안녕하세요 원형석 전문가입니다. 최선을 다해 답변드리니
Q. 암석 구조와 지질학적 시대 판별방법이 있나요?
안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.암석구조층리(Bedding)퇴적암에서 색깔이나 입도를 달리하는 작은 층들이 대상이나 평행선 모양으로 배열된 구조로서 수평층리(horizontal bedding)와 사층리(cross bedding)로 구분된다. 이들 층리는 퇴적환경, 즉 계절의 변화나 퇴적장소의 수심, 운반매체의 유속과 유향 변화에 의해 형성되며 물이나 바람에 의해 운반된 점토, 모래, 자갈 같은 퇴적물은 호수나 깊은 바다의 흐름이 약해진 조용한 환경에 이르러 천천히 바닥에 쌓이게 된다. 이때 수평인 바닥 면과 나란히 쌓인 지층의 퇴적구조를 수평층리라 한다.한편, 물결자국이나 사구 퇴적층의 단면에서 종종 관찰되는 사층리는 지속적인 흐름이 유지되는 환경에서 층리면이 수평면에 기울어져 쌓인 퇴적구조이다. 이런 사층리로부터 퇴적 당시의 바람이나 물의 흐름 방향과 세기, 지층의 상하를 판단할 수도 있다.이미지 갤러리 가기수평층리, 경상북도 문경시 문경읍중생대 쥐라기 봉명산층에서 발견된 석회암에, 어둡거나 밝은 색으로 구분되는 수평층리가 나타나고 있다.이미지 갤러리 가기사층리, 강원도 태백시 동점동고생대 캄브리아기 동점규암층에서 발견된 사암에 서로 기울어진 채 교차하고 있는 사층리가 나타나고 있다.이미지 갤러리 가기물결자국(Ripple Mark)전라남도 목포시 달동 허사도섬의 해안에 노출된 이질 사암의 표면에 백악기의 물결자국(연흔)이 드러나 있다. 물결자국은 흐르는 물이나 바람에 의해 퇴적물이 운반되면서 파동 형태로 쌓여 만들어지는 것으로 지금의 강가와 해안에서도 볼 수 있다. 일정한 방향으로 흐르는 물이나 바람으로 만들어진 파동은 비대칭의 파동을 만들기 때문에 고수류의 방향을 알려주는 중요한 자료로 사용되기도 한다. 이곳의 물결자국은 양쪽으로 진동하는 파도에 의해 만들어진 파랑연흔으로서, 파동의 단면이 대칭이며 뾰족하다.건열과 빗방울 자국(Mud crack & Rain Print)점토는 수분의 양에 따라 팽창과 수축의 차가 매우 크다. 수분을 많이 포함하고 있던 개펄의 점토가 햇빛에 장시간 노출되면, 수분을 잃으면서 수축해 다각형의 형태로 표면이 갈라지게 되는데, 이것이 건열이다. 때에 따라서는 미처 마르지 않은 점토질의 표면에 짧은 시간 동안 비가 내려 빗방울의 흔적을 남기기도 한다. 건열이 나타난 지층의 단면을 관찰하면, 갈라진 틈의 형태가 아래쪽으로 좁아지는 쐐기꼴로 나타나며 이 틈이 모래 같은 퇴적물로 채워지기 때문에 지층의 위아래를 판단하는 근거가 된다.이미지 갤러리 가기건열, 경상북도 의성군 사곡면중생대 백악기 사곡층에서 발견된 이암 표면에 발달한 건열. 갈라진 조각 사이에 더 굵은 입자의 모래가 채워져 있다.이미지 갤러리 가기빗방울자국, 경상북도 의성군 사곡면중생대 백악기 사곡층에서 발견된 이암 표면의 빗방울자국으로서 지름은 약 4~8mm 정도이다.암맥(Dyke)맨틀의 대류와 지판의 움직임 과정에서 지하 깊은 곳의 암석이 용융되어 만들어지는 마그마는 압력이 증가하면서 지각의 약해진 틈을 뚫고 솟아오르기도 한다. 