조암광물
지구는 수권(hydrosphere)과 대기권(atmosphere), 암석권(lithosphere), 내권(interior)등으로 구분됩니다.
내권(interior)은 다시 핵과 맨틀로 나누어집니다.
지구의 표면은 물과 암석 및 표토(regolith)로 구성되고, 하부는 맨틀과 지각, 외핵과 내핵 등으로 구분합니다.
지각을 이루는 물질의 기본 단위가 광물(mineral)이며, 여러 광물들이 모여서 암석(rock)을 이룹니다.
지각의 두께는 약 100km 이하이고 대부분 규산질 암석으로 구성되어 있습니다. 맨틀의 두께는 약 2,800km 내외로 반고체 상태의 철규산염(ironsilicate) 성분으로 이루어져 있습니다. 이러한 지각과 맨틀의 경계면을 모호면(Mohorovicic discontinuity or The Moho)이라고 합니다.
지질공학에서는 대상이 되는 지반을 구성하는 물질의 근원인 암석에 대한 공학적인 응용지식 그리고 지질학적인 이해를 필요로 하기 때문에 암석뿐만 아니라 암석을 이루고 있는 광물에 대한 지질학적인 성질에 대한 분석과 국내에 주로 분포하고 있는 암석들에 대한 지질공학적 특성에 대해 알아보려합니다.
광물을 일반적으로 '규칙적인 격자구조와 일정한 화학조성을 이루고 있는 천연상의 고체 무기물'로 정의되고 있습니다. 예외로는, 유기적인 생성기원을 지닌 석유나 석탄 그리고 액체 상태로 존재하는 수은도 광물에 포함되며 대부분의 광물은 적절한 온도와 압력으로 인공적으로 만들 수 있습니다. 이때 '합성(synthetic)'이나 '인조(artificial)라는 용어로 '천연광물'과 구별합니다.
암석은 주로 여러 종류의 광물들로 구성되어 있으며 암석의 성질은 구성 광물의 성질에 따라서 크게 좌우됩니다. 암석을 구성하고 있는 광물들을 조암광물(rock-formingminerals)이라고 합니다. 조암광물을 주로 규산염(silicates) 광물들이며, 그외 탄산염광물, 수산화광물, 산화광물 그리고 황화광물 등이 있습니다.
규산염광물은 전체 광물 종류의 약 40%이상을 차치하고 있으며, 기본 구조 단위인 SiO4 사면체의 결합 방실에 따라 다양한 종류가 있습니다.
대표적인 조암광물은 장석(feldspars), 운모(micas), 석영(quartz), 감섬석(amphiboles), 장석류(feldspathoids), 감람석(olivines) 등이 있습니다.
마그마가 냉각되면서 주요 규산염광물들이 생성되는 순서를 나타내는 것을 "Bowen의 반응계열"이라고 하며 "연속계열(continuous series)"이란 균진한 고용체(homogeneous soid solution)로부터 여러 종류의 광물들이 차례로 결정화되는 경우로서, 화학조성은 다르나 격자구조는 유사합니다. 이와는 반대로 "불연속계열(continuous series)"은 화학조성뿐만 아니라 격자구조도 전혀 다른 경우입니다.
냉각이 진행되면서 마그마에 포함되어 있던 Mg, Ca, Fe 성분들이 모여 감람석 또는 감섬석, 휘석, Ca-사장석 등과 같은 광물들이 먼저 정출되어집니다. 냉각이 어느정도 진행된 저온의 마그마는 원래의 마그마와는 화학 조성이 다르며 이 마그마로부터 백운모, 흑운모, Na-사장석, 정장석 등이 정출되고 마지막으로 석영이 정출되어집니다.
광물의 결정화는 약1,200~1,600°C 사이에서 일어납니다. 용융점이 높은 광물들이 먼저 결정을 이루며, 잘 발달된 결정면들을 갖으나 낮은 온도에서 결정화가 진행되는 광물들은 초기에 결정을 이룬 광물들 사이의 공간에서 성장하므로 결정의 형태가 불규칙하며 잘 발달된 경정면들을 갖기 어렵습니다.
Mg나 Fe 등의 원소를 많이 포함하는 광물(ferro-magnesian minerals)들은 대체로 어두운 색을 나타내므로 유색광물(mafic minerals)이라고 합니다. 이와는 반대로 Al, Si성분이 많은 광물(sialic minerals)들은 무색, 백색이나 밝은 색을 나타내므로 무색광물(felsic mineral)이라고도 합니다.