현무암(감람석 내포)을 아십니까? 표본 천연원석 관찰 탐구 (3)

현무암(玄武岩, Basalt) 지대는 '대지의 재탄생', '불의 정화'를 상징합니다.
지구와 달, 화성 등에서 가장 흔히 발견되는 암석으로,
화산 활동으로 생성된 세립질의 어두운 색 화성암입니다.
달의 검은 평원 '달의 바다(Maria)'는 실제로 고대 현무암 용암 평원입니다.
현무암은 규산 함량이 낮고 철과 마그네슘이 풍부한  ‘마픽(Mafic)’ 조성을 가집니다.
*마픽(Mafic, 고철질): 질학에서 마그네슘(Mg)과 철(Fe)이 풍부하고,
규소(SiO₂) 함량이 상대적으로 낮은 화성암, 광물, 마그마를 지칭하는 용어입니다.

현무암의 영문명 'Basalt'는 라틴어 ‘Basanites(바사니테스)’에서 유래하며,
이는 고대 그리스어 ‘Basanos(바사노스, 단단한 암석)에서 나온 말입니다.
즉, ‘단단한 암석’이라는 뜻에 더 가까우며,
색깔보다는 물리적 특성에 초점을 둔 이름입니다.

현무암은 화산 활동에 의해 마그마가 지상으로 분출할 때 생성됩니다.
용암이 식어 굳으면서 만들어집니다.
분출 당시 비교적 빠르게 식어 결정 형성이 빠르게 이루어져서
입자의 크기가 작은 편이며 단단합니다.
현무암은 사장석과 휘석을 주성분으로 하는
암색 내지 흑색 미세립질의 고철질 화산암입니다.
구성 입자가 미세하기 때문에 과거 지질학의 개척자들에게는
연구하기가 힘든 암석이었습니다.
옛날 한때는 현무암을 퇴적암으로 오인하기도 했다고 합니다.

현무암질 마그마는 맨틀 암석이 부분용융되면서 만들어집니다.
대체로 가스 함량이 적어 격렬하게 폭발하지 않고 조용히 분출합니다.
보통 현무암질 마그마는 마그마가 생성된 이후 겪는 동화작용(Assimilation)과 분별결정작용,
마그마 혼합 등이 매우 느리게 진행됩니다.
현무암 마그마의 결정 분화 작용 및 그 밖의 과정에서,
중성이나 산성의 암석(안산암, 유문암)이 생성되는 것이 밝혀져,
현무암 마그마야말로 화성암의 원천
즉, 원(源) 마그마라는 생각이 일반적입니다.
따라서 마그마가 만들어지는 환경을 연구하고자 할 때,
가장 선호하는 암석이 현무암이기도 합니다.

소개하는 암석 표본은 현무암 천연 원석 입니다.
이 표본은 특이하게 현무암 내부에 미세한 감람석(Olivine)이 대량 내포되어 있습니다.
표본 사이즈는 크기 20.0 x 18.0 x 8.0 Cm, 무게 4,219g 입니다.
현무암은 화산 활동에 의해 마그마가 지상으로 분출할 때 생성됩니다.
용암이 지표면에서 식어서 굳으면서 만들어집니다.
분출 당시 비교적 빠르게 식어 결정 형성이 빠르게 이루어져서
입자의 크기가 미세한 편이며 단단합니다.
화산 분화 당시 가스상 성분이 빠져나간 구멍이 송송 나 있습니다.
이를 '기공(氣孔, Vesicle)'이라고 합니다.
기공이 많은 다공질구조(多孔質構造)는 현무암의 대표적인 특징입니다.
현무암은 사장석과 휘석을 주성분으로 하는
암색 내지 흑색 미세립질의 고철질 화산암입니다.
표본은 고철질로 쇳덩어리처럼 무겁습니다.
경도는 6 정도 입니다.
색깔은 암회흑색 입니다.
현무암 내부에 감람석 이 포함된 경우는,
지구 맨틀 기원의 마그마가 빠르게 식으면서 형성된 대표적인 화산암입니다.
표본 표면의 작은 기공 내부를 30X 루페(돋보기)로 관찰해 보면
녹색의 감람석 크리스탈 결정을 확인할 수 있습니다.
감람석은 맨틀의 핵심 광물입니다.
지구 상부 맨틀의 상당 부분이 감람석으로 구성됩니다.
즉, '현무암 속 감람석은 지구 깊은 내부의 조각'이라고 볼 수 있습니다.
검은색 또는 짙은 암회색 현무암 바탕에 녹색 감람석 결정이 박혀 있는 경우,
학술 연구 · 장식석 · 화산 지질 연구에서 중요하게 다뤄집니다.
현무암과 녹색 감람석 조합은 자연 연상, 안정감, 화산 · 대지 이미지를 주어
심리적 안정감을 느끼게 할 수 있습니다.
이는 색채 심리와 자연 노출 효과와 관련됩니다.
*감람석(橄欖石, Olivine, 올리빈): 화학식 (Mg,Fe)2SiO4
감람석은 지구 맨틀뿐 아니라 운석, 달 암석, 화성 암석에서도 발견됩니다.
특히 보석 품질 감람석인 페리도트(Peridot)는 '우주의 보석'이라고도 불립니다.

