암석 식별 방법
지구의 표면을 구성하는 암석에는 화성암, 퇴적암, 그리고 변성암이 있습니다.
지구의 표면을 구성하는 암석에는 화성암, 퇴적암, 그리고 변성암이 있습니다. 세 종류의 암석은 일반적으로 암석 순환(아래 그림)이라고 불리는 과정을 따라 움직입니다. 지구 표면의 밑에 있는 뜨거운 용융이 화성암을 만들고, 이 화성암은 지하나 지상에서 열기를 식힙니다. 화성암은 지질 구조 과정을 통해 지표면의 성분에 노출될 수도 있고, 대기에 노출돼 부서질 수도 있습니다. 이렇게 암석이 부서지면 퇴적물이 발생하는데, 이 퇴적물이 이동하고 어딘가에 계속 쌓이다가 퇴적암의 형태로 묻히게 됩니다. 그리고 이 퇴적암이 땅속 깊이 더욱 묻히면 뜨거운 열기와 압력 때문에 암석 내의 무기물이 변화하게 됩니다. 이 변화로 인해 변성암이 형성됩니다. 만약 암석이 아주 깊이 매몰된다면, 마그마에 의해 녹아 다시 화성암이 됩니다. 우리는 암석을 통해 지구의 지질학적 과거를 엿볼 수 있습니다. 그리고 이는 현대의 환경을 이해하고 해석하는 데도 도움을 주죠.
암석 순환
“화성(igneous)”이라는 단어는 불을 뜻하는 라틴어 “ignis”에서 유래됐습니다(World Atlas, 2020). 이 암석은 지표면 밑의 용융 마그마 혹은 뜨거운 액체 암석으로부터 탄생합니다. 어디에서 열기를 식히는지에 따라 화성암의 입경(입자 지름) 크기와 암석 종류가 결정됩니다. 지표면 밖으로 부글부글 올라오는 화성암장을 용암이라고 부르는데, 이 암장은 대기에 노출되자마자 아주 빠르게 식습니다. 그리고 분출암이 되죠. 암석이 이렇게 재빨리 식으면 아주 미세한 입자 조직이 만들어지는데, 이렇게 되면 인간의 눈으로 개별 입자를 확인할 수 없습니다. 흔한 분출암 종류에는 현무암이 있습니다. 현무암은 철분과 마그네슘 등의 금속 함량이 많아서 어두운 회색을 띠며, 단단한 암회색의 기질로 나타납니다. 또한, 식는 과정에서 암석 안에 갇힌 가스 공기 때문에 스위스 치즈같이 구멍이 송송 나 있는 조직을 보이기도 합니다. 이러한 조직은 “다공질(vesicular)”이라고 불리는데, 밑의 다공질 현무암 사진에서 확인할 수 있습니다.
이와 반대로, 식는 시간을 충분히 가진 화성암은 거친 입자의 조직을 가지게 됩니다. 이는 개별 무기물 입자를 인간의 눈으로 확인할 수 있다는 뜻입니다. 이러한 암석도 마그마에서 시작됩니다. 하지만 이 마그마는 단층이나 균열 등 지표면 바로 밑으로 들어갑니다. 지표면 밑에서 대기에 노출되지 않기 때문에, 이들은 아주 천천히 식습니다. 천천히 식는 과정으로 인해, 특정한 무기물이 결정 상태로 자라게 되는 것입니다. 일반적으로, 암석이 식을 시간이 길수록, 무기물 입자의 크기도 커집니다. 천천히 식은 화성암의 대표적 예로는 아래 보이는 화강암이 있습니다. 화강암은 대부분 석영과 장석 등 밝은 색상의 광물로 이루어지며, 흑운모와 각섬석 등 어두운 광물 또한 소량 가지고 있습니다.
