광상학

3. 광상의 종류

광상은 형성 과정에 따라 화성 광상, 퇴적 광상, 변성 광상으로 구분된다.^[33]

• 화성 광상: 마그마가 지하에서 천천히 냉각되며 각 원소가 분리·농집되어 생기는 광상이다.
• 열수 광상: 마그마에서 나온 고온의 물이나 마그마 근처에서 가열된 지하수가 암석 성분을 용해하여 운반하다가 특정 장소에서 결정화되어 생기는 광상이다. 해령 부근 해저의 열수 활동(블랙 스모커)에 의한 광상 생성도 이 유형에 포함된다.
• 퇴적 광상: 지표의 암석이 풍화되어 바람이나 물(하천)에 의해 운반, 퇴적되어 생기는 광상이다. 보크사이트처럼 알루미늄 이외의 성분이 용해되고 남은 잔류 광상도 포함된다. 석탄, 석유 등 화석 연료 광상도 퇴적 작용의 결과이다.

• 300~550℃: 주석, 텅스텐, 몰리브덴 광상
• 200~350℃: 구리, 납, 아연 광상
• 100~250℃: 금, 은 광상^[20]

3. 1. 화성 광상

이러한 화성암과 광상의 종류는 모체가 된 마그마의 성질에 크게 의존하고 있다. 현재 화강암질 마그마는 일본을 포함한 호상 열도 등의 섭입대나 대륙 내부에서 생성되는 경우가 많지만, 마픽 또는 초마픽 화성암은 그 성분이 맨틀의 성분에 비교적 가깝고, 중앙 해령이나 핫 스폿 등의 화산섬에서 많이 발견된다. 그러나 선캄브리아 시대에서는 마픽 마그마가 대륙 지각으로 관입하여 생긴 광상이 발견된다.

화성 광상의 대표적인 금속 광상으로 니켈・크롬 광상, 페그마타이트 광상, 카보나타이트 광상 3종류가 있다.^[13]

니켈과 크롬의 거대한 광상은 마그마성 마그마 덩어리가 지하에서 천천히 냉각된 경우가 많다. 가장 대규모의 크롬 광상인 남아프리카 공화국의 "부시벨트 광산"은 약 19억 년 전에 당시 육지의 지각 속에 동서 520km, 남북 270km, 최대 두께 7600m라는 거대한 마그마가 관입한 결과로 만들어졌다. 거대한 마그마 덩어리가 천천히 식어가면서 굳어가는 과정에서, 융점이 높고(즉, 다른 것보다 빨리 굳어지는) 비중이 무거운 철과 크롬을 포함하는 성분이 아래로 가라앉고, 남은 가벼운 성분이 상부에 분화되어 간 모습을 알 수 있다. 암상을 아래에서부터 차례로 설명하면 다음과 같다.

• 급냉층
• 약간의 크롬철광층
• 철과 마그네슘을 많이 포함하고 융점이 높으며 비중이 무거운 감람암류의 두꺼운 층 (약 1500m)
• 크롬철광을 주로 하는 광상
• 반려암의 두꺼운 층 (약 1000m)
• 자철광의 농집부
• 반려암층
• 철과 마그네슘류가 적은 섬록암층 (약 1900m) ^[14]

3. 2. 퇴적 광상

• 표사(漂砂) 광상: 밀도가 큰 광물이 하천 바닥에 쌓여 형성된 광상이다. 주로 금, 백금, 다이아몬드, 주석 등 풍화에 강한 광물이 모여 있다.
• 풍화 잔류 광상: 고온 다습한 열대 지방에서 화학적 풍화 작용이 일어나면서 암석을 이루는 나트륨, 칼슘, 마그네슘, 규소 등이 녹아 빠져나가고, 상대적으로 잘 녹지 않는 철과 알루미늄이 남아 형성된 광상이다. 알루미늄 산화물인 보크사이트가 여기에 해당한다.
• 침전(沈澱) 광상: 해수가 증발하면서 해수에 녹아 있는 물질이 침전되어 암염, 석고, 탄산염 광물 등이 모여 형성된 광상이다. 선캄브리아기의 호상 철광층 등이 이에 속한다.

