▣화산◈처럼 보기(화산과 관련된 추가 용어 설명)☯화산과 관련된 용어, 지형 정리◆학계에서 화산과 관련된 특별징수적인 모습을 세부적으로 분류하면서 사용할 용어들을 정리합니다.▣ 마그마(Magma) ◈1 정의 ◆ 행성 내부에서 자연스러운 과정에서 발생한 완전 혹은 부분적으로 암석이 녹은 물질로 가스나 결정이 포함될 수 있으며 관입 혹은 분출을 일으킬 수 있을 정도의 용융물 함량비가 높아야 한다.◈2지구에서의 마그마 형성◈맨틀 상부와 지각에서는 특정 조건에서 암석이 부분적으로 녹게 된다.이것을 부분용융(partial melting)이라 하는데, 감압(decompression), 수화(hydration)가열(heating)의 3가지 경우에 의하여 가능해진다.모종의 이유로 암석이 놓인 곳의 압력이 낮아지면 단열곡선을 따르게 되며, 이때 조건이 맞다면 고상선(solidus)을 과도하게 하게 된다.•이와 같이 압력이 낮아졌다 녹는 경우를 감압용융(decompression melting)이라고 한다.·한편, 암석에 물이 들어가면 보통 용융점이 떨어진다.•이는 열역학적으로 물과 용융물의 혼합체의 깁스 에너지가 고체와 물의 혼합체보다 크게 하락하기 때문이지만 다시 말해 물과 용융물의 엔트로피가 크기 때문이다.물뿐만 아니라 다른 휘발성 물질에서도 용융점 강하를 일으켜 지구 내부에서는 이산화탄소가 물 다음으로 강한 효과를 갖는다.•그러나 이산화탄소의 함량은 보통 물에 비해 작기 때문에 보통 이런 용융은 물이 전담하고 있다.·한편, 당연히 암석을 단순하게 가열해도 녹일 수 있다. 지구 내부에서는 고온의 열원이 가까이 다가오거나 암석이 더 깊은 곳으로 파고들면서 암석이 가열될 수 있다.예를 들어 충돌대에서는 암석이 지하 깊숙이 파묻혀 가열되며, 이때 용융점이 낮은 암석이 부분적으로 녹을 수 있다.◆부분용융에서 중요한 특징 중 하나는, 마그마의 성분은 녹기 전의 암석과 성분이 다르다는 것이다. 예를 들어 초염기성 바위로 마그마가 만들어지면 염기성 바위가 되고, 염기성 바위가 부분 용융되면 중성암이 된다. 이는 규산염 함량이 더 낮은 광물이 부분 용융 과정에서 상대적으로 녹지 않기 때문이다. 맨틀의 경우 휘석(SiO2=45-50wt.)과 감람석(SiO2=40-45wt.) 중 휘석은 감람석에 비해 훨씬 잘 녹는다.◆어떤 식으로든 암석이 조금 녹으면 그 녹은 액체 성분이 광물 사이를 따라 쌓이다가 결국 굳어지게 되는데, 이 덩어리가 하나의 큰 덩어리를 구축하면 이를 마그마라고 부른다.많은 마그마가 맨틀암이 녹은 것으로부터 출발한다고 생각되지만, 지각물질이 직접 녹은 경우도 있다.보통 맨틀에서 마그마가 형성되면 온도는 10001400도 정도이고 지각이 용융됐을 때는 화강암질 마그마가 만들어지며 이때 온도는 약 700900도 정도라고 보면 된다.•다만 지구상의 거의 모든 화산활동과 심성암체 성분 변화는 현무암에서 시작되기 때문에 지구의 대부분의 마그마는 맨틀에서 왔다고 본다.◈3 마그마의 이동과 성분분화◆부분 용융이 일어나면 용융물은 유동성이 더 크기 때문에 움직인다.• 그러다가 점차 뭉치고 그들은 점차 맥을 따라 흐른다(channel-flow). · 용융물의 밀도는 주변 암석보다 낮기 때문에 상승하는 흐름이 일반적이다.