안산암

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1. 개요

안산암은 세립질 또는 반정질의 화산암으로, 실리카 함량이 중간 정도이며 알칼리 금속 함량이 낮다. 섭입대에서 형성되며, 현무암질 마그마가 분별 결정 작용이나 마그마 혼합 과정을 거쳐 생성된다. 안산암은 실리카 함량에 따라 현무암과 구분되며, 다양한 광물 조성을 가진다. 건축, 토목 등 다양한 용도로 사용되며, 화성 및 금성에서도 발견된다.

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안산암
개요
편도 구조의 안산암 (어두운 바탕). 제올라이트로 채워진 기공. 보이는 범위의 지름은 8cm이다.
종류	화성암
조직	반정질 조직
화학 조성	중성암
주요 구성 광물	사장석 (주로 안데신) 및 휘석 또는 각섬석
부가적인 구성 광물	자철석, 흑운모, 티탄석, 석영
명칭
영어	Andesite
한자	安山岩
로마자 표기	Ansan'am
설명
정의	사장석 (안데신)과 휘석 또는 각섬석으로 구성된 화성암의 한 종류이다. 자철석, 흑운모, 티탄석, 석영이 부가적으로 포함될 수 있다.
참고자료
참고도서	Macdonald, Gordon A.; Abbott, Agatin T.; Peterson, Frank L. (1983). Volcanoes in the sea: the geology of Hawaii (2nd ed.). Honolulu: University of Hawaii Press. p. 127. ISBN 0824808320. Rudnick, Roberta L.; Fountain, David M. (1995). "Nature and composition of the continental crust: A lower crustal perspective". Reviews of Geophysics. 33 (3): 267–309. doi:10.1029/95RG01302. Jackson, Julia A., ed. (1997). Glossary of geology (Fourth ed.). Alexandria, Virginia: American Geological Institute. ISBN 0922152349.

2. 기원

안산암은 주로 섭입대 환경에서 생성되며, 감람암의 탈수 용융 및 분별 결정 작용, 섭입 슬랩의 용융, 그리고 마그마 혼합 등 여러 과정을 통해 형성된다.

호상열도의 안산암은 섭입해가는 해양판과 그 위에 있는 맨틀 웻지의 상호작용으로 형성된다. 해양판이 섭입하면서 함수광물들은 물과 불호정성원소를 방출하며 안정화되는데, 이때 빠져나온 수분은 상부 맨틀 웻지로 스며들어 솔리더스를 낮춰 현무암질 마그마를 형성하게 한다.

마그마가 상승하는 동안 정체되거나 식으면서 고철질 광물이 분별결정을 통해 분리되면, 남은 마그마에는 이산화규소 성분이 상대적으로 높아져 안산암질 마그마가 된다. 현무암질 마그마는 유문암질 마그마와 섞일 수도 있다. 안데스 산맥과 같은 대륙호 지역에서는 부분적으로 융융된 대륙지각의 규장질 성분과 현무암질 마그마가 혼합되어 안산암질 마그마를 형성하기도 한다.

이처럼 안산암은 분별 결정, 혼합, 부분용융, 섭입했던 판 성분의 유입 등 여러 복합적인 작용의 결과이기 때문에 각각의 성분을 분석하기가 쉽지 않다.

2009년에는 운석에서 안산암이 발견되었는데, 이는 안산암 생성의 새로운 기작을 제시한다.^[37]

2. 1. 분별 결정 작용

감람암의 탈수 용융과 분별 결정 작용을 통해 안산암이 생성된다. 섭입하는 해양판은 해령에서 형성될 때 함수광물을 포함하는데, 섭입 과정에서 함수광물이 물과 불호정성원소를 방출하며 안정화된다. 이때 방출된 수분은 상부 맨틀 웻지로 스며들어 솔리더스를 낮춰 현무암질 마그마를 형성시킨다. 이 마그마는 칼륨, 바륨, 납과 같은 호정성원소는 풍부하지만, 니오븀이나 티탄과 같은 불호정성원소는 적게 포함한다.^[17]

마그마가 상승하며 냉각되거나 정체되면, 고철질 광물이 분별 결정을 통해 마그마에서 분리된다. 이로 인해 남아 상승하는 마그마에는 이산화규소 성분이 상대적으로 더 높아져 안산암질 마그마가 된다. 현무암질 마그마에서 감람석과 각섬석이 먼저 결정화되어 제거되며, 침강하여 고철질 누적암을 형성한다. 고철질 광물이 제거되면 용융물은 현무암질 조성을 잃게 되고, 잔류 용융물의 규산 함량은 높아지고 철과 마그네슘 함량은 감소한다. 이 과정이 계속되면 용융물은 점점 더 진화하여 안산암질이 된다.^[17]

