사암(Sandstone) 암석표본 천연원석 관찰 탐구 (2)

 

[전자책] 한국 광물 암석 자원의 세계 | 류영조 | 아이엠사이언스 - 예스24

 

사암(砂岩, Sandstone)은 모래 크기의 입자들이 퇴적된 후 압력과 교결작용(cementation)을 받아 단단하게 굳어진 대표적인 쇄설성 퇴적암입니다. 지구 표면에서 가장 흔하게 발견되는 퇴적암 중 하나이며, 해안, 하천, 사막, 삼각주, 호수 및 천해 환경 등 다양한 지질 환경에서 형성됩니다. 퇴적암 연구와 고환경 복원 연구에서 중요한 자료로 활용됩니다.

 

사암은 지름 0.062 ~ 2 mm 크기의 모래 알갱이들이 쌓이고 다져져 굳어진 대표적인 퇴적암입니다. 모래 알갱이 사이를 다른 광물(석회, 실트, 산화철 등)이 접착제처럼 엉겨 붙어 단단한 돌이 됩니다. 단단한 광물인 석영과 장석이 주를 이룹니다. 모래의 주성분과 포함된 불순물, 결합 물질에 따라 회색, 갈색, 붉은색, 노란색 등 다양한 색을 띱니다. 표면이 사포처럼 거칠거칠합니다. 틈이 많고 물이 잘 통과하여 지하수나 석유를 품는 저장고 역할을 하며, 건축 자재(바닥재, 외장재)로도 널리 쓰입니다.

 

사암이라는 명칭은 영어 ‘Sandstone’에서 유래하였으며, ‘Sand’는 모래를 의미하고 ‘Stone’은 돌을 의미합니다. 즉, 문자 그대로 ‘모래가 굳어 만들어진 돌’이라는 뜻입니다.

 

사암은 고대 문명과 깊은 관련이 있는 암석입니다. 고대 이집트인들은 나일강 유역의 사암을 이용하여 신전과 기념비를 건설하였으며, 오늘날에도 많은 유적이 남아 있습니다. 특히 카르나크 신전과 룩소르 신전의 상당 부분은 사암으로 축조되어 수천 년 동안 보존되고 있습니다.

 

유럽에서는 붉은색 사암이 중세 성곽과 교회의 건축 재료로 널리 사용되었습니다. 붉은 사암의 색은 철 산화물에 의해 형성되며, 이러한 색채는 건축물에 독특한 미관을 부여하였습니다.

 

미국 서부의 거대한 사암 협곡과 아치 지형은 풍화와 침식 작용의 대표적 사례로 알려져 있습니다. 특히 그랜드 캐니언과 아치스 국립공원에서는 수억 년 동안 퇴적된 사암층이 침식되어 장대한 지형을 형성하고 있습니다.

 

사암은 단순한 암석처럼 보이지만, 과거의 강, 사막, 해안, 바다 환경을 기록하는 지질학적 기록 보관소 역할을 하는 매우 중요한 암석입니다. 사암은 종종 공룡 발자국 화석이나 식물 화석을 포함하기도 합니다. 이는 모래 퇴적물이 생물의 흔적을 빠르게 덮어 보존하였기 때문이며, 고생물학 연구에 매우 중요한 역할을 합니다.

 

사암 표본 크기: 23.0 X 21.5 X 8.1 Cm

사암 표본  무게: 5,692g

사암(Sandstone) 암석표본 천연원석 - 1

사암(Sandstone) 암석표본 천연원석 - 2

사암(Sandstone) 암석표본 천연원석 - 3

사암(Sandstone) 암석표본 천연원석 - 4

사암(Sandstone) 암석표본 천연원석 - 5

 

1. 사암 화학식 및 구성 성분

 

사암은 광물처럼 일정한 화학식을 갖는 단일 광물이 아니라 여러 광물 입자가 모여 형성된 암석이므로, 고유한 화학식은 존재하지 않습니다.

 

사암의 주성분은 일반적으로 석영(Quartz, SiO₂)입니다. 석영은 화학적 풍화에 대한 저항성이 매우 크기 때문에 퇴적 환경에서 가장 흔하게 남아 사암을 구성하게 됩니다. 사암에는 석영 외에도 장석(Feldspar), 운모(Mica), 암편(Rock Fragment) 등이 포함될 수 있습니다. 또한 입자 사이를 결합시키는 교결 물질로는 실리카(SiO₂), 방해석(CaCO₃), 백운석(CaMg(CO₃)₂), 철 산화물(Fe₂O₃, FeO(OH)) 등이 존재합니다.

 

사암의 구성 성분은 다음과 같습니다.

 

· 석영(Quartz): SiO₂

· 정장석(Orthoclase): KAlSi₃O₈

· 사장석(Plagioclase): (Na,Ca)(Al,Si)₄O₈

· 백운모(Muscovite): KAl₂(AlSi₃O₁₀)(OH)₂

· 흑운모(Biotite): K(Mg,Fe)₃AlSi₃O₁₀(OH)₂

· 카올리나이트(Kaolinite): Al₂Si₂O₅(OH)₄

· 일라이트(Illite): K₀.₆₅Al₂(Si₃.₃₅Al₀.₆₅)O₁₀(OH)₂

 

입자들을 결합시키는 교결물질은 다음과 같습니다.

