적으로 접근하기 쉬운 지표면에 노출되어 있기 때문이다. 유럽의 많은 중세 교회와 성은 석회암으로 만들어졌다. 비어스톤은 영국 남부의 중세 건물에 인기 있는 석회암의 한 종류였다.^[53]

“라임스톤”이라는 이름으로 거래되는 건축자재는 석회암이다. 고대에는 이집트 피라미드에 사용된 예가 있다. 석회암 산지에서는 돌담 등에도 많이 사용되고 있다.

6. 2. 산업적 이용

석회암은 건축, 농업, 산업 재료 등 다양한 용도로 전 세계적으로 사용되는 원료이다.^[49] 특히 유럽과 북미에서 건축에 매우 흔하게 사용된다. 대피라미드와 단지를 포함한 전 세계의 많은 랜드마크가 석회암으로 만들어졌다. 캐나다 킹스턴의 많은 건물들은 과거부터 현재까지 석회암으로 건설되어 '석회암 도시'라는 별명을 가지고 있다.^[47] 열과 압력에 의해 변성된 석회암은 대리석을 생성하며, 이는 많은 조각상, 건물 및 석재 상판에 사용되어 왔다.^[72] 몰타 섬에서는 글로비게리나 석회암이라는 다양한 종류의 석회암이 오랫동안 유일한 건축 자재였으며, 여전히 모든 유형의 건물과 조각에 매우 자주 사용된다.^[48]

석회암은 벽돌, 시멘트, 분말/파쇄 또는 충전제와 같은 다양한 형태로 가공될 수 있다.^[49] 쉽게 구할 수 있으며 블록이나 더 정교한 조각으로 자르는 것이 비교적 쉽다.^[46] 고대 아메리카 조각가들은 석회암이 가공이 용이하고 세밀한 디테일 표현에 적합하기 때문에 높이 평가했다. 후기 전고전기(기원전 200~100년)로 거슬러 올라가면 마야 문명(고대 멕시코)은 이러한 뛰어난 조각 특성 때문에 석회암을 사용하여 정교한 조각을 만들었다. 마야인들은 신성한 건물(링텔로 알려짐)의 천장을 장식하고 조각된 석회암 패널로 벽을 덮었다. 이 조각들에는 정치적 사회적 이야기가 새겨져 왕의 메시지를 백성에게 전달하는 데 도움이 되었다.^[50] 석회암은 오래 지속되고 노출에 잘 견디기 때문에 많은 석회암 유적이 남아 있는 것을 설명한다. 그러나 매우 무겁다(밀도 2.6^[51]). 고층 건물에는 부적합하고 건축 자재로서 비교적 비싸다.

석회암은 19세기 후반과 20세기 초에 가장 인기가 많았다. 그 시대의 기차역, 은행 및 기타 구조물은 일부 지역에서 석회암으로 만들어졌다. 고층 건물의 외장으로도 사용되지만, 견고한 블록이 아닌 얇은 판으로만 사용된다. 미국에서는 인디애나, 특히 블루밍턴 지역이 오랫동안 인디애나 석회암이라고 불리는 고품질 채석 석회암의 원천이었다. 런던의 많은 유명한 건물들은 포틀랜드 석회암으로 지어졌다. 19세기에 우크라이나의 오데사에 지어진 주택은 대부분 석회암으로 건설되었고, 광산의 광범위한 잔해는 현재 오데사 지하묘지를 형성하고 있다.^[52]

석회암은 중세 시대에도 석회암이 산출되는 지역에서 매우 인기 있는 건축 자재였는데, 단단하고 내구성이 있으며 일반적으로 접근하기 쉬운 지표면에 노출되어 있기 때문이다. 유럽의 많은 중세 교회와 성은 석회암으로 만들어졌다. 비어스톤은 영국 남부의 중세 건물에 인기 있는 석회암의 한 종류였다.^[53]

석회암은 주로 토양 처리, 수질 정화 및 제련(구리)에 사용되는 생석회(산화칼슘) 생산의 원료이다. 생석회는 화학 산업에서 사용되는 중요한 성분이다.^[54] 석회암과 (다소) 대리석은 산성 용액에 반응하여 산성비를 이 돌로 만들어진 유물 보존에 대한 심각한 문제로 만든다. 많은 석회암 조각상과 건물 표면은 산성비로 인해 심각한 손상을 입었다.^[55]^[56] 마찬가지로 석회암 자갈은 산성비에 취약한 호수를 보호하기 위해 pH 완충제 역할을 한다.^[57] 산성 세척 화학 물질은 석회암을 부식시킬 수 있으므로 중성 또는 약알칼리성 세척제로만 세척해야 한다.^[58]

다른 용도는 다음과 같다.

