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수성암
수성암(水成巖, Acquecus rock)은 퇴적 작용으로 생긴 암석을 말한다. 기계적 퇴적 작용으로 생긴 사암ㆍ역암 따위의 쇄설암, 화학적 퇴적 작용으로 생긴 처트와 암염 따위의 화학적 침전암, 유기적 또는 생화학적 퇴적 작용으로 생긴 석회암, 석탄을 포함하는 유기적 퇴적암으로 나눈다.
목차
개요
수성암은 광물질 및 생물의 유해가 수중에서 침적 고결된 암석이다. 암석의 조각이나 미분, 수중에 용해한 광물질이나 생물의 유각(遺殼) 등이 수저 또는 지상에 층을 이루고 퇴적하여 오랜 세월 동안 굳어진 것이다. 수성암에는 물의 기계적 작용에 의해 만들어진 사암(sandstone), 점판암(claystone), 응회암(tuff), 물의 화학적 작용에 의한 석회암(limestone), 동식물의 퇴적에 의한 규조토(diatomaceous earth) 등이 있다.
사암이나 이암같이 퇴적물이 물 속에서 운반되어 물 밑에 퇴적되어 만들어진 암석이나 석회암이나 처트같이 물 속에 녹아 있던 물질이 퇴적되어 만들어진 암석을 말한다. 화성암에 대응되는 말로 쓰인다.
숫돌, 벼루, 구들장, 기와 등에 사용하는 돌로, 가열 시에도 깨지지 않음으로 삽겹살 구워 먹을 때 불판으로 사용하기도 한다.
색깔은 다양하다. 채석가의 돌도 응회암으로 숫돌을 만들기에 적합하다.
형성 및 특징
수성암은 침전암이라고도 부르며 무기광물이나 암석 부스러기, 동식물의 퇴적물이 퇴적되거나 고체화되어 형성되는데, 기존 암석(화성암 등)의 물리적 화학적 풍화 작용에 의해 발생되는 무기광물과 암석부스러기는 수성암으로 진화되는 과정에서 근원적인 역할을 맡게 되는 것이다. 이런 침전물들은 물이나 바람, 중력(비중을 의미), 빙하 등에 의해서 최종 퇴적 장소까지 운반되며, 운반되는 동안 침전물들이 부서지고 재 분류되게 된다. 이것은 대리석의 형성에 있어서 절대 필요한 과정이다.
산의 하단부나 강 바닥부분에는 입자가 굵은 사력층이 주로 퇴적되며, 모래는 바닷가까지 운반되어 퇴적된다. 그리고 고운 침니(모래보다 곱고 진흙보다 거친 침적토)와 진흙이 씻겨 석호, 습지, 만 등에 퇴적되며 탄산칼슘은 물에 녹아 용액 상태로 이동된다. 이런 운반과 분류의 과정을 통해 결과적으로 비슷한 크기, 모양, 조성(무게)의 무기광물이 모여 층을 형성하게 되는 것이다.
수성암의 독특한 특징 중의 하나는 층이 형성되어 있다는 것이다. 이것은 수 천년 동안 물이나 공기 등에 의해 작은 입자들이 침전되어 층을 이루게 되는 것이다. 이런 성층(Stratification)은 얇고, 고운 층(Layer)으로부터 수천 미터의 두께를 이루는 경우까지 매우 다양한 모습과 형태를 취하고 있다.
수성암 층은 주로 물의 흐름이 있던 장소 즉 대륙에 인접한 얕은 바다나 내륙에 있는 바다, 호수 등에서 대부분 발견되고 있으며 파도, 해류, 조류들이 침전물들이 최종 퇴적되는 곳에 도달할 수 있도록 운반의 모든 과정을 담당하고 있다. 이런 해류와 조류는 침전물들을 잘 분류하고, 다시 구분하고 재 분류하며 갈아내는 역할까지 수성암의 형성에 있어서 모든 과정에 관여하고 있는 것이다.
이렇게 퇴적된 침전물들은 수 만년의 세월 동안 두꺼운 덩어리를 이루게 되며(그 두께가 20 Km가 되는 경우도 있다.) 물리적, 화학적 변화에 의해 촘촘하게 밀착되고 단단해져 수성암으로 형성되는 것이다.
