지질학

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Geology
地質學

1 개요

지질학은 지구, 특히 고체 지구의 물성이나 역학, 역사를 다룬다. 또한 이 고체 지구와 상호작용하는 다른 계나 물질도 함께 다루고 있다. 예컨대 지하수는 지질학에서 연구되고 있는 대상 중 하나이다. 쉽게 말해 발밑의 것들을 다루고 있는 학문이다. 대기과학, 해양학과 함께 지구과학의 한 부류로 간주된다. 지질학은 자연과학으로, 사회과학의 일종인 지리학과는 구분된다. 애초에 지리학은 연구의 목적이 지구의 환경이 인간에 어떤 영향을 주는지에 대해 알아보는 것이다. 물론 어느정도 학문적으로 겹치는 사항이 있다. (특히 지리학에서 자연지리학의 주요 분과인 지형학은 지질학을 기본으로 하는 내용이 많아 응용지질학으로 분류하기도 한다.)

고등학교 때 지구과학을 좀 읽어본 사람들은 흔히 지질학은 암석이나 광물 이름을 외우는 지루한 분야라고 생각한다. 고등학교 지구과학에서 암기만 시키는 이유는, 그 암기하는 내용의 원리, 이유를 가르치기 위해 필요한 과학 지식이 고등학교 수준을 넘기 때문이다. 그렇지만 지질학은 물리와 화학에 기반한 복잡한 학문이다. 물리나 화학을 잘 못하는 사람이 지질학을 공부하면 학부가 끝나기도 전에 한계에 부딪히고 만다. 지질학의 근간을 이루는 광물, 암석, 판구조론 등의 지식들의 기반은 모두 물리적, 화학적 이론에 기반하기 때문이다.

덧붙여 현대 지질학은 단순한 고전역학이나 화학반응 수준을 넘어 복잡한 열역학 모델과 양자역학, 컴퓨터 공학과 씨름할 수도 있어야한다. 오죽하면 학부 때 지질학을 가르치지 않고 대학원에 와서 지질학을 가르치자는 목소리도 간혹 들려온다. 그러나 지질학 자체가 요구하는 배경지식의 양도 만만치 않아서 물리나 화학을 잘한다고 해서 지질학을 쉽게 접근할 수 있는 것도 아니다.

오늘날 지질학은 대중들에게는 많이 알려지지 않았지만 매우 다양한 분야를 가지고 있을 뿐만 아니라 온갖 부분에 접해있다. 자연재해는 아마 지질학의 여러 개념 중 가장 사람들이 익숙하게 알고 있는 부분일 것이다. 지질학적 자연재해에는 각종 사태(눈사태, 산사태 등), 홍수, 지반침하, 각종 화산 재해, 지진, 쓰나미 등 다양한 범위를 아우른다. 이들의 중요성은 말할 필요가 없을 듯하다.

지질학은 재해 이외에도 자원, 각종 환경 및 안전, 기후변화 등에서 중요한 위치를 차지한다. 기후변화는 대기과학과 해양학에서 다룰 것 같지만 지질학은 이들의 특성을 이해하는 데 중요하다. 지형과 풍화 작용은 기후를 지배하며 이들의 변화는 생각보다 시간 단위가 짧다. 또한 지질학은 대기과학과 해양학에서 제공할 수 없는 긴 시간의 과거 정보를 제공해줄 수 있는 거의 유일한 수단을 제공한다. 고기후학의 많은 이론은 지질학적인 기반으로 구성된다.

자원은 지질학에서 가장 규모가 크고돈벌이 되는 응용 범위가 넓은 부분이다. 사실 지질학이 인류에게 기여하는 것 단 하나만 꼽으라면 자원이라고 말할 수 있을 것 같다. 단순히 석유, 석탄 뿐만 아니라 생물이나 대기권에서 얻는 몇 가지 원소를 제외(예컨대 질소)한 대부분의 수십 가지 원소는 지질학을 거쳐야만한다. 땅만 판다고 자원이 튀어나오는 것이 결코 아니기 때문에 심도있는 연구가 뒷바침되지 않으면 안된다. 숨쉬듯 쓰고 있는 일상품에서부터 값비싼 보석까지 온갖 자원들은 무수한 지질학 이론의 덕을 본 셈이다. 사실 아이들이 좋아하는 공룡과 같은 고생물에 대한 이해는 석유 및 석탄과 같은 자원을 연구하는 과정에서 급격하게 늘어났다. 고생물을 이해하고 화석을 연구하는 것이 퇴적과 관련된 자원을 이해하는데 중요한 위치를 차지해왔기 때문이다.