3. 3. 변성 광상

4. 광상과 관련된 주요 원소 및 광물

유용한 원소가 인류가 사용할 수 있는 화합물로 농집된 암석을 광석이라고 하며, 광석이 경제적으로 채굴할 수 있을 정도의 충분한 양의 집합체를 광상이라고 한다^[5]。각 원소의 지각 중 존재량과, 중요한 광석을 위의 표에 정리했다. 광상학에서는 이러한 광석의 생성과 집결 경위에 대해 검토를 진행한다. 즉, 유용 원소가 원래 존재했던 장소, 운반 방법, 현재 장소(광상)에 농집·고정된 원인 등을 해명한다^[6]。

각 원소 광상의 규모는 그 존재량에 의존하는 경우가 많다. 존재량이 많은 철의 주요 광상인 줄상철광상은 길이가 수백에서 수천 킬로미터에 달하는 것도 있어^[7] 노천 채굴로 대량 채굴하지만, 금 광산은 폭 수십 cm에서 수 m, 길이 수백 m 정도의 광맥을 따라 굴진하는 규모이다.

유용 원소가 광물에 포함되어 있어도 공업적으로 분리·추출할 수 없는 경우에는 광석이 되지 않는다. 예를 들어 알루미늄은 위 표에서 보듯이 지각 중에서 매우 일반적인 원소로, 화강암 중의 장석이나 점토 광물 고령토에도 대량으로 포함되어 있지만, 이러한 광물로부터 알루미늄을 공업적으로 단리하는 기술은 확립되어 있지 않기 때문에 광석에 해당하지 않으며, 보크사이트만이 광석으로 간주된다.

5. 금속 자원 이용의 역사 (한국의 관점)

인류가 처음으로 금속을 이용한 것은 기원전 4000년경 메소포타미아 북부 아나톨리아 고원에서 자연동을 도구로 가공하면서부터이다. 이후 구리 광석을 제련하는 기술도 발달하였다. 구리에 이어 주석이 구리와의 합금인 청동을 만드는 데 사용되었다^[5]。 청동은 구리보다 단단하고 강했기 때문에 무기, 도구, 용기에 널리 사용되면서 청동기 시대가 시작되었다. 그 후 사금에서 금 제품이 만들어졌고, 고대 이집트에서는 많은 금 장식품이 제작되었다.

6. 화석 연료 광상

퇴적학 연구는 석유 및 석탄 에너지 자원의 경제적 매장량 규명에 매우 중요하다.

6. 1. 석탄

• 대량의 식물이 번성할 것. 석탄은 식물이 진화하여 지상에 대규모의 삼림이 형성되게 된 석탄기(3억 6700만 년 전부터 2억 8900만 년 전) 이후의 지층에 존재한다.
• 식물의 유해가 완전히 부패하기 전에 땅속에 묻힐 것. 현재의 습지대와 같은 지표면의 산소가 부족한 조건이 필요하다.
• 대규모 탄전이 형성되기 위해서는 장기간 안정적으로 식물이 번성할 것. 즉, 지각 변동이 적은 곳이 바람직하며, 일본과 같이 지각 변동이 심한 지역에서는 대규모 광상이 형성되기 어렵다.

6. 2. 석유

참조

_[1] 서적 Economic Geology, Principles and Practice: Metals, Minerals, Coal and Hydrocarbons – an Introduction to Formation and Sustainable Exploitation of Mineral Deposits www.schweizerbart.de[...] Schweizerbart Science Publishers, Stuttgart 2020
_[2] 서적 The Geology of Ore Deposits Waveband Press, Long Grove, IL 2007
_[3] 간행물 Is Mineral Depletion a threat to sustainable mining? 2010
_[4] 서적 地球鉱物資源入門
_[5] 서적 岩石と地下資源
_[6] 서적 地球鉱物資源入門
_[7] 서적 地球鉱物資源入門
_[8] 서적 地球鉱物資源入門
_[9] 서적 地球鉱物資源入門
_[10] 서적 地球鉱物資源入門
_[11] 서적 地球鉱物資源入門
_[12] 서적 地球鉱物資源入門
_[13] 서적 岩石と地下資源
_[14] 서적 地球鉱物資源入門
_[15] 서적 地球鉱物資源入門
_[16] 서적 地球鉱物資源入門
_[17] 서적 地球鉱物資源入門
_[18] 서적 地球鉱物資源入門
_[19] 서적 地球鉱物資源入門
_[20] 서적 地球鉱物資源入門
_[21] 서적 地球鉱物資源入門
_[22] 서적 地球鉱物資源入門
_[23] 서적 地球鉱物資源入門
_[24] 서적 岩石と地下資源
_[25] 서적 岩石と地下資源
_[26] 서적 最新　地球史がよくわかる本
_[27] 서적 最新　地球史がよくわかる本
_[28] 서적 凍った地球
_[29] 서적 地球鉱物資源入門
_[30] 서적 地球鉱物資源入門
_[31] 서적 地球鉱物資源入門
_[32] 서적 岩石と地下資源
_[33] 서적 고등학교 지구과학 II Mirae N 2017-01-01