화산유리
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1. 개요
화산 유리는 마그마가 급격히 냉각되어 형성된 비정질 고체로, 일반적으로 높은 규산염 함량의 유문암 유리를 의미하며 흑요석이 대표적이다. 마그마의 냉각 속도와 용해된 물의 양에 따라 유리 전이 온도가 달라지며, 유문암 마그마는 화산 유리를 형성하기 쉽고, 현무암은 상대적으로 어렵다. 화산 유리는 물에 의한 급랭, 분화 기둥 내 공기에 의한 냉각, 지면 접촉 냉각 등의 방식으로 형성되며, 흑요석, 부석, 타킬라이트, 시데로멜레인 등 다양한 종류가 있다. 화산 유리는 화학적으로 불안정하여 쉽게 분해되며, 화산재의 암석화 과정에 관여하고, 대규모 황화물 광상 및 제올라이트, 벤토나이트 광상 형성에 기여한다.
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- 화산암 - 흑요석
흑요석은 빠르게 냉각된 용암에서 형성되는 자연 발생 유리로, 석기 시대부터 도구 제작에 사용되었으며, 현대에는 외과 수술용 메스로도 활용된다. - 화산암 - 안산암
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| 화산유리 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 정의 | 화산 유리(火山琉璃, volcanic glass)는 용암이 급격하게 식으면서 결정 구조를 형성할 시간적 여유가 없어 생성된 비정질 화성암이다. |
| 특징 | 유리질 조직을 가지며, 이는 현정질 조직의 반대이다. 일반적으로 유문암질 조성에서 발견되지만, 다른 조성에서도 발견될 수 있다. |
| 기타 명칭 | 천연 유리(天然琉璃) |
| 종류 및 특징 | |
| 흑요석 (黑曜石, Obsidian) | 일반적으로 유문암질 조성의 화산 유리이다. 검은색을 띠는 것이 일반적이지만, 철분 및 마그네슘의 함량에 따라 다양한 색상을 나타낼 수 있다. 결정 구조가 없기 때문에 매우 날카로운 날을 만들 수 있어, 과거에 칼날이나 화살촉 등으로 사용되었다. |
| 진주암 (珍珠岩, Perlite) | 높은 수분 함량을 가진 화산 유리이다. 가열하면 팽창하여 부피가 크게 늘어나는 특성이 있다. 건축 자재, 여과재 등으로 사용된다. |
| 아파치 눈물 (Apache tears) | 흑요석의 일종으로, 둥근 형태를 띠는 것이 특징이다. 투명하거나 반투명한 검은색을 띤다. |
| 타킬라이트 (Tachylite) | 현무암질 조성의 화산 유리이다. 흑요석보다 철분 함량이 높다. 매우 드물게 발견된다. |
| 시데로멜레인 (Sideromelane) | 현무암질 유리로, 수중에서 급랭될 때 생성된다. 팔라고나이트화되어 팔라고나이트 암석을 형성하기도 한다. |
| 팔라고나이트 (Palagonite) | 시데로멜레인이 수화작용을 받아 변질된 물질이다. 황갈색 또는 황색을 띤다. |
| 리무 오 펠레 (Limu o Pele) | 얇은 유리질 조각으로, 하와이 화산에서 발견된다. "펠레의 해초"라고도 불린다. |
2. 생성
마그마가 급격히 냉각될 때 화산 유리가 형성된다. 정상적인 결정화 온도 이하로 급격히 냉각된 마그마는 과냉각된 액체가 되고, 더욱 급격한 냉각으로 인해 비정질 고체가 된다. 과냉각 액체에서 유리로의 변화는 유리 전이 온도라고 하는 온도에서 발생하며, 이는 냉각 속도와 마그마에 용해된 물의 양에 따라 달라진다.[2]