또한 각 지역의 지반 상태와 성질, 이에 따른 안전 여부, 재해 방지 등은 모두 지질학적 배경이 요구되는데, 이는 방사능 폐기물 처리 문제와 같이 중요한 사안에도 필수적이다. 또한 토양, 지하수, 강물 및 호수 오염 등에도 지질학이 필요하며 이들을 모니터링하고 예측하는 데도 중요하다. 오늘날에는 이산화탄소 지중저장(Carbon Capture and Storage, CCS)이나 암석저장이라는 기후변화의 대규모 사업에서 지질학은 핵심을 이루고 있다. 매우 복잡한 땅 밑의 구조와 성질을 제한된 정보로 알아내야하므로 다양한 배경지식이 요구되는 셈이다.

이외에도 암석의 복잡하기 짝이없는 변성, 변형, 성질 변화를 추적하는 과정에서 물리학적, 화학적인 이론이 많이 발전해왔다는 사실을 부인하기 어렵다. 아직도 암석 속에서 자연의 원리를 파헤지는 수많은 지질학자들이 있으며 이들은 물리, 화학 분야에 영감을 주고 있다. 실제로 20세기 열역학의 발달과 응용에서 지질학은 지대한 공헌을 해왔다. 또한 지구 내부의 극한의 환경에서 만들어지는 여러 물질들은 신소재를 개발하는 데에도 영감을 주고 있다.

덧붙여 지구의 움직임을 제대로 이해하는 과정은 지구 바깥의 행성의 성질을 예측하거나 파악하는 데 중요한 실마리를 제공한다. 현재 미국에서는 지질학이라는 분야를 단순히 "geology"라고 하지 않고 "planetary science(행성과학)"이라고 이름붙여 고체 행성에 대한 이해를 하는 학문으로 받아들이기도 한다. 행성에 생명력을 불어넣는 데에는 지구와 같은 역동적인 지질학적 현상(이를테면 판구조론)이 필요하기도 하므로 외계 행성에 대한 연구에도 중요하다고 말할 수 있다.

이 많은 실리적인 이유 이외에, 사실 많은 지질학자들은 "흥미"와 "호기심"에 이끌려 오늘도 무거운 야외조사용 망치를 들고 오지로 나선다. 돈벌이가 되고 사람들에게 도움이 되는 연구도 중요하겠지만, 사실 지질학이 제공해줄 수 있는 무수한 이야기들은 무척 흥미롭다. 46억년이라는 기나긴 세월동안 기록된, 길게는 수 억 년에서 짧게는 수 마이크로초에 달하는 사건들을 파헤치고 있기 때문이다. 우리가 흔히 만지고 느낄 수 있는 많은 암석과 흙더미 속에서 찾아낼 수 있는 화려한 이야기에 매료되어 평생을 연구하는 셈이다. 사실 지질학은 지구의 시간을 다루는 학문으로, 과거의 역사를 추적해낼 수 있는 분야이다. 구체적인 때와 이야기를 엮어낸다는 점에서 시간을 다루는 다른 과학 분야와는 다른 독특한 성질을 가진다. 동위원소의 성질을 이해하면서 급속도로 발전한 지질연대학(geochronology)은 그런 점에서 매우 독특하다. 마치 문과에서 역사학과 비슷한 위치라고 볼 수 있겠다. 실제 논문도 결론은 그림과 함께 멋진 이야기를 풀어내는 경우가 많다.

지질학은 진화론과 더불어 창조에 관한 소지구설을 반박하는 유용한 도구가 될 수 있다. 소지구설을 지지하는 기독교인들은 자신들의 성경해석을 근거로 지구의 나이가 1만년~4만년 정도라고 주장하는데 지질학은 지구의 나이가 최소 수 백만년에서 수 십억년이라는 증거를 제시할 수 있기 때문이다.

2 (고전적인) 지질학의 분야

지질학은 연구하는 주요 주제에 따라 몇 가지로 분류된다. 고등학교 과학 분류체계와 비슷하게 분류하면, 지구물리, 지구화학 및 고생물학으로 나뉜다고 말할 수 있겠지만, 실제로는 조금 다르게 분류된다. 지질학의 뼈대있는 분야로는 광물학, 암석학, 퇴적학, 지구화학, 지구물리학, 구조지질학, 고생물학이 있다. 오늘날 고생물학, 암석학, 퇴적학, 구조지질학 분야는 "힘들다"는 이유로 학생들의 수가 적어 문제가 되고 있다. 반면 첨단 기기를 곧잘 사용하는 지구물리학, 광물학 쪽에는 '비교적' 사람이 풍부하다. 1970년 이후에는 이 분야의 기저에 판구조론이 결합하여 있는 상태이며, 인공위성, 수치모델링 등이 지구물리학에 포함되었다. 기후변화 문제가 대두되면서 빙하를 연구하는 분야도 오늘날 매우 강세이다. 빙하학은 대기과학, 해양학, 지질학이 모두 만나는 곳이고, 기본적으로 빙하라는 물질 자체가 지질학에 포함되는 연구대상으로 간주한다. 빙하 자체도 퇴적암의 일종이자 광물이기 때문. 빙하가 가둔 공기 기포는 지질학에서는 포유물(inclusion)이라고 말하고, 연구 자체는 대기화학적인 방법이 많이 사용된다.