•그러다가 어떤 깊이에 이르면 밀도 차이가 거의 없어지므로 상승류는 정체되고 용융체가 굳어지게 되어 쌓이게 되는데, 이것이 보통 말하는 마그마괌(magmachamber)이다.◆마그마가 상승하면 완전히 식어 고체가 될 수도 있지만 일부는 지표에 도달해 분출하게 된다.이를 화산활동(volcanism)이라고 한다.화산활동은 분출시의 마그마의 상태에 따라서 여러가지로 나타난다.·예를 들어 마그마의 상승 속도가 빠르면 같은 성분의 마그마라도 마그마의 가스가 빠지는(degassing) 속도가 급진적이므로 폭발적인 분출을 일으키기 쉽다.◆마그마가 상승하면 압력은 떨어지지만 지온구배(geotherm)로 인해 온도도 낮은 환경에 놓이게 된다.·따라서 상승하는 마그마는 열을 주변으로 방출하게 된다.•즉, 위에 올라온 마그마는 필연적으로 차가워진다.•이를 통해 점차 고체성분이 만들어지는데 이것이 광물의 결정이다.·마그마 전체 성분과 만들어지는 광물의 성분은 다르기 때문에 광물이 만들어지면 남는 마그마의 성분은 달라지게 된다.이것을 분별결정작용(fractional crystallization)이라고 부른다.한편 주변의 암석이 뜨거워지면서 성분교환이 일어나는데 이를 동화작용(assimilation 또는 contamination)이라고 부른다.뿐만 아니라 마그마와 마그마가 섞여 성분의 변화도 있는데, 이것은 혼합작용(mixing)이라고 한다.이 세 가지 작용을 거쳐 마그마는 분화(differentiation)하게 된다.◆지구는 핵을 제외하면 규산염 물질로 구성돼 있어 대부분 마그마하면 규산염질을 의미한다.맨틀로 만든 마그마는, 규산염의 낮음(SiO245wt.2%)과 마그네슘의 높이(MgO=1015wt.1%)가 특징적이다.• 마그마의 형성 조건에 따라 알칼리 원소(Na,K)의 함량이 다를 수 있고, 어떤 경우는 적으나 어떤 경우는 매우 풍부한 경우도 있다(Na2O+K2O>5wt). ·이 성분의 범위는 이 성분의 마그마를 그대로 급랭시키면 현무암질암석이 되기 때문에 함께 ‘현무암질’이라고 부른다.◆현무암질마그마가 폭발하면 규산염의 함량은 조금씩 높아져, 마지막에는 최대 약 SiO2=70wt.2%에 이를 수 있다.분화 과정에 따라 차이는 있지만 일반적으로 철 마그네슘 칼슘은 분화하면서 줄어들고 알칼리 원소의 함량은 대체로 증가한다.분화 과정을 거친 마그마는 밀도가 낮고 얕은 깊이까지 올라갔을 수 있는데 점성과 온도, 성분을 고려할 때 맨 위에 놓인 폭발한 마그마의 성분은 대개 안산암, 석영안산암 내지 조면암질이다.안정적으로 마그마가 공급되는 경우는, 이것보다 한층 더 분화해 유문암이나 향암 성분까지 이른다.이는 분화의 최종 산물로 유문암이나 향암 성분보다 분화하는 마그마는 발견되지 않았다.◆특별한 경우 마그마는 규산염 성분이 아닐 수 있다. 특별한 조건의 마그마는 규산염질이 아니라 탄산염질(carbonate)이다.•탄산칼슘 성분으로 이루어진 용암이 줄줄 흐르는데 이런 탄산칼슘 성분이 주인인 화성암을 카보네타이트라고 부른다.이 탄산염질 마그마의 성인에 대해서는 아직 밝혀지지 않은 것이 많다.◈4 마그마의 구조
