마그마

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1 용융된 암석, 마그마(Magma)

1.1 개요

지구의 맨틀 상부 및 지각에서, 용융된 암석과 광물 결정, 용해된 휘발 성분, 잔여 암석이 섞인 채 국부적으로 뭉쳐 있는 덩어리를 말한다. 지구 뿐만 아니라 다른 행성에서도 직, 간접적으로 나타나는 것으로 화산 활동이나 심성암 형성 등의 원료 및 원인이 된다.

1.2 구조

▲ 단순화한 현대적인 마그마 구조 모식도 그림출처

비록 대중들 사이에서 마그마는 질척하게 녹은 암석이 단단한 암석층 속에 둥그렇게 뭉쳐있는 모습이 연상되지만, 실제와는 다르다. 실제는 좀 더 복잡한 구조를 가지고 있다. 행성 규모의 여드름

가장 먼저 언급해야하는 사실은, 맨틀 항목에도 조금 설명돼 있지만, 지구 내부는 (외핵을 제외하면) 모두 고체 상태인 것이 기본이다. 연약권의 부분 용융 상태라는 것도 기껏 녹아봐야 1%가 될까말까한다. 마그마는 오늘날 관찰된 가장 큰 규모라 해봤자 수 백 킬로미터 정도 되며, 존재하는 깊이도 깊어봤자 상부 맨틀의 상부에 존재하는 것으로, 대부분의 마그마는 200 km보다 얕은 곳에 위치해 있다. 가끔 플룸구조론을 설명하면서 새빨간 덩어리나 흐름이 맨틀 깊은 곳에서 솟구치는 것 같은 묘사가 있는데, 여기서 말하는 흐름은 "고체의 흐름"이다. 뜨거운 플룸의 상승도 마그마 자체는 200~300 km 이내에서 관찰된다. 그러므로 지구 내부는 거의 전부 고체로 되어 있고, 마그마 덩어리(magma patches)가 간혹 박혀 있는 정도이다.

아래 형성과정에서 말하듯이, 지구 내부에서는 종종 부분적으로 암석이 녹을 수 있으며, 이 녹은 물질은 유동성이 더 크기 때문에 움직이게 된다. 그러면서 점점 뭉치게 되고, 이들은 차츰 맥을 따라 흐르게 된다(channel-flow). 그러다가 어느 깊이에 이르면 밀도 차이가 강하지 않으면서 용융체가 뭉치게 되면서 마그마 방(magma chamber)을 이루게 되는데, 이것이 보통 말하는 마그마이다. 따라서 마그마는 중심을 이루는 마그마방이 있고, 그 아래 마그마 물질을 공급하는 암맥(feeder-dykes)이 발달해 있다. 그 위로는 화산 활동이나 관입 활동을 이루는 암맥이 발달해 있다. 보통 마그마는 한 깊이에 덩어리가 하나 존재하는 게 아니라, 여러 깊이에 여러 덩어리가 놓여 서로 연결된 구조를 보이고 있다고 생각되고 있다. 이 깊이 분포는 밀도와 관련이 있어, 마그마의 분화 정도에 따라 그 깊이가 나뉜다.

뭉쳐있는 마그마는 균질하지 않다는 것이 예로부터 알려져 있다. 주변에는 끊임없이 지각 물질과 성분 교환이 일어나고 열이 발산되면서 광물이 많이 자라있는 부분이 있는데, 이들의 가장 바깥은 거의 완전히 굳어 심성암이 되어 있다. 그리고 그 안쪽에 광물이 50% 이상을 차지하고 있어 부분적으로 굳어있는, 용융체와 광물의 혼합 층이 놓이는데, 이를 광물-곤죽(crystal mush)이라고 한다. 이곳도 후에 굳으면서 심성암체가 될 것이다. 그러나 이 곤죽도 종종 중심 용융체와 반응하고 성분 교환을 활발히 하고 있다고 생각되며, 이곳으로부터 흘러나온 광물이 반정을 이루거나 antecrysts를 이룬다고 판단되고 있다.

그리고 이 모든 구조 속에 용융물이 50% 이상을 차지하는 비교적 작은 덩어리가 놓여 있는데, 이를 용융물-렌즈(melt lens)라고 한다. 이 덩어리가 우리가 흔히 생각하는 용융물이 고여있는 마그마 덩어리이며, 이곳만을 마그마방이라고 부르기도 한다. 용융물 렌즈는 하나의 마그마 계에서 하나가 아니라 여러 개가 놓여 있을 수도 있으며, 새롭게 유입된 현무암질 렌즈와 오랫동안 분화하여 상부에 머무르는 분화된 렌즈가 복합적으로 놓여 있는 것도 가능하다. 상부의 렌즈의 경우에는 마그마 속의 기체가 상분리되면서 상부에 기체가 뭉쳐 있는 층이 분리되어 존재할 수도 있는데, 이는 후에 화산 분출의 원동력이 되기도 한다.

