보언의 반응 계열
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1. 개요
보언의 반응 계열은 마그마가 냉각될 때 광물이 생성되는 순서를 나타내는 것으로, 불연속 계열과 연속 계열로 구분된다. 불연속 계열에서는 감람석, 휘석 등이, 연속 계열에서는 사장석이 온도 감소에 따라 순차적으로 결정화된다. 지구 표면에서의 광물 안정성을 나타내는 지표로도 사용되며, 풍화에 대한 저항성을 보여주는 골디치의 분해 계열과 관련이 있다.
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| 보언의 반응 계열 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 명칭 | 보언의 반응 계열 |
| 원어 명칭 | Bowen's reaction series |
| 유형 | 암석학 개념 |
| 내용 | 마그마에서 광물의 결정화 순서 설명 |
| 상세 내용 | |
| 불연속 계열 | 감람석 → 휘석 → 각섬석 → 흑운모 순서로 반응하며, 마그마 조성 변화에 따라 결정화되는 광물이 바뀜. 각 단계에서 새로운 광물이 형성되면서 마그마의 조성이 변하고, 그 결과 다음 단계의 광물이 안정화되는 조건이 됨. |
| 연속 계열 | 사장석에서 칼슘이 풍부한 성분에서 나트륨이 풍부한 성분으로 점진적으로 변화. 고온에서는 칼슘이 풍부한 사장석이 먼저 결정화되고, 온도가 낮아짐에 따라 나트륨 함량이 증가한 사장석이 결정화됨. |
| 최종 단계 | 불연속 계열과 연속 계열이 진행된 후, 마그마에는 주로 정장석, 백운모, 석영과 같은 광물이 남게 됨. 이러한 광물들은 상대적으로 낮은 온도에서 결정화됨. |
| 중요성 | |
| 암석 형성 과정 이해 | 화성암의 종류와 광물 조성, 그리고 마그마의 진화 과정을 이해하는 데 중요한 역할 수행. |
| 지질학적 해석 | 특정 화성암의 생성 환경과 과정을 추론하는 데 도움을 줌. |
| 관련 정보 | |
| 관련 학문 분야 | 암석학, 지질학, 광물학 |
| 참고 문헌 | |
2. 보엔 반응 계열
보언의 반응 계열(Bowen's reaction series)은 마그마가 식으면서 광물이 만들어지는 순서를 설명하는 모델이다. 이 계열은 크게 불연속 계열과 연속 계열의 두 가지 경로로 나뉜다. 그림의 위쪽에 있는 광물일수록 높은 온도에서 먼저 결정화되며, 아래쪽으로 갈수록 낮은 온도에서 만들어진다.
- 불연속 계열: 주로 고철질 광물들이 특정 온도 구간에서 불연속적으로 다른 광물로 변하는 과정을 나타낸다. 예를 들어, 매우 높은 온도에서는 감람석이 처음 만들어지지만, 온도가 내려가면서 마그마와 반응하여 휘석으로 변할 수 있다. 더 낮은 온도에서는 각섬석, 흑운모 순서로 정출된다.
- 연속 계열: 주로 사장석과 같은 규장질 광물의 조성이 연속적으로 변하는 과정을 보여준다. 고온에서는 칼슘(Ca)이 풍부한 사장석이 만들어지고, 온도가 점차 낮아짐에 따라 나트륨(Na)이 풍부한 사장석으로 조성이 연속적으로 변해간다.
보언의 반응 계열은 지구 표면에서의 광물 안정성을 예측하는 데도 사용된다. 암석이 만들어지는 깊은 곳의 고온 환경과 달리, 지구 표면은 상대적으로 온도가 낮다. 이 때문에 보언의 반응 계열에서 높은 온도에서 만들어진 광물일수록 지표 환경에서는 불안정하여 풍화 작용에 약하다. 반대로 낮은 온도에서 만들어진 광물일수록 지표에서 더 안정하다. 이러한 안정성 순서는 골디치의 분해 계열(Goldich dissolution series)과 일치하며, 계열의 가장 위에 있는 감람석이 풍화에 가장 약하고, 가장 아래에 있는 석영이 가장 강하다. 이는 광물이 자신이 생성된 환경과 비슷한 조건에서 가장 안정적으로 존재하기 때문이다.
