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화강암
화강암(花崗岩, Granite)은 대륙지각의 깊고 압력이 높은 곳에서 형성되는 규장실 심성암 중에 가장 흔히 발견되는 종류이다. 화강암은 주로 정장석과 사장석, 석영, 흑운모 등으로 이루어지나 각섬석, 백운모가 들어가 있는 경우도 있고, 그 밖에 조암광물로 자철석, 석류석, 저어콘, 인회석 등이 있다. 드물게 휘석이 있는 경우도 있다.
화강암의 색조는 분홍색, 밝은 회색을 띠는 경우가 대부분이다. 화강암의 노두는 토르를 형성하는 경우가 많고, 대부분 괴상을 이룬다. 관입하면서 벽암을 변성시켜 상대적으로 강한 암석으로 만드는 경우에는, 화강암 관입체 부분이 차별적으로 침식되어 분지를 이루는 경우가 종종 있다. 화강암은 괴상을 이루는 경우가 많기 때문에 내부구조가 없는 경우가 많고 강도가 높아서 건축용으로 폭넓게 적용된다.
개요[편집]
화강암(花崗岩, granite)은 규장질 마그마가 천천히 식으면서 만들어지는 화성암을 가리킨다. 순우리말로는 '쑥돌'이라고 하는데, 1970년대만 해도 자주 쓰는 말이었지만 21세기에는 화강암이란 표기에 밀려서 거의 사어가 되었다. 분홍색이나 흰색 계열 색을 띄는 경우가 보통이며, 흑운모나 각섬석이 조금씩 들어가 검은 점이 보인다. 학술적으로는 다음 조건을 만족하는 암석을 지시한다.
- 조립질 구조(coarse-grained): 구성 광물의 크기가 크다. 보통 눈으로 광물 구별이 가능할 정도의 구조를 말한다.
- 화성암(igneous rock): 마그마가 굳어서 만들어진 것.
- 필수광물(essential mineral): 석영, 사장석, 알칼리 장석(K-장석)으로 되어야 하고, 알칼리 장석의 함량이 사장석의 함량보다 많아야 한다.
3번 조건의 정량적인 제한조건은 QAP(quartz-alkali feldspar-plagioclase) 삼각도표로 정의할 수 있다.
화강암 혹은 이에 준하는 암석의 생성은 (1) 마그마의 분별결정작용 및 동화작용을 통한 진화 산물 (2) 규장질 암석(지각 암석)의 부분용융(anatexis)을 통한 생성 두 가지로 구분할 수 있다. 이 두 가지 문제는 변성암석학과 화성암석학의 접점에 있으며 이를 어떻게 구별해낼 것인가는 지질학에서 중요하게 다루는 문제이다.
Granite란 이름은 화강암의 조립질 구조와 관련하여 알갱이를 의미하는 라틴어 granum에서 유래했다. 한국어로 화강암은 중국 남부의 화강(花崗)이라는 곳에서 이 암석이 많이 산출된 데서 유래했다.
중학교 1학년 교과서에는 마그마가 지하 깊은 곳에서 천천히 식으면 알갱이가 큰 심성암이 만들어지고, 심성암의 종류에는 반려암, 화강암 등이 있다고 서술되어 있다.
명칭[편집]
일반적인 화강암에는 항상 소량의 사장석이 나타나며 사장석이 없는 경우에는 알칼리 화강암이라고 한다. 사장석의 함량이 많은 화강암은 화강섬록암이라고 부른다. 정장석의 함량이 사장석과 석영을 합한 양과 같은 경우에는 석영몬조나이트(quartzmonzonite)라고 한다. 흑운모와 백운모가 함께 발견되는 화강암은 바이너리화강암(binary granite)이라고 한다. 장석과 석영의 함량에 따라 화강암의 모스 경도는 5.5와 7사이가 된다. 밀도는 2.74에서 2.80 g/cm³ 사이에서 변하고 평균은 2.75 g/cm³이다.
