현재 지구과학 분야에서 국제적(학술적)으로 공인된
암석 종류는 4,000여 종이 됩니다.
드물기는 하지만, 서로 다른 종류의 암석이 혼합(혼재)되어
새로운 암석이 생성되는 경우도 있습니다.
이를 '혼성암(混成巖, Migmatite 미그마타이트)'이라고 합니다.
땅속 깊은 곳의 고온 고압 환경에서 암석이 부분적으로 녹아서
퇴적암이나 변성암이 화성암과 섞여 생성된 암석을 말합니다.
혼성암은 지질학적으로 매우 흥미로운 대상이며,
화성암과 변성암의 성질을 모두 지닌 매우 독특한 암석입니다.
'혼성암(Migmatite 미그마타이트)'이라는 이름은
1907년 핀란드의 암석학자 Jakob Sederholm이 처음 명명했고,
그리스어로 혼합물을 뜻하는 '미그마(migma)'와
녹는다는 뜻의 '텍톤(tecton)'에서 유래됐습니다.
탐구할 암석표본은 혼성암(화강암+편암) 천연원석입니다.
이 표본 혼성암은 화성암인 화강암과 변성암인 편암으로 이루어져 있는데요.
국내외에서 발견된 혼성암 표본 사례들을 볼 때,
이런 구성의 혼성암 표본은 희귀합니다.
사이즈는 크기 18.5 X 18.2 X 9.5cm이고,
무게는 3,740g 입니다.
'화강암(花崗岩, Granite)'은 지구의 대륙지각에서 관입암으로,
지하 깊은 곳에서 규장질 마그마가 천천히 식으면서 만들어지는 화성암입니다.
뜨거운 용융물질로부터 정출작용에 의해 생성된 산성의 심성암입니다.
화강암은 주로 정장석과 사장석, 석영, 흑운모 등으로 이루어지나
각섬석, 백운모가 들어가 있는 경우도 있고,
그 밖에 조암광물로 자철석, 석류석, 저어콘, 인회석 등이 있습니다.
'편암(片岩, Schist)'은 퇴적암(또는 화성암)이
지각변동에 의한 지각 내부의 높은 온도의 열과 강력한 압력에 의해
물리적, 화학적 변화를 겪으면서 생성된 변성암(變成岩, Metamorphic Rock) 입니다.
암반 광물들이 완전히 녹지는 않는 상태에서
암석 내의 광물이 재결정화되고 평행한 층으로 정렬되어
편암의 특징인 '편리(片理, Schistosity)'가 형성됩니다.
편암 부분에 보이는 작은 편리와 둥근모양과 안구상 모양의
단괴(團塊, Nodule)와 결핵체(結核體, Concretion, 응결체)가 인상적인데요.
특히, 결핵체는 혼성암에서 발견되는 구조적 특징 중의 하나입니다.
결핵체는 모암과 조성이 다른 광물질이 뭉쳐 생긴 여러 모양의 덩어리로
광물 성분들이 일차적으로 또는 이차적으로 모여 둥근 형태나
여러가지 불규칙한 형태를 이룬 것에 대한 통칭입니다.
이 표본을 발견한 곳은 경기도 과천시 청계산과 관악산 계곡이 만나는 지점이자,
한강의 지류인 양재천이 시작되는 상류 지점입니다.
이런 종류의 암석은 분포를 볼 때 청계산 계곡 쪽에서 떠내려 온 것으로 추정합니다.
청계산(淸溪山, 618m)과 관악산(冠岳山, 해발 632m)은
서울의 남쪽지역의 쌍벽을 이루며 서로 인접한 산으로,
골을 (이 도시가 과천시) 사이에 두고 깊은 땅속 암반은 연결되어 있는 산입니다.
이들은 5억 년 전 조산운동 당시에 형성된 산입니다.
한편, 혼성암은 학술적으로 생성된 시기를 약 25억 년 전의 지각변동으로 추정합니다.
관악산, 청계산에서 발원한 양재천은 과천시를 거쳐 서울 강남까지 흐르다가
탄천과 합해지는 한강의 지류입니다.
양재천의 옛 이름은 공수천이었으며,
백로가 빈번히 날아든다고 해서 '학여울'이라고도 불렸습니다.
이 표본을 발견한 지점과 그 지질학적 역사를 구체적으로 밝히는 이유는
한반도에서 혼성암이 분포되는 지역과 사례가 흔하지 않을 뿐더러,
발견되더라도 그 종류가 서로 제각기 독특하고 상이하기 때문입니다.
혼성암이 지질 학술적 가치와 더불어 관심을 받는 이유이자,
개성있는 매력이라고 할 수 있습니다.
- 혼성암(混成巖, Migmatite 미그마타이트)
혼성암은 일반적으로 지각의 깊은 부분에서 고온·고압 조건 하에 생성되며,
변성 작용과 부분 용융이 동시에 일어나면서 생성됩니다.
