마그마의 흐름(점성)이 성분에 따라 다른 이유가 무엇인가요?

Question

마그마의 흐름(점성)이 성분에 따라 다른 이유를, 이산화규소 함량이 높을수록 규산염 사면체들이 산소를 공유하며 더 복잡한 사슬이나 그물망 구조로 중합되어 유동성을 저해하는 무기 구조적 관점에서 상세히 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

마그마의 점성을 결정하는 핵심 요인은 액체 상태의 마그마 내부에 형성되는 규산염 사면체의 결합 구조, 즉 중합도에 있습니다. 마그마 내의 이산화규소 함량이 높아질수록 이 사면체들은 독립적으로 존재하지 않고 서로의 산소를 공유하며 거대한 무기 고분자 구조를 형성하게 됩니다.

​규산염 사면체는 중심의 규소 원자 하나가 네 개의 산소 원자와 결합한 형태인데, 이산화규소 함량이 적은 현무암질 마그마에서는 사면체들이 서로 연결되지 않거나 짧은 사슬 형태로 존재하여 입자 간의 마찰이 적고 잘 흐르는 특성을 보입니다. 반면 이산화규소 함량이 높은 유문암질 마그마의 경우, 인접한 사면체들이 산소 원자를 매개로 공유 결합을 형성하며 긴 사슬형, 층상, 혹은 복잡한 3차원 망상 구조를 만듭니다.

​이러한 중합 반응이 진행될수록 마그마 내부에는 마치 엉킨 실타래나 촘촘한 그물망과 같은 거대 구조가 발달하게 됩니다. 이 무기 구조적 그물망은 액체 내부의 층 밀림 운동을 방해하는 강한 저항력으로 작용합니다. 결과적으로 구성 원자들이 자유롭게 이동하기 어려워지기 때문에 마그마의 유동성은 급격히 낮아지고 점성은 높아지게 됩니다. 즉, 마그마의 끈적임은 규소와 산소가 만들어낸 복잡한 내부 골격의 밀도에 비례한다고 볼 수 있습니다.