특성[편집]
화강암의 장점은 암석의 결정이나 조성이 균질하지 않고(heterogeneous) 내부구조가 없어 잔류응력이 거의 없다는 것이다. 다시 말해 화강암 소재 자체의 뒤틀림이 거의 없다. 이 때문에 초 정밀성을 요구하는 반도체 장비 혹은 측정장비에는 화강암을 주춧대로 많이 사용한다. 석정반을 만들기도 하며 컬링에 사용되는 스톤 재료로도 쓰인다. 초콜릿이나 설탕, 반죽 따위의 되직한 것들이 들러붙지 않아 유럽에서는 조리대로 많이 쓴다.
일반적으로 상온 대기압 기준 수분이 거의 없는 화강암의 용융점은 1215~1260°C(2219~2300°F)이며, 물이 있으면 온도가 크게 감소하여 수백 메가파스칼의 압력이 작용하는 특정적인 고압의 상황에서는 용융점이 650°C까지 내려간다
화강암의 평균 밀도는 2.65~2.75 g/cm³이며 압축 강도는 일반적으로 200 MPa(29,000 psi) 이상이며 표준 온도 압력(STP)에 따른 점도수치는 3×10²⁰~6×10²⁰ pa•s 나온다.
흔한 돌 중에는 가장 단단한 덕에 오래 전부터 건축에 이용했다. 경도는 6~6.5 정도로 장석류와 비슷한 경도이다. 한국에서 옛 건물의 주춧돌은 거의 전부 화강암이며, 일부 토성과 벽돌로 지은 누각을 제외하면 성벽과 성문 또한 화강암을 다듬어 만들었다. 궁궐 안의 다리나 석축도 대부분 화강암이다. 치밀하고 무거워서 가공과 운반이 힘들지만, 자체의 강도와 무게 덕분에 쌓기만 해도 따로 기둥이나 구조재를 만들 필요가 없다. 돌 가공기술이 발전한 1990년대 이후 지어지는 건물 외장에도 연마한 화강암판을 사용한다. 가장 흔하게 구할 수 있는 석재라는 이유도 있지만, 강우와 일광에 의한 변질이 적으면서 고급스럽고 세련된 느낌을 준다는 덕이 크다. 이런 특징 때문에 2020년대 기준으로도 커튼 월 공법(일명 유리궁전)과 함께 대한민국 현대건축 외장을 양분한다. 반대로 1980년대까지 유행했던 일본식, 서양식 외장을 한 건물들은 관리가 불편하여 철거나 리모델링 등으로 도태되어 가는 중이다.
다만 단단하고 방향성이 없는 특성 탓에 쪼개기가 어렵다. 서양의 대리석 조각상에 비해 한국의 화강암 불상들이 대체로 투박해 보이는 것도 이 때문이다. 가공하기 어렵다는 점 때문에 화강암이 많이 분포하는 한국과 일본에선 전통적으로 석조 건물을 찾아보기 힘들고, 그 대신 목조 건축이 발달했다.
구성광물 중 석영 등 물의 풍화에 강한 광물이 많은 것도 건축에서 선호되는 점이다. 아주 단단하여 막대한 하중을 받는 피라미드 슬라브 등의 건축재료로 사용되었다. 물이 침투할 수 없고, 산성비에도 강해서 공기 오염에 잘 견뎌 도시건축에 이상적이며, 방수 덕에 등대 건축에 적합하다. 화강암이 풍화되면 화강암을 구성하는 광물들이 따로따로 떨어진다. 사장석은 고령토처럼 부드럽게 바뀌고 운모는 결결이 흩어져서 쪼개진다. 석영은 가장 단단한 덕에 풍화는 잘 안 되지만, 나머지 광물들이 흩어지면 결속력이 사라져 모래가 되어 부스러지고 씻겨서 하류로 흘러내려간다. 그래서 대한민국 강 하구와 바다에서 보는 희고 고운 모래의 대부분은 화강암에서 유래한 석영질이다. 이 석영질은 품질이 매우 좋아서 그대로 퍼서 유리 제품 제조에 써도 될 만큼이다.
