부분용융
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1. 개요
부분 용융은 암석의 화학 조성, 압력, 온도 및 휘발성 물질의 존재 여부에 따라 달라지는 현상이다. 감압 용융과 플럭스 용융이 주요 메커니즘이며, 열 전도는 부차적인 역할을 한다. 부분 용융은 지각의 화학적 분화와 관련하여 지질학적으로 중요한 과정이며, 해양 지각과 대륙 지각의 형성에 기여한다. 또한 탄산염암 내 희토류 원소, 크롬철광, 니켈-구리 황화 광물, 백금족 원소 황화 광물, 페그마타이트, 다이아몬드 광상 개발과 관련이 있다.
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| 부분용융 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 현상 | 암석의 부분적인 용융 |
| 설명 | 암석이 완전히 녹지 않고 일부 성분만 녹는 현상 |
| 원인 | 온도 증가 압력 감소 물의 첨가 |
| 결과 | 마그마 형성 화성암의 다양성 지각 진화 |
| 과정 | |
| 용융 시작 | 암석 내 특정 광물의 녹는점 도달 |
| 용융 진행 | 녹는점이 낮은 광물부터 순차적으로 용융 |
| 용융액 분리 | 생성된 용융액이 주변 암석과 분리되어 이동 |
| 영향 요인 | |
| 암석 조성 | 광물 종류 및 비율에 따라 용융 온도와 조성 변화 |
| 온도 | 온도 상승은 용융 정도 증가 |
| 압력 | 압력 감소는 용융점 낮춤 |
| 물의 존재 | 물의 존재는 용융점 낮춤 |
| 지질학적 의의 | |
| 마그마 생성 | 맨틀이나 지각에서 마그마가 생성되는 주요 과정 |
| 화성암 다양성 | 다양한 조성의 화성암 생성에 기여 |
| 지각 진화 | 지각의 화학적 조성 변화 유도 |
| 관련 위치 | |
| 예시 | 옐로스톤 국립공원 |
| 추가 정보 | |
| 참고 문헌 | 킬린치, 아틸라. (1989). Engineering Geology, 27(1), 279–299. 아시모프, 폴 D. (2016). Encyclopedia of Geochemistry: A Comprehensive Reference Source on the Chemistry of the Earth, 1–6. 황, H.-H., 린, F.-C., 슈만트, B., 파렐, J., 스미스, R. B., & 차이, V. C. (2015). Science, 348(6236), 773–776. 리들리, 존. (2013). Ore Deposit Geology. Cambridge University Press. |
2. 부분 용융의 매개변수
맨틀에서의 용융은 다음과 같은 주요 매개변수에 따라 달라진다: 암석의 화학 조성, 압력 및 온도, 그리고 휘발성 물질의 존재 여부이다. 이러한 요소들은 암석이 부분적으로 녹기 시작하는 조건과 그 결과 생성되는 용융물의 특성에 복합적으로 영향을 미친다.
2. 1. 화학 조성
암석의 화학 조성은 암석의 용융점과 부분 용융의 최종 생성물에 영향을 미친다. 예를 들어, 셰일과 회색사암과 같은 퇴적암으로부터 실험적으로 얻어진 용융물의 전체 화학 조성은 모암의 화학 조성을 반영한다.[7] 또한, 용융점이 낮은 광물을 포함하는 암석은 용융점이 높은 광물을 포함하는 암석에 비해 동일한 압력 및 온도 조건에서 부분 용융이 더 쉽게 일어난다.[4]2. 2. 온도와 압력
온도와 압력은 암석에서 일어나는 부분 용융의 양에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 온도가 낮을 때는 용융이 일어나기 위해 압력도 낮아야 하며, 온도가 높을 때는 용융이 일어나지 않도록 압력이 더 높아야 한다. 높은 압력은 용융을 억제할 수 있으며, 높은 온도는 용융을 촉진할 수 있다. 부분 용융이 일어나는 정도는 온도와 압력의 균형에 따라 달라지며, 둘 다 이 과정에 강력한 영향을 미친다.[5]
2. 3. 휘발성 물질의 첨가
휘발성 물질이 있으면 암석과 같은 시스템의 고상선(고체가 녹기 시작하는 온도)을 상당히 낮출 수 있다.[8][9] 이를 통해 원래 예상보다 낮은 온도에서도 용융물이 만들어질 수 있으며, 압력이나 온도를 바꿔야 할 필요성이 줄어든다. 일부 연구자들은 휘발성 물질이 부분용융 과정에서 광물의 안정성이나 화학 반응을 조절하는 중요한 역할을 한다고 보지만,[10] 다른 연구자들은 그 역할이 비교적 부차적이라고 생각하기도 한다.[11]3. 부분 용융의 메커니즘
부분 용융을 일으키는 주요 메커니즘은 감압 용융과 플럭스 용융이다.[2] 감압 용융은 암석 덩어리가 높은 압력 환경에서 낮은 압력 환경으로 이동하면서 일부 구성 성분이 녹는 현상을 말한다. 반면, 플럭스 용융은 물과 같은 유체가 암석에 더해지면서 광물의 융점이 낮아져, 상대적으로 낮은 온도에서도 용융이 일어나는 과정이다.[2]
열전도 역시 열을 전달하여 암석을 녹일 수 있는 메커니즘이지만, 부분 용융에서는 앞선 두 과정에 비해 부차적인 역할을 한다. 이는 지구 내부의 단단한 암석 덩어리 사이에서는 열 전달 효율이 낮고, 부분 용융을 일으킬 만큼 충분한 열원이 부족하기 때문이다.[2]
3. 1. 감압 용융
감압 용융은 암석이 높은 압력 환경에서 낮은 압력 환경으로 이동하면서 녹는 현상을 말한다. 이는 대륙의 열곡대, 후열도 분지, 해저 해령 및 판 내부 열점과 같은 특정 환경에서 현무암질 용융물을 생성하는 주요 과정이다.[13] 판 구조론과 맨틀 대류는 뜨겁고 밀도가 낮은 암석을 지표면 근처로 이동시키는 역할을 한다. 이 과정에서 암석은 열 손실 없는 압력 감소(단열 감압)를 겪게 되고, 이로 인해 부분적으로 녹는 현상, 즉 감압 용융이 일어난다.[13]대표적인 예는 해령이다. 이곳에서는 맨틀에서 상승하는 뜨거운 감람암이 압력 감소로 부분 용융을 겪는다. 이 과정에서 현무암질 용융물과 고체 잔류물이 생성되며, 용융물이 지표로 분출하여 새로운 해양 지각을 형성한다.[13] 한편, 상대적으로 차갑고 단단한 암권 아래의 대륙 열곡대에서는 뜨겁고 유연한 연약권 물질이 낮은 압력 환경으로 이동하면서 감압 용융이 발생하기도 한다.[2]
3. 2. 플럭스 용융
감압 용융은 화산이 섭입대 위에서 어떻게 형성되는지 설명하지 못한다. 왜냐하면 이 환경에서는 해양판이 더 차가운 해양 지각 또는 대륙판 아래로 섭입할 때 압력이 증가하기 때문이다. 이러한 환경에서 용융을 설명하는 메커니즘은 플럭스 용융이다. 이 경우, 물, 해양 지각 물질 및 변성된 맨틀 암석과 같은 휘발성 물질이 시스템에 추가되면 광물이 더 낮은 온도에서 녹을 수 있다.[15] 섭입 슬래브에서 표면의 화산호로 물질을 운반하는 방법에 대해서는 두 가지 주요 견해가 있다. 하나는 슬래브 자체가 녹는 것이 가장 효율적인 방법이라는 주장이며,[16] 다른 하나는 암석권과 섭입 슬래브 사이에서 용융이 발생한다는 견해이다.[17][18]3. 3. 열 전도
