유문암

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流紋巖
Rhyolite

1 개요

규산염 함량이 높은[1] 화산암의 대표격인 암석이다. 색이 밝고(leucocratic) 알칼리장석과 석영이 주를 이루는 암석이다. 준알칼리(sub-alkaline) 계열에만 이름이 붙는 안산암(andesite)이나 석영안산암(dacite)과는 달리 알칼리 함량이 상당히 풍부한 경우에도 유문암의 범주에 들어가게 된다. 고도로 분화한 준알칼리 내지는 중간 알칼리 계열의 암석이 유문암 성분을 갖게 된다. 성분상 화강암의 화산암 버전이라고 생각하면 된다.

2 암석기재적 특징

유문암은 그보다 '덜 분화한' 석영안산암이나 안산암보다 알칼리장석의 함량이 높다. 그 동안 줄곧 비호정성으로 일관했을 포타슘이 드디어 칼슘과 소듐의 선택적 소모에 의해 부각되면서 알칼리장석이 사장석을 압도하게 된다. 독특한 석기(groundmass)의 유리 조직[2]이나 반정(phenocryst)이 구형으로 모여 방사상으로 자라는 조직[3]이 종종 유문암에 특징적으로 발견된다. 또한 용암으로 흘렀을 경우에는 흐르는 결따라 발달하는 유상구조(flow band)가 나타나기도 한다.

그러나 유문암질 마그마는 그 점성과 유체 함량 때문에 강력한 폭발을 수반하는 경우가 잦다.[4] 그래서 유문암은 용암류로 발견되는 경우보다 지저분하기 짝이없는 부석이나 응회암 형태로 발견된다. 특히 용결응회암으로도 종종 발견된다. 또한 종종 흑요석(obsidian)의 성분이 유문암인 경우도 있다. 규장질 암석은 야외에서 구분하기 종종 난감한 경우가 있는데, 보통 풍화된 표면의 색상이 유문암의 경우에는 상아색이나 분홍색 계열을 띤다.[5]

다른 화산암도 마찬가지지만, 화산암은 광물 감정을 통해 암석을 구분[6]이 쉽지 않기 때문에, 보통 전암 분석을 토대로 암석을 정의하게 되며, 이 때 유문암은 총알칼리 도표 (TAS diagram)에 따라 감정된다.

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▲ 유문암(rhyolite)는 SiO2함량이 매우 높은 우측 영역에 속하며, 알칼리 함량이 무척 낮은 부분부터 상당히 높은 알칼리 함량도 포괄하고 있다.[7][8]

3 지질학적 특징

유문암은 마그마가 안산암, 석영안산암을 거쳐 상당한 진화를 이루어내야 한다. 대부분의 성층화산과 큰 규모의 폭발을 일으키는 화산의 성분은 안산암, 석영안산암질로도 충분히 강력하다. 사실 섭입대 마그마에서 보통 상당한 활동과 분화과정을 보여주는 많은 경우 안산암질 마그마가 다수를 차지하고 있다.[9] 활발한 화산은 하부로부터 신선한 마그마가 지속적으로 공급되어야한다는 것을 고려할 때, 유문암이 분출한다는 것은 마그마가 누대구조를 이루고 있든지, 아니면 화산이 휴화산으로 향해간다는 걸 암시할 수 있다. 실제로 유문암에서 발견되는 유동구조는 마그마가 섞이는 것을 보여주는 구조이다.

유문암이 특별히 관심을 갖는 경우는 특히 열곡대(rift zone) 환경에서이다. 이 경우 화산이 신기하게도 현무암과 유문암을 분출하지만 안산암질 마그마가 상당히 적다. 이를 bimodal volcanism이라고 하는데, 이 현상이 왜 일어나는지는 아직 확실하게 정립되지 않고 있다. 이런 화산활동에 나타나는 유문암은 섭입대에서 발견되는 유문암의 화학조성과 다소 차이를 보이고 있다. 아이슬란드 역시 일종의 열곡 구조인데, 사실 이미지와는 달리 아이슬란드 지표의 약 10%는 유문암으로 되어 있다!

또한 유문암은 옐로스톤에서 아주 많이 등장하는 암석인데, 보통 유문암은 현무암의 분화과정 산물로 알려져 있다. 그런데 옐로스톤은 열곡대처럼 bimodal volcanism을 보여줄 뿐만 아니라 유문암의 양이 무지막지하게 많아서[10] 하부에 상당량의 유문암질 마그마가 유지되고 있는게 아닌가 생각하고 있다.

화산학에서 보통 분화된 암석을 만들려면 분별결정작용이 일어남과 동시에 상부지각 성분이 함께 동화되어가면 만들어진다고 설명한다. 그러나 분별결정작용을 통해 유문암질 마그마를 만들려면 그것의 열 배 이상의 현무암질 마그마가 필요하다. 또한 상부지각을 녹여 섞어서 유문암까지 만들려면 필요로 하는 상부지각의 양이 엄청나다. 그 때문에 이런 극도로 진화한 마그마의 성분이 어떻게 유도되는 지 의문스러운데, 이런 관점에서 옐로스톤의 마그마 분출량은 의아할 지경이다.

한편, Ar-Ar 연대측정법에 사용되는 표준시료(standard sample)로 잘 알려진[11] 비숍 응회암(Bishop tuff)도 유문암질 암석이다. 다른 표준시료 대상인 Fish Canyon Tuff의 반정을 제외한 성분도 유문암이다.[12]

4 기타

가끔 유문암은 토파즈나 녹주석(beryl)을 가지고 있다!

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▲ 위가 토파즈, 아래가 녹주석.
  1. ↑ 보통 약 SiO2=70 wt.% 정도 이상이다.
  2. ↑ perlitic texture
  3. ↑ spherulite
  4. ↑ 화산의 폭발력은 가스가 어떻게 잘 빠져나가느냐에 달려 있기에, 유문암질 마그마라도 얼마든지 조용하게 폭발할 수 있다. 그러나 그게 현무암질 마그마처럼 쉬운 건 아니다.
  5. ↑ 현무암은 짙은 붉은색 계열이고, 안산암 계열은 회색이나 붉은색, 종종 녹색도 띤다.
  6. ↑ 모드에 따른 분류
  7. ↑ 알칼리 함량이 과량(peralkaline)인 유문암을 코멘다이트(comendite)라고 구분하여 부르기도 한다.
  8. ↑ 이 총알칼리 도표에서 안산암 ~ 유문암 계열의 구분은 다소 '임의적인' 것이라서, 지질학적으로 볼 때 연속적인 분포를 보인다.
  9. ↑ 안산암은 그 때문에 현무암 계열을 제외하면 가장 많은 양이 보고되어 있다.
  10. ↑ 보통은 유문암의 양은 끽해봐야 현무암과 비등비등한 양을 보여준다. 그런데 여기는 유문암이 현무암 분출량을 압도한다. 약 95퍼센트의 분출량이 유문암으로 되어 있다. 200만년 동안 6000 세제곱킬로미터를 쏟아부은 옐로스톤의 어마어마한 분출량을 고려할 때 이는 놀라운 것이다. 이 유문암의 양을 현무암이 따라잡으려면 LIP의 일종인 콜롬비아 강 현무암 대지를 갖고와야 한다. 근데 이건 치트키에 가깝다.
  11. ↑ 새니딘을 이용한 Ar-Ar 연대측정을 할 때 이곳의 새니딘 결정이 표준시료로 사용된다.
  12. ↑ Groundmass composition