이때 지각의 갈라진 틈을 따라 얇고 넓은 판의 형태로 관입한 마그마가 지표에 이르지 못한 채 지각 내에서 식어 굳어진 것을 암맥이라 한다.이미지 갤러리 가기암맥, 대구광역시 동구 불로동, 중생대 백악기 함안층 관입실트암(오른쪽)을 관입한 소규모 암맥(왼쪽)의 접촉 경계 안쪽은 급격히 식으면서 치밀하게 굳은 냉각대(chilled zone)를 형성했으며, 관입 당한 실트암은 열변성으로 암질이 더욱 강화되었다.이미지 갤러리 가기공룡 발자국, 경상남도 고성군 하이면 덕명리 해안조각류 · 용각류 · 수각류 공룡 발자국이 관찰되는 이곳은 세계적으로 공룡 발자국의 빈도가 가장 높은 지역이다. 백악기의 대규모 화성활동으로 많은 암맥들이 관입되었으며 인접한 발자국 화석층을 열변성시켜 단단하게 만들었다.유상구조(Flow Structure)규소(Si) 성분이 많아 점도가 높은 산성용암은 지면을 따라 천천히 흐르며 냉각된다. 이때 용암 내부에 흐르는 방향을 따라 광물입자들이 늘어서면서, 암석에 유동의 흔적을 남긴다. 유상구조는 규장질 화산암인 유문암에 주로 나타나며, 석영과 알칼리장석의 작은 결정들이 배열되면서 무늬를 만든다.이미지 갤러리 가기유상구조, 경상남도 양산시 원동면중생대 백악기 유천층군의 유문암에서 발견된 이 구조에는 약 1~2mm의 광물반정들이 한 방향으로 늘어서 있다.암석구조의 모식도이미지 갤러리 가기A: 수평층리와 사층리이미지 갤러리 가기B: 건열이 나타난 지층의 단면이미지 갤러리 가기C: 암맥과 흔적화석이미지 갤러리 가기D: 유상구조의 형성지질구조습곡과 편마상구조(Fold & Gneissosity)조산운동과 같은 큰 규모의 횡압력은 지각 내의 암석에 스트레스를 주어 암석이 휘거나 끊어지게 한다. 특히 지하 깊은 곳의 온도가 비교적 높은 상태에서 가해지는 압력은 암석에 어느 정도의 유동성을 주기 때문에 암층이 끊기기보다 휘어지기가 쉬워져 습곡이 형성되며, 이때 퇴적암 내의 광물입자들은 변형되거나 합쳐지면서 더욱 큰 입자로 이루어진 편마암을 만들어내기도 한다. 이 과정에서 밝은 색과 어두운 색의 광물들이 나란히 번갈아 배열된 것을 편마상구조라 한다.이미지 갤러리 가기습곡, 충청북도 제천시 수산면선캄브리아 시대의 대리암에 정부(apex)가 날카롭고 날개가 평행하게 꺾인 셰브론 습곡(chevron fold)이 나타나 있다.이미지 갤러리 가기편마상구조, 충청남도 아산시선캄브리아 시대 호상 흑운모 편마암에 나타나고 있는 전형적인 편마상구조. 밝은 색 광물과 어두운 색 광물이 번갈아가며 나란히 배열되어 있다.퇴적동시성 습곡과 단층(Syndepositional Fold & Fault)습곡은 비교적 지하 깊은 곳의 단단한 암석층이 장기간의 강한 압력으로 부드러워지면서 휘어져 변형된 것이며, 단층은 암석에 비교적 짧은 시간 동안 강한 압력이 집중되어 암석의 구조가 파괴되면서 깨진 면을 따라 양쪽 암괴들이 상대적으로 움직여 변동된 구조를 말한다.그러나 습곡과 단층은 이처럼 완전히 굳어진 암석에서만 만들어지는 것은 아니다. 아직 굳어지지 않은 퇴적층이 지진 등의 외부 충격으로 함몰되거나 사면을 따라 미끄러지면서, 퇴적층의 일부가 접히거나 끊어져 이와 유사한 구조를 형성하기도 한다. 