1.3 형성 과정

맨틀 상부와 지각에서는 특정 조건에서 암석이 부분적으로 녹게 된다. 이를 부분용융(partial melting)이라고 하는데, 이는 (1) 감압(decompression), (2) 수화(hydration) (3) 가열(heating) 세 가지 경우에 의해 가능해진다. 이렇게 해서 암석이 조금 녹게 되면 그 녹은 액체 성분이 광물 사이사이를 따라 흐르다가 결국 뭉치게 되는데, 이 뭉친 덩어리가 하나의 큰 굄을 구축하면 이를 마그마라고 부른다. 많은 마그마가 맨틀암이 녹은 것으로부터 출발한다고 생각되나, 지각 물질이 직접 녹은 경우도 상당하다. 보통 맨틀에서 마그마가 형성되면, 온도는 1000~1400도 정도이며, 지각이 용융된 경우에는 화강암질 마그마가 만들어지고 이때 온도는 약 700~900도 정도로 생각하면 된다.

마그마는 기본적으로 액체상이 많이 섞여있으나, 대부분 지구 상부에서는 "완전히 녹는" 경우는 없다. 따라서 마그마 안에는 다양한 것들이 섞여 있다. 광물과 암석 조각들도 섞여 있으며 용해된 가스도 상당량 들어있다. 특히 물이 많이 포함되며 이외에 이산화탄소도 꽤 있다. 그 외에 휘발성 물질로는 황, 염소, 불소 등이 포함된다. 이러한 마그마는 액체상의 밀도 때문에 위로 상승하게 된다. 주변 암석과의 밀도차이가 나지 않으면 정체하게 된다.

지질학적으로 중요한 특징 중 하나는, 마그마는 부분 용융의 산물이기 때문에 녹기 전의 암석과 성분이 다르다는 것이다. 예컨대 초염기성암에서 마그마가 만들어지면 염기성암이 되며, 염기성암이 부분용융되면 중성암이 만들어진다. 이후 마그마는 상승하면서 지속적으로 온도가 감소하게 된다. 이에 따라 고체 성분이 만들어지게 되는데, 이들이 바로 광물이다. 마그마 전체 성분과 광물의 성분은 다르기 때문에, 광물이 만들어지면 남는 마그마의 성분은 변하게 된다. 이를 분별결정작용(fractional crystallization)이라고 부른다. 한편, 주변 암석이 달궈지면서 성분 교환이 일어나는데, 이를 동화작용(assimilation 혹은 contamination)이라고 부른다. 뿐만 아니라 마그마와 마그마가 섞이면서 성분 변화를 겪기도 하는데 이는 혼합작용(mixing)이라고 한다. 이 세 가지 작용을 거치면서 마그마는 "분화(differentiation)"하게 된다.

마그마가 상승하다가 다 식어버리고 고체가 되기도 하지만, 일부는 지표에 도달하여 분출하게 된다. 이를 화산 활동(volcanism)이라고 한다. 화산 활동은 분출 당시 마그마의 상태에 따라 다양하게 나타난다. 예컨대 마그마의 상승속도가 빠르면, 같은 성분의 마그마라도 마그마의 가스가 빠져나가는(degassing) 속도가 급진적이기 때문에 폭발적인 분출을 일으키기 쉽다.

굳은 마그마는 보통 응력장에 대해 단단하게 행동하기 때문에 경우에 따라서는 판의 결합(suture)에 중요한 역할을 하기도 한다. 실제로 판이 찢어질 때 화성암 덩어리가 많이 틀어박혀 있는 곳은 응력장에 대해 단단해져서 잘 찢어지지 않으려고 하는 성질을 갖는다.

특별한 경우 마그마는 규산염 성분이 아닐수도 있다. 특별한 조건의 마그마는 규산염질이 아닌 탄산염질(carbonate)이다. 탄산칼슘 성분으로 되어 있는 용암이 줄줄 흐르기도 하는데, 이런 탄산칼슘 성분이 주를 이루는 화성암을 '카보네타이트(carbonatite)'라고 부른다. 이 탄산염질 마그마의 성인에 대해서는 아직도 밝혀지지 않은 것이 많이 있다.

1.4 용암과의 차이

마그마는 보통 화산이 분출하기 이전에 지하에 놓여 있을 때의 상태를 지시하는 표현이다. 분출물의 한 종류는 용암이라고 부른다. 자세한 차이는 용암을 참고.

1.5 마그마와 연관이 있는 창작물

• 마그마괴수 고라
• 마그마그 열매
• 마그마단
• 마그카르고
• 히드런

1.6 관련 문서

• 용암
• 화산
• 화성암
• 상하관계(원피스)

2 포켓몬스터의 등장 포켓몬

마그마(포켓몬스터) 항목 참고

3 대림자동차의 오토바이

대림 마그마 항목 참고