발밑의 돌멩이 하나에도 지구의 역사가 담겨 있습니다. 어떤 암석은 지하 깊은 곳의 뜨거운 마그마가 식어서 만들어졌고, 어떤 암석은 오랜 세월 쌓인 퇴적물이 굳어진 것이며, 또 어떤 암석은 엄청난 열과 압력으로 변형된 것입니다. 지질학자들은 암석을 생성 과정에 따라 화성암, 퇴적암, 변성암 세 가지로 분류합니다. 화강암으로 만든 건물, 대리석 조각상, 석탄과 석회암으로 만든 시멘트, 모두 이 세 가지 암석에서 비롯됩니다. 각 암석은 고유한 특징을 가지고 있으며, 그 속에는 형성 당시의 환경과 지질학적 사건이 기록되어 있습니다. 이 글에서는 화성암, 퇴적암, 변성암이 어떻게 만들어지는지, 각각의 특징과 종류는 무엇인지, 그리고 이들이 우리 생활에 어떻게 활용되는지 상세히 알아보겠습니다.
화성암 - 불의 암석
화성암은 마그마나 용암이 식어서 굳어진 암석입니다. 화성암이라는 이름은 라틴어로 불을 의미하는 이그니스에서 유래했습니다. 마그마는 지하 깊은 곳에 있는 녹은 암석 물질이며, 용암은 지표로 분출된 마그마를 말합니다. 화성암은 마그마가 식는 위치와 속도에 따라 크게 두 가지로 나뉩니다. 심성암은 지하 깊은 곳에서 마그마가 천천히 식어서 만들어진 암석입니다. 식는 속도가 느리기 때문에 광물 결정이 충분히 성장할 시간이 있어 큰 결정들로 이루어져 있습니다. 육안으로 광물 알갱이를 쉽게 볼 수 있는 조립질 조직을 가집니다. 화강암이 대표적인 심성암입니다. 화강암은 석영, 장석, 운모로 구성되어 있으며, 밝은 색을 띱니다. 단단하고 내구성이 좋아 건축 재료로 많이 사용됩니다. 섬록암과 반려암도 심성암입니다. 화산암은 지표 부근이나 지표에서 마그마가 빠르게 식어서 만들어진 암석입니다. 식는 속도가 빨라 광물 결정이 자랄 시간이 부족하여 미세한 결정이나 유리질로 이루어져 있습니다. 세립질 조직을 가지며, 육안으로는 개별 광물 알갱이를 구분하기 어렵습니다. 현무암이 대표적인 화산암입니다. 현무암은 철과 마그네슘이 풍부하여 어두운 색을 띠며, 밀도가 높고 무겁습니다. 해양 지각의 대부분이 현무암으로 이루어져 있습니다. 안산암과 유문암도 화산암입니다. 화성암을 화학 성분에 따라 분류하기도 합니다. 실리카 함량이 높은 암석을 산성암이라고 하며, 화강암과 유문암이 여기 속합니다. 실리카 함량이 낮은 암석을 염기성암이라고 하며, 현무암과 반려암이 포함됩니다. 중간 성분의 암석은 중성암으로, 안산암과 섬록암이 있습니다. 화성암에는 특징적인 구조가 나타나기도 합니다. 현무암 용암이 식을 때 수축하면서 육각형 기둥 모양으로 갈라지는 주상절리가 만들어집니다. 제주도 주상절리대가 유명합니다. 반상 조직은 큰 결정이 미세한 기질 속에 박혀 있는 구조로, 마그마가 지하에서 천천히 식다가 지표로 분출되어 급격히 식을 때 만들어집니다.
퇴적암 - 시간이 쌓아 올린 역사책
퇴적암의 형성 과정
퇴적암은 암석 조각, 광물 입자, 생물 유해 등이 쌓여서 만들어진 암석입니다. 퇴적암의 형성은 여러 단계를 거칩니다. 첫 단계는 풍화입니다. 기존 암석이 물리적, 화학적 과정을 통해 작은 조각으로 부서집니다. 온도 변화, 얼음의 팽창, 식물 뿌리의 성장 등이 물리적 풍화를 일으키고, 물과 공기 중 산소에 의한 화학반응이 화학적 풍화를 일으킵니다. 두 번째 단계는 침식과 운반입니다. 풍화된 물질이 물, 바람, 빙하에 의해 운반됩니다. 운반 과정에서 입자들은 서로 부딪히며 더욱 작아지고 둥글게 마모됩니다. 세 번째 단계는 퇴적입니다. 운반되던 물질이 강 하구, 호수, 바다 바닥 등에 쌓입니다. 무거운 입자는 먼저 가라앉고 가벼운 입자는 더 멀리 운반되어 쌓입니다. 결과적으로 입자 크기에 따라 층을 이루며 쌓이는 점이 층리가 만들어집니다. 네 번째 단계는 속성 작용입니다. 쌓인 퇴적물이 다져지고 굳어져 단단한 암석이 됩니다. 위에 계속 쌓이는 퇴적물의 무게로 압축되고, 퇴적물 사이의 틈을 광물이 채우면서 입자들이 결합됩니다. 이를 교결 작용이라고 합니다. 퇴적암은 퇴적물의 종류에 따라 분류됩니다. 쇄설성 퇴적암은 암석 조각이 쌓여 만들어진 것으로, 입자 크기에 따라 이름이 다릅니다. 역암은 자갈 크기의 입자로 이루어져 있고, 사암은 모래 크기, 이암과 셰일은 점토 크기의 입자로 구성됩니다. 화학적 퇴적암은 물에 녹아 있던 물질이 침전하여 만들어진 것입니다. 석회암은 탄산칼슘이 침전하거나 생물의 껍질이 쌓여 형성됩니다. 암염은 바닷물이 증발하면서 소금이 결정화되어 만들어집니다. 처트는 규산이 침전한 암석입니다. 유기적 퇴적암은 생물 유해가 쌓여 만들어진 것입니다. 석탄은 식물이 쌓여 탄화된 것이고, 석회암의 일부도 생물 기원입니다.