이런 수성암이 퇴적되는 속도와 방법은 여러 가지 요인에 의해서 영향을 받는 것이 보통이다. 천연 대리석의 첫 단계라 할 수 있는 석회암(라임스톤)은 25mm 의 퇴적층을 이루는데 약1천년 정도의 시간이 소요되는 것이다. 이렇게 형성된 퇴적층은 다시 무른 침전물들이 단단한 수성암으로 변환되는 과정 즉 결석(Lithification)의 과정을 거치게 되는데, 이런 과정은 지하수가 칼슘이나 탄산마그네슘, 실리카, 산화철과 같은 무기질을 녹여 침전물로 이주시켜 결석하게 되는 것이다. 이런 무기질은 무른 결정입자에 퇴적되어 결합을 돕는 결합제의 역할을 하는 것이다.
퇴적층이 연속해서 겹겹이 층을 이루게 되면 무게에 의해 압력이 발생하여 무른 침전물들이 촘촘하게 밀착하게 되고, 내부에 잔존하던 물을 압착하여 암석의 결정입자 간의 여유 공간을 최소화하게 된다. 여기에 순환되는 지하수가 전체적인 고체화 과정을 돕는 역할을 하기 때문에 입자 간의 무기질 결정화 과정이 더 활성화되게 된다. 이때 물의 온도가 결정화에 많은 영향을 주게 되는데 지열의 변화가 깊이 30m 당 약1℃의 변화 값을 나타내고 있어, 깊은 곳에서는 온도 만으로도 재결정화를 충분히 활성화 할 수 있는 것이다.
수 천년에 걸쳐 침전물이 단단해져 결석의 과정을 거쳤다 해도 기공이 있는 모암(Matrix,맥석)을 통해서 용액들은 계속 통과되고 있다. 이 때 기공을 통과하는 용액에는 약간의 무기광물이 함유되어 있어 결정입자의 성장을 촉진하거나, 암석의 구성 성분과 상호 교체되기도 한다. 라임스톤이 돌로스톤(Dolostone, 백운석)으로 교체 되듯이 성질이 변화하는 경우도 있습니다. 이런 현상은 디아지네시스(Diagenesis)라고 부르는데, 이것은 무른 침전물이 단지 단단하게 결석(Lithification)하는 공정보다는 넓은 의미의 과정이라 할 수 있다.
수분에 의한 결석의 과정과 동시에 침전물들은 지반의 움직임에 의해 반죽의 과정을 거치게 되는데 이런 지반의 작용에 의해 더욱 단단한 암석이 형성되는 것이다. 이런 침전물들은 보통 수평압과 수직압을 받게 되는데, 결과적으로 암석도 같은 종류의 압력을 받아 구조적으로 틈이 갈라지거나(Rift), 균열이 생기거나(Crack), 단층이 생기거나(Fault) 하는 것입니다. 시간이 흐르면 이런 틈새에는 암석층에서 스며 나온 지하수에 함유된 같은 종류의 무기질이나 여러 종류의 무기질들에 의해 채워지게 되며, 이렇게 촘촘하게 밀착되고 단단해진 암석들은 다양한 종류의 무기광물이 함유되어 다양한 구조와 색상을 나타내게 되는 것이다. 수성암에 가장 많이 함유되어 있는 광물로는 석영(Quartz), 방해석(Calcite), 백운석(Dolomite), 점토(Clay) 등이며 침전물의 근원에 따라 크게 2가지로 분류된다.
- 1) 쇄설성 침전물(Clastic Sediments)
쇄설성 침전물은 자연계의 자연적인 침식 작용으로 기존암석을 모체로 여러 가지 형태로 분리되어 발생한 무기광물과 암석 부스러기로 구성되어 있다. 주로 발원지 근처에서 퇴적되거나 혹은 물과 중력, 바람, 유빙에 의해서 그들이 퇴적된 곳까지 이송된 것이라 할 수 있다. 쇄설성 침전물의 대표적인 암석으로는 입자 크기에 따라 역암(Conglomerates), 각력암(Breccia), 이판암(Shale), 침니(Silt), 사암(Sandstone) 등으로 구별된다.
