▣ 화산◈함께 보기(화산관련 추가용어 설명)☯화산관련 용어, 지형정리◆학계에서 화산관련 특징적인 모습을 세부적으로 분류하면서 사용되는 용어를 정리합니다.▣ 마그마(Magma)◈1 정의(정의)◆행성 내부에서 자연적인 과정에서 발생한 완전 또는 부분적으로 암석이 녹은 물질로서 가스 및 결정이 포함될 수 있으며 관입 또는 분출을 일으킬 정도로 용융물 함량비가 높아야 한다.◈2지구에서의 마그마 형성◆맨틀 상부와 지각에서는 특정 조건에서 암석이 부분적으로 녹게 된다.•이를 부분용융(partial melting)이라 하며 감압(decompression) 수화(hydration) 가열(heating)의 세 가지 경우에 의해 가능하게 된다.•모종의 이유로 암석이 놓인 곳의 압력이 낮아지면 단열 곡선을 따르게 되며, 이때 조건이 맞으면 고상선(solidus)을 과도하게 한다.•이와 같이 압력이 낮아져 녹는 경우를 감압 용융(decompression melting)이라고 한다.•한편 암석에 물이 들어가면 보통 용융점이 떨어지게 된다.•이는 열역학적으로 물과 용융물 혼합체의 깁스 에너지가 고체와 물 혼합체보다 더 큰 폭으로 하락하기 때문인데, 다시 말해 물과 용융물의 엔트로피가 더 크기 때문이다.•물뿐만 아니라 다른 휘발성 물질에서도 용융점 강하를 일으킬 수 있으며, 지구 내부에서는 이산화탄소가 물 다음으로 강한 효과를 갖는다.•그러나 이산화탄소 함량은 보통 물에 비해 사소한 것이기 때문에 보통 이런 방식의 용융은 물이 전담하고 있다.•반면 당연히 암석을 단순 가열해도 녹일 수 있다. 지구 내부에서는 고온의 열원이 가까이 접근하거나 암석이 더 깊은 곳으로 들어가 암석이 가열될 수 있다.•예를 들어 충돌대에서는 암석이 지하 깊은 곳에 묻혀 가열되며, 이때 용융점이 낮은 암석이 부분적으로 녹을 수 있다.◆부분용융의 중요한 특징 중 하나는 마그마의 성분은 녹기 전 암석과 성분이 다르다는 것이다. 예를 들어 초염기성암으로 마그마가 만들어지면 염기성암이 되고 염기성암이 부분 용융되면 중성암이 만들어진다. 이는 규산염 함유량이 더 낮은 광물이 부분 용융 과정에서 상대적으로 녹지 않도록 하기 위해서다. 맨틀의 경우 휘석(SiO2=45-50wt.%)과 감람석(SiO2=40-45wt.%) 중 휘석은 감람석에 비해 훨씬 잘 녹는다.◆어떤 방법으로든 암석이 조금 녹으면 그 녹은 액체 성분이 광물 사이를 따라 고여 흘러 결국 굳어지게 되는데, 이 굳은 덩어리가 하나의 큰 덩어리를 구축하면 이를 마그마라고 부른다.•많은 마그마가 맨틀바위가 녹은 데서 출발하는 것으로 생각되지만 지각물질이 직접 녹은 경우도 있다.•보통 맨틀에서 마그마가 형성되면 온도는 1000~1400도 정도이며 지각이 용융된 경우에는 화강암질 마그마가 만들어지며 이때 온도는 약 700~900도 정도로 보면 된다.•다만 지구상의 거의 모든 화산 활동과 심성암체 성분 변화는 현무암에서 시작되므로 지구의 대부분 마그마는 맨틀에서 유래한 것으로 생각된다.◈3마그마의 이동과 성분 분화(differentiation)◆부분 용융이 일어나면 용융물은 유동성이 더 크기 때문에 움직이게 된다.•그러면서 점차 단결하고 그들은 점차 맥을 따라 흐르게 된다(channel-flow).•용융물의 밀도는 주변 암석보다 낮기 때문에 상승하는 흐름이 일반적이다.