특히 이중에서 암석학, 퇴적학, 구조지질학, 고생물학은 야외에 직접 답사를 나가 연구하는 분야로 잘 알려져 있다. 지질학의 야외조사(field research)는 무척 힘들기 때문에 학생들이 질려서 그 분야를 포기하는 일이 왕왕 일어난다. 더군다나 지질학 야외조사는 위험하며, 특정 분야의 야외조사나 모니터링은 목숨을 위협한다. 야외조사를 하기 좋은 곳은 하나같이 위험하기 일쑤인데, 고속도로의 옆, 절벽, 깊은 숲 속, 사막, 동굴, 폐광(...), 극지방, 화산(!!) 등이 있다. 더군다나 어떤 경우, 지질학적으로 매우 중요한 곳이지만 사회적으로 위험한 곳이기도 하다(중동, 아프리카의 분쟁지역). 우리나라에서는 쉽지 않지만 오지의 연구를 해야한다면 몇 개월 동안 텐트 생활을 하면서 연구를 해야한다. 더군다나 야외에 나가서 관찰한다고 다 되는 게 아니라, 상당한 이론과 경험이 누적되어야만 야외 조사에서 빛을 발하므로, 수 년에 걸친 연마를 해야한다. 육체적으로 힘든 분야이기 때문에 오늘날 젊은 세대의 유입이 매우 감소하고 있어 전 세계 지질학 분야의 학자들이 걱정을 하고 있다.

지질학은 응용과학적인 성격이 강하여 각 분야의 경계에는 학문간의 융합이 잘 일어난다. 쉽게 말해 이게 무슨 분야인지 말하기 애매해진다. 예컨대 오늘날 현대광물학은 물리학, 공학과 연결이 많이 되어 있다.

2.1 고생물학(Paleontology)

고생물학은 말 그대로 고생물에 대해 연구하는 학문이다. 생명이 탄생한 이래 셀 수 없이 많은 종류의 생물이 나타났다가 사라졌다. 이들을 추적하여 다양한 정보를 이끌어내는데 가장 중요한 근거는 화석이다. 옛날옛적의 생물에 대한 가장 직접적인 보존물이 바로 화석이기 때문이다. 흔히 화석이라고 하면 큼지막한 척추동물의 화석만 생각하겠지만 현미경으로만 볼 수 있는 꽃가루나 미생물의 화석도 많이 있다. 어떤 석회암은 그 커다란 암석 전체가 거의 전부 고생물화석으로만으로 구성되어있기도 하다.

고생물학은 고생물의 진화, 생태, 형태, 분류 등을 연구하는 학문인 것이 맞지만 더 나아가 지질학에서 아주 중요한 역할을 수행하고 있다.

(1) 고환경(paleo-environment)의 복원 : 생물에 대한 정보가 쌓이기 시작하면, 그 생물이 생존하기 위해서는 어떤 환경이어야하는지가 명백해지기 시작한다. 예컨대 물고기는 물이 있는 환경에서 살았을 것이다. 또한 어떤 생물은 염분이 높아야하지만 또 어떤 생물은 그럴 필요가 없다. 이와 같은 정보를 기반으로 고생물학은 그 생물이 산출되는 지층이 퇴적될 당시의 환경을 복원해낼 수 있다. 퇴적학적 이론과 결합하면 고생물학은 고기후를 추적하는 데에도 능하다. 옛날옛적의 지구의 기후, 생태를 비롯한 여러 환경 요소가 어떠했는지를 추적하는 데에는 고생물학이 중요하다.

(2) 층서의 대비와 연대의 확립 : 화석을 자세히 연구하게 되면 그 형태에 따라 세부적인 종을 나눌 수 있게 된다. 교양 시간에야 삼엽충은 삼엽충이고 암모나이트는 암모나이트라고 배우겠지만 사실 이 이름들은 종(species)이 아니라 강(class)이라는 상당히 높은 분류체계의 이름이다. 따라서 종까지 내려가게 되면 아주 섬세한 분류가 가능해진다. 이를 기반으로 하여 과거 46억년 지구 역사를 세세히 나누게 된다. 흔히 지사학(地史學)에서 말하는 지구 연대의 이름(예컨대 쥐라기, 백악기 등)의 경계는 모두 생물을 가지고 나눈다. 특정 종의 생물이 멸종하거나 나타나는 것이 시대의 시작이자 끝인 셈이다.

