화산암
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1. 개요
화산암은 용암, 화산쇄설물 등으로 생성되며 생성 환경과 크기에 따라 분류된다. 세립질 또는 비현정질에서 유리질의 조직을 가지며, 화학 조성에 따라 알칼리성, 알칼리성이 아닌 암석, 과알칼리성 암석으로 구분된다. 주요 화산암으로는 현무암, 유문암, 안산암 등이 있으며, 용암이 냉각되는 속도에 따라 다양한 외관과 조직을 보인다. 화산암은 기계적 거동이 복잡하여 화산 위험 연구에 중요하게 활용된다.
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용암은 화산 활동으로 지표면에 분출된 액체 상태의 녹은 암석 물질이거나 굳어져 형성된 암석을 뜻하며, 마그마에서 휘발성분이 빠져나온 것으로, 규산염이 주성분이고 온도와 조성에 따라 점성이 달라지며, 파호이호이 용암, 아아 용암 등의 형태가 있다. - 화성암 - 불국사 화강암
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용암은 화산 활동으로 지표면에 분출된 액체 상태의 녹은 암석 물질이거나 굳어져 형성된 암석을 뜻하며, 마그마에서 휘발성분이 빠져나온 것으로, 규산염이 주성분이고 온도와 조성에 따라 점성이 달라지며, 파호이호이 용암, 아아 용암 등의 형태가 있다.
| 화산암 | |
|---|---|
| 지도 정보 | |
| 기본 정보 | |
| 유형 | 화성암 |
| 분류 | 외성 화성암 |
| 구성 | |
| 주성분 | 화산에서 분출된 용암 |
| 설명 | |
| 정의 | 화산 활동으로 분출된 마그마가 지표 또는 지하에서 냉각되어 형성된 암석 |
| 형성 과정 | 화산 폭발 시 용암류 또는 화산 쇄설물이 빠르게 냉각되어 형성 |
| 특징 | 결정의 크기가 매우 작거나 유리질 조직을 가짐 다공질 구조를 가질 수 있음 |
| 종류 | |
| 주요 종류 | 현무암 안산암 유문암 조면암 응회암 화산각력암 |
| 기타 종류 | 유리질암 부석 스코리아 |
| 용도 | |
| 건축 자재 | 건물 및 도로 건설 등에 사용 |
| 조경 | 정원 및 조경에 장식용으로 사용 |
| 기타 | 도자기 원료 연마제 |
| 관련 용어 | |
| 관련 용어 | 화산암 심성암 화성암 변성암 퇴적암 마그마 용암 화산 암석 순환 |
2. 특성
화산암은 마그마가 지표 밖으로 분출되어 만들어지는 암석으로, 심성암과 구분된다. 다양한 종류의 용암은 냉각 및 고화 과정에서 외관과 조성이 매우 달라진다. 예를 들어, 유문암 용암은 빠르게 냉각되면 흑요암이라는 검은 유리질 물질이 되거나, 기포가 많으면 부석이 된다. 천천히 냉각되면 밝은 색의 균일한 유문암이 된다.[10]
2. 1. 생성 환경 및 크기
화산암은 생성 환경과 크기에 따라 다양한 형태로 나타난다.화산쇄설암 및 퇴적물은 크기에 따라 다음과 같이 분류된다.[2][3]
| 직경(mm) | 화산쇄설물 | 주로 굳지 않은 경우 | 주로 굳은 경우 |
|---|---|---|---|
| > 64 | 화산탄, 화산암괴 | 집괴암, 화산탄 또는 화산암괴 층, 화산탄 또는 화산암괴 화산쇄설물 | 집괴암, 화산쇄설각력암 |
| 64 ~ 2 | 라필리 | 라필리 층, 라필리 화산쇄설물 | 라필리 응회암 |
| 2 ~ 1/16 | 거친 화산재 입자 | 거친 화산재 | 거친(화산재) 응회암 |
| < 1/16 | 고운 화산재 입자(먼지 입자) | 고운 화산재(먼지) | 고운(화산재) 응회암(먼지 응회암) |
2. 2. 조직
화산암은 일반적으로 세립질, 비현정질 또는 유리질 조직을 갖는다. 다른 암석의 포획암이나 반정을 포함하기도 한다. 반정은 기질보다 큰 결정으로 육안으로 식별 가능하다. 방상반암은 매우 세립질인 기질에 큰 마름모꼴 모양의 반정이 박혀 있는 예이다.[4]화산암은 종종 용융된 용암에 갇힌 휘발성 물질이 남긴 공극 때문에 베시큘러 조직을 갖기도 한다.