생석회(산화칼슘), 소석회(수산화칼슘), 시멘트 및 몰탈 제조의 원료이다.
분쇄된 석회암은 산성 토양을 중화하는 토양 개량제(농업용 석회)로 사용된다.^[59]
많은 도로의 고체 기반뿐만 아니라 아스팔트 콘크리트에서 골재로 사용하기 위해 파쇄된다.
배기가스 탈황에서 이산화황과 반응하여 대기 오염을 제어하는 시약으로 사용된다.^[60]
특히 소다석회유리 제조에서 유리 제조에 사용된다.^[61]
백색 안료와 저렴한 충전제로 치약, 종이, 플라스틱, 페인트, 타일 및 기타 재료에 첨가제로 사용된다.^[62]
지하 석탄 광산에서 메탄 폭발을 억제하기 위한 암석 분진으로 사용된다.^[63]
정제된 석회암은 칼슘 공급원으로 빵과 시리얼에 첨가된다.^[64]
가금류와 같이 가축 사료의 칼슘 보충제로 사용된다(분쇄된 경우).^[65]
파이프 부식을 방지하고 필수 영양소 수준을 회복하기 위해 정제된 물의 재광물화 및 알칼리도 증가에 사용된다.^[66]
용광로에서 석회암은 실리카 및 기타 불순물과 결합하여 철에서 제거한다.^[67]
석탄 연소 플랜트와 오염된 용융 금속층에서 생성된 유독 성분 제거에 도움이 될 수 있다.^[54]

많은 석회암 형성은 다공성이고 투수성이어서 중요한 석유 저류층이 된다.^[68] 북미 탄화수소 매장량의 약 20%가 탄산염암에서 발견된다. 탄산염 저류층은 석유가 풍부한 중동에서 매우 흔하며, 전 세계 석유 매장량의 약 3분의 1을 차지한다. 석회암 지층은 또한 다공성과 투수성, 그리고 화학적 활동으로 인해 석회암에 광석 퇴적이 촉진되기 때문에 금속 광석의 일반적인 원천이다. 미주리주와 노스웨스트 준주의 납-아연 광상은 석회암에 매장된 광상의 예이다.

석회암은 산업용으로 대량 채굴 및 사용된다. 광석명은 석회석이다.

; 시멘트

: 시멘트는 석회암으로 만들어진다. 큰 산이 순차적으로 깎여 인근 공장으로 운반되어 시멘트로 가공된다.

; 제철소

: 용광로에서 선철을 만들 때 철광석과 코크스와 함께 석회암을 넣는다. 이는 철광석에 포함된 여러 가지 암석 등의 불순물을 석회암이 열분해하여 생성되는 염기성의 생석회(산화칼슘)와 반응시켜 용융 상태에서 용광로 외부로 쉽게 배출하기 위함이다.

; 소석회(수산화칼슘), 회반죽의 원료

: 석회암을 고온에서 굽는다면 생석회를 얻을 수 있으며, 생석회에 물을 가하면 소석회를 얻을 수 있다.

; 토양개량제

: 탄산칼슘은 약알칼리성이며 산 성분을 중화하는 작용을 한다. 따라서 화학비료나 유기물의 분해로 산성으로 치우친 토양을 중화시키기 위해 석회암 분말이 사용된다. 더욱 신속한 효과를 원할 경우에는 석회암의 유도체로 물에 녹이면 강한 알칼리성이 되는 소석회나 생석회를 사용한다.

그 외에도 유리의 원료나 흰색 안료의 재료로도 사용된다.

일본에는 채굴하기 쉬운 곳에 고품질의 석회암이 대량으로 존재한다. 석회암은 국내에서 자급 가능한 몇 안 되는 광물 자원이다. 하지만 대규모 채굴로 인해 자연 지형이 크게 변화하고 있다. 예를 들어 오른쪽 이부키산 사진에서는 왼쪽 능선이 채굴로 인해 기하학적인 직선 모양이 된 것을 알 수 있다.

6. 3. 농업적 이용

분쇄된 석회암은 산성 토양을 중화하는 토양 개량제(농업용 석회)로 사용된다.^[59] 탄산칼슘은 약알칼리성이며 산 성분을 중화하는 작용을 한다. 따라서 화학 비료나 유기물의 분해로 산성화된 토양을 중화시키기 위해 석회암 분말이 사용된다. 더 빠른 효과를 원할 경우에는 석회암의 유도체로 물에 녹으면 강한 알칼리성이 되는 소석회나 생석회를 사용한다.