• 시대 분류
  • 선캄브리아대
  • 고생대
    • 캄브리아기
    • 오르도비스기
    • 실루리아기
    • 데본기
    • 석탄기
    • 페름기
  • 중생대
    • 트라이아스기
    • 쥐라기
    • 백악기
  • 신생대
    • 제3기
    • 제4기

2.2 구조지질학(structural geology)

암석은 충분한 힘을 받으면 저렇게 접히고 구부러지고 늘어난다. 사진의 암석은 그래도 힘을 별로 안받은 축에 속한다. 강한 변성을 받으면 암석이 변성받기 전의 구조는 남아있지 못한다.

구조지질학은 암석이나 땅이 힘을 받았을 때 어떻게 반응하는 지를 공부하는 학문이다. 힘을 받은 암석이나 땅은 그 힘에 따라 독특한 구조를 만들어낸다. 작은 규모로는 현미경에서 드러나는 구조부터 대륙을 가로지르는 구조까지 다양한 구조를 만들어낸다. 보통 가장 유명한 구조로는 습곡이나 단층이 있을 것이다. 작은 단층 구조는 손가락보다 작지만 큰 단층은 1,300 킬로미터가 넘어간다. 또한 같은 힘이라도 암석의 물성이나 온도, 압력에 따라 반응하는 양상이 다른데, 이들을 체계적으로 연구한다. 변성암 내부의 광물의 배열이나 형태 역시 미구조(microstructure)라고 하여 현대 구조지질학에서 관심있게 바라보고 있는 연구 대상이다.

구조지질학적인 정보는 석유, 석탄을 포함한 온갖 자원이 어디에 어떤 모양으로 매장되어 있을 것인지를 파악하는 데 가장 먼저 고려되어야할 정보 중 하나이다. 또한 지진이나 화산이 발생할 때 암층 내부의 구조에 따라 그 분포나 양상이 달라지므로 구조지질학을 연구하는 것은 알고 보면 매우 다양한 분야에서 큰 기여를 할 수 있다. 그리고 지질학에서 가장 중요한 아이템인 '지질도(geological map)'를 만들어내는 분야도 바로 이 분야이다.

그럼에도 불구하고, 전통적인 구조지질학은 요구되는 연구기간이 무척 길고 고된 작업을 필요로 하기 때문에 학생은 점점 줄어가는 상황. 너무나 중요함에도 불구하고 힘들다고 하여 너도나도 기피하는 상황. 지질학의 온갖 야외조사 중에서도 가장 육체적으로 고된 야외조사를 하는 분야로 알려져 있다.

한반도는 지질구조가 눈이 핑핑 돌아가게 복잡해서 구조지질학적인 접근이 매우 절실하다. 그러나 구조지질학 전문가는 국내에 극히 드물다. 이 때문에 한국에서 구조지질학을 잘 배운다는 건 무척 어려운 일이다. 유럽 대학원생들은 몇 주에서 두 달까지 통째로 알프스 산맥과 같은 곳으로 가서 텐트치고 공부를 한다. 미국 서부와 동부도 비슷해서, 뒷산이 교과서에 실리는 지역들인 경우도 허다하다.

구조지질학이 연구하는 지구조

Joints

Folds

Faults

2.3 지구물리학 (Geophysics)

물리학 이론을 기반으로 하여 지구 물질의 성질, 상태, 구조를 파악하고 나아가 지구 내부의 역학적 움직임을 파악하려는 학문을 말한다. 물리학은 자연과학의 근간을 이루는 학문 중 하나이기 때문에 지질학에서 곧잘 활용되는 학문이며, 지구물리학이라는 단어가 포괄할 수 있는 범위 역시 넓다. 전통적으로 지질학과 지구물리학은 연구 방법이 다르다고 하여 분리하여 생각하기도 하나 요새는 그런 영역 구분이 크게 중요하지 않기 때문에 신경쓸 이유는 없다. (그러나 지구물리학의 연구 방법이나 대상이 지질학의 그것과 많이 다르다. 실제로 오늘날 지구물리학계는 지질학계와 다르게 움직이며 분리되려는 움직임이 있다. 대학교에서도 두 분야가 다른 건물, 학과 등으로 구분되어 있는 경우를 볼 수 있다.)

자세한 내용은 해당 항목 참조,

2.4 지구화학 (Geochemistry)

지질학자들의 눈에서 본 주기율표의 모습. (안구건강을 위해 자세히 읽지는 말자.)

화학 이론을 기반으로 하여 다양한 지질학적인 해석을 하는 분야이다. 화학이라는 학문 자체가 자연이 돌아가는 섭리를 이해하는 데 필수적이다보니 지질학의 거의 대부분의 연구대상에서 지구화학이 요구된다. 또한 지구에서는 온갖 종류의 원소가 들어있고, 저마다 성질이 다르기 때문에 지구화학에서는 자연에서 산출되는 모든 종류의 원소를 대상으로 연구한다. 주기율표의 거의 모든 기호를 구경할 수 있는 분야가 지구화학이다. 감람석 내 물 함유량에 영향을 주는 수소와 그 동위원소부터 시작하여, 맨틀의 성질을 조사하는데 중요한 헬륨, 연대측정에 이용되는 갖가지 원소, 이후 란탄족과 악티늄족의 일련의 비율을 통한 마그마 기원조사까지 다양하게 활용된다. 지구 내부에 존재하는 비활성 기체도 갖가지 연구에서 등장하기 때문에, 의외로 원소 각각의 성질에 빠삭해야 이 분야에 접근이 용이해진다. 각 원소가 가질 수 있는 산화수, 이온반경, 몰질량, 분배계수는 물론이고 주요 광물들에 대한 각 원소별 성질을 머리 속에 담고 있어야 한다 원소 개수 곱하기 광물 개수 = 암기량.