실리카가 풍부하고 용해된 물이 적은 마그마는 화산 유리를 형성할 만큼 빠르게 냉각되기 가장 쉽다. 결과적으로 실리카 함량이 높은 유문암 마그마는 화산 유리가 전부인 테프라를 생성하거나 유리질 용암류를 형성할 수 있다.[2] 화산재 흐름 응회암은 전형적으로 무수한 미세한 화산 유리 조각으로 구성된다. 반면, 실리카 함량이 낮은 현무암은 유리를 형성하기 어렵기 때문에 현무암 테프라는 거의 항상 적어도 약간의 결정질 물질(''급랭 결정'')을 포함한다.[2] 현무암의 유리 전이 온도는 약 700°C이다.[4]
화산 유리의 형성을 제어하는 메커니즘은 현무암 유리인 타킬라이트와 시데로멜레인의 두 가지 형태로 나타난다. 타킬라이트는 유리 속에 있는 작은 산화물 광물 결정이 풍부하기 때문에 투과광에 불투명하다. 시데로멜레인은 결정이 훨씬 적게 포함되어 있기 때문에 부분적으로 투명하다. 시데로멜레인은 현무암 마그마가 물과 접촉하여 매우 빠르게 냉각되는 프레아토마그마 분화와 같은 분화에서만 풍부하게 나타난다. 현무암 화산 유리는 베개 용암에도 존재한다.[3]
화산 유리를 형성하는 냉각 메커니즘 중 가장 효과적인 것은 물에 의한 급랭이며, 그 다음은 분화 기둥에 포함된 공기에 의한 냉각이다. 가장 덜 효과적인 메커니즘은 흐름 바닥이 지면과 접촉하여 냉각되는 것이다.[4]
2. 1. 생성 조건
마그마가 급격히 냉각될 때 화산 유리가 형성된다. 정상적인 결정화 온도 이하로 급격히 냉각된 마그마는 과냉각된 액체가 되고, 더욱 급격한 냉각으로 인해 비정질 고체가 된다. 과냉각 액체에서 유리로의 변화는 유리 전이 온도라고 하는 온도에서 발생하며, 이는 냉각 속도와 마그마에 용해된 물의 양에 따라 달라진다.[2] 실리카가 풍부하고 용해된 물이 적은 마그마는 화산 유리를 형성할 만큼 빠르게 냉각되기 가장 쉽다. 결과적으로 실리카 함량이 높은 유문암 마그마는 화산 유리가 전부인 테프라를 생성할 수 있으며 유리질 용암류를 형성할 수도 있다.[2] 화산재 흐름 응회암은 전형적으로 무수한 미세한 화산 유리 조각으로 구성된다. 실리카 함량이 낮은 현무암은 유리를 형성하기 어렵기 때문에 현무암 테프라는 거의 항상 적어도 약간의 결정질 물질(''급랭 결정'')을 포함한다.[2] 현무암의 유리 전이 온도는 약 700°C이다.[4]화산 유리의 형성을 제어하는 메커니즘은 현무암 유리인 타킬라이트와 시데로멜레인의 두 가지 형태로 더욱 잘 나타난다. 타킬라이트는 유리 속에 있는 작은 산화물 광물 결정이 풍부하기 때문에 투과광에 불투명하다. 시데로멜레인은 결정이 훨씬 적게 포함되어 있기 때문에 부분적으로 투명하다. 시데로멜레인은 현무암 마그마가 물과 접촉하여 매우 빠르게 냉각되는 프레아토마그마 분화와 같은 분화에서만 풍부하게 나타난다. 현무암 화산 유리는 베개 용암에도 존재한다.[3]
화산 유리를 형성하는 냉각 메커니즘 중 가장 효과적인 것은 물에 의한 급랭이며, 그 다음은 분화 기둥에 포함된 공기에 의한 냉각이다. 가장 덜 효과적인 메커니즘은 흐름 바닥이 지면과 접촉하여 냉각되는 것이다.[4]
2. 2. 생성 메커니즘