2. 2. 마그마 혼합

현무암질 마그마가 안데스 산맥과 같은 대륙호 지역의 뜨거운 대륙 지각 하부에 관입하면, 주변 대륙 지각이 부분 용융되어 유문암질 마그마가 형성된다. 이 두 마그마가 혼합되면 중성의 안산암질 마그마가 생성될 수 있다.^[23] 마그마 혼합의 증거는 일부 안산암에서 발견되는, 용융물과 화학적 평형을 이루지 않는 반정의 존재로 나타난다.

2. 3. 섭입 슬랩의 용융

섭입하는 해양판(슬랩) 자체가 용융되어 안산암질 마그마를 형성할 수 있다. 특히, 젊고 뜨거운 슬랩이 섭입할 때 이러한 과정이 일어날 수 있으며, '아다카이트'라는 특수한 유형의 안산암이 생성되기도 한다.^[24]^[25]^[26]^[27]

2. 4. 기타

2009년, 미국 남극 운석 탐사 2006/2007 현장 조사에서 그레이브스 누나탁스 빙원에서 발견된 두 운석(GRA 06128 및 GRA 06129)에서 안산암이 발견되었다.^[33] 이는 안산암 생성의 새로운 기작을 제시할 수 있다.^[37]

현무암과 함께 안산암은 화성 지각의 구성 요소이다.^[34] 금성에서 뚜렷한 가파른 측면의 돔이 존재한다는 것은 결정 침전이 일어날 수 있는 대규모 마그마 챔버에서 안산암이 분출되었을 수 있음을 시사한다.^[35]

3. 성분 및 종류

안산암은 세립질 (미세 입자)에서 반정질 (조립질)의 화성암으로, 실리카 함량이 중간 정도이고 알칼리 금속 함량이 낮은 암석이다.^[2] 밝은 회색에서 짙은 회색을 띠지만, 다양한 색깔을 나타낼 수 있다.^[2] 짙은 안산암은 현무암과 구별하기 어려울 수 있지만, 실험실 밖에서 사용되는 일반적인 경험 법칙은 안산암의 색 지수가 35 미만이라는 것이다.^[9]

안산암의 사장석은 애노타이트에서 올리고클레이스까지 다양한 나트륨 함량을 보이지만, 일반적으로 앤데신이며, 애노타이트는 사장석의 약 40 몰%를 차지한다. 알칼리 장석은 소량으로 존재할 수 있다. 자철석, 지르콘, 인회석, 일메나이트, 흑운모, 석류석은 흔한 부속 광물이다.^[10]

3. 1. QAPF 다이어그램 및 TAS 분류

QAPF 다이어그램에서 현무암/안산암 영역(노란색)에서 안산암은 SiO₂ > 52%로 현무암과 구별된다.

QAPF 다이어그램에서 안산암은 현무암/안산암 영역에 속하며, 부피 기준 20% 미만의 석영과 10% 미만의 장석류를 포함하고, 장석 중 65% 이상이 사장석이다. 안산암은 52% 이상의 실리카 함량으로 현무암과 구별된다.^[5]^[6]^[7]^[8]

그러나 화산암은 입자 크기가 매우 작아 광물 조성을 결정하기 어려울 때가 많다. 이때는 화학적 조성을 기준으로 안산암을 정의하는데, TAS 분류에서 실리카 함량이 57~63%이고 알칼리 금속 산화물 함량이 약 6% 이하인 화산암을 안산암(O2 영역)으로 분류한다. 실리카 함량이 52~57%인 현무암질 안산암은 TAS 분류의 O1 영역에 해당하지만, QAPF 분류에서는 별개의 암석 유형으로 보지 않는다.^[8]

3. 2. 주요 광물

안산암은 주로 사장석 (안데신)을 포함하며, 각섬석, 휘석 (오자이트, 피조나이트, 사방휘석), 자철석 등이 주요 유색 광물이다. 흑운모, 감람석, 석영은 드물게 나타난다.^[10]

3. 3. 종류

안산암은 반정 및 석기로서 유색 광물인 각섬석, 휘석, 자철석 (드물게 흑운모나 감람석), 무색 광물인 사장석 (드물게 석영) 등을 포함한다. 특징적인 반정 광물의 이름을 붙여 '''각섬석 안산암''', '''휘석 안산암''', '''감람석 안산암''' 등으로 부른다.^[11] 각섬석이 주요 반정 광물인 경우, 안산암은 ''각섬석 안산암''으로 묘사된다.^[11] 이 광물들은 용융물에서 결정화될 수 있는 일반적인 광물 중에서 가장 높은 용융 온도를 가지고 있으며^[12] 따라서 고체 결정을 형성하는 첫 번째 광물이다.