이루는 암석을 대상으로 하는 연구에서, 20세기 초중반에는 열역학을 기반으로 하는 연구가 주류를 이루었다. 특히 변성암을 공부하는 변성암석학 분야에서 열역학의 연구는 20세기 중반을 휩쓸었고, 오늘날 여러 가지 열역학 모델을 기반으로 하는 프로그램들이 개발되면서 열역학 연구가 완성되어 간다. 판구조론이 정립되고 지질학이 다시 새로운 국면에 접어든 20세기 말엽부터 지금에 이르러서는 동위원소를 이용한 연구가 주류를 이루고 있다. 바야흐로 동위원소의 시대라고 부를만큼 현대지질학에서 동위원소는 매우 중요한 위치를 차지하고 있다. 지질학자들의 걸림돌이 되어왔던 절대연령에 이용되고 있는 동위원소 시스템부터 시작하여, 온갖 동위원소 분별작용(fractionation)을 추적하여 암석이나 강물, 바다, 호수, 지하수, 빙하의 과거와 현재의 상태를 알아내고 있다. 현대의 기술이 시료의 원소 종류를 나노그램 수준으로 측정할 수 있기 때문에 매우 섬세한 작업과 해석이 가능해졌다. 결국 대학원생들의 고생이 이만저만이 아니게 되었다. 물론 이와 함께 전통강호로서 수용액화학(aqueous chemistry)도 중요한 위치를 차지해왔으며 다양한 이론이 접목되어 복잡한 이야기들이 제시되어왔다.

여담으로, 지구과학 교과서에 등장하는 맨틀 플룸은 사람들의 기대와 달리, 지구화학에 기반하여 제시된 모델이다. 성분상의 미세한 차이로부터 맨틀 전체의 성질을 유추해내는 흥미로운 예라고 하겠다. 물론 이를 직접 확인하고 싶어했던 여러 과학자들이 지구물리학적 접근으로 이들을 관찰하고 있다.

2.5 퇴적학(Sedimentology)

그 유명한 버제스 셰일의 모습. 바로 이 셰일 퇴적층에서 캄브리아기 대폭발이 발견되었다. 퇴적암은 이처럼 고대의 환경과 생물을 담아내는 역사책과 같은 역할을 수행한다.

모래나 흙과 같은 퇴적물, 그리고 그들이 쌓여서 만들어지는 퇴적암과 퇴적구조 등에 대해 연구하는 학문이다. 어떤 의미로는 퇴적학은 퇴적암석학이라 부르고 암석학의 일종으로 분류할 수도 있을 것 같지만 실제로 암석학이라는 단어를 사용할 때 퇴적학은 조금 분리된다. 이는 퇴적학과 함께 붙어다니는 층서학(stratigraphy)과 더불어 분지해석(basin analysis)이 퇴적학에서만 볼 수 있는 독특한 성질의 것이기 때문이다. 보통 퇴적학은 암석학이 접근하는 방식과 다른 형식의 연구가 진행되어 학문의 관심사와 성질이 달라 보통 구분한다. 이러한 차이의 근본적인 원인은 퇴적암이 기본적으로 지표에서 만들어지는 암석이며 이에 따라 지표환경이 기록되어 있기 때문이다. 이는 중요한 차이로서, 퇴적학은 변성암이나 화성암이 하기 힘든, 고환경을 복원하는 독특한 일을 해낼 수 있다.

퇴적학에 입문하게 되면, 가장 먼저 입자의 성분, 성질이나 크기, 모양, 퇴적 방식, 생물의 영향과 같은 기본적인 사항에서 시작된다. 사층리나 층리, 점이층리와 같은 퇴적구조도 함께 공부하게 된다. 이를 기반으로 퇴적학 교재는 보통 어떤 환경에서 그와 같은 성질의 퇴적암이 발견되는지를 설명하는데, 이 모든 사항이 숙지되면 마침내 분지해석을 하게 된다. 퇴적물은 기본적으로 위치에너지상 낮은 곳에 쌓이려고 하므로, 퇴적물이 만들어지는 큰 영역을 하나의 분지로 보고 이 분지의 형성 및 진화 과정을 그대로 복원해낼 수 있다. 이러한 복원에 요구되는 자료는 무진장 많은데, 이러한 근거들을 종합하기 위해서는 뼈빠지는 야외조사가 뒷바침되어야한다. 그래서 퇴적학을 연구하는 연구실에 학생이 들어가게되면, 신입 대학원생을 해안가의 퇴적암으로 된 절벽 어딘가에 1달 정도 버려두고 깨달음을 얻어 돌아오게 하기도 한다.(...)

