【지구과학】 11강. 암석학

11강. 암석학(petrology)

 

추천글 : 【지구과학】 지구과학 목차 

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1. 암석의 물성 [본문]

2. 화성암 [본문]

3. 퇴적암 [본문]

4. 변성암 [본문]

5. 지하광상 및 지하자원 [본문]

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1. 암석의 물성 [목차]

⑴ 표면적(surface area)

① 방법 1. 여러 개의 부분으로 나눈 뒤 각각을 구, 원뿔, 원뿔대로 가정하고 계산

② 방법 2. 껍질이 있는 구조라면 껍질을 분리한 뒤 이들을 평면에 펼쳐서 그 면적을 측정

③ 방법 3. 표면에 금속분말을 입힌 뒤 그 중량변화로 표면적을 측정

④ 방법 4. 영상처리 시스템

⑵ 체적(volume) 

① 방법 1. 물 치환법 : 아르키메데스의 원리

 

 

○ V : 물체의 체적 (㎥)

○ W_a : 공기 중에서 물체의 무게 (N)

○ W_w : 물 속에서 물체의 무게 (N)

○ γ_w : 물의 비중량 (9810 N/㎥) 

② 방법 2. 공기 비교 피크노미터(air comparison pycnometer) : 보일의 법칙을 이용함

 

출처 : 서울대학교 생체 물성공학 및 실험 수업자료

Figure. 1. constant volume gas pycnometer의 구조

 

 

⑶ 원마도 (원형률, roundness) : 암석이 얼마나 마모됐는지에 대한 척도 

① 정의 1. 투영면적이 얼마나 원형에 가까운가를 나타내는 척도

 

 

○ R : 원형률

○ A_p : 평면에 자연스럽게 놓았을 때의 투영면적 (㎡)

○ A_c : 최소로 외접하는 원의 면적 (㎡)

○ L : 물체의 최대 길이 (m) 

② 정의 2. 입자 모서리의 곡률 반경의 평균 ÷ 입자에 내접하는 최대 구의 반경

③ 화산각력암과 역암은 크기가 비슷하나 원마도 측면에서 역암이 우수

⑷ 구형도(구형률, sphericity) : 암석이 얼마나 둥근지에 대한 척도 

① 정의 1. 물체의 체적과 같은 구의 직경 d_e를 물체에 외접하는 최소 외접구의 직경 d_c로 나눈 것

 

 

○ S : 구형률

○ L : 물체의 길이 (m). 즉, 장방향의 길이

○ W : 폭 (m). 즉, 장방향과 직각 방향의 길이

○ T : 두께 (m). 즉, 길이와 폭이 이루는 평면에 수직한 방향으로의 높이

② 정의 2. 물체에 외접하는 구의 체적 대신 (1/6) D_p S_p를 대표값으로 설정

 

 

③ 정의 3. Wadell의 정의 : 암석과 동일 부피의 구의 표면적을 암석의 표면적으로 나눈 값

⑸ 분급도(classification)

① 정의 : 입자 크기가 균질한 정도

② 예 : 퇴적물의 입도분포 

 

출처 : 변리사 자연과학 2014

Figure. 2. 퇴적물의 입도분포

 

○ 해변자갈 : 분급도 가장 양호. 자갈로만 구성

○ 홍수자갈 : 분급도 불량. 자갈, 모래로 구성

○ 표석점토 : 분급도 불량. 자갈, 모래, 실트, 점토로 구성

○ 사구 모래 : 바람에 의해 퇴적물이 운반시 분급도 양호. 모래, 실트로 구성

○ 황토 : 분급도 중간. 모래, 실트, 점토로 구성

○ 빙퇴석 : 분급도 불량

○ 화산쇄설물 : 분급도가 국부적으로 불량

○ 강의 운반 거리가 길어질수록 입자의 크기 감소, 분급도 증가, 풍화저항성 증가

⑹ 공극률(porosity) 