화강암
퇴적암은 지표면의 성분에 노출된 모든 종류의 암석이 부서져 형성됩니다. 공기, 바람, 물에 노출된 암석은 풍화라는 작용을 통해 결국 부서집니다. 풍화는 비와 얼음의 작용처럼 물리적일 수도 있고, 산성 때문에 돌이 부서지는 것처럼 화학적일 수도 있습니다. 풍화 때문에 부서진 암석은 작은 입자(퇴적물)를 만들어냅니다. 이 작은 입자는 침식 작용으로 다른 곳으로 이동해 그 장소에 쌓입니다. 퇴적물은 물(강, 바다)이나 바람 등의 다양한 요인으로 이동합니다. 축적된 퇴적물이 한곳에 자리 잡으면, 땅속에 묻히며 응축됩니다. 매몰된 퇴적물은 석화 작용이라고 불리는 현상으로 인해 함께 하나로 뭉쳐집니다. 이 작용은 오랜 시간에 걸쳐 퇴적물을 단단한 암석으로 바꿉니다. 대표적인 퇴적암으로는 역암이 있는데, 이는 자갈이나 돌멩이가 다른 작은 입자나 광물과 함께 단단하게 굳어진 것입니다. 아래의 사진에서 이를 확인할 수 있습니다.
역암
퇴적암의 또 다른 눈에 띄는 특징은 성층면과 화석입니다. 압축된 침전물층에서 형성되기 때문에, 퇴적암에는 종종 성층면이라고 불리는 평행의 층이 나타납니다. 이판암에서 이 성층면을 볼 수 있는데, 이는 이판암이 점토와 세사(물에 쓸려 와서 강어귀 항구에 쌓이는 가는 모래진흙 등) 입자가 축적돼 형성된 것이기 때문입니다. 게다가, 퇴적암에서는 화석 또한 발견되기도 합니다. 아래의 이판암 사진처럼 나뭇잎 화석 등이 발견되죠. 오래전에 살았던 식물과 동물이 암석에 그대로 기록되어 모습을 유지한 것입니다. 이로써 인류는 지구의 다른 시기에 어떤 생명체가 많이 살고 있었는지 알 수 있습니다.
이판암의 화석
퇴적암은 또한 생물학적인 과정과 화학적 과정을 통해 형성될 수 있습니다. 한 예시로 석회석을 들 수 있습니다. 석회석은 대부분 방해석 광물로 구성됩니다. 또한, 얕은 바다에서 형성되기 때문에 종종 화석을 가지고 있기도 합니다. 이렇게 얕고 따뜻한 바다 환경에는 홍합이나 조개가 많이 사는데, 이들은 바닷물 속에서 자신들의 껍데기를 방해석으로 만듭니다. 이 때문에 석회석에서는 아래의 조개 자국과 같은 화석이 자주 보이는 것입니다.
석회석의 화석
변성암은 지각 밑 깊은 곳의 열기와 압력으로 인해 변화한 암석을 말합니다. 변성암은 화성암이나, 퇴적암, 혹은 다른 변성암 등 모든 종류의 암석에서 유래됩니다. 이 암석들은 지질 구조상의 과정을 겪거나 땅속에 매몰돼 아주 높은 열기와 압력을 받아 변화합니다. 예를 들어, 점토로 만들어진 미세 입자 퇴적암이나 이판암은 다양한 변성 과정을 거칠 수 있습니다. 낮은 등급의 변성 과정이나, 열기와 압력이 낮은 변성 과정은 이판암을 점판암으로 만듭니다. 점판암은 이판암과 비슷해 보이지만, 보다 더욱 단단하고 응축된 형태입니다. 더욱 높은 열기와 압력으로 변성 단계를 높이면 천매암, 편암, 편마암이 탄생합니다. 아래에 편암의 사진이 있습니다. 편암은 운모를 많은 양 포함하고 있어 보통 밝게 빛납니다. 그 밑의 사진인 석류석 같은 특정한 광물은 오직 변성암에서만 나옵니다.
편암
석류석 광물
변성암의 또 다른 특징으로는 엽리(foliation)가 있습니다. 엽리는 암석에 열과 압력이 가해져, 압력이 가해지는 방향에서 수직으로 개별 광물이 일렬로 늘어서는 현상입니다. 이 현상은 아래 사진에서 보이는 것처럼, 편마암에 어둡고 밝은 여러 구부러진 층이 나타나도록 합니다.
편마암