방사성 동위원소가 다른 암석에 비해서 많다. 이는 아르곤으로 붕괴되는 칼륨의 함량이 높고, 우라늄이나 토륨의 함량도 높기 때문이다. 그래서 국토의 대부분이 화강암과 변성암으로 구성된 대한민국은 자연 방사능 수치가 높은 편이다. 물론 미세한 편이라서 피폭을 염려할 정도는 아니다. 애초에 피폭을 걱정할 수치였다면 사람이 살 수 있는 동네였을 리가 없다.
색조를 살짝 바꿔보면 왠지 그럴싸한 위장패턴이 된다. 영어로도 granite camo pattern이며, 여기서 따왔는지 대한민국 국군의 신형 위장패턴 이름도 화강암 패턴.
압축강도가 강하고 잔류응력도 없고 부식과 용식에도 강하다. 멀리 갈 것도 없이 석굴암이 화강암 조각인데 천년 세월을 버텼다. 다만 풍화작용의 끝판왕중 하나인 한반도 환절기 동파앞에선 화강암이고 뭐고 얄짤없이 깎여나가 버리기에 야외의 습기와 냉기에 무방비하게 수백 년 동안 방치된 화강암 조각상은 귀와 코가 많이 뭉개져 있는 모습을 볼 수 있다. 석굴암의 경우는 인공 석실 구조로 습기와 추위를 어느 정도 배제했기에 버틴 것이며 그나마도 일제 시대에 재발견되었을 땐 복원이 필수적일 정도로 석실이 붕괴되고 있었다.
컬링에 쓰이는 컬링 스톤도 화강암으로 만드는데, 아무 화강암이나 재료가 될 수는 없고 특수한 조건을 만족해야 한다.
고대 이집트의 코어 7이라고 불리는 화강암에 구멍을 내면서 떨어져 나간 조각과 그 외에 화강암 건축물들에 난 구멍들이 있는데, 문제는 그것이 당시 기술로는 불가능해 보이는 공정을 통해 이루어져 오파츠라는 이야기가 나왔었다. 이 원통 코어에는 절삭 기구의 흔적으로 보이는 촘촘한 나사산이 존재하는데, 화강암의 강도를 버티면서 절삭하고 거기에 나사산까지 남길 수 있는 제조법과 공구는 후대에 전수되지 않았다고 알려졌지만... 이건 한국에 한정되어 알려진 이야기이고 서양 학계, 특히 1983년 미국의 펜실베이니아 대학교 부속 박물관 간행 잡지 'Expedition Magazine'에 개재된 실험에 의하면 고대 이집트 시기의 구리/청동기 도구 만으로도 화강암 절삭이 가능함을 실증/고증해 냈다. 당시 펜실베이니아 대학교에서 실행한 절삭 실험은 세 가지이다.
- 고대 기술 비교 검증을 위한 현대의 공구, 다이아몬드를 붙힌 강철 원통 톱
- 고대 이집트 당시의 공구를 재현한 구리/청동기 원통 톱
- 위와 같지만 절삭시 주변에 널려 있었던 석영 모래 혹은 풍화된 화강암질 모래를 연마제로 사용
1번 실험의 강철 톱은 위 사진의 원통 유물처럼 어느정도 나사산까지 보였지만 생각처럼 쉽게 구멍이 뚫리지 않았고, 결정적으로 현대의 공구이고 비교 대상이라 제외. 2번 실험은 구멍이 뚫리긴 했지만 구리/청동기 톱날이 너무 쉽게 무뎌져 주기적으로 톱을 교체해야 했고 결정적으로 절삭된 원통 화강암에서 위 사진의 원통 유물처럼 촘촘한 나사선이 안보였다. 그런데 3번째 실험에서는 너무나도 쉽게 절삭이 가능했고 거기에 촘촘한 나사선까지 보였다. 즉, 다이아몬드를 연마할 때와 같은 강도를 지닌 고운 다이아몬드 가루를 사용하는 것처럼 화강암 덩어리와 같은 강도를 지닌 주변의 풍화된 화강암질 모래나 석영 모래를 연마제로 사용하면 단단하던 화강암이 너무나도 쉽게 잘렸다.특히 코어에 보이던 나사산은 원통 톱이 돌을 쓸어 나가면서 중간에 낀 모래 조각들에 의해 생겨난다는 것도 밝혀냈다. 거기에 3번 실험에서 조금 더 나아가 모래와 함께 물이나 당시에도 있었던 올리브유를 같이 섞어 윤활유로 사용하면 모래를 단일 연마제로 사용했을 때보다 더 빨리 절삭이 가능하다는 것도 밝혀냈다. 또한 물의 경우엔 너무 증발이 빨라 계속 보충해줘야 한다는 단점이 발견됐고 그래서 물보다는 올리브유를 사용하는게 더 낫다는 결과를 도출해 냈다. 올리브유의 경우, 이집트는 염장올리브를 가장 처음 먹었던 곳인만큼 올리브 재배도 성행했다.
