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에클로자이트

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1. 개요

에클로자이트는 고철질 화성암이 섭입대에서 고압 변성작용을 받아 생성되는 변성암의 일종이다. 주로 석류석과 단사휘석으로 구성되며, 석류석과 단사휘석의 화학 조성에 따라 A, B, C 세 그룹으로 분류된다. 에클로자이트는 지표 기원 또는 맨틀 기원일 수 있으며, 부분 용융을 통해 화성암을 생성하는 데 기여한다. 북미 서부, 캘리포니아 해안 산맥, 노르웨이 등지에서 발견되며, 드물게 산출된다.

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에클로자이트
지도 정보
기본 정보
유형변성암
생성 환경고압 환경
주요 구성 광물휘석
석류석
특징
색상녹색 또는 검은색
결정 구조입상
조직변정질
변성 등급고변성
압력고압
명칭
어원그리스어 "εκλογή"(선택)
영어 발음/ˈɛklədʒaɪt/
역사
연구국제 에클로자이트 컨퍼런스에서 연구됨

2. 기원

에클로자이트는 주로 현무암이나 반려암과 같은 고철질 화성암이 섭입대에서 맨틀 안으로 섭입되면서 높은 압력의 변성작용을 받아 만들어진다. 이 과정에서 에클로자이트는 청색편암상 변성작용의 전형적인 광물 조합을 가진 암석으로부터 형성되는 경우가 많다.[2] 에클로자이트는 맨틀이나 하부 대륙 지각 내에서 마그마가 냉각되어 결정화되면서 생성될 수도 있다.

에클로자이트는 일반적으로 낮은 온도(<10C/km)의 열 기울기에서 하부 지각에서 상부 맨틀 깊이까지 섭입될 때, 고압에서 초고압의 변성작용을 받은 마그마성 암석으로부터 생성된다.[2] 화학 조성현무암과 거의 같으며, 현무암질 해양 이 섭입하여 고압에 의해 변성되어 생성된 것으로 추정된다. 지각 심부에서도 생성될 수 있는데, 비교적 낮은 압력에서 생성된 것은 철알만드린(Fe3Al2(SiO4)3) 성분이 풍부하고, 더 깊은 곳의 고압에서 생성된 것은 마그네슘알만드린(Mg3Al2(SiO4)3) 성분이 풍부하다고 여겨진다.[25]

상부 맨틀은 예상되는 화학 조성, 밀도(3,380 kg·m−3) 및 지진파의 전파 속도(P파: 8,110 m·s−1, S파: 4,490 m·s−1)[26] 등의 자료를 통해, 이러한 조건을 만족하는 암석은 감람암(3,297 kg·m−3, P파: 8,185 m·s−1, S파: 4,681 m·s−1) 및 에클로자이트(3,445 kg·m−3, P파: 8,127 m·s−1, S파: 4,583 m·s−1)[27] 등으로 구성되어 있다고 예측된다.[28]

2. 1. 분류

에클로자이트는 주로 현무암질 조성을 가진, 석류석과 단사휘석 두 가지 주요 광물로 구성된 암석으로, 주요 광물인 석류석과 단사휘석의 화학 조성에 따라 A, B, C 세 그룹으로 분류된다.[3][4] 이 분류는 단사휘석의 제이드광물 함량과 석류석의 파이로프 함량을 기준으로 각 그룹을 구분한다.[4] A 그룹에서 C 그룹으로 갈수록 SiO₂와 MgO 함량이 감소하여(즉, 마그마 성분이 감소), 가장 마그마 성분이 적은 C 그룹은 알칼리 함량이 더 높다.[5]

A, B, C 그룹 간의 전이적 특성은 지표에서의 생성 방식과 관련이 있다.[4] A 그룹은 지구 지각의 크라톤 지역에서 유래하며, 킴벌라이트 분출 시 150km 이상의 심도에서 크세노리스로 지표로 운반된다.[3][4] B 그룹은 A 그룹과 조성이 매우 유사하지만, 페리도타이트 맨틀 물질로 둘러싸인 렌즈 또는 포드 형태로 발견된다.[4] C 그룹은 주로 운모 또는 청색편암 층 사이에서 발견되며, 캘리포니아 연안의 뉴칼레도니아 지괴가 대표적인 예이다.[6]

2. 2. 지표 기원 vs 맨틀 기원

에클로자이트는 고철질 화성암(주로 현무암이나 반려암)이 섭입대에서 맨틀 내로 섭입되면서 고압의 변성작용을 받아 만들어진다. 에클로자이트는 맨틀이나 하부 대륙지각 내에서 마그마가 식어서 결정화하여 만들어지기도 한다.[7][8][9]

에클로자이트 잔류암의 기원에 대해서는 오랜 논쟁이 있는데, 이는 맨틀 기원인지, 아니면 지표 기원인지에 대한 논쟁이다. 지표 기원의 경우 주요 섭입 구동력으로서 반려암에서 에클로자이트로의 전이와 관련이 있다.[7][8][9]

