암석화 작용과 속성작용

 

암석화 작용(lithification)은 새로 퇴적된, 고결되지 않은 퇴적물이 퇴적암으로 천천히 변해가는 과정을 말한다, 암석화 작용이 진행되는 동안 보통 몇 가지 변화가 일어난다. 지질학자들은 퇴적물이 처음 쌓인 후, 그리고 암석화 작용이 진행되는 동안, 그리고 암석화 작용 이후에 일어나는 모든 화학적, 물리적, 생물학적 변화를 통틀어 속성작용(diagenesis)이라 한다.

속성과정을 통하여 최초로 일어나는 가장 간단한 변화는 쌓인 퇴적물의 무게 때문에 퇴적물 입자들 간에 힘이 가해지는 다짐작용(compaction)이다. 입자와 입자 사이에 공간인 공극이 줄어들면서 공극을 채우고 있던 물이 퇴적물 밖으로 짜여져 나오게 된다. 순환되는 공극수에 용해된 물질이 입자 사이에 공간에 침전하여 입자들을 엉겨 붙게 하는 작용을 고결작용(cemetation)이라 한다. 탄산칼슘은 가장 흔한 교절물질 가운데 하나이며(그림 6.11), 다른 강고한 교결 물질인 실리카도 퇴적입자들을 접합한다.

그림 6.11 사암의 교결작용. 중부 워싱턴주에서 채집한 사암의 박편. 모래입자들이 방해석 시멘트에 의해 교절되어 있다. 밝은 색 모래입자들은 사장석(pl), 갈색 입자들은 휘석(px), 크고 어두운 색의 입자들은 화산암의 암편(v)이다.

속성작용이 진행됨에 따라 불안정한 광물은 보다 안정된 광물 형태로 재결정된다. 이 재결정작용(recrystallization)은 특히 다공질의 생물초를 이루는 석회암에서 흔히 일어난다. 시간이 지나면서 살아있는 산호의 골격을 이루는 아라고나이트는 CaCO3 의 다른 광물형태인 방해석으로 재결정된다.

중요한 화학적 교대작용 역시 퇴적물에 영향을 준다, 산소가 풍부한 환경에서 유기 잔류물은 이산화탄소와 물로 빠르게 전환된다. 그러나 산소가 부족한 환경(환원환경)에서는 유기물은 완전히 부패하지 않고, 대신 천천히 고체 탄소로 변형된다.

토탄이 만들어진 후 석탄으로 천천히 전환되는 과정은 환원환경 하에서의 일어나는 속성작용의 한 예를 보여준다. 오래 전 지질학자들은 도탄과 석탄을 생성하는 식물들이 늪에서 살았던 사실을 인식했는데, 그 근거는 (1) 토탄에서 석탄에 이르는 완전한 물리 화학적 연속성이 존재하며, 토탄이 늪과 같은 환경조건하에서만 식물질이 석탄으로 화학적 변화를 일으킬 수 있을 것이라고 생각되기 때문이다.

마른 땅위와 흐르는 물속에는 산소가 풍부하다. 이런 조건하에서 죽은 식물체는 점차적으로 부패하여 없어진다. 그러나 고인 물 또는 거의 흐르지 않는 늪의 물속에 있는 식물체는 식물체를 산소와 수소로 쪼개 부분적으로 분해하는 혐기성 박테리아의 공격을 받는다. 이 두 원소는 방출되어 다양한 기체의 형태로 결합하고, 탄소는 점차 잔류물로 농축된다. 박테리아는 식물체를 파괴하지만 그 박테리아 자체는 죽은 식물체에서 유리된 독성을 가진 산성 물질 때문에 식물체를 파괴하는 그들의 역할을 끝내기도 전에 죽고 만다.

이런 과정을 거쳐 식물체는 점차 토탄으로 변해가는 것이다. 그러나 이 작용은, 강에서는 일어나지 않는데, 이는 흐르는 물이 새로운 산소를 끊임없이 공급하여 식물질을 분해시킬 뿐 아니라 독성물질을 희석하여 박테리아가 식물을 완전히 파괴하는 역할을 마칠 수 있도록 해주기 때문이다.

 

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