현무암(감람석 내포) 표본 천연원석 - 1

현무암(감람석 내포) 표본 천연원석 - 2

현무암(감람석 내포) 표본 천연원석. (녹색 감람석 결정. 루페 30X 배율) - 3

현무암(감람석 내포) 표본 천연원석. (녹색 감람석 결정. 루페 30X 배율) - 4

현무암(감람석 내포) 표본 천연원석 - 5

- 현무암(玄武岩, Basalt) 물리 · 화학적 성질

현무암은 '광물 혼합 암석'이라 고정 화학식이 없습니다.

· 주요 성분:
사장석(plagioclase), 휘석(pyroxene), 감람석(olivine), 자철석(magnetite) 등

· 주요 화학 조성:
규소(SiO₂): 약 45~52%
기타 FeO, Fe₂O₃, MgO, CaO, Al₂O₃ 등 함유.

· 화학적 성질: 실리카(SiO2) 함량 45%~52%
· 조직: 비현정질, 반암, 다공질상, 행인상
· 입자 크기: 미세 입자
· 경도(모스 경도): 5~6
· 밀도: 2.9~3.1g/cm³
· 색상: 암회색, 흑색, 검붉은색 등
· 파쇄 특성: 쪼개짐(Cleavage) 거의 없음. 깨짐(Fracture) 패각상 파괴 또는 불규칙 파괴
  (현무암은 깨지면 날카로운 면이 생길 수 있음)
· 자성: 잠재적 자성(표본의 경우 자성 없음)

▲ 화성암 성분과 조직에 의한 분류

*행인상(行人狀): 문자 그대로 해석하면 ‘걸어가는 사람의 모습’을 의미합니다.
주로 변성암을 설명할 때 사용되는 광물의 배열 또는 조직을 묘사하는 용어입니다.
이런 조직은 보통 변성작용이나 압력 및 전단 작용을 받아 형성됩니다.
(Porphyroblastic texture with pressure shadows 또는 Augens structure).
암석 내에 있는 큰 광물 입자(Porphyroblast, 포르피로블라스트, 반상 변정)가,
마치 사람이 걸어가듯한 형태를 이루거나,
흐름 방향을 따라 늘어나거나 꼬리를 지닌 구조로 나타날 때 이를 ‘행인상’이라고 부릅니다.
예를 들면, 단단한 광물(예: 석류석, 정장석 등)이 있고,
그 주변에 압력에 따라 재배열된 미세한 광물들이 꼬리 모양으로 길게 늘어져 있습니다.
행인상은 특정 광물이 압력이나 전단 작용을 받아 생기는 독특한 모양의 조직으로,
마치 사람이 걷는 것처럼 보이는 구조를 말합니다.

- 한반도 화산 활동

한반도에서의 대표적인 화산 활동 지역은 백두산, 제주도, 울릉도와 독도 입니다.
백두산은 한반도와 중국 경계에 위치한 활화산으로,
역사적으로 매우 큰 폭발을 일으킨 적이 있는 잠재적으로 위험한 화산입니다.
백두산(해발고도 약 2,744m)은 약 946년경 대규모 분화가 있었습니다.
이후로도 1597, 1668, 1702년에 중소규모의 분화가 있었던 것으로 추정되고 있습니다.
1903년 전후 마지막으로 기록된 소규모 분화가 (화산가스 배출 중심) 있었습니다.
분화구인 천지는 직경 약 4.4km, 깊이 약 384m에 달합니다.
백두산에서 946년경 발생한 천년대 분화(밀레니엄 분화, Millennium Eruption, VEI 7급)는,
인류 역사상 가장 유명하고 강력한 분화로, 가장 큰 화산폭발 중 하나입니다.
대기권까지 이르는 화산재 기둥이 형성됐으며, 대규모 화산쇄설류 발생했고,
분출된 화산재가 일본 홋카이도, 러시아까지 도달했습니다.
동아시아 전역의 기후에 영향을 주었습니다.
관련 기록은 고려사, 중국 사서 등 고문헌에 간접적 기록으로 전해지고 있습니다.
(예: '붉은 비', '하늘이 어두워짐')
근래 2002~2005년 경에 백두산 지진 활동이 급증했고,
지하 마그마 방 움직임이 감지됐습니다.
현재도 하루 수십 차례 미세 지진이 발생하고 있는 상황이며,
중국과 북한이 공동으로 모니터링을 실시하고 있습니다.
이처럼 백두산은 고위험 활화산으로 미래에 대규모 분화 가능성이 예측되고 있습니다.
재분화 가능성이 확실하기 때문에 지구과학계에서 계속 연구하고 있습니다.
제주도 화산의 경우에는 약 2만 년 전까지 활동한 것으로 알려져 있습니다.
울릉도와 독도는 화산섬으로, 과거 화산 활동 기록과 화산암 지대가 존합니다.