2. 1. 불연속 계열
보언의 반응 계열은 불연속 계열과 연속 계열의 두 가지로 나뉜다. 불연속 계열은 주로 고철질 광물로 이루어진다.
마그마가 냉각될 때, 불연속 계열에서는 높은 온도에서 감람석과 같은 고철질 광물이 가장 먼저 결정화된다. 만약 이 초기에 형성된 감람석 결정이 마그마로부터 분리(침전)되지 않고 남아 있다면, 온도가 더 낮아짐에 따라 마그마와 반응하여 휘석으로 재결정된다. 즉, 마그마의 조성이 변하지 않는 한, 냉각이 진행되면서 광물 종류가 불연속적으로 변하는 반응이 일어난다. 이처럼 온도가 내려감에 따라 감람석, 휘석, 각섬석, 흑운모 순서로 광물이 변해가는 과정을 불연속 반응 계열이라고 한다.
보언의 반응 계열에서 위쪽에 위치한 광물일수록 높은 온도에서 형성된다. 이는 지구 표면 환경에서의 안정성과도 관련이 있는데, 암석이 형성되는 고온 환경과 달리 지표면은 상대적으로 저온 환경이다. 따라서 불연속 계열의 위쪽(고온 형성)에 있는 광물일수록 지표면 환경에서는 불안정하여 풍화에 약하다. 이러한 광물의 안정성 순서는 골디치의 분해 계열로 설명되며, 계열의 가장 위에 있는 감람석이 가장 풍화에 약하고 아래로 갈수록 안정해진다. 즉, 감람석은 휘석보다 풍화에 더 취약하다.
2. 2. 연속 계열
보언의 반응 계열은 불연속 계열과 연속 계열의 두 가지로 나뉜다.[1][2] 연속 계열은 주로 장석류 광물의 결정화 과정을 다룬다. 마그마가 식으면서 온도가 높은 구간에서는 칼슘(Ca) 성분이 풍부한 사장석이 먼저 정출된다. 이후 마그마의 온도가 점차 낮아짐에 따라, 먼저 정출된 사장석 결정과 아직 액체 상태인 마그마 사이의 반응이 지속적으로 일어나면서 결정의 조성이 점차 나트륨(Na)이 풍부한 쪽으로 연속적으로 변해간다.[1][2] 즉, 고온에서는 칼슘이 풍부한 사장석이, 저온으로 갈수록 나트륨이 풍부한 사장석이 생성되는 연속적인 고용체 관계를 보인다.[2] 이는 페라이트질 광물의 대표적인 예이다.[2]3. 골디치 풍화 계열
지구 표면은 암석이 형성되는 환경에 비해 온도가 낮다. 이러한 조건 차이 때문에 보언의 반응 계열은 광물의 상대적인 안정성을 나타내는 지표로도 활용될 수 있다. 보언의 반응 계열에서 아래쪽(저온에서 형성)에 위치한 광물일수록 지구 표면 환경에서 더 안정하며, 위쪽(고온에서 형성)에 위치한 광물일수록 상대적으로 불안정하여 풍화 작용을 받기 쉽다.
이러한 광물의 안정성 및 풍화 순서를 골디치 풍화 계열(Goldich dissolution serieseng)이라고 부른다. 광물은 자신이 처음 만들어질 때의 온도 및 압력 조건과 가장 유사한 환경에서 가장 안정적으로 존재하기 때문에 이러한 경향성이 나타난다. 즉, 고온에서 형성된 광물은 상대적으로 저온인 지구 표면에서는 불안정하여 쉽게 변질되거나 풍화된다.
참조
[1]
논문
Norman Levi Bowen 1887-1956
[2]
서적
The Evolution of the Igneous Rocks
Dover
[3]
논문
The Reaction Principle in Petrogenesis
[4]
서적
Manual of Mineralogy
Wiley
[5]
논문
Norman Levi Bowen 1887-1956
[6]
서적
The Evolution of the Igneous Rocks
Dover
[7]
서적
Manual of Mineralogy
Wiley
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