★ 단순화된 현대적인 마그마 구조모식도 ◆ 마그마를 포함한 관입체(intrusive body)는 중심을 이루는 덩어리가 있으며 그 아래에 마그마 물질을 공급하는 공급맥(feeder-dykes)이 발달되어 있다.•마그마 덩어리 위에는 화산활동 등을 일으키는 관입암맥이 발달해 있다·보통 마그마는 한 깊이에 덩어리가 하나 존재하는 것이 아니라 여러 개의 깊이에 여러 덩어리가 놓여져 서로 연결된 구조로 여겨지고 있다.·이 깊이 분포는 밀도와 관련하여 마그마의 분화 정도에 따라 마그마 밀도가 달라지므로 그 깊이 역시 나뉜다.◆마그마의 중요한 특성은, 흐르고 관입을 일으키거나 분출하거나 할 수 있는 퍼텐셜이다.•그러나 마그마가 한 번 쌓이면 주위에 열을 잃으면서 내부 구조는 균질해지지 않는다.•주변에는 끊임없이 지각물질과 성분교환이 일어나 열이 발산되며 관입체 주변부 대부분은 용융물(melt)보다는 고체상의 광물이 더 많은 상태로 존재한다.다양한 실험과 계산은 약 5060%의 부피가 고체 결정으로 구성되면 급격한 점성 증가가 일어나 사실상 흐르지 않는다는 것을 보여준다.•약 60% 이상의 광물결정이 부피를 차지하면 광물은 서로 얽히면서 일종의 그물을 만들고 용융물은 그 틈새 공간에 분포하는 구조로 변화한다.따라서 이들은 이제 마그마가 아니라 대신 결정죽(crystal mush)이라고 부르게 된다.•결정사한 후에 열을 더 잃어, 마침내 굳어 심성암이 된다.결정죽보다 고온으로 광물이 반이하를 차지하고 있는 것이 마그마이다.보통 이 마그마는 넓고 넓은 결정대나무 속에 얇은 렌즈 형태로 존재하며 이 구조를 특히 용융물 렌즈(meltlens)라고 한다.•그러나 이 결정죽에 있는 용융물도 나름대로 흘러 마그마와 접하고 있기 때문에 마그마와 성분 및 물질교환을 활발히 하고 있는 것으로 보인다.용융물만 반응하는 것이 아니라 결정죽으로부터 광물의 결정이 마그마에 유입하거나 그 반대도 일어난다.용융물 렌즈는 큰 결정 대나무의 덩어리안에 몇개인가 놓여져 있을 가능성도 있어, 새롭게 유입된 현무암질 렌즈와 길게 분화해 상부에 머무르는 분화 렌즈가 복합적으로 놓여져 있는 것도 가능하다.위쪽 렌즈의 경우 마그마 속의 기체가 위쪽 분리되면서 위쪽 기체가 굳어 있는 층이 분리돼 존재하기도 하는데 이는 나중에 화산 분출의 원동력이 되기도 한다.◆때문에, 지구 물리 탐사로 밝혀내는 큰 저속도층은 그 모두가 마그마가 아니고, 사실은 결정죽과 마그마 양쪽이 포함되는 하나의 덩어리이다.· 결정죽의 부피는 마그마의 것보다 훨씬 크고, 수~수십배로 여겨진다.·그래서, 지구 물리 탐사를 통해서 큰 규모의 저속도층이 발견되어도, 대부분은 분출 가능성이 부족한 결정 죽이기 때문에, 그 안에 훨씬 소규모의 마그마가 렌즈상에 들어가 있는 것이 된다.•이러한 화산 아래 마그마와 결정죽의 부피는 대충 알 수 있지만 그 안에 분출 가능한 용융물의 양은 쉽게 추산할 수 없다.결정죽의 공극률등의 구체적인 물리 정보는 정확하게 얻기 어렵기 때문이다.◈5마그마의 분포◆맨틀 항목에도 잠깐 설명돼 있지만 지구 내부는 (외핵을 제외하면) 모두 고체 상태인 것이 기본이다.연약권의 부분 용융 상태라고 하는 것도 기껏 녹아도 1%가 될까 말까다.•마그마 및 마그마 주변의 구조는 오늘날 관찰된 최대 규모라 해도 수백 킬로미터 정도이며 존재 깊이도 깊고 상부 맨틀의 상부에 존재하는 것으로 대부분의 마그마는 200 km 보다 얕은 곳에 위치하고 있다.