① 정의

 

 

○ P : 공극율

○ D_B : 벌크 밀도 또는 산물 밀도 (kg / ㎥)

○ D_T : 진 밀도 또는 입자 밀도 (kg / ㎥)

② (구별개념) 개공률 : 전체 면적에 대한 구멍의 면적 비

 

 

2. 화성암(igneous rock) [목차]

⑴ 정의 : 지각 내부의 고온 용융상태의 조암물질이 암석을 이룬 것

⑵ 마그마(magma)

출처 : 2021학년도 수능 지구과학I 4번

 

Figure. 3. 마그마가 생성되는 과정

 

⑶ 용암(lava) : SiO₂ 함량에 따라 분류

① 현무암질 용암 : 순상 화산, 용암 대지 생성 (∵ 점성이 작음), 큰 용암류 피해

② 안산암질 용암 : 성층 화산 생성

③ 유문암질 용암 : 종상 화산, 용암돔 생성 (∵ 점성이 큼)

④ 파호이호이(pahoehoe) 용암류는 아아(aa) 용암류와 달리 표면이 깨끗하고 주름진 형태

⑷ 화성암의 종류

 

출처 : 이미지 클릭

Figure. 4. 화성암의 종류^]

 

① 화산암, 반심성암, 심성암

○ 화산암 : 지표면에서 생긴 화성암. 냉각속도 ↑ → 입자크기 ↓. 세립질, 유리질. 현무암 등

○ 반심성암 : 반상조직. 반점, 석기 순으로 정출순서가 빠르고 용융점이 높음

○ 심성암 : 지하 심부에서 형성된 화성암. 냉각속도 ↓ → 입자크기 ↑. 조립질. 화강암 등

② SiO₂, Na₂O, CaO 함량이 많을수록, FeO, MgO 함량이 적을수록

○ 결정이 많이 형성됐다는 뜻이므로 정출 온도가 작음

○ 산소를 많이 함유하므로 산성암

○ 분자 간 인력이 많아지므로 점성이 커짐

○ O₂ 방출량이 많아지므로 화산가스의 함량이 많고 이로 인해 분출 폭발성도 커짐

○ 화산가스의 함량이 많아지므로 용얌이 차지하는 비율이 더 적어짐

③ 암기팁 : 현안유반섬화 

⑸ 주요 조암 광물

① 석영

② 장석류

③ 운모류

④ 앰피볼류

⑤ 파이록신류

⑥ 오리빈류

⑹ 생성 

① 절리의 생성

○ 절리 : 풍화작용의 결과로 생긴 암석의 균열

○ 주상절리 (예 : 제주도 주상절리)

○ 1^st. 용암이 지표면에 분출됨

○ 2^nd. 절리 형성 : 분출된 마그마가 급히 냉각되면서 암석에 틈이 형성됨 

○ 판상절리 (예 : 북한산 인수봉)

○ 1^st. 지하 깊은 곳에서 심성암이 생성

○ 2^nd. 심성암이 지표에 노출됨 : 대기의 압력은 지하 압력보다 작으므로 노출된 심성암은 팽창함

○ 3^rd. 절리 형성 : 심성암의 팽창에 따라 암석에 틈이 형성됨

○ 4^th. 절리의 틈에 주로 풍화작용이 일어나 박리작용이 발생함 : 얇게 층층이 쪼개지는 특성

⑺ 화성암 지역 

① 제주도 : 주상절리는 현무암이 급격히 굳어져 만들어짐 

② 독도 : 해저에서 분출된 용암이 굳어져 형성된 화산섬 

③ 울릉도

④ 북한산

⑤ 설악산 : 화강암으로 이루어짐 

 

 

3. 퇴적암(sedimentary rock) [목차]