 

현무암(감람석 내포) 표본 천연원석 학술연구용 SSB-689 : 스톤 스토리

철기시대 주역 적철석 표본 천연원석 학술연구용 SSA-377 : 스톤 스토리

세계적 희귀 금 함유 규화목 화석표본 학술연구용 SSA-373 : 스톤 스토리

 

- 감람석(橄欖石, Olivine, 올리빈)

· 감람석 대표 화학식: (Mg,Fe)2SiO4
· 주성분: 마그네슘(Mg), 철(Fe), 규소(Si), 산소(O)
· 밀도: 3.2~4.4 g/cm³
· 경도(모스 경도): 6.5~7
· 종류: 포스테라이트(Mg 풍부), 페이얼라이트(Fe 풍부)

- 감람석 내포 현무암 생성 과정

감람석이 박힌 현무암은 '검은 바탕에 녹색 결정'처럼 보입니다.

· 1단계: 맨틀 부분용융
지구 상부 맨틀이 녹음.
↓
· 2단계: 현무암질 마그마 형성
철·마그네슘이 풍부한 마그마 생성.
↓
· 3단계: 지표 분출
화산 폭발 또는 용암 분출.
↓
· 4단계: 급속 냉각
빠르게 식어 미세한 결정 형성.
↓
· 5단계: 감람석 내포
먼저 결정화된 감람석이 현무암 안에 갇힘.

감람석은 이산화탄소와 반응해 탄산염을 형성할 수 있습니다.
이 때문에 최근 탄소 포집, 기후 변화 완화 연구에 매우 중요합니다.
· 대표 반응: Mg₂SiO₄ + CO₂ → MgCO₃ + SiO₂

현무암(감람석 내포) 표본 천연원석 - 6

현무암(감람석 내포) 표본 천연원석 - 7

열전도율 테스트. 현무암(감람석 내포) 표본 천연원석 - 8

현무암(감람석 내포) 표본 천연원석 - 9

현무암(감람석 내포) 표본 천연원석 - 10

현무암(감람석 내포) 표본 천연원석 - 11

- 현무암 주요 분포 지역

한국의 제주도(Jeju Island)가 가장 대표적입니다.
특히 한라산, 용암동굴, 오름 지대에 풍부합니다.
아이슬란드(Iceland) 대서양 중앙해령 노출, 하와이(Hawaii) 열점 화산
데칸 트랩(Deccan Traps)은 세계 최대 현무암 대지입니다.
인도 중서부 데칸고원에 위치한 거대 화성암 지대입니다.
데칸 트랩은 지구상에서 가장 큰 화산 활동 지형입니다. 
시베리아 트랩(Siberian Traps)은 초거대 화산 활동의 흔적입니다.
러시아 시베리아에 있는 거대 화성암 지대로 알려진 광범위한 화산암 지역입니다.
엄청난 양의 현무암질 용암이 범람 현무암 분화로 시베리아의 넓은 지역을 덮고 있습니다.
트랩을 형성한 거대한 분출 사건은 지난 5억년 동안 알려진 가장 큰 화산 활동 중 하나입니다.

- 현무암 주요 용도

현무암은 단단함, 내구성, 미끄럼 저항성 때문에
건축 외장재, 바닥재, 도로 골재로 많이 사용됩니다.
정원석 · 분수 · 석축 등 조경석에 사용됩니다.
제주도 돌하르방처럼 조각상 재료로도 많이 쓰입니다.

현무암을 열로 가열하고 압축하면 단열 성질이 뛰어난 암면이 만들어지는데요.
이는 주로 건축 단열 자재로 많이 쓰입니다.
근래에는 지구온난화를 예방하기 위해서,
이산화탄소를 현무암 지층에 매립하여 암석화하는 연구도 진행되고 있습니다.
현무암은 공극이 많은 다공성이고 칼슘을 많이 함유하고 있기 때문에,
고압의 이산화탄소 기체를 주입하면 공극에 담고 있다가,
탄산염 칼슘 앙케라이트 형태로 흡수하여 암석화가 가능하다고 합니다.

현무암 섬유(Basalt Fiber)는 최근 매우 주목받는 신소재입니다.
특징은 가벼움, 강도 높음, 내열성, 부식 저항성 등입니다.
현무암 섬유의 용도는 항공우주, 자동차, 방탄 소재, 콘크리트 보강재 등에 쓰입니다.

일부 현무암은 열을 받으면 원적외선(Far-Infrared, FIR)을 방출합니다.
현무암은 열용량이 높고, 따뜻함을 오래 유지합니다.
이 특성 때문에 찜질방 돌, 온열 마사지, 사우나 스톤, 온열 테라피에 사용됩니다.
기대 가능한 효과는 체온 유지, 긴장 완화, 혈류 촉진 보조, 근육 이완 보조, 스트레스 감소 보조 등입니다.
단, 질병 치료 효과가 과학적으로 입증된 것은 아닙니다.

 

히말라야 크리스탈 수정 천연원석 SSA-263 : 스톤 스토리

번개 맞은 돌 섬전암(섬광석) 풀구라이트 표본 천연원석 SSA-223 : 스톤 스토리

에메랄드(Emerald) 결정 보석 천연원석 (인도산) SSA-287 : 스톤 스토리

 

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