•그 후 어떤 깊이에 이르면 밀도차가 거의 없어지기 때문에 상승류는 정체되고 용융체가 굳어지는데, 이것이 보통 말하는 마그마짐(magma chamber)이다.◆마그마가 상승하고 나서 식어 고체가 되기도 하지만, 일부는 지표에 도달해 분출하게 된다.이를 화산활동(volcanism)이라고 한다.•화산 활동은 분출 당시 마그마의 상태에 따라 다양하게 나타난다.•예를 들어 마그마의 상승 속도가 빠르면 같은 성분의 마그마라도 마그마 가스가 빠지는(degassing) 속도가 급진적이어서 폭발적인 분출을 일으키기 쉽다.◆마그마가 상승하면 압력은 떨어지지만 지온경사(geotherm)에 따라 온도도 더 낮은 환경에 놓이게 된다.•따라서 상승하는 마그마는 열을 주변으로 방출하게 된다.•즉, 위로 올라온 마그마는 필연적으로 식는다.•이에 따라 서서히 고체 성분이 만들어지게 되는데, 이것들이 바로 광물 결정이다.•마그마 전체의 성분과 만들어지는 광물의 성분은 다르기 때문에 광물이 만들어지면 남는 마그마의 성분은 바뀌게 된다.•이를 분리결정작용(fractional crystallization)이라고 부른다.•한편 주변 암석이 뜨거워져 성분 교환이 일어나는데, 이를 동화작용(assimilation 혹은 contamination)이라고 부른다.•그뿐만 아니라 마그마와 마그마가 섞여 성분 변화를 겪기도 하는데, 이는 혼합 작용(mixing)이라고 한다.•이 세 가지 작용을 거쳐 마그마는 “분화(differentiation)”하게 된다.◆지구는 핵을 제외하면 규산염 물질로 구성돼 있기 때문에 대부분 마그마라고 하면 규산염질을 의미한다.•맨틀에서 막 만들어진 마그마는 낮은 규산염 함량(SiO2~45wt.%)과 높은 마그네슘 함량(MgO=10~15wt.%)이 특징적이다.•마그마의 형성 조건에 따라 알칼리 원소(Na,K)의 함량이 달라질 수 있으며 경우에 따라서는 적지만 경우에 따라서는 매우 풍부한 경우도 있다(Na2O+K2O>5wt.%).•이 성분의 마그마를 그대로 급랭시키면 현무암질 암석이 되기 때문에 합쳐서 ‘현무암질(basaltic)’이라고 부른다.◆현무암질 마그마가 분화 과정을 거치면 규산염 함유량은 조금씩 올라가 마지막에는 최대 약 SiO2=70wt.%에 이를 수 있다.•분화 과정에 따라 차이가 있으나 일반적으로 철, 마그네슘, 칼슘은 분화하면서 줄어들고 알칼리 원소 함량은 대체로 증가한다.•분화 과정을 거친 마그마는 밀도가 낮고 얕은 깊이까지 올라갔을 수 있으나 점성과 온도, 성분을 함께 고려할 때 최상부에 놓인 분화된 마그마의 성분은 대체로 안산암, 석영 안산암 또는 조면암질이다.•안정적으로 마그마가 공급되는 경우는 이보다 더 분화하여 유문암이나 향암 성분까지 이른다.이는 분화의 최종 산물로 유문암이나 향암 성분보다 더 분화하는 마그마는 발견된 적이 없다.◆특별한 경우, 마그마는 규산염 성분이 아닐 수 있다. 특별한 조건의 마그마는 규산염질이 아니라 탄산염질(carbonate)이다.•탄산칼슘 성분으로 된 용암이 줄줄 흐르기도 하는데, 이러한 탄산칼슘 성분이 주를 이루는 화성암을 ‘카보네이트(carbonatite)’라고 부른다.•이 탄산염질 마그마의 성인에 대해서는 아직 밝혀지지 않은 것이 많다.◈4 마그마 구조