혼성암은 변성암에 화강암질의 마그마가 섞여 생기거나
변성암의 일부가 녹아내렸다가 다시 굳어 생겨나는 것입니다.
괴상의 결정질로 극한 온도 및 압력 조건에서 혼성암이 생성됩니다.
또한 혼성암은 변성암에 마그마가 부분적으로 주입되어
화성암이 만들어지는 과정을 거쳐 줄무늬가 나타납니다.
· 조직: 엽리성
· 밀도: 2.5 - 3 g/cm³
· 모스 경도: 5.5 ~ 6.5
· 색깔: 밝은 색, 어두운 색
· 입자 크기: 거친 입자
기존의 암석은 어떤 원인으로
그것이 만들어진 때와 다른 온도와 압력을 받게 되면
반응을 일으켜 새 환경에 알맞는 광물이 만들어집니다.
그 때 암석의 조직도 변화하게 됩니다.
이렇게 광물의 조성과 조직이 변화하면 변성암이 됩니다.
변성암을 만드는 여러 현상을 '변성작용(變成作用)'이라 합니다.
기존 암석이 완전 용융을 하게 되면
마그마가 형성되어 화성암(火成岩)을 만들기 때문에,
변성암은 완전 용융을 거치지 않는 상태에서의 작용을 의미합니다.
변성작용시 화학조성의 변화는 기존 암석의 그것과 다름없는 경우가 보통입니다.
예를 들면, 휘석과 사장석으로 된 염기성 화성암이 변성작용을 받아서
화학조성의 변화 없이 각섬석과 사장석으로 구성된
각섬암(角閃岩)을 만드는 예가 그렇습니다.
반면에, 변성작용시 화학조성이 기존암의 그것과 달라지는 경우도 있습니다.
이러한 작용은 '변성교대작용(變成交代作用)'이라 하여 구별하기도 합니다.
퇴적암이 화강암에 필요한 구성 성분이 들어와서
화강암질암이 되는 '화강암화작용(花崗岩化作用)'은 이 작용의 한 예입니다
*광역변성작용(廣域變成作用, Regional metamorphism):
조산운동으로 압력과 온도가 변하여,
넓은 지역에 걸쳐 기존의 암석이 변성암이되는 작용입니다.
편리와 줄무늬 모양의 구조가 형성됩니다.
*접촉변성작용(接觸變成作用, Contact metamorphism):
주로 마그마가 관입할 때 그 접촉부분이
마그마에서 방출되는 열과 화학성분에서 변성을 받는 작용을 말합니다.
혼성암의 생성 원리, 특징, 그리고 혼성암의 분포에 대해서 살펴보겠습니다.
1. 혼성암 생성 원리 (Formation of Migmatite)
혼성암은 변성작용과 부분 용융(partial melting)이
동시에 일어나는 조건에서 형성됩니다.
일반적으로 다음과 같은 과정을 거칩니다.
① 높은 단계의 변성작용 (High-grade metamorphism)
지각 깊은 곳(보통 20~30km 이상)에서 온도와 압력이 매우 높아짐.
일반적인 변성암(편암, 편마암 등)이 이러한 조건에서
결정질 구조가 발달함.
② 부분 용융 (Partial Melting)
일정 온도(약 650~800°C)에 도달하면,
광물 중에서 용융점이 낮은 석영(Quartz)이나 장석(Feldspar) 등이 녹기 시작.
용융된 부분은 유체처럼 움직이기 때문에,
암석 내에 밝은 색의 띠 모양 구조(암실질)이 생성됨.
③ 재결정화 및 혼합
녹지 않은 어두운 광물들(흑운모, 각섬석 등)은 그대로 남아
변성암의 성질을 유지함.
녹은 부분(화성암질)과 녹지 않은 부분(변성암질)이 복잡하게 얽혀
독특한 혼성 구조를 형성.
2. 혼성암 특징 (Characteristics of Migmatite)
변성암의 잔존물(리크리스트, Restite)과 부분 용융되어 생성된
규장질 성분(루코소움, Leucosome)이 혼재합니다.
띠 모양(banding), 정맥 구조, 주상 구조 등이 흔히 나타납니다.
대개 편마암(Gneiss)이나 결정편암(Schist) 등의
고변성암이 부분 용융을 겪으면서 형성됩니다.
① 광물 조성
암실질(Leucosome): 밝은 색. 주로 석영, 정장석 등으로 구성 → 부분 용융된 부분.
암체질(Melanosome): 어두운 색. 흑운모, 각섬석, 기타 고온 안정 광물 → 녹지 않은 잔여물.
때로는 중간 정도 색의 중간대(Mesosome)도 나타남.
② 구조적 특징
띠 모양 구조(Banded structure): 밝고 어두운 띠가 반복되며 나타남.
주름 및 층리 구조(Folded, Layered): 원래의 변성암의 층리 구조가 남아 있음.