마그마가 급격히 냉각되면 화산 유리가 형성된다. 정상적인 결정화 온도 이하로 급격히 냉각된 마그마는 과냉각된 액체가 되고, 더욱 급격한 냉각으로 인해 비정질 고체가 된다. 과냉각 액체에서 유리로의 변화는 유리 전이 온도라고 하는 온도에서 발생하며, 이는 냉각 속도와 마그마에 용해된 물의 양에 따라 달라진다. 실리카가 풍부하고 용해된 물이 적은 마그마는 화산 유리를 형성할 만큼 빠르게 냉각되기 가장 쉽다. 결과적으로 실리카 함량이 높은 유문암 마그마는 화산 유리가 전부인 테프라를 생성할 수 있으며 유리질 용암류를 형성할 수도 있다.[2] 화산재 흐름 응회암은 전형적으로 무수한 미세한 화산 유리 조각으로 구성된다. 실리카 함량이 낮은 현무암은 유리를 형성하기 어렵기 때문에 현무암 테프라는 거의 항상 적어도 약간의 결정질 물질(''급랭 결정'')을 포함한다.[2] 현무암의 유리 전이 온도는 약 700°C이다.[4]화산 유리의 형성을 제어하는 메커니즘은 현무암 유리인 타킬라이트와 시데로멜레인의 두 가지 형태로 더욱 잘 나타난다. 타킬라이트는 유리 속에 있는 작은 산화물 광물 결정이 풍부하기 때문에 투과광에 불투명하다. 시데로멜레인은 결정이 훨씬 적게 포함되어 있기 때문에 부분적으로 투명하다. 시데로멜레인은 현무암 마그마가 물과 접촉하여 매우 빠르게 냉각되는 프레아토마그마 분화와 같은 분화에서만 풍부하게 나타난다. 현무암 화산 유리는 베개 용암에도 존재한다.[3]
화산 유리를 형성하는 냉각 메커니즘 중 가장 효과적인 것은 물에 의한 급랭이며, 그 다음은 분화 기둥에 포함된 공기에 의한 냉각이다. 가장 덜 효과적인 메커니즘은 흐름 바닥이 지면과 접촉하여 냉각되는 것이다.[4]
3. 종류
화산 유리는 규산염(SiO2) 함량에 따라 종류가 다양하다. 가장 흔한 것은 유문암 유리인 흑요석이다.[5]
화산 유리의 종류는 다음과 같다.
| 종류 | 설명 |
|---|---|
| 부석 | 결정 구조가 없기 때문에 유리로 간주된다. |
| 아파치 눈물 | 일종의 결절형 흑요석. |
| 태킬라이트(tachylyte) | 비교적 낮은 규산염 함량을 가진 현무암 유리. |
| 사이드로멜레인 | 덜 흔한 형태의 태킬라이트. |
| 팔라고나이트 | 현무암 유리의 변질 생성물. |
| 히알로클라스타이트 | 사이드로멜레인과 팔라고나이트로 이루어진 수화된 응회암질 각력암. |
| 펠레의 머리카락 | 일반적으로 현무암질인 화산 유리의 가닥 또는 섬유. |
| 펠레의 눈물 | 일반적으로 현무암질인 눈물 방울 모양의 화산 유리. |
| 리무 오 펠레(펠레의 해초) | 일반적으로 현무암질인 얇은 시트와 엷은 갈색에서 거의 투명한 화산 유리 조각. |
3. 1. 유문암질 화산 유리
규산염(SiO2) 함량이 높은 유문암 유리인 흑요석이 가장 흔한 화산 유리에 해당한다.[5]다른 종류의 화산 유리는 다음과 같다.
- 부석: 결정 구조가 없기 때문에 유리로 간주된다.
- 아파치 눈물: 일종의 결절형 흑요석이다.
- 태킬라이트(tachylyte): 비교적 낮은 규산염 함량을 가진 현무암 유리이다.
- 사이드로멜레인: 덜 흔한 형태의 태킬라이트이다.
- 팔라고나이트: 현무암 유리의 변질 생성물이다.
- 히알로클라스타이트: 사이드로멜레인과 팔라고나이트로 이루어진 수화된 응회암질 각력암이다.
- 펠레의 머리카락: 일반적으로 현무암질인 화산 유리의 가닥 또는 섬유이다.
- 펠레의 눈물: 일반적으로 현무암질인 눈물 방울 모양의 화산 유리이다.
- 리무 오 펠레(펠레의 해초): 일반적으로 현무암질인 얇은 시트와 엷은 갈색에서 거의 투명한 화산 유리 조각이다.