공기나 물과 접촉하여 빠르게 냉각된 용암은 대부분 미세 결정질이거나, 분출 당시 아직 액체 상태였던 점성이 있는 반결정질 용암류의 일부를 나타내는 미세 입자의 기질을 가진다. 이때 용암은 대기압에만 노출되었고, 다량 함유하고 있던 수증기 및 기타 기체는 자유롭게 방출될 수 있었다. 이로 인해 많은 중요한 변화가 발생하는데, 가장 두드러진 것은 수많은 수증기 공동(거품구조)의 빈번한 존재이며, 이는 종종 신장된 형태로 늘어나고 나중에 침투에 의해 광물로 채워진다(편상구조).[10][11][12]
지구 표면 아래에서 질량이 여전히 앞으로 기어가는 동안 결정화가 진행되면서, 가장 최근에 형성된 광물(기질)은 일반적으로 움직임의 방향을 따르는 아평행의 구불구불한 선(유동 구조)으로 배열되고, 이전에 결정화된 더 큰 초기 광물도 같은 배열을 보일 수 있다. 대부분의 용암은 방출되기 전에 원래 온도보다 상당히 낮아진다.[10]
화성암에서 첫 번째 세대의 결정은 일반적으로 용암이 지표면으로 분출되기 전, 즉 지하 깊이에서 화산의 분화구로 상승하는 동안 형성된다. 신선하게 분출된 용암이 용융된 액체 질량 속에 떠 있는 큰 결정을 포함하고 있음이 관찰을 통해 자주 확인되었다. 크고 잘 형성된 초기 결정(반정)은 반상조직이라고 하며, 주변 기질 또는 기질의 더 작은 결정은 분출 후 단계에 속한다. 드물게 용암은 분출 시점에 완전히 융합되며, 그러면 비반상의 미세 결정질 암석을 형성하도록 냉각될 수 있거나, 더 빠르게 냉각되면 대부분 비결정질 또는 유리질(흑요암, 타킬라이트, 피치스톤과 같은 유리질 암석)이 될 수 있다.[10]
유리질 암석의 공통적인 특징은 중앙에서 방사되는 미세한 발산 섬유로 구성된 둥근 체(구상체)의 존재이다. 이는 석영 또는 트리디마이트와 혼합된 장석의 불완전한 결정으로 구성된다.[10]
반정 또는 반상 광물은 기질의 광물보다 크기만 클 뿐만 아니라, 형성될 때 기질이 아직 액체 상태였기 때문에 인접한 결정의 압력에 의한 간섭 없이 완벽한 결정 모양을 취할 수 있었다. 이들은 종종 기질과 같은 유리질 또는 미세 결정질 물질의 봉입체로 가득 차 있기 때문에 빠르게 성장했던 것으로 보인다. 반정의 현미경 관찰은 종종 복잡한 역사를 가지고 있음을 보여준다.[10]
흑운모와 각섬석의 부식된 반정은 일부 용암에서 매우 흔하다. 이들은 연한 녹색의 오소휘석과 혼합된 자철석의 검은색 테두리로 둘러싸여 있다. 각섬석 또는 흑운모 물질은 응고의 특정 단계에서 불안정한 것으로 판명되었으며, 원래 결정의 특징적인 윤곽을 여전히 유지할 수 있지만 원래 결정을 부분적 또는 완전히 대체할 수 있는 오소휘석과 자철석의 파라모프로 대체되었다.[10]
화산암에는 보통 반정(phenocryst)과 석기가 포함된다. 반정과 석기로 구성되는 조직을 반상조직(porphyritic texture)이라고 한다.
반정은 조립질 결정으로, 분출 전 마그마 챔버 내에서 결정화된 것이다. 석기는 세립질 광물이나 유리로 구성된 부분으로, 화산 분출 시 급랭되어 형성된다.
2. 3. 화학 조성
대부분의 현대 화성암석학자들은 화산암을 포함한 화성암의 기원을 다룰 때 화학적 조성에 따라 분류한다. 동일한 초기 마그마에서 서로 다른 광물 조성과 조직이 발달할 수 있다는 사실 때문에, 화성암석학자들은 화산암의 기원을 연구할 때 화학적 조성에 크게 의존한다.