⑴ 정의 : 퇴적물들이 굳어진 암석

⑵ 단계 1. 침식

① 좁은 정의 : 기원암으로부터 암석쇄설물이 생성되는 것

② 넓은 정의 : 화학적 침식(용해)도 포함

○ 예 : 카르스트 지형을 만드는 데 관여한 용식작용

③ 퇴적물의 운반 매체의 운동에너지가 클수록 침식 활발

④ 열대환경에서 화학적 침식이 활발

⑶ 단계 2. 운반 : 입자의 크기를 결정하는 단계

① 정의 : 퇴적물들이 이동하는 과정

② 요인 1. 유수

③ 요인 2. 바람

④ 요인 3. 입자의 무게 : 무거운 입자는 운반되지 않고 가라앉음

⑷ 단계 3. 퇴적 : 퇴적물이 쌓인 후 퇴적암이 생성되는 단계

① 속성작용 : 퇴적물들이 서로 뭉치는 단계

○ 열, 화학반응이 관여하기 때문에 약한 수준의 변성작용

○ 교결작용과 다짐작용으로 분류

② 3-1. 교결작용 

○ 퇴적물 입자를 서로 접착시키는 작용 

○ 지하수 등 물이 중요한 역할을 함

○ 칼슘 탄산염, 실리카, 철산화물 등이 접착제 역할을 함

③ 3-2. 다짐작용 : 압축작용이라고도 함

○ 위에 쌓인 퇴적물에 의해 아래의 퇴적물이 눌려지면서 퇴적물 간 공극이 줄어드는 작용

⑸ 퇴적암의 종류

① 종류 1. 쇄설성 퇴적암

○ 정의 : 원암의 부스러기, 대부분의 퇴적물이 이 영역에 속함

○ Wentworth Scale 

 

Φ = -log₂ 입자의 지름 (mm) 

 

○ 특징

○ 입자 모서리가 풍화·침식으로 마모

○ 입자 사이의 빈 공간 속에 교결물질이 들어있음

○ 층리

○ 예시

○ 셰일(shale) : 지름 ＜ 0.001 mm, Φ ＞ 10 (∴ 점토)

○ 실트 스톤(siltstone) : 지름 = 0.001 ~ 0.1 mm, Φ = 3 ~ 10 (∴ 실트) 

○ 사암(sandstone) : 지름 = 0.1 ~ 1 mm, Φ = 0 ~ 3 (∴ 샌드)

○ 역암(conglomerate) : 지름 = 1 mm, Φ ＜ 0 (∴ 그래뉼)

○ 응회암(tuff) : 화산재가 퇴적한 암석

② 종류 2. 비쇄설성 퇴적암

○ 정의 : 암석쇄설물(해수 침전물, 생쇄설물), 흙으로부터 온 퇴적물을 제외한 것. 유기적 퇴적암 등

○ 2-1. 화학적 퇴적암

○ 석회암(CaCO₃) : 화학적, 유기적 퇴적암. 침전으로 생성

○ 암염(NaCl) : 증발로 생성 

○ 석고(CaSiO₄·2H₂O) : 증발로 생성 

○ 2-2. 유기적 퇴적암 : 화석이 발견될 수 있음

○ 석탄 : 식물체가 퇴적

○ 석회암 : 석회질 생물(산호, 패각류, 방추충)이 퇴적

○ 처트(규조토) : 규질 생물(방산충)이 퇴적생물의 유해나 분비물로부터 유래

③ 종류 3. 혼성 퇴적암

○ 정의 : 쇄설성 퇴적암과 비쇄설성 퇴적암 성격을 모두 가짐

○ 예 1. 석회질 셰일

○ 예 2. 탄진 셰일

○ 예 3. 응회질 셰일, 집괴암

⑹ 퇴적층의 분류

① 육성층

○ 풍성층 : 바람의 작용으로 운반된 물질이 대륙 중에 퇴적된 것 (예 : Loess 층, Loam 층)

○ 빙성층 : 빙하의 운반물인 퇴석이 퇴적된 것 (예 : 측퇴석, 단퇴석, 저퇴석)

