마그마와 화성암
본문제주도의 돌하르방은 검고 구멍이 숭숭 뚫린 현무암으로, 북한산의 바위는 희고 굵은 알갱이가 보이는 화강암으로 되어 있다. 둘 다 마그마가 식어서 굳은 화성암인데, 왜 이렇게 다를까? 그리고 마그마는 처음에 어디서, 왜 생길까?
2.3.1마그마의 생성
지구 내부는 깊이 들어갈수록 온도가 높지만, 맨틀은 대부분 고체 상태이다. 압력이 높으면 암석이 녹는 온도도 높아지기 때문이다. 암석이 녹아 마그마가 되려면 녹는 온도가 낮아지거나 온도가 올라가야 한다.
해령이나 열점 아래에서는 맨틀 물질이 상승하며 압력이 낮아져 녹는다(압력 감소). 섭입대에서는 내려가는 해양판에서 빠져나온 물이 맨틀의 녹는 온도를 낮춘다(물의 공급). 섭입대 위에서 올라온 뜨거운 마그마가 대륙 지각을 데워 녹이기도 한다(온도 상승).
해령과 열점에서 맨틀이 녹아 생긴 마그마는 SiO₂가 적은 현무암질이고, 대륙 지각이 녹아 생긴 마그마는 SiO₂가 많은 유문암질(화강암질)이다. 섭입대에서는 그 중간인 안산암질 마그마가 많이 생긴다. 그래서 마그마의 종류를 보면 그 지역이 어떤 판의 경계에 있는지 짐작할 수 있다.
2.3.2화성암의 분류
마그마가 지표로 분출하거나 지표 가까이에서 빨리 식으면 결정이 자랄 시간이 없어 알갱이가 작거나 유리질이 된다. 이런 암석을 화산암이라 한다. 땅속 깊은 곳에서 천천히 식으면 결정이 크게 자라 알갱이가 굵은 심성암이 된다. 한편 SiO₂가 적은 마그마에는 철과 마그네슘이 많아 감람석, 휘석 같은 어두운 광물이 생기고, SiO₂가 많으면 석영과 장석 같은 밝은 광물이 많다.1
그림 1에서 SiO₂ 함량과 냉각 속도를 바꾸어 보자. 같은 현무암질 마그마도 천천히 식으면 반려암이 되고, 같은 유문암질 마그마도 빨리 식으면 유문암이 된다. 두 기준을 함께 쓰면 화성암을 여섯 가지로 나눌 수 있다. 같은 마그마에서도 식는 곳에 따라 화산암과 심성암이 함께 만들어질 수 있다.
2.3.3예제 풀이
어떤 암석은 SiO₂ 함량이 약 72%이고 맨눈으로 보이는 굵은 석영과 장석 알갱이로 되어 있다. 다른 암석은 SiO₂가 약 48%이고 알갱이가 너무 작아 맨눈으로 구별되지 않으며 작은 구멍이 많다. 두 암석의 이름과 생성 장소를 설명하여라.
첫 번째 암석은 SiO₂가 63%보다 많아 밝은 광물이 많고, 알갱이가 굵어 땅속 깊이에서 천천히 식었다. 따라서 화강암이며, 대륙 지각이 녹아 생긴 마그마가 지하 깊은 곳에서 굳은 것이다.
두 번째 암석은 SiO₂가 52%보다 적고 알갱이가 작아 빨리 식었으므로 현무암이다. 작은 구멍은 용암 속 기체가 빠져나간 자리로, 지표에 분출한 용암이 식은 것을 보여 준다. 제주도와 한탄강의 현무암이 그런 예이다.
북한산의 화강암은 원래 땅속 깊이 있었지만, 위를 덮고 있던 암석이 오랜 세월 깎여 나가면서 지표로 드러났다. 아래 탐구 카드에서 마그마의 생성과 화성암의 분류를 직접 해 보자.
- SiO₂가 많은 마그마는 끈적끈적하여 기체가 잘 빠져나가지 못하므로 폭발적으로 분출하는 경우가 많다. 현무암질 마그마는 묽어서 용암이 넓게 흘러 완만한 순상 화산을 만든다.
마그마는 압력 감소, 물의 공급, 온도 상승으로 암석의 일부가 녹아 생긴다. 화성암은 SiO₂ 함량이 많을수록 밝고, 천천히 식을수록 알갱이가 크다. 그래서 처음 질문의 현무암은 SiO₂가 적은 마그마가 지표에서 빨리 식어 검고 알갱이가 작고, 화강암은 SiO₂가 많은 마그마가 땅속에서 천천히 식어 밝고 알갱이가 크다.