화성암의 화학적 분류는 먼저 실리카와 알칼리 금속(나트륨, 칼륨)의 총 함량을 실리카와 알칼리 산화물(K2O + Na2O)의 중량 분율로 나타내는 것을 기반으로 한다. 이를 통해 암석을 TAS 다이어그램의 한 영역에 배치한다. 초염기성암과 탄산염암은 고유한 특수 분류를 가지고 있지만, 이러한 암석은 화산암으로는 거의 발견되지 않는다. TAS 다이어그램의 일부 영역은 산화칼륨과 산화나트륨의 비율에 따라 더 세분화된다. 알루미늄이나 철 함량과 같은 다른 성분을 기반으로 추가적인 분류를 할 수도 있다.[5][6][7][8]
화산암은 크게 알칼리성이 아닌 화산암, 알칼리성 화산암, 과알칼리성 화산암으로 나뉜다. 알칼리성이 아닌 암석은 다음 조건을 만족하는 암석으로 정의된다.
SiO2 < -3.3539 × 10−4 × A6 + 1.2030 × 10−2 × A5 - 1.5188 × 10−1 × A4 + 8.6096 × 10−1 × A3 - 2.1111 × A2 + 3.9492 × A + 39.0
여기서 실리카와 총 알칼리 산화물 함량(A)은 모두 몰분율로 표현된다. TAS 다이어그램은 중량 분율을 사용하고 알칼리성과 알칼리성이 아닌 암석 사이의 경계는 몰분율로 정의되기 때문에, TAS 다이어그램에서 이 곡선의 위치는 근사값이다. 과알칼리성 화산암은 Na2O + K2O > Al2O3인 암석으로 정의되므로, 일부 알칼리 산화물은 에기린 또는 나트륨이 풍부한 각섬석으로 존재해야 하며 장석으로 존재해서는 안 된다.[9][8]
화산암의 화학적 조성은 원시 마그마의 초기 조성과 이후의 분화 작용, 두 가지 요소에 따라 달라진다. 대부분의 마그마는 주로 결정 분별작용에 의해 실리카(SiO2) 함량을 증가시키는 경향이 있다. 대부분의 마그마는 초기 조성이 현무암질이지만, 초기 조성의 작은 차이가 여러 분화 계열을 초래할 수 있다. 이러한 계열 중 가장 일반적인 것은 토날라이트-트라키안데사이트-현무암질, 칼크알칼리성, 및 알칼리성 계열이다.[9][8]
화산암의 화학적 조성에 따른 분류는 다음과 같다.
2. 4. 광물 조성
대부분의 화산암은 여러 가지 공통적인 광물을 포함하고 있다. 화산암의 분화는 주로 분별 결정작용에 의해 이산화규소(SiO2) 함량을 증가시키는 경향이 있다. 따라서, 더 진화된 화산암은 장석, 석영 다형 및 백운모를 포함한 층상 및 망상규산염광물과 같이 더 많은 양의 이산화규소를 함유하는 광물이 더 풍부한 경향이 있다. 규산염이 여전히 주를 이루지만, 더 원시적인 화산암은 감람석과 휘석류와 같이 이산화규소 함량이 적은 광물 조합을 가지고 있다. 보웬 반응계열은 화산암에서 가장 일반적인 광물의 형성 순서를 정확하게 예측한다.때때로 마그마는 다른 마그마에서 결정화된 결정을 흡수할 수 있는데, 이러한 결정을 미결정이라고 한다. 킴벌라이트에서 발견되는 다이아몬드는 드물지만 잘 알려진 미결정이다. 킴벌라이트는 다이아몬드를 생성하는 것이 아니라, 다이아몬드를 흡수하여 지표면으로 운반한다.
반정 또는 반상 광물은 기질의 광물보다 크기만 클 뿐만 아니라, 형성될 때 기질이 아직 액체 상태였기 때문에 인접한 결정의 압력에 의한 간섭 없이 완벽한 결정 모양을 취할 수 있었다. 이들은 종종 기질과 같은 유리질 또는 미세 결정질 물질의 봉입체로 가득 차 있기 때문에 빠르게 성장했던 것으로 보인다. 반정의 현미경 관찰은 종종 복잡한 역사를 가지고 있음을 보여준다. 매우 자주 색상 또는 기타 광학적 특성의 변화에 의해 나타나는 서로 다른 조성의 층을 보여준다.