★단순화된 현대적 마그마 구조모식도◆마그마를 포함하는 관입체(intrusive body)는 중심을 이루는 덩어리가 있고 그 아래 마그마 물질을 공급하는 공급맥(feeder-dykes)이 발달해 있다.•마그마 덩어리 위에는 화산 활동 등을 일으키는 관입 암맥이 발달해 있다.•보통 마그마는 하나의 깊이에 덩어리가 하나 존재하는 것이 아니라 여러 깊이에 여러 개의 덩어리가 놓여 서로 연결된 구조를 보이는 것으로 여겨진다.•이 깊이 분포는 밀도와 관련이 있으며 마그마의 분화 정도에 따라 마그마 밀도가 다르므로 그 깊이도 나뉜다.◆마그마의 중요한 특성은 흘러 관입을 일으키거나 분출할 수 있는 잠재력이다.•그러나 마그마가 한번 쌓이면 주변에 열을 잃어 내부 구조는 균질해지지 않는다.•주변에는 끊임없이 지각 물질과 성분 교환이 일어나 열이 발산되며 관입체 주변부 대부분은 용융물(melt)보다는 고체상 광물이 더 많은 상태로 존재한다.•다양한 실험과 계산은 약 50~60%의 부피가 고체 결정으로 구성되면 급격한 점성 증가가 일어나 사실상 흐르지 않는다는 것을 보여준다.•약 60% 이상의 광물 결정이 부피를 차지하면 광물은 서로 얽히면서 일종의 망을 형성하고 용융물은 이 간극(interstitial) 공간에 분포하는 구조로 바뀌게 된다.•따라서 이들은 더 이상 마그마가 아니라 대신 결정죽(crystal mush)으로 불리게 된다.•결정 죽은 뒤 열을 더 잃고 마침내 완전히 굳어져 심성암이 된다.•결정죽보다 높은 온도를 가지고 광물의 부피가 절반 이하를 차지하는 곳이 마그마이다.•보통 이 마그마는 넓고 넓은 결정죽 속에 얇은 렌즈 형태로 존재하게 되며, 이 구조를 특히 용융물 렌즈(meltlens)라고 한다.•그러나 이 결정죽에 있는 용융물도 나름대로 흘러 마그마와 접하고 있기 때문에 마그마와 성분 및 물질 교환을 활발히 하고 있는 것으로 생각된다.•용융물만 반응하는 것이 아니라 결정죽에서 광물 결정이 마그마로 유입되거나 그 반대도 일어난다.•용융물 렌즈는 큰 결정죽 덩어리 안에 여러 개가 놓여 있기도 하며, 새로 유입된 현무암질 렌즈와 오랫동안 분화되어 상부에 머무는 분화된 렌즈가 복합적으로 놓여 있는 것도 가능하다.•상부 렌즈의 경우에는 마그마 속 기체가 상분리되고 상부에 기체가 굳어 있는 층이 분리되어 존재할 수도 있는데, 이는 후에 화산 분출의 원동력이 되기도 한다.◆그래서 지구물리탐사에서 밝히는 큰 저속도층은 그 모든 것이 마그마가 아니라 사실 결정죽과 마그마가 모두 포함된 하나의 덩어리이다.•결정죽의 부피는 마그마의 것보다 훨씬 크고 수십 배로 여겨진다.•따라서 지구물리탐사를 통해 큰 규모의 저속도층이 발견되더라도 대부분 분출 가능성이 부족한 결정죽이며, 그 안에 훨씬 작은 규모의 마그마가 렌즈상에 들어 있게 된다.•이러한 이유로 어떤 화산 아래 마그마와 결정죽의 부피는 대체로 알 수 있으나 그 안에 분출 가능한 용융물의 양은 쉽게 추산할 수 없다.•결정죽의 공극률 등 구체적인 물리 정보는 정확히 얻기 어렵기 때문이다.◈5 마그마의 분포◆맨틀 항목에도 조금 설명되어 있지만, 지구 내부는 (외핵을 제외하면) 모두 고체 상태인 것이 기본이다.•연약권의 부분 용융 상태라는 것도 기껏 녹아야 1%가 되느냐의 여부다.•마그마 및 마그마 주변 구조는 오늘날 관찰된 최대 규모라 해도 수백㎞ 정도이며, 존재하는 깊이도 깊어도 상부 맨틀 상부에 존재하는 것으로 대부분의 마그마는 200㎞보다 얕은 곳에 위치하고 있다.