사누키암(sanukite): 흑색 치밀하며, 반정이 없다. 엔스타타이트를 포함한다. 세토 내해 연안에서 산출된다.
보니나이트(boninite): 유리질이며, 사장석을 포함하지 않는다. 오가사와라 제도에서 산출된다.

열수의 영향으로 주로 녹색으로 변질된 안산암을, 옛날에는 '''프로필라이트(변질안산암)'''(propylite)라고 불렀지만, 최근에는 이 단어를 사용하지 않는다.

4. 성질 및 특징

안산암은 주로 판의 섭입대에서 분출되는 비알칼리성 암석이지만, Na₂O와 K₂O의 총량(wt%)이 높은 알칼리암 계열도 드물게 존재한다.

안산암은 지구 대륙의 주성분이며, 대륙에서는 매우 흔한 암석이다. 반면 해저나 화성, 금성과 같이 지구와 유사한 행성에서는 드물게 발견된다(이들의 주성분은 현무암이다).

니시노시마는 산체가 안산암으로 된 화산섬이다.

4. 1. 칼크알칼리 계열과 소레아이트 계열

안산암은 대부분 판의 섭입대에서 분출된 비알칼리성 암석이다. FeO*/MgO 비의 증가에 따라, SiO₂ 량이 증가하는 칼크알칼리 계열과, SiO₂ 량이 증가하지 않는 소레아이트 계열로 나뉜다. 칼크알칼리 계열은 구노 히사시가 하코네의 암석 연구에서 제창한 하이퍼신 계열에, 소레아이트 계열은 비둘기석 계열에 대응한다.

이후 사쿠야마 마사노리는 칼크알칼리 계열에서 광물의 화학 조성에 바이모달이 인정되는 점, 감람석과 각섬석 등 비평형 광물이 공존하는 점을 들어 현무암질 마그마와 규장질 마그마의 혼합(마그마 혼합)이 칼크알칼리 마그마의 주된 원인이라고 주장했다.

4. 2. 아다카이트

Defant와 Drummond^[36]는 안산암 성인론에 새로운 생각을 제시하여, 높은 Sr/Y비를 특징으로 하는 암석을 Adakite|아다카이트^영어라고 명명하고, 40Ma보다 젊은 뜨거운 섭입하는 슬래브(석류석을 잔류상으로 하는 에클로자이트)가 직접 용융되어, 안산암질 마그마가 발생한다고 제창했다. 아다카이트는 많은 지역에서 확인되고 있으며, 현재 안산암 성인에 대한 논의에서도 큰 비중을 차지하고 있다.

5. 한국의 안산암

한국에서는 중생대 백악기 경상 누층군 유천층군에서 안산암이 다수 발견된다. 그중 주산안산암질암은 대표적인 안산암이다.^[1]

5. 1. 주요 분포 지역

경상북도 의성군과 군위군 일대에 분포하는 주산안산암질암은 대표적인 안산암이다. 경상남도 함안군 지역의 함안층에도 안산암이 일부 포함되어 있다.

5. 2. 특징

중생대 백악기 경상 누층군 유천층군에는 안산암이 다수 포함되어 있다. 주산안산암질암은 가장 대표적인 안산암 암석이며, 함안군 지역의 경상 누층군 함안층에도 일부 포함되어 나타난다.^[1]

6. 용도

안산암은 돌담, 석벽, 쇄석(자갈) 등으로 사용된다. 또한 뎃페이세키, 사누키암, 혼코마츠이시와 같이 특수한 석재로도 활용된다.

6. 1. 건축 자재

안산암은 석재, 돌담, 석벽 등으로 사용된다. 다음은 안산암으로 지어진 주목할 만한 석조 건축 구조물이다.