즉, 연마제에 관한 문헌은 내려오지 않지만 당시 실험 고증을 통해 주변에 널린 재료만으로도 단단한 화강암을 구리/청동기 도구만으로도 얼마든지 가공했다는 걸 증명했다. 즉, 오파츠보다는 당대 현실로도 구현 가능했지만 실전되었던 로스트 테크놀로지라는 것.
일본에서는 미카게이시(御影石)라는 이름으로 흔히 부른다. 고베시 미카게에서 나는 화강암 석재가 유명해서 화강암 석재를 전반적으로 미카게라고 부르게 되었는데 그 명칭이 화강암 자체에까지 퍼진 것.
산출[편집]
화강암은 작게 나타날 때는 100 km² 이하의 암주와 비슷한 덩어리로 나타나지만, 크게 나타날 경우에는 조산대에서 저반 형태로 산출된다. 화강암 성분의 애플라이트라고 부르는 암맥이 화강암 관입체의 주변에 나타나기도 한다. 어떤 곳에서는 페그마타이트라고 하는 광물의 크기가 매우 굵은 부분이 나타나기도 한다. 화강암은 지질시대동안 계속 대륙지각을 관입해 왔으며 특히 대부분은 선캄브리아대에 형성되었다. 화강암은 대륙지각에 널리 분포하며 대륙 표면을 얇게 덮고 있는 퇴적물의 가장 흔한 기반암이기도 하다.
- 화학 성분
세계 여러 나라의 화강암의 성분별 평균 비중을 2485개의 분석에 기초하여 내림차순으로 나타내었다.[1]
- SiO₂ — 72.04%
- Al₂O₃ — 14.42%
- K₂O — 4.12%
- Na₂O — 3.69%
- CaO — 1.82%
- FeO — 1.68%
- Fe₂O₃ — 1.22%
- MgO — 0.71%
- TiO₂ — 0.30%
- P₂O₅ — 0.12%
- MnO — 0.05%
한국 분포[편집]
한반도에는 중생대의 긴 시간에 걸쳐 다량의 화강암질 마그마가 관입했다. 이 때문에 한반도에는 화강암이 매우 풍부하다. 익산 황등 지역은 널리 알려진 화강암 산지이다.
한국의 화강암은 대보화강암과 불국사화강암으로 분류된다. 시기와 지역이 다른데, 대보화강암이 먼저 생성되었고 한반도 중남부에 널리 분포하는 반면, 불국사화강암이 나중이고 남부지방에 분포하는 경우가 많다.
한국은 웬만한 지역에서 화강암이 나올 정도로 흔하여 보도블록, 공용계단 등 길거리에도 흔하게 쓰이는 암석인 반면, 유럽은 사암과 석회암, 대리석이 풍부한 대신 화강암은 페노스칸디아 일부 지역이나 알프스 산맥 주변부에만 분포하여 매우 희소하다. 또한 스코틀랜드의 도시 애버딘도 특이하게 그 지역만 화강암이 많아 별명이 화강암 도시이다. 특히 기후와 풍화에 강한 특성상 건물의 외장 마무리나, 부엌 싱크대, 정원 장식에 인기가 많아, 서로 대리석과 화강암을 교환하듯 수출하고 수입한다.