주상 구조(Streaked texture): 녹은 광물이 굳으면서 줄무늬 형태로 배열됨.
③ 외관
마치 화강암과 편마암이 섞여 있는 듯한 외양.
손으로 만졌을 때 거칠며, 결정이 육안으로 보이는 경우도 있음.
3. 단괴(團塊, Nodule)와 결핵체(結核體, Concretion, 응결체)
암석에서 단괴, 결핵체는 특정한 형태나 구조를 가진
암석의 특징을 설명하는 용어입니다.
단괴, 결핵체는 혼성암에서 발견되는 구조적 특징 중의 하나이기도 합니다.
① 단괴(團塊, Nodule)
단괴는 일정한 크기와 형태를 가진 암석이나 광물 덩어리를 뜻합니다.
이는 대개 암석 내에서 다른 물질들에 의해 둘러싸여 있는,
독립적인 덩어리 형태를 띠고 있습니다.
예를 들어, 화산암에서 발생할 수 있는 단괴는
화산 폭발로 인해 공기 중으로 떠 올라가면서
결정화된 물질들이 응집해 형성된 것입니다.
단괴체는 보통 암석 내부에서 돌출되어 있는,
고립된 덩어리 형태를 보입니다.
퇴적암 속에 존재하는 주변보다 단단한 자생광물(自生鑛物)의 집합체.
이에 비해 형태가 불규칙적인 것을 결핵(結核)이라고 함.
형태는 구 · 타원 · 관형(管形)·토우형(士偶形), 그 밖에 불규칙적인 것이 있으며 변화가 다양.
크기는 지름 1cm 이하에서 수m 이상에 이르는 것도 있으며,
내부구조도 괴상균질(塊狀均質)·동심원형(同心圓形)·방사형(放射形)·중공(中空) 등으로 다양.
단괴를 만드는 물질은 실리카·탄산칼슘이 대부분이지만
황화철·산화철·수산화철·탄산철 등 철화합물도 많음.
② 결핵체(結核體, Concretion, 응결체)
퇴적암과 조성이 다른 광물질이 뭉쳐 생긴 여러 모양의 덩어리로,
광물 성분들이 일차적으로 또는 이차적으로 모여 둥근 형태나
여러가지 불규칙한 형태를 이룬 것에 대한 통칭입니다.
주변 암석의 미량 성분이 대개는 퇴적변질 기간에 집중된것이지만
퇴적 직후에 형성된 것도 있습니다.
단괴와 결핵체 모두 암석의 특성과 형성을 이해하는 데 중요한 개념으로,
지질학자들은 이를 통해 암석의 형성과 변형 과정에 대한 정보를 파악할 수 있습니다.
4. 혼성암 분포 지역
혼성암은 주로 대륙 지각 하부에서 형성되며,
대륙 충돌대나 고산 지대의 근원암으로 발견됩니다.
한국, 인도의 Singhbhum 크래톤, 캐나다의 Canadian Shield 등
지역에 분포하고 있습니다.
한반도 혼성암 분포 지역을 좀 더 자세히 살펴보겠습니다.
① 경상북도 및 강원도 태백산지 일대
· 지질 단위: 영남 육괴 (Yeongnam Massif)
· 주요 암석: 혼성편마암(migmatitic gneiss), 흑운모 혼성암
· 특징: 영남 육괴의 핵심부에는 선캄브리아기의 고변성암 복합체가 있으며,
이들 중 일부는 부분 용융을 거친 혼성암.
② 경기도 및 충청북도 일대
· 지질 단위: 경기 육괴 (Gyeonggi Massif)
· 주요 지역: 가평, 양평, 충주, 제천 일대
· 암상 특징: 이 지역에서는 흑운모 혼성암과 석영 풍화 혼성암 등이 나타나며,
고변성작용을 받은 퇴적암이 열변성과 부분 용융을 거친 흔적이 있음.
③ 북한 지역
· 지질 단위: 평안 육괴, 함경산맥 변성대
· 암상 특징: 북한의 평안남도·함경남도 일대에서도 혼성암이 확인되며,
주로 선캄브리아기 기반암 중 일부가 혼성암화됨.
한반도에는 여러 지역에서 혼성암이 발견되며,
특히 고변성대(高變成帶)에 집중되어 있습니다.
한반도에서 발견되는 혼성암은
고변성 작용을 받은 암석이 부분적으로 용융되어 형성된 암석으로,
변성암과 화성암의 중간적 성격을 가집니다.
한반도의 혼성암들은 대체로 선캄브리아기 지각 형성과정,
즉 초기 지각의 구성과 관련된 고변성 사건(대륙 충돌, 지각 하부 열 플럭스 등)에서
유래한 것으로 분석됩니다.
이는 한반도의 오래된 지질구조와 변성작용의 역사를 밝히는 데
중요한 단서가 됩니다.
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