3. 2. 현무암질 화산 유리
마그마가 급격히 냉각되어 형성되는 화산 유리 중, 현무암은 유리를 형성하기 어렵기 때문에 현무암 테프라는 거의 항상 적어도 약간의 결정질 물질(''급랭 결정'')을 포함한다.[2] 현무암의 유리 전이 온도는 약 700°C이다.[4]현무암질 화산 유리의 형성을 제어하는 메커니즘은 타킬라이트와 시데로멜레인의 두 가지 형태로 더욱 잘 나타난다. 타킬라이트는 유리 속에 있는 작은 산화물 광물 결정이 풍부하기 때문에 투과광에 불투명하다. 시데로멜레인은 결정이 훨씬 적게 포함되어 있기 때문에 부분적으로 투명하다. 시데로멜레인은 현무암 마그마가 물과 접촉하여 매우 빠르게 냉각되는 프레아토마그마 분화와 같은 분화에서만 풍부하게 나타난다. 현무암 화산 유리는 베개 용암에도 존재한다.[3]
화산 유리를 형성하는 냉각 메커니즘 중 가장 효과적인 것은 물에 의한 급랭이며, 그 다음은 분화 기둥에 포함된 공기에 의한 냉각이다.[4]
다른 종류의 현무암질 화산 유리에는 타킬라이트(비교적 낮은 규산염 함량을 가진 현무암 유리), 시데로멜레인(덜 흔한 형태의 타킬라이트), 팔라고나이트(현무암 유리의 변질 생성물), 히알로클라스타이트(시드로멜레인과 팔라고나이트로 이루어진 수화된 응회암질 각력암), 펠레의 머리카락(일반적으로 현무암질인 화산 유리의 가닥 또는 섬유), 펠레의 눈물(일반적으로 현무암질인 눈물 방울 모양의 화산 유리), 리무 오 펠레(펠레의 해초, 일반적으로 현무암질인 얇은 시트와 엷은 갈색에서 거의 투명한 화산 유리 조각) 등이 있다.
3. 3. 기타
- 부석은 결정 구조가 없기 때문에 유리로 간주된다.
- 아파치 눈물은 일종의 결절형 흑요석이다.
- 태킬라이트는 비교적 낮은 규산염 함량을 가진 현무암 유리이다.
- 사이드로멜레인은 덜 흔한 형태의 태킬라이트이다.
- 팔라고나이트는 현무암 유리의 변질 생성물이다.
- 히알로클라스타이트는 사이드로멜레인과 팔라고나이트로 이루어진 수화된 응회암질 각력암이다.
- 펠레의 머리카락은 일반적으로 현무암질인 화산 유리의 가닥 또는 섬유이다.
- 펠레의 눈물은 일반적으로 현무암질인 눈물 방울 모양의 화산 유리이다.
- 리무 오 펠레(펠레의 해초)는 일반적으로 현무암질인 얇은 시트와 엷은 갈색에서 거의 투명한 화산 유리 조각이다.
4. 변질
화산 유리는 화학적으로 불안정하여 쉽게 분해된다. 물 분자는 화산 유리의 열린 구조와 쉽게 반응하여 유리에서 용해성 양이온을 제거하고 이차 광물을 침전시킨다. 대양저 산맥에서 화산 유리의 변화는 대규모 황화물 광상 형성에 크게 기여했을 수 있으며, 제올라이트와 벤토나이트 광상을 형성하는 화산재 층의 변화도 있었다.[1]
4. 1. 변질의 의의
화산 유리는 화학적으로 불안정하며 쉽게 분해된다. 물 분자는 화산 유리의 열린, 무질서한 구조와 쉽게 반응하여 유리에서 용해성 양이온을 제거하고 이차(자생) 광물을 침전시킨다. 그 결과, 화산재의 암석화는 가장 빠른 저온 암석화 과정 중 하나이다. 대양저 산맥에서 화산 유리의 변화는 대규모 황화물 광상 형성에 크게 기여했을 수 있으며, 경제적으로 중요한 제올라이트와 벤토나이트 광상을 형성하는 화산재 층의 변화도 있었다.참조
[1]
서적
Dictionary of Geological Terms
https://books.google[...]
American Geological Institute
2022-04-07
[2]
서적
Pyroclastic rocks
Springer-Verlag
1984
[3]
논문
Cooling rates of basaltic hyaloclastites and pillow lava glasses from the HSDP2 drill core
2009-02
[4]
서적
Volcanism
Springer
2003
[5]
논문
Chemical, mineralogical and structural features of native and expanded perlite from Macedonia
http://www.geologia-[...]
2019-10-23
[6]
서적
Dictionary of Geological Terms
Anchor Books-Random House
[7]
논문
Chemical, mineralogical and structural features of native and expanded perlite from Macedonia
http://www.geologia-[...]
2019-10-23
[8]
문서
Dictionary of Geological Terms
Prepared by the American Geological Institute
1984
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