화성암의 분류와 결정 크기 확인 실험

암석은 화성암, 퇴적암, 변성암의 세 종류로 분류가 되는데, 분류 기준은 암석의 생성 과정이 됩니다. 여기서, 화성암은 생성 과정을 살펴보면 마그마가 식어서 굳어지는 것이고, 생성 장소에 따라 화산암과 심성암으로 구분이 되는데, 여기서 화성암이 생성될 때 결정 크기를 확인하는 실험에 대해 정리를 해보겠습니다.

 

참고로 아래 링크의 마그마와 용암의 차이점에 대해 미리 읽어보시면 도움이 될 수 있습니다.

2024.01.23 - [과학] - 용암과 마그마의 차이

용암과 마그마의 차이

 

마그마의 냉각 속도에 따른 화성암의 분류

화성암은 마그마가 어디서 굳어지느냐에 따라서, 즉 생성되는 장소에 따라서 화산암과 심성암으로 구분이 되는데 이유는 생성 장소에 따라서 마그마가 식는 속도가 달라지고 이 마그마가 식는 속도가 다르면 광물 결정의 크기가 달라지기 때문입니다.

 

• 화산암 : 마그마가 지표에서 빠르게 식어서 생성된 암석으로 광물 결정의 크기가 작다. (현무암, 안산암, 유문암)
• 심성암 : 높은 온도와 압력 상태인 깊은 지하에서 서서히 식어서 생성된 암석으로 광물 결정의 크기가 크다. (반려암, 섬록암, 화강암)

 

화산암과 심성암의 결정 크기를 눈으로 비교할 수 있다.

 

마그마의 냉각 속도와 황성암의 결정 크기 관찰 실험

 

1. 스테아르산(Stearic acid)을 시험관에 넣고 비커 등에 물을 채운 후 가열하면서 중탕하여 녹입니다.

 

스테아르산 (Stearic acid), 이미지 출처: Wikipedia

 

2. 이렇게 녹인 스테아르산을 각각 더운물과 얼음물에 띄운 페트리 접시에 붓고 식힌 다음에 결정의 크기를 관찰합니다. 아래 이미지와 같이 그대로 시험관을 더운물과 얼음물에 담가도 무방합니다.

 

중탕하여 녹인 스테아르산을 각각 더운물과 얼음물에 띄운 페트리 접시에 붓고 식힌다.

 

3. 아래와 같이 더운물에서 식힌 스테아르산의 결정이 더 크게 관찰되는 실험 결과를 관찰할 수 있습니다. 이는 결정이 성장할 수 있는 시간이 충분하기 때문입니다.

구분	더운물 (지하 깊은 곳, 심성암)	얼음물 (지표, 화산암)
냉각 속도	느리다	빠르다
결정 크기	크다	작다

 

결정(Crystal)이라는 것은 물질을 이루는 분자들이 반복적으로 규칙적인 패턴을 가지고 배열하게 되는 것으로 예를 들면 액체가 식어서 고체가 될 때 분자들이 자유롭게 움직이다가 분자들이 활동성이 떨어지면서 서서히 일정한 배열을 이루게 됩니다.

 

이러한 결정이 생성되고 성장할 때 온도와 압력이 높은 환경에서 마그마가 아주 천천히 식게 되면 광물의 결정이 성장할 때 배열을 이룰 수 있는 시간이 충분하기 때문에 결정의 크기가 커진다고 이해를 하면 됩니다. 반면에 지표에서 빠르게 식게 되면 분자의 배열을 이룰 수 있는 시간이 짧기 때문에 작은 결정으로 성장하게 됩니다.

 

이 실험 결과로부터 마그마의 냉각 속도가 느릴수록 결정의 크기가 크다는 것을 알 수가 있고, 따라서 온도와 압력이 높은 지하 깊은 곳에서 생성되는 심성암의 결정 크기가 크다는 것을 간접적으로 확인할 수 있습니다.

 

화성암의 종류 정리

화성암의 종류를 정리해 보면 아래와 같이 요약할 수 있습니다.

광물 결정 크기	광물 종류 (좌측은 어두운색 광물, 우측으로 갈수록 밝은색)
작다 (화산암)	현무암	안산암	유문암
크다 (심성암)	반려암	섬록암	화강암