심성암

심성암의 대표격으로 볼 수 있는 반려암, 섬록암, 화강암.

심성암(深成岩, Plutonic Rocks)은 지하 깊은 곳에서 마그마가 천천히 식어서 만들어진 화성암이다. 마그마가 서서히 식어서 만들어졌기 때문에 구성 광물 알갱이를 눈으로 구별할 수 있을 정도로 크다. 심성암의 종류에는 반려암, 섬록암, 화강암이 있다.

개요

심성암은 화성암 중에서 조립질로 구성된 암석을 이르는 말이다. 이에 속하는 암석들은 대부분 지하 깊은 곳에서 형성되어, 마그마가 천천히 식어 결정이 크며, 흔히 볼 수 있는 심성암체들은 보통 석영, 장석, 운모, 각섬석, 휘석, 감람석 등으로 구성되어 있다.

화성암은 용융상태의 마그마가 식어 고결된 암석으로 성인에 따라 크게 분출암과 관입암으로 구분된다. 심성암은 지각 내 비교적 깊은 심부에서 마그마가 천천히 식어 고결된 관입암으로 마그마가 대부분 결정화되어(완정질) 맨눈으로 광물 식별이 가능한 현정질이며, 보통 결정 크기가 큰 조립질 조직을 주로 나타낸다. 대표적인 심성암은 화강암, 거정질 화강암, 섬장암, 섬록암, 반려암, 감람암, 회장암 등이 있다.

특징

심성암의 가장 기본적인 특징은 현정질이라는 것이다. '현정질'은 광물이 충분히 크게 자라서 맨눈으로 구별이 가능한 것을 의미하며, 이는 화산암과의 가장 큰 차이이다. 또한 대부분 광물이 서로 얽혀 자라고, 광물의 배열에 방향성이 특별히 없는 괴상(덩어리 모양)이며 균질하다. 심성암의 경우에는 육안으로 광물을 식별할 수 있기 때문에 야외에서 어떤 암석인지 판별하는 것이 비교적 쉽다. 개개 광물 결정의 크기가 5 mm 이상이면 조립질, 1~5 mm 사이이면 중립질, 1 mm 이하이면 세립질이라고 분류한다.

형성 원리

광물 결정의 크기와 이에 따른 조직을 결정하는 것은, 용융체와 주변 환경의 온도 차이이다. 좀 더 엄밀히 말하면 과냉각 정도(ΔT)에 의해 결정된다. 광물은 용융점에 도달했다하여 곧바로 결정화되는 것이 아니라, 실제 온도가 광물의 용융점보다 어느 정도 이상 떨어져야 비로소 만들어지게 된다. 이는 광물이 성장하기 위한 씨앗, 즉 결정핵이 표면적이 부피에 비해 매우 크기 때문에 표면에너지가 매우 높아 불안정하기 때문이다. 따라서 어느 정도 이상 과냉각이 되어야만 이 불안정 영역을 넘어서서 안정적으로 결정을 쌓아올리게 된다. 한편 광물의 성장은 새로운 물질이 곧잘 공급되어 결정이 자라날 때 영양결핍이 되지 않도록 유지해줘야한다. 이는 확산이 잘 일어나야함을 의미하는데 확산은 보통 온도가 높으면 더 잘 일어나는 경향이 있다. 따라서 과냉각도가 낮으면, 확산을 통한 광물 성장은 잘 일어나지만 온도가 높아서 결정핵이 불안정하게 된다. 그래서 마그마에서는 결정핵을 새롭게 형성시키는 것보다 기존에 자라던 광물이 더 자라는 환경을 조성한다. 그런데 과냉각도가 커지게되면 확산은 점점 억제되는 반면에 결정핵은 쉽게 안정화되기 때문에 결정핵은 많이 만들어지는 반면에 이들이 다른 곳에 이동하여 광물을 덧자라게 해주지는 못한다.

따라서 심성암의 경우에는, 과냉각도가 낮은 환경에서 성장했기 때문에, 결정핵의 개수는 적고, 결정 성장은 활발했고, 그에 따라 크기가 큰 적은 수의 결정을 가지는 조직이 형성되는 것이다. 따라서 심성암은 과냉각도가 적은 환경에서 만들어질 수 있으며, 이 환경은 지표가 아닌 지하이다. 이 때문에 이름이 심성암(깊은 곳에서 만들어진 돌)이 되는 것이다. 광물 성장이 큼직큼직하게 일어나기 때문에, 박편 상의 조직을 살펴 어떤 광물이 먼저 자랐는 지 순서를 파악하는 것도 가능하다. 또한 마그마에서 광물이 정출될 때, 광물이 침전되면서 심성암에 가라앉은 광물이 각각 암석을 만들어 층을 이루는 경우가 있다. 특히 고철질 암석들에서 이것이 잘 관찰되며, 그린란드에서 발견된 Skaegaard 관입암체는 교과서적인 광물 정출 순서를 그대로 보존하고 있다.

분류

QAPF(석영-알칼리장석-사장석-준장석)도. 심성암 분류 체계 중 하나(Igneous rocks (R. W. Le Maitre)를 바탕으로 그림)

화산암과 달리, 심성암은 광물의 부피비를 실제로 측정할 수 있기 때문에, 암석명은 광물 부피비를 기준으로 정하게 된다.

규장질 심성암의 경우에는 보통 석영(quartz, Q), 알칼리 장석(alkali feldspar, A), 사장석(plagioclase, P), 준장석(feldsparthoid, F) 광물이 들어있기 마련이므로, 이들의 상대적 비를 기준으로 분류하게 된다. 보통은 앞에 제시되어 있는 QAP(F) 삼각도표를 이용하게 된다. 준장석과 석영은 동시에 존재할 수 없다. 따라서 QAP 삼각형과 FAP 삼각형 중에서 한쪽만 사용하게 된다. 흔하게 나타나는 지각의 심성암들에는 대부분 석영이 존재하므로 QAP 도표라고 흔히 말하게 된다. 이 정의에는 화강암, 몬조니암, 섬장암 등이 들어가 있다. QAPF 도표는 고철질 광물(각섬석, 휘석, 감람석, 흑운모 등)이 90% 이상 들어 있으면 사용할 수 없다. 또한 석영, 장석 중에서 사장석이 절대적으로 많은 경우에도 QAPF 도표는 별 의미가 없다. 그리고 암석의 SiO2 질량함량비가 60% 이상 되는 심성암에는 QAPF가 꽤 효과적일지 모르나 그 이하의 중성, 고철질 암석에는 보통 정장석이 포함되지 않고 사장석만 있어 역시 의미가 없다. 따라서 세부 분류가 중요해지는 반려암의 경우에는 따로 도표를 만들어 사용한다. 또한 초고철질 암석의 경우에도 분류표가 별도로 존재한다.

참고자료

• 〈심성암〉, 《사이트명》
• 〈심성암〉, 《사이트명》
• 〈심성암〉, 《지질학백과》
• 〈심성암〉, 《두산백과》
• 이상봉, 〈심성암 (반려암, 섬록암, 화강암)〉, 《네이버 블로그》

같이 보기

• 마그마
• 화성암
• 화강암
• 반려암
• 광물
• 석영
• 장석
• 운모
• 감람석

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