변성암
암석이 생성 당시와 다른 환경하에 놓이게 되면 다소간의 변화를 받게 된다. 암석에 이런 변화를 일으키는 작용이 변성작용(變成作用:metamorphism)이다. 암석학자들은 암석이 풍화작용으로 변하는 것을 변질(變質:alteration)이라고 하여 이를 구별하고 변성작용이란 말은 풍화가 미치지 못하는 지하 깊은 곳에서 암석을 변하게 하는 물리적 및 화학적 작용에만 국한하여 사용한다. 변성작용은 암석에 큰 압력이나 높은 온도가 가해질 때, 화학 성분의 가감(加減)이나 교대가 일어날 때, 또는 이들의 둘 이상의 작용이 합작할 때에 일어나는 현상으로서, 기존 암석에 대한 변성작용으로 새로운 암석, 즉 변성암(變成岩:metamorphic rocks)이 생성된다.
변성암은 기존 퇴적암, 화성암 및 변성암으로부터 만들어지는 것이며 이 사실은 어떤 변성암을 한 방향으로 추적하여 갈 때에 점차로 변성의 정도가 낮은 암석으로 변하여 가고 어떤 경우에는 전혀 변성되지 않은 화성암이나 퇴적암으로 점이 (漸移)하여 감을 보아 증명될 수 있다. 변성암에는 변성의 정도가 심한 것으로부터 경미(輕微)한 것까지 있다. 이는 암석에 작용한 변성작용의 요인 (압력·온도·화학 성분)의 대소 또는 다소에 의하여 결정된다.
환경과 암석의 변성
암석의 현미경적 연구로 이루어진 가장 중요한 발견은 굳고 변함이 없어 보이는 암석도 그 환경이 변하면 그 환경에 적응하도록 변화하게 된다는 사실이다. 어떤 환경하에서 안전하던 암석도 환경이 달라지면 불안정하게 되고 나중에는 새로운 환경에서 안정한 상태로 변해 버린다.
지각 내부에서 암석 중의 광물들 사이에 변화를 일으키게 하는 요인은 압력·온도·화학 성분의 변화이다. 이들 중의 하나만이라도 변하면 암석 중의 광물들은 그 영향을 받게 된다. 예를 들면 퇴적암은 지표 부근의 상온 · 상압에 가까운 환경하에서 생성된 암석이다. 이런 암석이 습곡작용을 받거나 지하 깊은 곳에 들어가면 압력과 온도의 증가로 그 중의 다수의 광물들은 불안정하게 되어 서로 반응하면서 그 곳에서 안정한 새로운 광물로 변하게 되고 새로운 조직과 구조를 가진 암석으로 변한다. 광물들은 고태(固態)로서도 서로 반응하여 성분을 교환할 수 있으며 액화할 필요가 없음이 밝혀져 있다. 그러나 그 반응 속도는 완만하며 특히 규산염 광물들 사이의 반응은 더욱 완만하여 조건에 따라서는 장기간 후에도 반응이 종료되지 않는다. 변성암은 퇴적암과 화성암으로부터 만들어짐은 물론, 이미 만들어진 변성암으로부터도 새로운 변성암이 만들어진다. 지금 압력·온도·화학 성분의 각자를 먼저 알아보기로 한다.
압 력(pressure)
지하의 물질이 받는 압력에는 모든 방향으로 균일하게 가해지는지압력(地壓力:confining pressure)과 어떤 한 방향에 대하여 더 크게 작용하는 편압(偏壓:differential pressure)의 두 가지가 있다. 변성작용에서는 강한 지압력이 작용하는 곳에 가해지는 편압이 변성암의 구조 변화에 중요한 역할을 한다.
얼음은 깨지기 쉬운 고체이나 큰 지압력 밑에서 편압을 가해 주면 깨지지 않고 가소성(可塑性:plasticity)을 가지고 유동을 일으킨다. 암염도 큰 지압력 밑에서 편압을 받으면 유동을 일으킨다. 예를 들면 이란에서는 지하의 암염층이 큰 압력으로 밀려 지표로 유출되어 암염류(岩鹽流:salt glacier)를 이루는 곳이 있다. 루마니아·독일·네덜란드·미국의 텍사스주에서는 지하에 암염돔이 발견된다. 이는 지하 깊은 곳에 있던 암염층이 유동하여 지표로 나오다가 지중에서 멎어 버린 것들이다.
석회암도 같은 모양으로 큰 압력 밑에서는 유동을 일으킨다. 석회암 중에 생겼던 구멍 (洞穴)이 압력으로 눌려서 없어지고 봉합선 (縫合線)모양의 선만을 남기게 된 것이다. 광물이나 암석 같은 깨지기 쉬운 물질도 큰 압력 밑에서는 가소성을 가지게 되며 온도가 높아지면 가소성은 더 커진다. 암석이 가소성을 가지고 천천히 유동할 수 있는 곳은 대륙지각의 하반부라고 생각된다. 대륙지각의 상반부에서는 유동을 일으키는 암석도 있으나 전혀 그렇지 못하여 압력 밑에 파쇄만을 일으키는 암석이 많다. 그러므로 대륙지각의 중간부를 경계로 하여 그 상부를 암렬대(岩裂帶:zone of fracture), 하부를 암류대(岩流帶:zone of flowage)로 구분할 수 있다. 높은 압력 밑에서 새로이 생겨나는 광물은 될 수 있는 대로 작은 공간을 점령하는 광물, 즉 밀도가 높은 광물로 변하려 한다. 석류석은 큰 압력 밑에서 만들어지는 광물 중 가장 잘 알려진 것이다. 고압하에서 만들어진 변성암은 보통 밀도가 크다.
온도(temperature)
온도가 높아지면 화학 반응이 촉진된다. 더욱 중요한 것은 저온에서 일어나지 않는 반응이 고온에서는 일어날 수 있다는 사실이다. 이론적으로 광물 중에 들어 있는 어떤 원자가 다른 원자와 위치를 바꾸려면 일정한 정도 이상의 진폭을 가지고 진동해야 한다. 그런데 원자의 진폭은 온도가 높아질수록 커진다. 그 좋은 예로서 백운모는 녹니석과 어떤 온도 이상에서 서로 반응하여 흑운모로 변하지만 그 온도에 달하지 못하는 경우에는 백운모와 녹니석은 서로 접하여 있어도 영원히 합하지 못한다. 온도는 광물의 가소성을 증가시키는 데 힘이 크다. 온도가 10°C 상승하면 유동성은 거의 2배로 증가된다.
화학 성분(chemical composition)
압력과 온도만은 암석의 전체적인 화학 성분을 거의 변하게 하지 못한다. 그러므로 외부로부터 어떤 성분이 가해지는 것이 화학 성분변화의 가장 빠른 길이 된다. 마그마로부터 발산되어 주위의 암석으로 공급되는 액체 및 가스는 암석의 화학 성분을 변화시키는 데 가장 좋은 물질이다.
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