- 비쇄설성 침전물(Non-Clastic Sediments)
비쇄설 침전물은 동식물의 퇴적물이나 물에 의한 침전물로 기존의 암석이 아닌 새로운 원인에 의해 새롭게 형성된 무기광물로 구성되며, 생물화학적 수성암이라 할 수 있다. 육지에서 바다로 침전물이 이송되는 동안에 대리석의 주요 성분인 방해석(Calcite, 탄산칼슘 결정체)이 물에 녹는데 이것이 사암이나 이판암을 결합시키는 역할을 하는 것이다. 또한, 생명체에 의해서 흡수되어 그들의 뼈대나 껍질을 구성하며, 생명체가 죽었을 때 뼈대나 껍질은 분해의 과정을 거쳐 퇴적물이 된다. 이런 퇴적물은 시간이 흘러 라임스톤으로 진화하는 것입니다. 대표적인 암석으로는 그 조성에 따라 수정(Crystalline), 어란상암(Oolitic), 백운석(Dolomite), 화석(Fossiliferous), 석회석(Travertine) 등으로 구별할 수 있다.
모든 수성암의 전형적인 특징은 층을 형성하고 있는 것으로 이 층은 수성암이 진화되는 과정에서 변형에 의해 발생하는 것으로 지층 사이를 구별하는 선이 된다. 보통 이를 성층곡(Bedding Plane, 미국의 그랜드캐년 따위)이라 부르며 수 밀리미터에서 수백 미터에 달하는 것까지 다양한 두께를 나타낸다.
수성암의 성질
수성암 층은 주로 물의 흐름이 있던 장소 즉 대륙에 인접한 얕은 바다나 내륙에 있는 바다, 호수 등에서 대부분 발견되고 있으며 파도, 해류, 조류들이 침전물들이 최종 퇴적되는 곳에 도달할 수 있도록 운반의 모든 과정을 담당하고 있다. 이런 해류와 조류는 침전물들을 잘 분류하고, 다시 구분하고 재 분류하며 갈아내는 역할까지 수성암의 형성에 있어서 모든 과정에 관여하고 있는 것이다.
이렇게 퇴적된 침전물들은 수 만년의 세월 동안 두꺼운 덩어리를 이루게 되며(그 두께가 20 Km가 되는 경우도 있다.) 물리적, 화학적 변화에 의해 촘촘하게 밀착되고 단단해져 수성암으로 형성되는 것이다. 수성암에 가장 많이 함유되어 있는 광물로는 석영, 방해석, 백운석. 점토 등이다.
사암(sand stone)
사암은 연석 또는 순연석에 속하고 암석의 붕괴에 의하여 생긴 모래가 수중에 침전, 퇴적되어 점토나 탄소물질 등의 고결재에 의하여 경화된 암석이다.
사질에 따라 석영질사암, 화강암질사암, 운모질사암 등으로 구분되고, 고결재의 종류에 따라 규질, 석회질, 점토질,철질사암 등으로 구분된다. 함유광물의 성분에 따라 암석의 질, 내구성, 강도에 현저한 차이가 있으며, 일반적으로 규산질 사암이 가장 강하고 내구성이 크나 가공이 어렵다. 칠전사암은 철분의 산화 정도에 따라 흑색, 황갈색, 적색을 띠고 풍화되기 쉽다. 석회질 사암은 연하고 가공성이 좋으나 흡수율이 크고, 풍화되기 쉬우며 점토질사암도 비슷하다. 사암 중 경질사암은 구조용재에 적합하나 대체로 외관이 좋지 못하며, 연질사암은 실내장식재로 사용한다. 대부분 실리카와 탄산염(칼싸이트, 돌로마이트, 진흙, 탄소, 산화철)에 의해 결합된 석영질 덩어리라 할 수 있다.
가장 순수한 사암은 불순물이 거의 없는 이산화규소만으로 구성되어 있다. 보통 사암을 지칭하는 명칭 중에서 블루우스톤이나 브라운스톤이라고 칭하는 것은 사암의 한 종류로서 색상으로 인한 명명이라 할 수 있다. 블루우스톤은 강하고 견고하여 유럽의 여러 나라에서 도로의 경계석이나 계단, 기둥의 주춧돌로 사용되며, 브라운스톤은 주로 건축용으로 많이 사용되고 있다. 샌드스톤의 구성 성분의 기본 색상이나 양에 의해서 1차적으로 색상이 결정되고 함유된 광물 입자의 전체적인 색상에 의해서 샌드스톤의 최종 색상이 결정된다. 그래서 샌드스톤은 색상이 매우 다양하며 여기에 방해석이나 석영이 결합되면 더욱 밝은 색상을 나타낸다. 사암에 있어서 성분을 결합하는 결합제와 성분 미립자가 석영으로 구성 되어 있으면 결정석이 매우 단단한 종류로서 훌륭한 광택을 갖고 있다.