큰 분지나 골짜기를 이루는 경우도 있지만, 풍화에 강하다 보니 산 정상부에 노출되는 경우에는 수려한 경관을 이룬다. 금강산이나 설악산, 북한산 등이 대표적이다. 이렇게 노출된 암석으로 된 산체(山體)을 준평원상의 잔구라고 부르며, 노년기 지형의 하나이다. 보통 이렇게 풍화된 상태는 기기묘묘한 형상을 하기 때문에 기암괴석(奇巖怪石)이라 부른다. 설악산 공룡능선, 금강산 만물상이 대표적.
서울에도 북한산을 비롯해 곳곳의 지역에서 화강암괴가 지하에 널려있다. 특히 성북구의 돈암동, 안암동, 종암동은 일대에 화강암이 매우 많아서 뒤에 암이 붙은 동네이다. 서울의 중심지를 북서쪽으로 감싸면서 종로구 ─ 성북구 ─ 도봉구 ─ 노원구 ─ 남양주시로 이어지는 낙산 ─ 인왕산 ─ 삼각산 ─ 북한산 ─ 도봉산 ─ 불암산은 뿌리가 붙어 있는 하나의 화강암 덩어리이다. 서울 지하철 6호선은 유난히 화강암 지대를 많이 지나가는데, 보문역-안암역-고려대역 구간은 6호선뿐이 아니라 전국 지하철 중에도 손에 꼽는 난공사 구간이었다고 한다. 고려대는 역과 학교를 잇는 지하 통로를 만들려고 했으나, 포기했다. 기반이 전부 화강암이라 파기가 너무 어려워 공사에 천문학적인 예산이 들기 때문이다. 창신동-보문동-숭인동으로 이어지는 낙산은 조선말 때 화강암 채석장이었다. 또한 남산의 경우는 모든 지하철 노선이 우회하는데, 남산 대부분이 화강암이라는 것도 한몫한다. 신분당선 강북 연장을 계획했을 때 741번이 다니는 남산1호터널-삼일대로 루트가 아닌 동빙고로 우회하는 루트를 택할 수밖에 없었던 이유도 화강암 덩어리인 남산을 감히 뚫을 수 없었기 때문이다. (남산을 비롯한 서울 주위 산에 관통 터널이 적은 이유는 그 때문이기도 하다.) 대신 한 번 뚫어 놓으면 무너질 염려가 없다. 때문에 신분당선/연장 논의에 용산역 연장이 나온 것이다. 만약 남산이 없었다면 십중팔구 광화문 연장으로 정해졌을 것이다.
한반도의 지하수나 자연 하천의 수질과도 연관이 있다. 화강암은 부식이나 용식에 강해서 물에 성분이 잘 녹지 않고, 화강암이 풍화되어 만들어진 모래 토양은 물의 오염물질을 걸러내는 천연 필터 역할을 한다. 인위적인 환경 오염을 배제해도 센물과 같이 자연적으로 물에 미량원소가 많이 섞이면 용수로 쓰기 곤란한데 한반도는 이 화강암 덕분에 수질이 좋은 것.
잘 알려져있지 않은 사실인데 제주도 일부 지역의 지반 또한 화강암으로 구성되어있다. 제주도라고 하면 흔히 화산에서 분출된 용암으로 인해 생긴 검고, 구멍이 송송 뚫린 현무암만이 있다고 생각하는데 제주도는 신생대 3기 말에 점성이 큰 조면암질 마그마가 분출되어 서귀포층이 구성되었고 이후 신생대 4기에 현무암질 마그마가 분출되어 성산층, 화순층 등이 생성된 형태를 가지고 있다. 이 때문에 제주도의 지반 일부는 3기에 형성된 화강암으로 이루어져있으며 또한 일부 지표에서도 화강암을 발견할 수 있는데 이는 4기에 현무암질 마그마가 분출될 때 포획암 형태로 지반에 있던 화강암이 끌려 올라와 함께 분출되며 지표에 남게 된 것으로 서귀포에 위치한 돈내코 계곡이나 산방산 일대에서 관찰할 수 있다. 제주도에서 좋은 수질을 가진 생수 생산이 가능한 이유이기도 하다.
참고자료[편집]
같이 보기[편집]