A군 에클로자이트 잔류암은 원래 조성에 대한 변성 작용의 중첩으로 인해 기원 측면에서 가장 수수께끼 같은 존재로 남아 있다.[10][3] 해저 원암으로서의 1차 지표 기원을 제안하는 모델은 산소 동위원소 조성의 넓은 범위에 크게 의존하는데, 이는 세마일 오피올라이트의 이브라 단면과 같은 납입된 해양 지각과 중첩된다.[11][12] 로버츠 빅터 킴벌라이트 파이프에서 발견되는 일부 에클로자이트 잔류암에서 발견되는 변이는 해저에서 현무암의 열수 변질 작용의 결과이다.[11] 이 과정은 저온 및 고온 해수 교환 모두에 기인하며, 중앙 해령 현무암 유리의 전형적인 상부 맨틀 값에 비해 산소 동위원소 공간에서 큰 분획화를 초래한다.[13][14] A군 에클로자이트 잔류암의 기원에 대해 제안된 다른 메커니즘은 누적암 모델에 의존하는데, 여기서 석류석과 단사휘석의 전체 조성은 맨틀 내부의 부분 용융 잔여물에서 유래한다.[8] 이 과정에 대한 지지는 원래 산소 동위원소 조성에 대한 변성 작용의 중첩의 결과이며, 이를 다시 맨틀 범위로 이동시킨다.[15]

화학 조성현무암과 거의 동일하며, 현무암질 해양 이 섭입하여 고압에 의해 변성되어 생성된 것으로 여겨진다. 또한 지각 심부에서도 생성된다고 여겨지지만, 비교적 저압에서 생성된 것은 철알만드린(Fe3Al2(SiO4)3) 성분이 풍부하고, 더 심부의 고압에서 생성된 것은 마그네슘알만드린(Mg3Al2(SiO4)3) 성분이 풍부하다고 여겨진다.[25]

상부 맨틀은 예상되는 화학 조성, 밀도(3380kg/m3) 및 지진파의 전파 속도(P파: 8110m/s, S파: 4490m/s)[26] 등의 데이터로부터, 이러한 조건을 만족하는 암석은 제한되며, 감람암(3297kg/m3, P파: 8185m/s, S파: 4681m/s) 및 에클로자이트(3445kg/m3, P파: 8127m/s, S파: 4583m/s)[27] 등으로 이루어져 있다고 예측된다.[28]

3. 에클로자이트상

에클로자이트상은 변성된 현무암질 암석이 에클로자이트 광물 조합을 갖는 온도·압력 환경으로 결정된다. 전형적인 에클로자이트 광물 조합은 석류석(파이로프~알만딘)+단사휘석(옴파사이트)이다. 에클로자이트는 400°C 이상(대개 600°C 이상)의 온도와 1.2 GPa 이상의 압력에서 생성된다. 이는 매우 높은 압력에 중간~고온의 변성 작용 조건이다. 어떤 에클로자이트에는 금강석과 코에사이트가 희귀하게 나타나며, 이는 높은 압력을 지시한다. 로소나이트를 함유하는 에클로자이트는 약 45km~300km 깊이에서 해양 지각이 섭입하는 동안 형성된다고 예측되지만, 지표에 노출된 경우는 매우 드물다.[16]

이상 변성 작용은 고압(12kbar 이상) 및 중간~고온에서 매우 고온에 이르는 조건에서 일어난다. 이 압력은 녹색편암, 청색편암, 각섬암, 또는 섬록암상의 압력을 초과한다.

화학 조성현무암과 거의 동일하며, 현무암질 해양 이 섭입하여 고압에 의해 변성되어 생성된 것으로 여겨진다. 또한 지각 심부에서도 생성된다고 여겨지지만, 비교적 저압에서 생성된 것은 철알만드린(Fe3Al2(SiO4)3) 성분이 풍부하고, 더 심부의 고압에서 생성된 것은 마그네슘알만드린(Mg3Al2(SiO4)3) 성분이 풍부하다고 여겨진다.[25]

4. 중요성

에클로자이트는 화학 조성현무암과 거의 동일하며, 현무암질 해양 이 섭입하여 고압에 의해 변성되어 생성된 것으로 여겨진다. 지각 심부에서도 생성된다고 여겨지는데, 비교적 저압에서 생성된 것은 철알만드린(Fe3Al2(SiO4)3) 성분이 풍부하고, 더 심부의 고압에서 생성된 것은 마그네슘알만드린(Mg3Al2(SiO4)3) 성분이 풍부하다고 여겨진다.[25]

상부 맨틀은 예상되는 화학 조성, 밀도(3380kg/m3) 및 지진파의 전파 속도(P파: 8110m/s, S파: 4490m/s)[26] 등의 데이터를 통해 이러한 조건을 만족하는 암석은 제한되며, 감람암(3297kg/m3, P파: 8185m/s, S파: 4681m/s) 및 에클로자이트(3445kg/m3, P파: 8127m/s, S파: 4583m/s)[27] 등으로 이루어져 있다고 예측된다.[28]