이렇게 퇴적이 진행되는 도중에 형성된 습곡과 단층 같은 변형을 퇴적동시변형(Contemporaneous deformation)이라고 한다.이미지 갤러리 가기선캄브리아 시대의 습곡 지층(Precambrian Folded Strata)인천광역시 옹진군 백령면 남포리조산운동과 같은 큰 규모의 횡압력은 지각 내의 암석에 스트레스를 주고 암석을 휘게 하여 습곡을 형성한다. 선캄브리아 시대의 변성암으로 이루어진 이 습곡 노두는 중앙의 큰 역단층을 경계로 왼쪽의 배사구조와 오른쪽의 급경사 지층으로 구성되어 있다. 이곳의 파쇄된 단층대는 풍화의 영향으로 골짜기를 형성하기도 한다.절리(Joint)암석이 외부의 힘에 의해, 또는 냉각과정에서 쪼개진 면으로서 단층과 달리 상하 또는 좌우로 움직임이 없이 쪼개진 틈만 벌어진 것을 말한다. 절리에는 쪼개지는 방향에 따라서 판상절리와 주상절리 등이 있다. 주상절리는 단면의 모양이 육각형이나 삼각형의 긴 기둥 모양을 이루는 절리로 화산암 암맥이나 용암, 용결응회암이 서서히 식어 수축하는 과정에서 나타난다. 주로 현무암이 넓게 지표에 분출되었던 제주도나 경기도 연천, 포항 등지에서 찾아볼 수 있으며, 제주도의 유명한 정방폭포와 천지연폭포가 바로 이런 지형에 형성된 폭포들이다.이미지 갤러리 가기화강암 절리, 충청북도 단양군단양군 대강면 사인암리 일대에 분포하는 월악산 화강암의 절리 노두이미지 갤러리 가기주상절리, 경상북도 포항시 남구 연일읍 달전리신생대 제3기 지층 내에서 발견된 현무암의 주상절리로서 단면이 육각형을 이룬 채 수직으로 길게 연장되어 있다.지질구조의 모식도이미지 갤러리 가기A: 습곡과 편마상구조이미지 갤러리 가기B: 퇴적동시성 습곡과 단층의 형성과정이미지 갤러리 가기C: 냉각으로 수축되는 현무암(왼쪽)과 이 결과로 나타난 주상절리의 모습
Q. 암석의 종류와 형성과정에 대해 알려주세요
안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.암석은 생성원리에 따라 화성암, 퇴적암, 변성암으로 나뉘어 집니다.화성암 화성암은 마그마가 식어서 만들어진 암석을 말합니다.마그마가 식는 위치에 따라 지하 깊은 곳에서 식은 암석을 심성암,지하 얕은 곳이나 지표 근처에서 식은 것을 화산암이라고 합니다.우리가 알고 있는 화강암이 심성암의 대표적인 예이고, 현무암이 화산암의 대표적인 예입니다.암석은 굳기 전 마그마 상태일 때 암석을 구성하는 입자 크기를 키울 수 있습니다.천천히 굳으면 입자를 키울 수 있는 시간이 길고, 빠르게 굳으면 입자를 키울 수 있는 시간이 짧은 것입니다.심성암은 냉각속도가 느려 입자 크기가 크며 이를 조립질이라고 합니다.화산암은 냉각속도가 빨라 입자 크기가 작으며 이를 세립질이라고 합니다.절리란 암석이 갈라진 틈을 말합니다.심성암과 화산암 모두에서 절리를 볼 수 있으나 절리의 생성원리와 모양은다릅니다. 심성암에서 볼 수 있는 판상절리입니다.판상절리가 만들어지는 원리입니다.1. 지하 깊은 곳에서 마그마가 굳어 심성암이 만들어지고2. 심성암 위 지표 부근에서는 풍화 침식이 일어납니다.3, 심성암을 누르는 하중이 줄어들며 심성암은 융기 즉, 지표 부근까지 올라옵니다. 