인도네시아 자바의 보로부두르.^[28]
페루의 삭사이와망 요새.^[29]^[30]
볼리비아의 태양의 문.^[31]
멕시코시티의 템플로 마요르 유적과 기타 역사적 건물 (안산암과 테존틀레 현무암질 안산암으로 지어짐).^[32]

산지에서는 돌담이나 석벽, 쇄석(자갈)으로 사용된다. 또한 안산암의 특수한 석재로 뎃페이세키와 사누키암이 있다. 안산암의 하나인 혼코마츠이시는 일본의 명석 중 하나로 알려져 있다.

6. 2. 토목 자재

돌담, 석벽, 쇄석(자갈) 등으로 사용된다. 또한 안산암의 특수한 석재로 뎃페이세키와 사누키암이 있다. 안산암의 하나인 혼코마츠이시는 일본의 명석 중 하나로 알려져 있다.^[1]

6. 3. 기타

안산암은 산지에서 돌담, 석벽, 쇄석(자갈) 등으로 사용된다. 또한 안산암의 특수한 석재로 뎃페이세키와 사누키암이 있으며, 혼코마츠이시는 일본의 명석 중 하나로 알려져 있다.^[1]

7. 지구와 다른 행성의 안산암

안산암은 지구 대륙의 주성분이며, 대륙에서는 흔하게 발견되는 암석이다. 반면 해저나 화성, 금성과 같이 지구와 유사한 행성에서는 드물게 발견된다(이들의 주성분은 현무암이다).^[36]

7. 1. 다른 행성

현무암과 함께 안산암은 화성 지각의 구성 요소이다.^[34] 금성에서 뚜렷한 가파른 측면의 돔이 존재한다는 것은 대규모 마그마 챔버에서 결정 침전이 일어나 안산암이 분출되었을 수 있음을 시사한다.^[35] 니시노시마와 같은 화산섬은 안산암으로 이루어져 있다.

참조

_[1] Merriam-Webster andesite
_[2] 서적 Volcanoes in the sea : the geology of Hawaii University of Hawaii Press 1983
_[3] 논문 Nature and composition of the continental crust: A lower crustal perspective
_[4] 서적 Glossary of geology. American Geological Institute 1997
_[5] 논문 The IUGS systematics of igneous rocks
_[6] 논문 Rock Classification Scheme - Vol 1 - Igneous http://nora.nerc.ac.[...] 1999
_[7] 웹사이트 CLASSIFICATION OF IGNEOUS ROCKS http://geology.csupo[...]
_[8] 서적 Principles of igneous and metamorphic petrology Cambridge University Press 2009
_[9] 문서 Philpotts and Ague 2009, p. 139
_[10] 서적 Petrology : igneous, sedimentary, and metamorphic. W.H. Freeman 1996
_[11] 문서 Blatt and Tracy 1996, p.57
_[12] 논문 Norman Levi Bowen 1887-1956
_[13] 서적 Volcanism Springer 2003
_[14] 논문 Evolution of the Earth as an andesite planet: water, plate tectonics, and delamination of anti-continent 2015-12
_[15] 서적 Subduction Zone Magmatism Blackwell Scientific
_[16] 서적 Inside the Subduction Factory AGU Geophysical Monograph 138
_[17] 논문 A Paleoproterozoic ultramafic-mafic assemblage and associated volcanic rocks of the Boromo greenstone belt: fractionates originating from island-arc volcanic activity in the West African craton 2000-05
_[18] 논문 Crustal structure across the Costa Rican Volcanic Arc: CRUSTAL STRUCTURE OF THE COSTA RICAN ARC 2013-04
_[19] 논문 Examination of the deep levels of an island arc: Evidence from the Tonsina Ultramafic-Mafic Assemblage, Tonsina, Alaska 1989-04-10
_[20] 논문 Partial melting of mafic (amphibolitic) lower crust by periodic influx of basaltic magma
_[21] 논문 Effects of repetitive emplacement of basaltic intrusions on thermal evolution and melt generation in the crust
_[22] 논문 Magmatic differentiation processes at Merapi Volcano: inclusion petrology and oxygen isotopes http://www.sciencedi[...] 2013-07-01
_[23] 논문 A dearth of intermediate melts at subduction zone volcanoes and the petrogenesis of arc andesites
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_[29] 웹사이트 Sacsayhuaman Ruins, Peru https://www.journeym[...] 2021-12-16
_[30] 웹사이트 Cusco - Sacsayhuaman https://www.megalith[...]
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_[36] 간행물 Derivation of some modern arc magmas by melting of young subducted lithosphere
_[37] 뉴스 Scientists Find Evidence of Asteroids with Earth-Like Crust http://newswise.com/[...] Newswise 2008-01-19

안산암