퇴적학 역시 화학이나 물리학 혹은 고생물학과 결합하면 더욱 강력해진다. 이에 따라 퇴적학은 눈덩이 지구라는 흥미로운 지구 역사를 밝혀내거나, 갖가지 대량 멸종 사건(예컨대 공룡의 멸종)을 밝혀내기도 한다. 또한 석유, 석탄, 천연가스, 그리고 일부 귀금속, 대량 철생산지(대표적으로 Banded Iron Formation, BIF)는 모두 퇴적암에서 비롯되어 퇴적학은 자원 개발에 핵심 분야를 구성하고 있기도 하다.

여담으로 전세계에서 사랑받는 많은 지질학적 관광지는 퇴적암의 구조에서 비롯된다. 대표적인 예로 그랜드 캐니언, 카파도키아, 파묵칼레, 호주 울루루 (에어즈록), 미서부 모뉴먼트 벨리 등이 있다. 또한 에베레스트 산의 대부분은 변성암으로 되어 있지만 산 정상 바로 아래에 큰 역단층이 있어서 산정상은 퇴적암으로 되어 있다. 즉, 지구에서 가장 높은 곳은 퇴적암으로 되어 있다.

2.6 암석학 (Petrology)

변성암석학의 꽃, pseudosection의 모습. 모암 성분, 온도, 압력에 따라 열역학적 평형을 이루는 다양한 광물상(phase)조합을 도시하는 방법 중 하나이다.

암석학은 이름에서 알 수 있듯이, 각종 암석을 분류, 정의하고 그것의 기원과 변천을 연구하는 학문이다. 보통 퇴적암은 퇴적학에서 다룬다는 점을 생각하면, 보통 암석학이라는 단어는 변성암과 화성암을 대상으로 하고 있다. 각각을 변성암석학(metamorphic petrology), 화성암석학(igneous petrology)이라고 부른다. 암석학의 가장 기본적인 역할은 암석을 분류하고 정의하기 때문에, 가장 기본적으로 사용되는 도구가 바로 편광현미경이다. 이 때문에 오늘도 전세계의 지질학과에서는 대학원생들이 돌을 자르고,갈고 광내고 있다 암석학은 먼저 암석의 가장 기초적인 자료를 수집하고, 명명하며 궁극적으로 이들의 기원을 시간에 따라 추적해내는 것을 목적으로 삼는다. 즉, 고등학교 지구과학에서 학생들이 그토록 염증을 내는 암석의 이름들을 붙여주는 학문이다.. 어떻게 보면 지질학에서 가장 핵심을 이루는 학문이라고 할 수 있다. 실제로 지질학과에 암석학을 연구하는 사람이 없다면 그 학과는 팥 없는 찐빵이라는 소리를 들어도 할 말이 없다.

두 암석학의 공통점은 지하 깊은 곳, 즉 압력이나 온도가 지표보다 높은 조건에서 암석의 상태를 고찰한다는 점에 있다. 따라서 두 암석학은 모두 압력과 온도를 고려하는 열역학이 매우 중요하며 실제로 암석학 입문 교재들은 하나같이 열역학을 중요하게 다루고 있다. 특히 온도와 압력을 기술하는 데 탁월한 깁스 자유 에너지를 많이 활용하며 이는 재료공학과 궤를 같이한다. 다만 보통 암석은 고려해야하는 주원소가 칼슘, 마그네슘, 철, 망간, 소듐, 포타슘, 티타늄, 알루미늄, 규소, 산소, 수소(혹은 물), 탄소(혹은 이산화탄소) 등 매우 많다. 운이 좋으면 세 가지에서 네 가지 성분계만으로도 성분 표현이 가능하지만, 계가 복잡해지면 복잡해질수록 그 어느 성분도 배제하기 어렵다. 여기에 용융 성분(liquid)까지 가세하면 시스템이 매우 복잡해져서 지금도 활발하게 연구가 진행되어가고 있는 추세이다.

화성암석학의 시작은 암석의 용융과정이다. 이 용융과정은 어떤 의미로는 가장 극한의 변성암 조건이라 할 수 있다. 암석이 용융되기 시작하는 순간부터 화성암이 간직하는 수많은 화학적, 물리적 조건들이 만들어지기 때문에, 녹는 당시의 환경이나 조건이 매우 결정적이다. 이후 형성되는게 바로 마그마이며, 이 마그마의 물리적, 화학적 변화와 주변과의 간섭이 어떻게 이루어지는 지는 아직도 밝혀져야할 것들이 많다. 마그마가 여러 과정을 거쳐 만들어진 결과가 온갖 종류의 화성암인데, 화성암은 화학적, 광물학적 성질에 따라 매우 다양하게 나뉜다. 이들은 오늘날 판구조론과 연계되어 다양한 이야기가 등장하고 있다. 특히 화성암석학은 광물학, 지구화학과 밀접하게 교류하며 발전해나가고 있는 추세이다.