○ 호성층 : 호수 중의 퇴적물 (예 : 점토, 모래, 자갈, 규조토) 

○ 하성층 : 일반으로 하천의 유역에 퇴적된 것 (예 : 홍합지, 범람원, 삼각주, 선상지)

② 해성층

○ 해안성층 : 만조, 간조의 물결에 의하여 된 퇴적물

○ 잔해성층 : 간조정선으로 수심 200 m까지의 퇴적물, 즉 대륙붕에 된 퇴적물

○ 반심해성층 : 수심 200 ~ 1,500 m의 반심해저의 퇴적물 

○ 심해성층 : 수심 1,500 m 이상의 심해퇴적물

⑹ 퇴적암 지역 

① 격포리 해안

② 마이산 : 주로 역암으로 이루어진 지형 

 

 

4. 변성암(metamorphic rock) [목차]

⑴ 정의 : 기존 암석이 변질되어 이루어진 암석

⑵ 분류 1. 접촉변성암(contact metamorphic rock)

① 정의 : 관입한 마그마의 열 접촉으로 인해 변성된 암석

② 특징 

○ 재결정 작용 : 암석이 녹으면서 같은 입자끼리 모여 더 큰 입자가 되는 과정

○ 조직이 치밀하고 단단함

○ 입상 변정질 조직 : 규암, 대리암에 해당. 큰 입자들이 맞물려 있는 치밀한 조직

○ 혼펠스 조직 : 혼펠스에 해당. 작은 입자들의 치밀하고 단단한 조직

③ 종류 : (주석) 사규석대셰혼으로 암기 

○ 규암(quartzite) : 사암으로부터 형성. 입상 변정질

○ 대리암(marble) : 석회암으로부터 형성. 입상 변정질

○ 혼펠스(hornfels) : 셰일 또는 석회암으로부터 형성

○ 메타펠라이트(metapelite) : 점토질 암석으로부터 형성

⑶ 분류 2. 광역변성암(regional metamorphic rock)

① 정의 : 열과 압력으로 인해 광범위한 지역에 형성된 변성된 암석

② 특징 : 판상엽리

○ 판상엽리는 정도에 따라 편리, 편마구조 등으로 구분됨

○ 편리 : 무색광물과 유색광물이 얇은 띠 모양의 층을 이루고 있는 구조

○ 편마구조 : 무색광물과 유색광물이 두꺼운 띠 모양의 층을 이루고 있는 구조

③ 종류 

○ 각섬암(amphibolite) : 현무암으로부터 형성

○ 변성 정도 : 셰일 → 슬레이트 (점판암) → 천매암 → 편암(schist)  → 편마암(gneiss)

○ 편암(schist) : 편리가 나타남

○ 편마암(gneiss) : 편마 구조가 나타남

○ 입자의 크기는 편마암이 편암보다 큼 

⑷ (참고) 분류 3. 동력변성암(dynamo metamorphic rock)

① 정의 : 단층운동에 동반한 압력 증가로 형성된 변성암

⑸ (참고) 분류 4. 충격변성암(shock metamorphic rock)

① 정의 : 운석이 낙하할 때 형성된 국소적 초고압 환경에 의해 생긴 변성암

⑹ 변성암 지역 

① 백령도 : 변성암으로 이루어짐. 해식 절벽과 해식 동굴이 발달함

② 지리산

 

 

5. 지하광상 및 지하자원 [목차]

⑴ 지하광상

① 광상의 생성

○ 암장 분화 광상 : 기성광상, 열수광상, 접촉광상

○ 침전광상 : 표사광상, 풍화잔류광상, 지하수의 작용에 의한 광맥, 유기침전광상

○ 동력변질광상

② 퇴적광상

○ 표사광상 : 지표에서 풍화·침식된 퇴적물이 운반되다가 퇴적되어 형성 

○ 예 : 금, 백금, 금강석, 주석

○ 풍화잔류광상 : 기존의 암석이 화학적 풍화작용을 받은 산물 

○ 예 : 자철석, 적철석, 사철석, 고령토, 보크사이트, 모나자이트 

○ 적철석 : 철이 산화하여 적철석 생성

○ 고령토 : 비금속. 정장석이 가수분해받아 고령토가 됨. 도자기의 원료 제공

○ 보크사이트(bauxite)