6. 4. 기타 이용

석회암은 건축, 농업, 산업 재료 등 다양한 용도로 전 세계적으로 사용되는 원료이다.^[49] 주로 토양 처리, 수질 정화 및 제련(구리)에 사용되는 생석회(산화칼슘) 생산의 원료이며, 화학 산업에서 중요한 성분이다.^[54]

석회암은 중세 시대에 석회암이 산출되는 지역에서 매우 인기 있는 건축 자재였는데, 단단하고 내구성이 있으며 일반적으로 접근하기 쉬운 지표면에 노출되어 있기 때문이다. 유럽의 많은 중세 교회와 성은 석회암으로 만들어졌다. 비어스톤은 영국 남부의 중세 건물에 인기 있는 석회암의 한 종류였다.^[53]

석회암의 다른 용도는 다음과 같다.

생석회(산화칼슘), 소석회(수산화칼슘), 시멘트 및 몰탈 제조의 원료이다.
분쇄된 석회암은 산성 토양을 중화하는 토양 개량제(농업용 석회)로 사용된다.^[59]
많은 도로의 고체 기반뿐만 아니라 아스팔트 콘크리트에서 골재로 사용하기 위해 파쇄된다.
배기가스 탈황에서 이산화황과 반응하여 대기 오염을 제어하는 시약으로 사용된다.^[60]
특히 소다석회유리 제조에서 유리 제조에 사용된다.^[61]
백색 안료와 저렴한 충전제로 치약, 종이, 플라스틱, 페인트, 타일 및 기타 재료에 첨가제로 사용된다.^[62]
지하 석탄 광산에서 메탄 폭발을 억제하기 위한 암석 분진으로 사용된다.^[63]
정제된 석회암은 칼슘 공급원으로 빵과 시리얼에 첨가된다.^[64]
가금류와 같이 가축 사료의 칼슘 보충제로 사용된다(분쇄된 경우).^[65]
파이프 부식을 방지하고 필수 영양소 수준을 회복하기 위해 정제된 물의 재광물화 및 알칼리도 증가에 사용된다.^[66]
용광로에서 석회암은 실리카 및 기타 불순물과 결합하여 철에서 제거한다.^[67]
석탄 연소 플랜트와 오염된 용융 금속층에서 생성된 유독 성분 제거에 도움이 될 수 있다.^[54]

석회암과 대리석은 산성 용액에 반응하여 산성비를 이 돌로 만들어진 유물 보존에 대한 심각한 문제로 만든다. 많은 석회암 조각상과 건물 표면은 산성비로 인해 심각한 손상을 입었다.^[55]^[56] 마찬가지로 석회암 자갈은 산성비에 취약한 호수를 보호하기 위해 pH 완충제 역할을 한다.^[57] 산성 세척 화학 물질은 석회암을 부식시킬 수 있으므로 중성 또는 약알칼리성 세척제로만 세척해야 한다.^[58]

일본에는 채굴하기 쉬운 곳에 고품질의 석회암이 대량으로 존재한다. 석회암은 국내에서 자급 가능한 몇 안 되는 광물 자원이다. 하지만 대규모 채굴로 인해 자연 지형이 크게 변화하고 있다. 예를 들어 이부키산 사진에서는 왼쪽 능선이 채굴로 인해 기하학적인 직선 모양이 된 것을 알 수 있다.

시멘트: 시멘트는 석회암으로 만들어진다. 큰 산이 순차적으로 깎여 인근 공장으로 운반되어 시멘트로 가공된다.
제철소: 용광로에서 선철을 만들 때 철광석과 코크스와 함께 석회암을 넣는다. 이는 철광석에 포함된 여러 가지 암석 등의 불순물을 석회암이 열분해하여 생성되는 염기성의 생석회(산화칼슘)와 반응시켜 용융 상태에서 용광로 외부로 쉽게 배출하기 위함이다.
소석회(수산화칼슘), 회반죽의 원료: 석회암을 고온에서 구우면 생석회를 얻을 수 있으며, 생석회에 물을 가하면 소석회를 얻을 수 있다.
토양개량제: 탄산칼슘은 약알칼리성이며 산 성분을 중화하는 작용을 한다. 따라서 화학비료나 유기물의 분해로 산성으로 치우친 토양을 중화시키기 위해 석회암 분말이 사용된다. 더욱 신속한 효과를 원할 경우에는 석회암의 유도체로 물에 녹이면 강한 알칼리성이 되는 소석회나 생석회를 사용한다.