심성암을 누르는 압력이 줄어들어 심성암이 팽창하면서 판 모양으로 갈라지게 됩니다. 이를 판상절리라고 하는 것입니다.우리나라에서는 북한산, 불암산, 설악산에서 볼 수 있습니다.위 사진은 화산암에서 볼 수 있는 주상절리 인데요, 우리가 알고있듯이 제주도에서 볼 수 있습니다.화산암 형성 당시 지표 부근에서 마그마가 빠르게 식으면서 부피가 수축하는데,그 모양이 오각형이나 육각형 모양이라고 합니다! 신기하죠?두 절리는 생성 시기에도 차이가 있습니다.판상절리는 심성암 생성 이후에 만들어진 절리이며, 주상절리는 화산암 생성 당시에 만들어진 절리입니다.화성암의 특징은 이쯤 살펴보고, 부스러기들이 차곡차곡 쌓여서 만들어진 퇴적암으로 넘어가겠습니다.퇴적암보통 퇴적암이라고하면 자갈, 모래 등의 부스러기가 쌓여 만들어진 암석을 생각하지만,용액 내 화학성분이 가라앉아 즉, 침전되어 만들어진 암석 역시 퇴적암입니다.전자를 쇄설성 퇴적암, 후자를 화학적 퇴적암이라고 합니다.쇄설성 퇴적암에는 퇴적물 종류에 따라 역암(자갈), 사암(모래), 셰일(진흙), 응회암(화산재) 등이 있습니다.화적적 퇴적암에는 물 속의 탄산염 이온이 침전되어 만들어진 석회암이 있습니다.과거 지구 대기에는 지금과 달리 이산화탄소의 비율이 높았습니다.그런데 바다가 생긴 이후로 이산화탄소가 녹아 이온이 되고, 이온이 침전되어 석회암이 되었지요.즉, 과거의 많았던 이산화탄소가 현재는 화학적 퇴적암인 석회암의 형태로 바뀐 것입니다.석회암은 탄산을 함유한 지하수와 만나면 화학반응을 하여 녹습니다.거대한 석회암 지형에 녹아서 구멍이 나면 바로 석회동굴이 되는 것입니다!CaCO3 + H2O + CO2 → Ca2+ + 2HCO3-위 반응이 석회동굴이 생성되는 반응식입니다. 석회동굴 안에서는 위 반응의 역반응도 일어납니다.탄산수소칼슘용액이 동굴 내부를 흐르다가 이산화탄소가 빠져나가면서 다시 석회암으로 가라앉는 반응입니다.이 때 가라앉는 모습에 따라 종유석, 석순, 석주가 만들어집니다.변성암 마지막은 기존 암석이 열과 압력을 받아 성질이 변한 변성암입니다.열만 받은 경우를 접촉변성암, 열과 압력을 동시에 받은 경우를 광역변성암이라고 합니다.물론 압력만 받은 변성암도 있지만 일반적인 경우는 아니기 때문에 다루지 않겠습니다. 접촉변성암은 위 그림과 같이 마그마 주변에서 나타납니다. 뜨거운 마그마로부터 주변 암석이 열을 받은 상황이죠.대표적인 접촉변성암으로는 사암이 변성된 규암, 석회암이 변성된 대리암, 셰일이 변성된 혼펠스가 있습니다.(수업시간에 사규 석대 셰혼이라고 외웠었죠!)광역변성암은 열로 인한 재결정작용, 압력으로 인한 엽리, 습곡, 단층이라는 특징을 가지고 있습니다.(재결정작용은 접촉변성암도 가지고 있는 특징입니다.)1. 재결정작용암석을 구성하고 있는 입자를 광물이라고 합니다. 한 암석은 여러 광물이 모여 만들어집니다.암석이 열을 받으면 살짝 녹으면서(완전히 녹아서 마그마가 된 것은 아님) 같은 종류 광물끼리 모일 수 있게 됩니다.같은 종류의 광물끼리 모이다보면 입자 사이 빈 공간이 채워지며 암석의 조직이 더 치밀하고 단단해집니다. 이를 재결정작용이라고 합니다.2. 