지각의 역사 담긴 화강암, 국토 연구엔 ‘보석’ : zum 뉴스

암석 속 과학 이야기

한국 주변에서 가장 흔히 볼 수 있는 암석 가운데 하나가 ‘화강암’이다. 도로 절개지와 주요 산악 지형, 석조 문화재와 건축물에 이르기까지 화강암은 일상 공간 곳곳에 노출돼 있다. 하지만 이 익숙한 암석은 결코 그저 그런 돌이 아니다. 화강암은 지각 깊은 곳에서 일어난 마그마 활동과 판구조 운동의 결과를 내부에 고스란히 기록한, 지각 진화의 중요한 증거물이다.

화강암은 주로 대륙 지각 내부의 수㎞에서 수십㎞ 깊이에 형성되는 심성암이다. 일반적으로 지각을 구성하는 물질이 녹아 형성된 산성 마그마가 지하에 머물며 서서히 냉각될 때 형성된다. 이 과정에서 석영, 장석, 흑운모 등의 광물이 결정화되고, 지각 내부에서 오랜 시간에 걸쳐 냉각되기 때문에 지표로 분출해 빠르게 식는 화산암과 달리 조립질의 결정질 조직이 발달한다.

산성 마그마로부터 형성된 화강암은 판구조 운동과 밀접하게 연결돼 있다. 판구조 운동은 지각을 구성하는 다양한 판들이 서로 다른 방향으로 움직이며 지각의 생성과 변형을 일으키는 과정을 뜻하는데, 화강암의 조성과 형성 시기는 지각이 언제, 어떤 방식으로 성장하고 이동되었는지를 추적하는 중요한 지질학적 기록으로 활용된다.

가장 대표적인 환경은 수렴 경계로 잘 알려진 ‘섭입대’이다. 해양지각이 대륙지각 아래로 섭입할 때, 수분을 함유한 해양지각과 퇴적물이 하부로 끌려 내려가면서 주로 물과 같은 유체가 방출된다.

이 유체는 맨틀 상부의 용융을 촉진하고 이로부터 공급된 열이 하부 대륙지각을 용융시켜 산성 마그마를 형성한다. 이 마그마가 지각 내부에 머물며 서서히 냉각될 경우 섭입대 환경에서 형성된 화강암으로 남게 된다.

또 다른 지각 환경 조건으로 ‘확장 환경’이 있다. 이 환경에서는 인장력에 의해 대륙지각이 늘어나면서 점차 얇아지고, 이러한 구조를 따라 상승한 고온의 맨틀이 지각에 직접적으로 열을 전달한다. 이 과정에서 얇아진 대륙지각은 높은 온도 아래에서 용융이 일어나 산성 마그마를 형성한다. 그 결과 수분 영향이 적고 산성이긴 해도 알칼리 성분이 상대적으로 더 포함된, 섭입대에서 형성된 화강암과는 구분되는 화강암이 생긴다.

이 외에도 대륙판끼리 충돌해 두꺼워진 지각이 재용융되며 형성된 화강암이나 섭입대에서 해양지각이 직접 용융돼 형성되는 ‘아다카이트’ 등 다양한 유형의 화강암이 존재한다. 이처럼 화강암은 지각이 겪어온 복합적인 진화 과정을 이해하는 데 핵심적인 정보를 제공하며, 지각 진화사의 복원에 활용되는 중요한 연구 자원이다.

한국에는 다양한 시기에 형성된 화강암이 분포한다. 특히 중생대 쥐라기와 백악기에 형성된 화강암이 널리 존재한다. 쥐라기 화강암은 전통적으로 ‘대보화강암’으로, 백악기 화강암은 ‘불국사 화강암’으로 불린다. 이들 화강암은 일반적으로 섭입대 환경과 관련된 마그마 활동의 산물로 해석해 왔다. 최근에는 이 시기에 섭입된 판의 이동 양상과 지각 조건을 더 구체적으로 규명하고, 쥐라기에서 백악기로 이어지는 한반도의 지각 진화사를 정밀하게 복원하려는 연구가 진행되고 있다.

화강암은 지질학적 연구를 넘어 다양한 영역에서도 의미를 지닌다. 특정 유망·유해 원소의 농집과 자연 방사선 분포와 관련되며, 암반의 구조적 특성은 국토 이용과 안전성 평가에서 중요한 고려 요소로 작용하기도 한다. 따라서 화강암의 분포와 성격을 정확히 이해하는 것은 자원 관리와 국토 안전, 환경 평가의 출발점이라 할 수 있다.

겉보기에는 변함없어 보이지만, 화강암은 수천만년에서 수억년에 걸친 지각 운동의 결과물이다. 그 내부에는 지구가 움직여 온 과정과 그에 따라 형성된 자원과 원소의 분포, 암반의 성격까지 정직하게 기록돼 있다. 화강암을 탐구하는 일이 우리가 서 있는 국토의 과거를 이해하고 미래를 준비하는 데 중요한 의미를 지니는 이유다.

이승환 한국지질자원연구원 선임연구원

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