퇴적암이 간직한 정보
퇴적암은 지구 역사를 읽는 가장 중요한 자료입니다. 층리는 퇴적 당시의 환경을 알려줍니다. 평행 층리는 조용한 물속에서 만들어지고, 사층리는 흐르는 물이나 바람에 의해 형성됩니다. 연흔은 물결에 의해 퇴적물 표면에 만들어진 물결 무늬로, 얕은 물이나 해변 환경을 지시합니다. 건열은 진흙이 말라 갈라진 틈으로, 건조한 환경을 보여줍니다. 화석은 퇴적암에서만 발견됩니다. 생물 유해가 퇴적물에 묻혀 보존되기 때문입니다. 화석을 통해 과거 생물의 종류와 진화 과정을 알 수 있고, 지층의 상대적 나이를 결정할 수 있습니다. 삼엽충 화석이 나오면 고생대 지층이고, 암모나이트 화석이 나오면 중생대 지층입니다. 퇴적암의 색깔도 정보를 제공합니다. 붉은색은 산화철이 많은 것으로 산소가 풍부한 환경을 나타내고, 검은색은 유기물이 많은 환원 환경을 지시합니다. 회색이나 녹색은 중간 환경을 의미합니다. 퇴적암은 경제적으로도 중요합니다. 석유와 천연가스는 해양 퇴적암에서 형성됩니다. 석탄은 육상 식물이 쌓인 퇴적암입니다. 인회석을 포함한 퇴적암은 비료의 원료가 되고, 석회암은 시멘트와 석회의 원료입니다. 사암은 건축 자재로, 점판암은 지붕재로 사용됩니다.
변성암 - 변화를 겪은 암석
변성암은 기존 암석이 높은 온도와 압력을 받아 광물 조성이나 조직이 변한 암석입니다. 변성이라는 말은 그리스어로 형태의 변화를 의미하는 메타모르포시스에서 왔습니다. 변성 작용은 암석이 녹지 않은 고체 상태에서 일어납니다. 만약 녹으면 마그마가 되어 화성암 형성 과정이 됩니다. 변성 작용이 일어나는 조건은 다양합니다. 접촉 변성 작용은 마그마가 주변 암석을 가열하여 일어납니다. 마그마와 접촉한 부분만 변성되므로 변성대의 폭이 좁습니다. 뿔펠스라는 단단하고 치밀한 암석이 만들어집니다. 광역 변성 작용은 넓은 지역에서 높은 온도와 압력을 동시에 받아 일어납니다. 주로 판이 충돌하여 산맥이 형성될 때 발생하며, 수백 킬로미터에 걸쳐 변성암이 만들어집니다. 변성 작용의 강도에 따라 다양한 암석이 형성됩니다. 약한 변성을 받으면 슬레이트가 됩니다. 셰일이 변성되어 만들어지며, 얇게 쪼개지는 성질인 벽개가 발달합니다. 칠판이나 지붕재로 사용됩니다. 중간 정도 변성을 받으면 천매암이나 편암이 됩니다. 광물이 재배열되어 줄무늬 모양의 엽리가 나타납니다. 운모가 많아 반짝이는 것이 특징입니다. 강한 변성을 받으면 편마암이 됩니다. 밝은 광물과 어두운 광물이 교대로 나타나는 줄무늬 구조인 편마 구조가 발달합니다. 가장 강한 변성을 받으면 광물 조성이 완전히 바뀝니다. 석회암이 변성되면 대리암이 되고, 사암이 변성되면 규암이 됩니다. 대리암은 순백색에서 다양한 색을 띠며, 조각 재료로 사랑받습니다. 미켈란젤로의 다비드상도 대리암으로 만들어졌습니다. 규암은 매우 단단하여 건축 자재나 도로 재료로 사용됩니다. 변성암에는 특수한 광물이 생성되기도 합니다. 석류석, 남정석, 홍주석 같은 변성 광물은 특정 온도와 압력 조건에서만 만들어지므로, 이들의 존재로 변성 정도를 판단할 수 있습니다. 지구의 암석들은 끊임없이 순환합니다. 화성암이 풍화되어 퇴적암이 되고, 퇴적암이 변성되어 변성암이 되며, 변성암이 녹아 마그마가 되어 다시 화성암을 만듭니다. 이를 암석 순환이라고 하며, 지구가 살아있는 행성임을 보여주는 증거입니다. 암석을 연구하는 것은 단순히 돌을 분류하는 것이 아니라, 지구의 과거와 현재를 이해하고 미래를 예측하는 일입니다.