엽리 재결정작용이 일어나는 동안 압력을 받게 된다면 광물들이 압력과 수직인 방향으로 신장하게 됩니다.그 결과 암석에 줄무늬가 생기는데 이를 엽리라고 합니다.3. 습곡과 단층양 옆에서 누르는 힘을 횡압력이라고 합니다. 지층이 횡압력을 받을 때 지층의 물성에 따라 휘어질 수도 있고, 끊어질 수도 있습니다.휘어진 경우 습곡이 만들어지고, 끊어지는 경우 역단층이 만들어집니다.반대로 양 옆에서 당기는 힘을 장력이라고 합니다. 장력에 의해 지층이 끊어지면 정단층이 만들어집니다.군산 고군산군도 말도해안에서 볼 수 있는 습곡입니다.왼쪽은 횡압력에 의해 상반이 위로 올라가는 역단층, 오른쪽은 장력에 의해 상반이 아래로 내려가는 정단층입니다.위의 단층은 정단층일까요? 역단층일까요?일단 어느쪽 땅덩어리가 상반인지 찾아야 합니다. 왼쪽이 상반이지요.상반이 내려가있으니 위 사진은 정단층입니다.
Q. 용암의 특징과 분류 방법은 무엇일까요?
안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.현무암질 용암은 성분 원소가 철, 마그네슘 성분이 많고 규소 성분이 적습니다.그리고 점성인 낮아서 쉽게 퍼지거나 흘러갈 수 있습니다. 그래서 생성된지형은 펑퍼짐한 방패를 엎어놓은 듯한 큰 산을 만듭니다. 용암은 물을 만나지 않는 경우는폭발하는 경우가 잘 없고 대부분 흘러 넘칩니다.유문암질 용암은 성분 우너소가 규소 성분이 많고 철, 마그네슘 성분은 적습니다.그리고 점성이 높아서 용암으로 분출할 때 쉽게 퍼지지 않고 분출한 곳 주변에서 뭉치면서식습니다. 지형은 작은 돔상의 용암돔을 만듭니다. 용암이 바깥으로 빠져나오기 어렵기 때문에내부에서 압력이 모이다가 폭발을 하는 경우가 많습니다.안산암질 용암은 현무암질 용암과 유문암질 용암의 중간입니다.그래서 용암이 분출할 때도 있고 폭발을 할 때도 있는데 그러다 보니안산암질 용암은 층을 이룹니다.층을 이루는 화산이기 때문에 다른 말로 성층화산이라고 합니다.
Q. 석회암의 특징과 활용 방법은 무엇인가요?
안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.석회암은 주로 백색이나 회색을 띠고 있으며 다른 물질을 포함하여 검은색처럼 다른 색을 띠는 경우도 있습니다. 조개껍데기, 뼈, 산호초 등 석회질이 있는 물질이 쌓인 후 굳어져서 만들어집니다. 석회질은 탄산 칼슘 성분을 포함한 물질을 말합니다.
Q. 해양의 조류와 역학은 어떻게 연관되어 있을까요?
안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.해수의 운동과 성질 또는 바다 밑 퇴적물의 이동과 같은 바다의 물리적 현상을 연구하는 학문으로 기상학이나 지진학 등 넓은 의미로의 지구물리학(geophysics)의 한 분야이다. 자세히는 조석(潮汐), 파랑(波浪), 만(灣)의 고유진동 및 해일, 조류 등의 해양역학(海洋力學)적인 문제와 파랑 및 조류로 인한 해저침적물(海底沈積物)의 이동, 바닷물의 물리적인 성질(밀도, 비열, 와점성(渦粘性), 전기전도도, 투명도 등)의 연구 분야를 가진다. 해양생물학(海陽生物學)과 함께 해양학의 2대 분야로 손꼽힌다.