그 외에도 유리의 원료나 흰색 안료의 재료로도 사용된다.

7. 한국 석회석 산업과 환경 문제

대한민국의 석회암은 주로 옥천 습곡대에 분포하는 고생대 조선 누층군 (풍촌 석회암층, 막동 석회암층, 두위봉층)에서 산출된다.^[1] 삼척시, 태백시, 영월군, 단양군 등에서 채굴되며, 약 206억 톤이 매장되어 있어 시멘트 생산에 사용된다.

7. 1. 환경 문제

석회암은 산업적으로 대량 채굴되어 사용된다. 광석명은 석회석이다. 석회암은 시멘트의 주 원료이며, 제철소에서 선철을 만들 때 철광석, 코크스와 함께 사용되어 불순물 제거에 기여한다. 또한, 석회암은 고온에서 구워 생석회(산화칼슘)를, 생석회에 물을 가해 소석회(수산화칼슘)를 얻을 수 있으며, 이는 회반죽의 원료로 사용된다. 석회암 분말은 화학 비료나 유기물 분해로 산성화된 토양을 중화하는 토양개량제로도 활용된다. 그 외에도 유리나 흰색 안료의 재료로 사용된다.^[1]

대한민국의 석회암은 주로 옥천 습곡대에 분포하는 고생대 조선 누층군 내 풍촌 석회암층, 막동 석회암층, 두위봉층에서 산출된다. 삼척시, 태백시, 영월군, 단양군 등에서 석회암이 채굴되며, 약 206억 톤이 매장되어 있어 시멘트 생산에 사용된다.^[1]

일본의 경우, 채굴이 용이한 곳에 고품질 석회암이 대량 존재하여 국내 자급이 가능한 광물 자원이다. 그러나 대규모 채굴로 인해 이부키산과 같이 자연 지형이 크게 변화하는 문제가 발생하기도 한다.^[1]

7. 2. 지속 가능한 발전 방안 (중도진보적 관점)

석회암은 산업적으로 대량 채굴되어 다양한 용도로 사용된다. 한국에서는 주로 조선 누층군 내의 풍촌 석회암층, 막동 석회암층, 두위봉층에서 산출되며, 삼척시, 태백시, 영월군, 단양군 등에서 활발히 채굴되고 있다. 약 206억 톤이 매장된 것으로 추정되는 석회암은 시멘트 생산의 주원료로 사용된다.^[1]

석회암의 주요 용도는 다음과 같다.

시멘트 제조: 석회암은 시멘트의 주원료이다. 채굴된 석회암은 인근 공장으로 운반되어 시멘트로 가공된다.^[1]
제철: 용광로에서 선철을 만들 때 철광석, 코크스와 함께 석회암을 사용한다. 석회암은 철광석 내 불순물을 제거하는 역할을 한다.^[1]
소석회(수산화칼슘), 회반죽 원료: 석회암을 고온에서 가열하면 생석회를 얻을 수 있고, 생석회에 물을 반응시키면 소석회가 된다.^[1]
토양개량제: 석회암 분말은 산성화된 토양을 중화시키는 데 사용된다. 소석회나 생석회는 더 빠른 효과를 낼 수 있다.^[1]
기타: 유리나 흰색 안료의 재료로도 사용된다.^[1]

일본의 경우, 채굴이 용이한 지역에 고품질 석회암이 대량 매장되어 있어 국내 자급이 가능한 광물 자원이다. 그러나 대규모 채굴로 인해 이부키산과 같이 자연 지형이 크게 변형되는 문제점도 나타나고 있다.^[1]

석회암 채굴은 경제 발전에 기여하지만, 환경 파괴 및 생태계 교란 문제를 야기할 수 있다. 따라서 지속 가능한 발전 방안을 모색하는 것이 중요하다. 예를 들어, 채굴 후 복원 계획 수립, 친환경 채굴 기술 도입, 대체 자원 개발 등의 노력이 필요하다.

8. 갤러리

미국 테네시주 중부에 노출된 오르도비스기 석회암의 층서 단면. 저항력이 약하고 얇은 층은 셰일로 구성되어 있다. 수직선은 도로 건설 중 사용된 폭발물을 위한 시추공이다.

미국 오하이오주 페어본 근처의 브래스필드 지층(하부 실루리아기)의 생스파라이트 석회암으로, 주로 해백합 파편으로 구성된 입자를 보여준다.

중국 다롄(Dalian)의 진스탄 해안 국가 지질공원에 있는 구상 결핵상(방해석) 석회암

참조

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석회암