부분 용융의 주요 메커니즘은 감압 용융과 플럭스 용융이지만, 거대한 고철질 대륙 마그마 저장소 (예: 옐로스톤[3])와 같은 특정 화성암 시스템의 생성은 이들만으로는 설명하기 어렵다. 이러한 경우에는 열전도가 중요한 역할을 한다. 예를 들어, 현무암 용융물이 대륙 지각을 통과하면서 축적되고 부분적으로 결정화될 수 있다. 이 과정에서 충분한 열이 방출되면 주변 암석을 녹여 고철질 마그마를 생성할 수 있다.[19] 이 현상이 대륙 지각의 변형에 미치는 영향에 대해서는 과학계에서 계속 논의되고 있다.[20]4. 부분 용융의 중요성
부분 용융은 지구의 지각을 형성하고 다양한 광물 자원을 만드는 데 필수적인 지질학적 과정이다.
4. 1. 지각 형성
부분 용융은 지질학에서 지각 암석의 화학적 화성암 분화와 관련하여 중요한 과정이다. 지구에서, 해령에서의 맨틀 부분 용융은 해양 지각을 생성하고, 섭입대에서의 맨틀과 해양 지각의 부분 용융은 대륙 지각을 생성한다.[5]4. 2. 광상 개발
부분 용융 과정은 다음과 같은 일련의 광상 개발과 관련이 있다:[4]참조
[1]
논문
Partial melting of crustal rocks
https://dx.doi.org/1[...]
1989-12-01
[2]
서적
Partial Melting
https://doi.org/10.1[...]
Springer International Publishing
2023-02-13
[3]
논문
The Yellowstone magmatic system from the mantle plume to the upper crust
2015-05-15
[4]
서적
Ore Deposit Geology
https://www.cambridg[...]
Cambridge University Press
2013
[5]
서적
Principles of igneous and metamorphic petrology
https://www.worldcat[...]
Prentice Hall
2010
[6]
서적
Basalts and phase diagrams : an introduction to the quantitative use of phase diagrams in igneous petrology
https://www.worldcat[...]
Springer-Verlag
1980
[7]
논문
Partitioning of Chloride Between a Silicate Melt and Coexisting Aqueous Phase from 2 to 8 Kilobars
http://dx.doi.org/10[...]
1972-04-01
[8]
논문
The Role of Fluids in Melting the Continental Crust and Generating Granitoids: An Overview
2022
[9]
논문
Water-fluxed crustal melting produces Cordilleran batholiths
https://doi.org/10.1[...]
2016-01-04
[10]
논문
Fluid–mineral reactions and melting of orthopyroxene–cordierite–biotite gneiss in the presence of H2O-CO2-NaCl and H2O-CO2-KCl fluids under parameters of granulite-facies metamorphism
https://doi.org/10.1[...]
2017-09-01
[11]
논문
Fluids and H2O activity at the onset of granulite facies metamorphism
http://dx.doi.org/10[...]
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서적
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https://www.worldcat[...]
2020
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논문
The Volume and Composition of Melt Generated by Extension of the Lithosphere
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서적
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논문
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Petrogenesis of slab-derived trondhjemite–tonalite–dacite/adakite magmas
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Subduction factory 1. Theoretical mineralogy, densities, seismic wave speeds, and H2O contents
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Magma genesis beneath Northeast Japan arc: A new perspective on subduction zone magmatism
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2009-12-01
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The Genesis of Intermediate and Silicic Magmas in Deep Crustal Hot Zones
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논문
Do coeval mafic and felsic magmas in post-collisional to within-plate regimes necessarily imply two contrasting, mantle and crustal, sources? A review
https://www.scienced[...]
2004-10-01
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