•가끔 플룸 구조론을 설명하면서 새빨간 덩어리나 흐름이 맨틀 깊은 곳에서 솟아나는 듯한 묘사가 있는데, 여기서 말하는 흐름은 ‘고체의 흐름’이다.•뜨거운 플룸의 상승도 마그마 자체는 200300km 이내에서 관찰된다.•그래서 지구 내부는 대부분 고체로 되어 있고 마그마 덩어리(magma patches)가 가끔 박혀 있는 정도이다.◈6판 구조에서의 역할◆마그마는 화성 활동 그 자체라고 할 수 있다.•마그마의 형성과 이동, 정치(emplacement) 및 냉각은 지구가 오랜 시간에 걸쳐 층상화되는 데 가장 핵심적인 역할을 한다.•즉 마그마가 만들어지고 분출하는 과정을 통해 대륙이 성장하고 섬이 만들어진다.•대기권 역시 지구층 구조의 일부로서 지구 내부에 갇힌 기체상을 대기권으로 ‘분리’시키는 것도 마그마로 대변되는 화성 활동이다.•또한 다량의 열을 효과적으로 지표로 운반하기 때문에 지구가 식어가는 과정의 중요한 메커니즘이다.•뿐만 아니라 섭입대에서 맨틀 안으로 침강하는 물질을 다시 지표로 운송하여 물질 순환을 일으키는 주요 경로로 작용한다.◆단단한 마그마는 통상 응력장에 대해 딱딱하게 행동하기 때문에 경우에 따라서는 판 결합(suture)에 중요한 역할을 하기도 한다.•실제로 판자가 찢어질 때 화성암 덩어리가 많이 갇혀 있는 곳은 응력장에 대해 딱딱해지고 찢어지기 어려운 성질을 갖는다.•동시에 판자가 찢어지는 곳, 즉 열곡이 일어나는 곳은 마그마가 만들어짐으로써 응력장을 바짝 낮춰 열곡대가 잘 펴지도록 돕는다.◈7 관련 용어 ◉7.1 용암(lava) : ◆ 마그마는 화산이 분출하기 전에 지하에 놓여 있을 때의 상태를 지시한다.•한편 용암은 마그마 물질이 지표로 분출했을 때 분출하는 양상에 따른 분출물의 종류이다.•자세한 설명은 용암을 참고하여.◆부분용융(partial melting) : 암석이 고상선보다는 높은 조건에 있으나 액상선보다는 낮은 조건에 있으며 완전히 녹지 않고 일부만 녹는 경우이다.•지구상에서는 암석은 액상선을 넘지 않기 때문에 용융이 일어나면 사실상 항상 부분 용융이 일어나게 된다.[7.2 용융물(melt):◆마그마는 고체나 기체상의 물질도 포함하지만 용융물은 그 중 액체상의 물질만을 지시한다. •완전 용융이 일어나면 용융물과 마그마는 같을 것이다.•용융물로서 이들은 결정(crystal)이 아니라 비정질(amorphous)이다.[7.3 결정죽(crystal mush) : ◆ 마그마와 달리 용융물(melt)에 대한 고체(광물결정)의 부피비가 약 5060%를 넘어 점성이 매우 높은 상태 혹은 그런 부분.•결정곤죽은 대체로 전체가 하나의 유체로 작용하기보다는 용융물이 결정 사이의 틈(interstitial), 즉 ‘공극’을 따라 흐른다.[7.4 휘발성 물질(volatiles):◆지하 깊은 곳에서는 마그마에 용해되어 있지만 저압에서는 기체상(gas)이 되어 분리하는 성분을 가리킨다.•마그마에서는 물, 이산화탄소, 황, 염소, 불소, 질소 등이 대표적이다.•마그마에서는 조건에 따라 일부는 기체로 분리되지 않고 광물 격자를 이룰 수도 있다.•관입(intrusion) : 암층에 균열을 내고 마그마가 진입하는 과정을 말한다.◈8 관련 문서 [용암] 화산 [화성암] 자연지리에 대한 정보 [나무위키 백과사전.]의 도움으로 공부한 내용.