장석에서는 중앙이 일반적으로 주변 층보다 칼슘이 풍부하며, 각각 안쪽보다 칼슘이 적은 연속적인 영역이 종종 관찰된다. 석영(및 다른 광물)의 반정은 날카롭고 완벽한 결정면 대신, 뭉툭해지고 불규칙한 혀 모양의 돌출부가 결정 물질로 기질로 들어가는 부식된 표면을 보일 수 있다. 이는 광물이 결정화된 후 기질이 고화되기 전 어느 시점에 부분적으로 다시 용해되거나 부식되었음을 분명히 보여준다.
흑운모와 각섬석의 부식된 반정은 일부 용암에서 매우 흔하다. 이들은 연한 녹색의 오소휘석과 혼합된 자철석의 검은색 테두리로 둘러싸여 있다. 각섬석 또는 흑운모 물질은 응고의 특정 단계에서 불안정한 것으로 판명되었으며, 원래 결정의 특징적인 윤곽을 여전히 유지할 수 있지만 원래 결정을 부분적 또는 완전히 대체할 수 있는 오소휘석과 자철석의 파라모프로 대체되었다.[10]
화산암에는 보통 반정(phenocryst)과 석기(groundmass)가 포함된다. 반정과 석기로 구성되는 조직을 반상조직(porphyritic texture)이라고 한다.
반정은 조립질 결정으로, 분출 전 마그마 챔버(magma chamber) 내에서 결정화된 것이다. 석기는 세립질 광물이나 유리로 구성된 부분으로, 화산 분출 시 급랭되어 형성된다.
3. 주요 화산암
화산암은 그 화학 조성과 조직에 따라 명명된다. 현무암은 실리카 함량이 낮은 매우 흔한 화산암이다. 유문암은 실리카 함량이 높은 화산암이다. 유문암의 실리카 함량은 화강암과 유사하며, 현무암은 반려암과 조성이 같다. 중간 정도의 화산암에는 안산암, 석영안산암, 트라키안암, 섬장암이 포함된다.
화산쇄설암은 폭발적인 화산 활동의 산물이다. 이들은 종종 장석질(실리카 함량이 높음)이다. 화산쇄설암은 종종 화산재, 화산탄, 테프라 및 기타 화산 분출물과 같은 화산 잔해의 결과이다. 화산쇄설암의 예로는 응회암과 화산각력암이 있다.
화산암보다는 관입암과 유사한 구조를 지닌 천부 관입암도 화산암으로 간주되며, 아화산암으로 이행된다.
주요 화산암은 다음과 같다.
4. 화산암의 산상
화산암은 다양한 형태로 나타나는데, 이를 산상이라고 한다. 화산암의 주요 산상은 다음과 같다.
5. 화산암의 활용
화산암은 가열하면 식는 속도가 느리다는 특징이 있다. 이러한 점을 이용하여 잉여 전력으로 화산암을 약 750°C까지 가열하고, 필요할 때 꺼낸 열로 증기터빈을 돌려 발전하는 "암석 축전"에 사용된다.[15]
참조
[1]
논문
Global geologic maps are tectonic speedometers—Rates of rock cycling from area-age frequencies
[2]
논문
The IUGS systematics of igneous rocks
[3]
논문
Rock Classification Scheme - Vol 1 - Igneous
http://www.bgs.ac.uk[...]
NERC
1999
[4]
논문
U-Pb systematics in volcanic and plutonic rocks of the Krokskogen area: Resolving a 40 million years long evolution in the Oslo Rift
2020-12
[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]
논문
A Guide to the Chemical Classification of the Common Volcanic Rocks
1971-05-01
[10]
백과사전
Petrology
[11]
논문
Transient phenomena in vesicular lava flows based on laboratory experiments with analogue materials
[12]
논문
Rheological properties of basaltic lavas at sub-liquidus temperatures: laboratory and field measurements on lavas from Mount Etna
1995-11-01
[13]
논문
The mechanical behaviour and failure modes of volcanic rocks: a review
[14]
논문
Fracture and compaction of andesite in a volcanic edifice
[15]
뉴스
「岩石蓄電 22年にも実用化 シーメンス、10社以上と覚書」
https://www.nikkei.c[...]
日本経済新聞
2020-01-30
[16]
논문
Global geologic maps are tectonic speedometers—Rates of rock cycling from area-age frequencies
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