화암주상절리의 생성원리가 궁금합니다

안녕하세요. 한선옥 과학전문가입니다.

주상절리는 뜨거운 용암이나 갓 퇴적된 뜨거운 화산재 등이 급격하게 식으면서 만들어지는 균열이다. 퇴적된 화산재가 무척 뜨거워서 그 퇴적층에 주상절리가 발달하는 경우도 있는데, 일반적으로는 두터운 용암류가 식으면서 만들어진다. 지질학적으로 절리라는 것은 암석이 완전히 식은 뒤 지표로 올라오면서 부피 팽창, 즉 풍화의 과정에서 만들어지는 2차적인 구조임을 고려할 때, 주상절리는 절리 중에서도 그 형성 과정이 특이한 편에 속한다.

뜨겁게 흐르거나 쌓인 화산암(쉽게 용암이라 하자)이 주변의 차가운 환경(공기)와 만나게 되면 표면부터 식게 된다. 그런데 이 용암이 내부에서 딱히 많이 흐르고 있는 게 아니라서 단순히 껍질만을 만들고 끝나는게 아니라면, 식으면서 만들어지는 균열이 하부 층으로 전파된다. 아래로 전파된 균열은 하부층의 열기가 빠져나가는 걸 돕고, 그렇게 되면 또 수축이 일어나면서 한층 더 아래로 전파한다. 전파가 단계적이므로, 아주 이상적인 주상절리는 끌 무늬(chisel mark)라고 표현하는, 일련의 수평면에 대한 계단 형식의 표면이 발달한다. 물론 물리적 조건에 따라 끌 무늬가 아닌 물결 무늬가 나타나기도 하고, 아예 깨끗하게 정의되는 평면이 발달하기도 한다.

이러한 절리면이 서로 교차하면서 다각형의 기둥 모양이 구축된다. 육각형이 대부분인 이유는 구조상 응력이 강해지기 때문. 이런 구조를 허니 페이퍼 또는 허니콤이라고 하며, 이름을 보듯 벌집과 같은 구조이다.

이 균열의 발달 원리를 잘 생각해보면, 두꺼운 용암류에서는 공기와 접촉하는 상부 말고도 지면과 접촉하는 하부에서도 주상절리가 발달할 수 있다는 걸 알 수

있다. 그래서 잘 발달한 현무암질 용암류의 절리 구조는 상층과 하부에 각각 주상절리층이 분포한다.

또한 균열이 차가워진 암석의 수축이 일어나면서 전파되는 형식이라는 점을 생각해보면, 균열의 발달 방향이 등온도선에 수직으로 발달할 것이라는 점도 알 수 있다. 그래서 주상절리는 중력에 대한 방향은 별로 의미가 없으며, 용암이 식을 당시 등온도면이 어떻게 분포했느냐가 중요하다. 예컨대 용암이 특정한 계곡 모양의 채널을 따라 이동했다면, 그 채널의 벽면에는 수평한 방향으로 발달한 주상절리를 발견할 수 있다. 또한 특정 균열이 특히 강하게 발달하여 그곳으로 열기가 잘 빠져나가면, 균열의 끝단으로부터 방사상으로 발달하는 주상절리도 볼 수 있다.

https://namu.wiki/w/주상절리 에서 인용했습니다

화암주상절리는 화산작용과 관련이 있으며, 용암이 땅 위로 흘러나와서 식으면서 만들어집니다. 이 때 용암 내부에 있는 규산알갱이라는 물질이 긴장력을 가지면서 용암이 식으면서 각각의 면을 형성합니다. 이 면들이 서로 결합하면서 화암주상절리가 생성됩니다. 화암주상절리는 용암의 성분과 식어가는 과정에서의 온도, 압력 등의 여러 요인에 따라 다양한 형태를 띄게 됩니다.