4. 1. 에클로자이트로부터의 화성암 생성

에클로자이트의 부분 용융은 토날라이트-트론드예마이트-화강섬록암(TTG) 용융체를 생성하는 것으로 모델링되었다.[17] 에클로자이트 유래 용융체는 맨틀에서 흔히 볼 수 있으며, 비정상적으로 많은 양의 마그마가 분출되는 화산 지역에 기여할 수 있다.[18] 그런 다음 에클로자이트 용융체는 주변 페리도타이트와 반응하여 피록세나이트를 생성할 수 있으며, 이는 다시 용융되어 현무암을 생성한다.[19]

5. 분포

노르웨이 알메닝산의 에클로자이트. 적갈색 광물은 석류석, 녹색 옴파사이트 및 백색 석영이다.


에클로자이트는 북미 서부, 특히 남서부[20]와 캘리포니아 해안 산맥의 프란시스칸층[21]에서 발견된다. 오스트레일리아 중부 머스그레이브 지괴의 피터만 조산대에서는 과도기적 그라눌라이트-에클로자이트상의 화강암질암, 장석질 화산암, 마프성 암석 및 그라눌라이트가 산출된다. 코사이트와 청색석을 함유하는 에클로자이트는 히말라야 북서부에서 발견되었다.[22] 가장 오래된 코사이트 함유 에클로자이트는 약 전과 전의 것으로 각각 브라질말리에 위치해 있다.[23][24]

상대적으로 산출은 드물며, 주요 산지는 노르웨이 등이며, 일본에서는 에히메 현의 히가시아카이시 산 부근에서 소량 산출된다.

참조

[1] 웹사이트 Eclogite History https://www.ruhr-uni[...] 2024-05-25
[2] 논문 Regional metamorphism at extreme conditions: Implications for orogeny at convergent plate margins 2017-09-01
[3] 논문 Nature and origin of eclogite xenoliths from kimberlites https://www.scienced[...] 2004-09-01
[4] 논문 Eclogites and Eclogites: Their Differences and Similarities https://doi.org/10.1[...] 1965-05-01
[5] 논문 Eclogites and Eclogites: Their Differences and Similarities https://doi.org/10.1[...] 2021-11-30
[6] 논문 Eclogites and Eclogites: Their Differences and Similarities https://doi.org/10.1[...] 2021-11-30
[7] 논문 Nature and origin of eclogite xenoliths from kimberlites https://www.scienced[...] 2021-11-30
[8] 논문 The bearing of phase equilibria studies in synthetic and natural systems on the origin and evolution of basic and ultrabasic rocks https://dx.doi.org/1[...] 1968-01-01
[9] 논문 An experimental investigation of the Gabbro-Eclogite transformation and some geophysical implications https://dx.doi.org/1[...] 1966-10-01
[10] 논문 Chemical variations in upper mantle nodules from southern African kimberlites https://royalsociety[...] 2021-11-30
[11] 논문 Roberts victor eclogites: Ancient oceanic crust https://onlinelibrar[...] 1986-01-01
[12] 논문 An oxygen isotope profile in a section of Cretaceous oceanic crust, Samail Ophiolite, Oman: Evidence for δ18O buffering of the oceans by deep (>5 km) seawater-hydrothermal circulation at mid-ocean ridges https://onlinelibrar[...] 1981-01-01
[13] 논문 The oxygen isotopic composition of the oceans, sediments and the seafloor https://www.scienced[...] 1998-04-15
[14] 논문 Oxygen isotope composition of mantle peridotite https://dx.doi.org/1[...] 1994-12-01
[15] 논문 Multi-stage origin of Roberts Victor eclogites: Progressive metasomatism and its isotopic effects https://www.scienced[...] 2012-06-01
[16] 논문 H2O subduction beyond arcs http://www.geol.ucsb[...] 2019-09-24
[17] 논문 Growth of early continental crust by partial melting of eclogite 2003-01-01
[18] 서적 Plates vs. Plumes: A Geological Controversy http://www.wiley.com[...] Wiley-Blackwell 2011-03-16
[19] 논문 An olivine-free mantle source of Hawaiian shield basalts 2005-03-01
[20] 서적 Rock-forming Minerals Geological Society
[21] 웹사이트 C. Michael Hogan (2008) Ring Mountain, The Megalithic Portal, ed. Andy Burnham http://www.megalithi[...] 2009-01-14
[22] 논문 Multi-stage reaction history in different eclogite types from the Pakistan Himalaya and implications for exhumation processes 2010-01-01
[23] 논문 The oldest UHP eclogites of the World: age of UHP metamorphism, nature of protoliths and tectonic implications 2001-01-01
[24] 논문 U–Pb age of the coesite-bearing eclogite from NW Borborema Province, NE Brazil: Implications for western Gondwana assembly 2015-01-01
[25] 서적 楽しい鉱物図鑑2 草思社
[26] 서적 地震学 上巻 古今書院
[27] 서적 理科年表 丸善
[28] 서적 一般地球化学 岩波書店



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