○ 고령토가 가수분해를 받아 형성됨

○ 금속. 알루미늄의 원료

○ 알루미늄 원광으로 제련 과정을 처져 이용됨

○ 침전광상 : 해수가 증발하면서 해수에 녹아 있는 물질이 침전되어 형성 

○ 예 : 암염, 석회암, 석소, 망가니즈단괴, 호상철광층

○ 석회암 : 시멘트의 원료

○ 망가니즈 단괴(manganese nodule)

○ 망가니즈가 주성분임

○ 니켈, 구리, 철 등 다른 금속 광물로 이루어진 해양 광물 자원

○ 저온·고압에서 생성 : 주로 심해저에 분포함. 우리나라에 없음

○ 망가니즈 단괴는 금속 광물이기 때문에 제련 과정을 거침 

③ 화성광상 (예 : 백금, 철, 텅스텐, 구리, 납, 아연, 금, 은 등)

○ 정마그마광상 : 마그마 냉각 초기에 용융점이 높고 밀도가 큰 광물이 정출됨

○ 페그마타이트광상 : 마그마 냉각 말기에 휘발성분이 많은 마구마가 주변 암석을 관입하여 형성

○ 기성광상 : 마그마에 있던 수증기와 휘발 성분이 주위의 암석과 반응하여 형성

○ 열수광상 : 마그마가 냉각되면서 여러 가지 광물이 정출되고 남은 열수 용액으로 형성 

④ 변성광상 

○ 광역변성광상

○ 광역 변성 작용이 일어나면서 물과 휘발 성분이 빠져나와 생긴 열수에 의해 광상이 형성됨

○ 예 : 흑연, 활석, 석면 (비금속) 

○ (주석) 흑활석으로 암기할 것

○ 접촉교대광상

○ 석회질 퇴적암에 화성암체가 관입한 접촉부에서는 석회질 물질과 고온의 규산염 용액이 반응하여 새로운 광물이 침전되어 기존 광물을 교대하여 광상이 형성됨

○ 예 : 철, 구리, 텅스텐, 납, 아연 등

○ 다른 책에서는 화성광상으로 분류함

⑵ 해양자원

① 생물자원 

○ 대부분 식용

○ 재생산력↑ → 바다 목장

② 광물자원

○ 소금, 망가니즈 단괴 등

③ 에너지자원

○ 화석연료 

○ 석탄, 석유, 천연가스 등

○ 대륙붕에 많음

○ 지구온난화를 일으킬 수 있음

○ 가스 수화물(가스 하이드레이트, gas hydrate) : 최근 바다에서 발견한 에너지

○ 메테인 + 얼음 : 불타는 얼음이라고 함

○ 저온·고압 환경 : 심해저, 영구동토층. 독도 주변에 존재함

○ 저온, 고압의 환경에서 고체 상태로 존재함 

○ 생성되는데 걸리는 시간이 매우 길기 때문에 재생 불가능한 자원에 해당

○ 이 자원을 사용하면 온실기체가 배출됨

○ 조력발전 : 조석현상에 따른 위치에너지 이용. 갯벌을 파괴함. 예측 가능

○ 조류발전 : 조석현상에 따른 운동에너지 이용. 갯벌을 파괴하지 않음. 예측 가능

○ 파력발전 : 운동에너지 이용

○ 해양온도차 발전 : 표층과 심층의 온도차이를 이용. 저위도가 발전량이 더 많음 

 

입력 : 2016.06.22 20:53

수정 : 2021.02.20 12:23