강한 사암은 가공이 어렵다 .가공성이 좋으면 흡수율이 크고 풍화되기 쉽고, 단단한 것은 구조용재로 적합하나 외관이 좋지 못하다 (연한 것은 실내 장식재로 사용)
이판암(clay stone)
점토분이 지압과 지열로 변질, 응고된 것으로 층상구조를 갖기 때문에 박판으로 채취할 수 있다. 회흑색으로 석질이 치밀하고 판석으로 만들 수 있으므로 슬레이트 지붕, 외벽, 마루 등에 쓰이며, 숫돌ㆍ비석 등으로 이용된다.
응회암(tuff)
화산회 또는 화산사 등이 퇴적되어 응고된 것과 암석의 부스러기가 섞여 고결된 것이 있다. 이들은 두꺼운 층으로 이루어져 있기 때문에 양이 풍부하고 채취가 용이하다. 조직의 조밀에 따라 응회암, 사질응회암, 각역질응회암으로 구분되며 회색 또는 담록색이다. 일반적으로 암질은 연하고 다공질로서 흡수율이 크기 때문에 동해를 받기 쉬우나 내화성이 우수하고 강도는 크지 않으므로 건축용으로는 부적당하나 중량이 가볍고 가공성이 좋으므로 특수장식재, 경량골재, 내화재 등에 사용된다.
석회암(lime stone)
라임스톤은 마블을 구성하는 재료의 가장 근원이 되는 석재이다. 즉, 지질학적으로 마블로 변환하는 원재료라 할 수 있다. 라임스톤을 구성하고 있는 석회(Lime)는 탄산칼슘이 주성분으로 산성의 물(탄산수)에 잘 녹는 특성을 갖고 있다. 이런 특성은 동굴에서 발견되는 라임스톤의 경우 탄산수 등의 산성의 물에 녹아 다시 퇴적된 형태 즉, 재결정 과정을 반복한 라임스톤을 형성하게 한다. 라임스톤은 탄산칼슘의 침전에 의해 직접적으로 진화되어 형성되었거나 아니면, 해조류나 산호, 백합, 연체동물, 원생동물에 의해서 생성된 탄산칼슘의 침전으로 진화되어 형성 되었다. 즉 고체화된 패류의 덩어리, 칼슘성분의 동물껍질 덩어리, 산호덩어리 등이 라임스톤이라 할 수 있다. 이런 라임스톤에는 많은 종류의 불순물이 포함되어 있는데 진흙과 모래, 산화철이나 역청탄(동식물의 잔해에 의해 발생됨) 등의 형태로 존재하고 있다. 순수한 라임스톤은 백색이지만 함유된 불순물에 따라 회색, 녹색, 갈색, 적색, 흑색 등의 색상을 갖고 있다. 모든 라임스톤은 대부분 칼싸이트(Calcite)로 되어 있으며, 산성을 만나면 거품을 내면서 반응하게 된다. 이런 라임스톤의 암석층은 여러 가지 지질학적, 화학적 환경에 의해 진화된 과정으로 인하여 대부분 50% 이상이 칼싸이트(Calcite)나 아라고나이트(Aragonite)로 구성되어 있으며, 여기에 백운석(Dolomite) 입자나, 석영(Quartz)입자, 진흙(Clay), 산화철(Iron Oxide) 입자 등, 기타 여러 가지 많은 종류의 암석 입자들이 혼합되어 여러 가지 구조와 색상을 나타내게 된다. 석질은 치밀하고 강도가 크나 내화성이 적고 화학적으로 산에는 약하다.(화열에 닿으면 분해가 일어나 강도가 소멸되는 단점)
참고자료
- 〈수성암〉, 《두산백과》
- 김성욱 조각가, 〈수성암 - 조각용 돌의 종류〉, 《다음카페》, 2011-12-21
- 김정수 회장, 〈수성암 성질〉, 《다음카페》, 2007-02-07
- 말총머리, 〈석재의 종류(성질에 의한 분류)〉, 《네이버 블로그》, 2006-11-14
- 〈암석의 형성1〉, 《화성시대》
같이 보기