변성암석학의 기본은 '모암(母巖)'을 파악하는 것이다. 모암의 성분 차이가 변성암의 성분차이를 만들어내기 때문. 이후 이 변성암이 어떤 온도, 압력 조건을 거쳐가느냐에 따라 무수한 광물 조합을 만들어내며, 이 조합을 역추적하여 연구를 진행할 수 있다. 변성암은 궁극적으로 이 암석의 온도, 압력이 시간에 따라 어떻게 변해왔는지를 역추적하고, 나아가 이 암석이 변성되기 위해 요구되는 구조적 변화를 추적하여 판구조론적인 모델을 만들어내는 것을 목적으로 삼는다. 변성암은 과거 대륙과 지괴들의 수백 만년에서 수십 억년의 기나긴 역사를 복구해낼 수 있는 힘을 가지고 있기 때문이다. 실제로는 암석 내의 단 하나의 잘 자란 광물에서 수십 페이지의 논문이 흘러나올 수도 있다.

결론적으로 암석학자들에게 암석이란 역사학자들의 고문헌과 같은 존재이다. 암석을 '읽음'으로써 과거를 알아내어 지구의 역사를 복원하려고 하는 것이다. 사실 암석학이 다루는 암석이 지구에 국한될 필요가 없다. 암석학은 단순히 지구 내부의 물질을 넘어서서, 달, 화성, 운석, 우주선에 붙어서 같이 오는 우주먼지 등도 연구대상으로 삼고 있다. 실제로 NASA는 전문 엔지니어나 물리, 화학, 생물학 전공자 못지 않게 이런 암석학, 그리고 기타 분야의 지질학 전문가들도 굉장히 많이 채용하고 있다. 아폴로 계획의 후기 미션들은 이들의 활약이 없었으면 불가능했을 미션들이다.

• 대리암
• 화강암
• 현무암
• 편마암

2.7 광물학 (Mineralogy)

초염기성 암석을 박편(thinsection)으로 관찰한 모습. 광물의 일종인 사방휘석(opx)과 감람석(ol)이 화려한 간섭색을 만들어내고 있다. 박편을 통한 암석 관찰은 지질학자가 갖추어야할 기초 소양 중 하나라 할 수 있다.

이름에서 쉽게 유추할 수 있듯이 광물학은 광물에 대한 학문이다. 광물의 성질이나 산출조건, 혹은 광물 내의 성분 변화와 물성 변화를 기반으로 산출환경을 역유추해내기도 한다. 광물학 해당 항목 참조.

2.8 기타 분류

위와 같은 분야로 분류하는 것은 전통적으로 많은 대학교에서 기본적인 분류 기반으로 삼는다. 그렇지만 어느 학문이나 그렇듯이 경계가 엄밀하지 않다. 이것 말고도 다양한 세부 명칭들이 있다. 보통은 위와 같은 기초적인 지식들이 융합하여 지구에서 일어나는 현상이나 물질을 공부할 때 이들을 카테고리화한 것이다. 예컨대 화산학, 지진학, 지구동력학, 지하수학, 광상학, 층서학, 빙하학, 고기후학 등 온갖 이름들이 사용된다. 예컨대 화산학자라는 말은, 연구 주제가 화산이라는 것임을 지칭할 뿐, 그 접근법은 수없이 다양하다. 광물학적인 연구를 할 수도 있겠지만, 누군가는 인공위성을 통한 연구를, 또 누군가는 지구물리적인 연구를, 또 지구화학적, 암석학적, 퇴적학적 연구도 할 수 있을 것이다. 따라서 이러한 분류는 언제나 임의적이라는 걸 명심하자.