 

· 규질 교결물: SiO₂

· 석회질 교결물: CaCO₃

· 철질 교결물: Fe₂O₃

· 백운석질 교결물: CaMg(CO₃)₂

 

구성 광물의 비율에 따라 석영사암(Quartz Sandstone), 아코스사암(Arkose), 그레이와키(Greywacke) 등으로 구분됩니다. 석영 함량이 90% 이상인 경우에는 매우 성숙한 사암으로 분류되며, 장거리 운반과 반복적인 풍화를 경험한 퇴적물에서 주로 형성됩니다.

 

 

2. 사암 생성 지질 환경 및 생성 과정

 

사암은 암석이 풍화·침식되어 생성된 모래 입자가 하천, 해안, 삼각주, 사막, 대륙붕 등의 환경에 퇴적된 후 형성됩니다. 사암은 모래 크기(약 0.0625~2 mm)의 퇴적물이 풍화 · 침식 ·운반 · 퇴적되는 환경에서 형성됩니다.

 

대표적인 생성 환경은 하천, 삼각주, 해변 및 연안, 조간대, 대륙붕, 사막 사구, 호수 주변, 심해 터비다이트 등입니다. 생성 환경에 따라 입자의 크기, 원마도, 분급도, 광물 조성이 달라집니다.

 

· 생성 과정

① 화성암·변성암·기존 퇴적암이 풍화작용을 받아 모래 입자가 생성

② 생성된 모래 입자가 강, 빙하, 바람 또는 파도에 의해 운반

③ 운반 과정에서 입자들이 마모되고 원마도가 증가

④ 운반 에너지가 감소하는 지역에 모래가 퇴적

⑤ 지속적인 퇴적에 의해 상부 퇴적층의 하중이 증가

⑥ 압밀작용(Compaction)에 의해 공극이 감소

⑦ 지하수를 통해 규산염, 탄산칼슘, 산화철 등이 침투

⑧ 교결작용(Cementation)이 진행되어 입자들이 서로 결합

⑨ 단단한 사암으로 암석화(Lithification)

 

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3. 사암의 물리 · 화학적 성질 및 특성

 

· 암석(광물) 종류: 쇄설성 퇴적암(Clastic Sedimentary Rock)

· 조직: 사질 조직(Sandy Texture), 입상 조직입

· 색상: 백색, 회색, 황갈색, 적갈색, 갈색, 녹회색 등

· 광택: 무광택 ~ 약한 유리광택

· 투명도: 불투명

· 밀도(비중): 약 2.2 ~ 2.8 g/cm³

· 경도(모스 경도): 약 6 ~ 7

· 조흔색: 일반적으로 백색

· 파쇄 특성: 쪼개짐(Cleavage) 없음, 깨짐(Fracture) 불규칙 또는 입상 파괴

· 다공성, 투수성, 층리 발달, 퇴적 구조 보존, 화석 산출 가능성 높음

 

사암은 일반적으로 공극률이 높아 지하수 저장층(대수층)으로 중요한 역할을 합니다. 또한 석유와 천연가스의 저류암으로도 매우 중요합니다.

 

석영 함량이 높은 사암은 풍화 저항성이 크며 장기간 침식에 견디는 특징을 가집니다. 반면 교결 물질이 약한 사암은 쉽게 붕괴되거나 풍화될 수 있습니다.

 

사암의 색상은 포함된 광물에 따라 달라집니다. 적색 계열은 철 산화물, 녹색 계열은 녹니석이나 환원 환경의 철 화합물, 백색 계열은 순수한 석영 함량 증가와 관련이 있습니다.

 

사암(Sandstone) 암석표본 천연원석 - 6

사암(Sandstone) 암석표본 천연원석 - 7

열전도율 테스트. 사암(Sandstone) 암석표본 천연원석 - 8

사암(Sandstone) 암석표본 천연원석 - 9

사암(Sandstone) 암석표본 천연원석 - 10

사암(Sandstone) 암석표본 천연원석 - 11

 

4. 사암 주요 분포 지역

 

미국 서부의 그랜드 캐니언, 자이언 국립공원, 아치스 국립공원에 대규모 사암층이 분포합니다. 또한 이집트, 요르단, 독일, 영국, 호주 등에서도 광범위하게 발견됩니다. 특히 페트라는 붉은 사암을 깎아 만든 세계적으로 유명한 고대 도시로 알려져 있습니다.

 

국내에서는 경상분지에 넓게 분포하며, 경상남도와 경상북도의 백악기 퇴적층에서 흔히 발견됩니다. 또한 태백산맥 주변 퇴적분지와 영월 지역, 정선 지역, 단양 지역 등에서도 사암층이 발달합니다.

 

 

5. 사암 주요 용도

 

사암은 건축용 석재로 매우 널리 사용됩니다. 외벽재, 바닥재, 조경석, 계단석, 석축 및 기념물 제작에 활용됩니다. 석영 함량이 높은 사암은 유리 제조의 원료가 되는 규사(硅砂)의 공급원으로 이용됩니다. 분쇄된 사암은 콘크리트 골재, 도로 포장용 골재, 토목 재료로 사용됩니다. 내구성과 가공성이 우수한 사암은 조각 재료와 석재 공예품 제작에도 활용됩니다.

 

다공성이 큰 사암층은 지하수 저장층, 석유 · 천연가스 저류층, 이산화탄소 지중 저장(CCS) 후보 지층으로 중요한 경제적 가치를 지닙니다.

 

지질학 연구에서는 사암의 입도, 광물 조성, 퇴적 구조를 분석하여 과거의 기후 변화, 고지리 환경, 퇴적 분지의 진화 과정을 해석하는 데 중요한 자료로 활용됩니다.

 

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