간혹 플룸 구조론을 설명하면서 시뻘건 덩어리나 흐름이 맨틀 깊은 곳에서 솟구치는 듯한 묘사가 나오는데 여기서 말하는 흐름은 고체의 흐름이다.뜨거운 플룸의 상승도 마그마 자체는 200300km이내에서 관찰된다.그 때문에, 지구 내부는 거의 전부 고체로 되어 있어 마그마 덩어리가 가끔 박혀 있는 정도다.◈6판 구조에서의 역할◆마그마는 화성 활동 그 자체라고 할 수 있다.마그마의 형성과 이동, 정치(emplacement)와 냉각은 지구가 오랜 시간에 걸쳐 층상화 되는데 가장 중요한 역할을 한다.•즉 마그마가 만들어지고 분출되는 과정을 통해 대륙이 성장하고 섬이 만들어진다.•대기권 또한 지구층 구조의 일부로, 지구 내부에 갇힌 기체상을 대기권으로 「분리」시키는 것도 마그마로 대변되는 화성 활동이다.또, 다량의 열을 효과적으로 지표로 옮기기 위해, 지구가 식어 가는 과정의 중요한 메카니즘이다.뿐만 아니라, 섭입대로부터 맨틀안에 침강 하는 물질을 다시 지표로 운송해, 물질 순환을 일으키는 주된 경로로서 작용한다.◆단단한 마그마는 통상응력장에 대하여 견고하게 행동하므로 경우에 따라서는 판의 결합(suture)에 중요한 역할을 할 수 있다.실제로 판이 찢어지면 화성암이 많이 들어가 있는 곳은 응력장에 대해 딱딱하게 굳어 찢어지지 않도록 하는 성질을 지닌다.동시에 판이 찢어지는 곳, 즉 열곡이 생기는 자리는 마그마가 만들어짐으로써 응력장을 크게 낮춰 열곡대가 잘 펴지도록 해준다.◈7관련용어 7.1 용암(lava):◆마그마는 화산이 분출하기 전에 지하에 놓여 있을 때의 상태를 지시한다.한편 용암은 마그마 물질이 지표로 분출되었을 때 분출하는 양상에 의한 분출물의 종류이다.·자세한 설명은 용암을 참고.◆부분용융(partial melting):암석이 고상선보다는 높은 조건에 있으나 액상선보다는 낮은 조건에서 완전히 녹지 않고 일부만 녹는 경우이다.지구상에서 암석은 액상선을 넘지 않기 때문에 용융이 일어나면 사실상 언제든지 부분용융이 일어난다.ā7.2 용융물(melt): ◆마그마는 고체나 기체상의 물질을 포함하는데, 용융물은 그 중 액체상의 물질만을 지시한다. 완전 용융이 일어난다면, 용융물과 마그마는 같을 것이다.•용융물에서 이들은 결정(crystal)이 아닌 비정질(amorphous)이다.ā7.3결정죽(crystal mush): ◆마그마와 달리 용융물(melt)에 대한 고체(광물결정) 부피비가 약 50-60%를 넘어 점성이 매우 높은 상태 또는 그 부분.결정 곤약은 대개 전체가 하나의 유체로 작용하기보다는 용융물이 결정 간극(interstitial), 즉 공극을 따라 흐른다.ā7.4휘발성물질(volatiles):◆지하깊이에서는 마그마에 용해되었지만, 저압에서는 기체상(gas)이 되어 분리되어 성분을 가리킨다.•마그마에서는 물, 이산화탄소, 유황, 염소, 불소, 질소 등이 대표적이다.마그마에서는 조건에 따라서는 일부는 기체로 분리하지 않고 광물의 격자를 형성하기도 한다.•관입(intrusion) : 바위층에 균열이 생겨 마그마가 진입하는 과정을 말한다.◈8 관련 문서 ol 용암 ol 화산 ol 자연지리 관련 정보[나무위키 백과사전]의 도움을 받아 공부한 내용.