3 기타 관련 항목

• 눈덩이 지구
• 대멸종(대멸종의 목록은 해당 항목 참고)
• 빙하기
• 연대측정법
• 판게아
• 싱크홀



4 잘 알려진 지질학자 혹은 사회 유명인사

• 니콜라스 스테노 (Nicolas Steno) : 광물학, 지질학, 해부학, 고생물학 등 다방면에서 업적을 세웠으며 특히 누중의 법칙은 그의 법칙이다.
• 제임스 허턴 (James Hutton) : 지질학에서 가장 근본 원리로 지목되기도 하는 '동일과정' 법칙을 세운 사람. "현실은 과거의 열쇠다."라는 지질학의 기초적인 탐구자세를 말했다.
• 알프레트 베게너(Alfred Wegener) : 본업은 기상학자이지만, 현대지질학의 토대가 된 판구조론에 대한 실마리를 제공했다.
• 클레어 패터슨 (Clair Patterson) : 오늘날 누구나 아는 46억년 지구의 나이를 계산해낸 사람. 45.5억년이라는 값을 1956년 세상에 알렸다. 이후 납 측정의 전문가가 되었으며 해양학에 기여하고 세계 납 사용을 억제하는 데 지대한 공헌을 했다.
• 바인, 메튜스, 몰리(Vine, Mathews & Morley) : 고지자기 패턴을 기반으로 해령확장을 밝혀낸 3명.
• 해리 H. 헤스 (Harry Hammond Hess) : 맨틀이 대류하여 지판이 움직인다는 모델을 제시한 사람.
• 투조 윌슨 (J. Tuzo Wilson) : 하와이가 열점임을 제시하고 하와이 열도의 궤적을 해석해낸 사람으로, 그의 해석은 수능 문제로도 출제되었다. 또한 초대륙의 분열과 형성의 주기를 의미하는 윌슨주기도 그의 작품이다. 이외에도 여러 공헌을 한 바 있다.
• 월터 알바레즈 (Walter Alvarez) : 그 유명한 운석 충돌에 의한 공룡 멸종설을 제시한 사람. 물리학자인 그의 부친과 함께 이 이론을 제시하여 유명세를 탔다.
• 노먼 보웬 (Norman Bowen) : 유명한 열역학자이자 실험암석학자. 보웬 반응 계열로 유명하다.
• 빅토르 골드슈미트 (Victor Goldschmidt) : 지구화학의 아버지로 불리는 사람. 사실상 현대지구화학의 가장 근본적인 논리 틀을 다진 사람이다.
• 스티븐 제이 굴드 (Stephen Jay Gould) : 고생물학에서 가장 유명한 학자 중 한 명. 단속평형설.
• 브루스 헤이젠 (Bruce C. Heezen) : 마리(Marie Tharp)와 함께 대서양 중앙 해령의 모습을 그려내고 지형 자료를 구축해낸 해양학자이자 지질학자. 그의 자료는 판구조론의 성립에 지대한 공헌을 하게 된다.
• 폴 호프만 (Paul F. Hoffman) : 눈덩이 지구 이론을 제안한 사람.
• 아서 홈스 (Arthur Holmes) : 우라늄-납을 이용하여 최초로 방사성동위원소에 기반한 연대측정을 한 사람. 절대연대측정의 아버지이다.
• 잉게 레만 (Inge Lehmann) : 내핵-외핵 경계, 즉 레만 불연속면을 발견한 사람. 달리 말하면 내핵을 발견했다. 참고로 여성 과학자이다.
• 앤서니 브리튼(Anthony Britain) : 항목 참조.
• 앙드리자 모호로비치치(Andrija Mohorovicici) : 그 유명한 모호면을 발견한 사람. 맨틀과 지각의 경계를 그었다.
• 찰스 라이엘 (Charles Lyell) : 동일과정설(uniformitarianism)을 제시한 사람. 지질 현상은 극히 긴 시간 동안 천천히 일어난다는 토대를 설명했다. 라이엘의 이 학설은 찰스 다윈의 진화론에도 직접적으로 영향을 주었다. 라이엘 본인도 진화론을 적극적으로 지지했다.
• 에드워드 쥐스 (Edward Suess) : 곤드와나 대륙과 테티스해의 제시로 잘 알려져 있다. 또한 알프스의 지질학적 연구의 선구자이다.
• 로니에 톰슨 (Lonnie Thompson) : 빙하시추코어를 통한 연구의 선구자.
• 프랜시스 터너 (Francis J. Turner) : 변성상(Metamorphic facies)을 제시하여 변성암석학에 지대한 공헌을 함.
• 찰스 월콧 (Charles D. Walcott) : 그 유명한 버제스셰일을 발견한 사람.
• 해리슨 슈미트 (Harrison Hagan Schmitt) : 아폴로 17호의 달 착륙선 조종사이자, 인류 역사상 12번째로 달을 밟은 우주비행사. 아폴로 프로그램의 달 착륙 이후 진행할 달 연구와 전문 테스트 파일럿인 동료 우주비행사들에 대한 지질학 교육에서 큰 기여를 했지만 정작 본인이 탑승할 예정이었던 아폴로 18호가 취소되어 안습해졌다. 하지만 미국 과학계의 전폭적인 지지와 청원을 통해 조 엥글 대신 아폴로 17호의 달 착륙선 조종사로 배정되어 달을 밟았다.
• JYP 박진영이 연세대학교 지질학과 출신이다.
• 랜디 마시 : 이쪽은 가상의 인물

5 기타

장난으로라도 찌질학 내지는 저질학이라고 하지말자. 학계에 실례다.