② 생성원리
– Crystal settling/floating – 밀도 차에 의해 생성
생성된 광물의 밀도가 마그마 보다 크면 가라앉고 작으면 뜬다. 그러다가 아래에 가라앉은 것은 마그마하고 접촉하지 않고 분리된다. 그래서 다른 광물을 생성한다.
– Inward crystallization
마그마가 올라오면 지각 주변부가 먼저 냉각되어 광물로 정출된다. 지속적으로 계속 정출되어 쌓이면 결국 분리된다. 점점 내부로 이동하여 분화 작용이 일어나게 된다.
– Filter pressing
외부에서 힘이 가해지면 눌러져 fault나 fracture를 따라 마그마가 액체로 빠져나가고 고체는 남는다. 그래서 분화작용이 일어난다.
Crystal settling/floating / Inward crystallization
⑶. 같은 조성을 가진 마그마의 용융(various degrees of partial melting)
① Trace elements의 경우
A ; 1% melting B: 5%melting
A마그마의 전체의 양은 적지만 La의 양은 더 많다. 왜냐면 incompactible element는 액체를 더 선호하기 때문이다. 그래서 B는 더 많이 용융되어 상대적인 La의 양이 A보다 적다. 즉 퍼센트가 틀린 것이다.
⇒ A: 마그마에 많은 La함유 B: 마그마에 A와 동일한 La의 비가 더 크다.
결과적으로 A가 상대적인 La의 비가 더 크다.
REE La —————————————-Lu
← LREE HREE →
이온반경 감소 →
LREE는 이온 반경이 크기 때문에 incompactible 원소로 더 액체를 선호한다. 그래서 용융 정도에 따라 경희토류 원소와 중희토류 원소의 양이 틀려진다. melting의 정도가 작을수록 La의 양이 많고 melting의 정도가 클수록 비슷해진다. 이것은 이온반경의 차이로 La가 액체를 Lu보다 더 선호하기 때문이다.
* Incompatible element
– 맨틀을 구성하고 있는 암석의 구성성분의 결정 구조에 쉽게 들어갈 수 없는 광물
– K, Rb, Cs, Ta, Nb, U, Th, Y, Hf, Zr
희토류 원소-La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tn, Yb, Lu
⇒ 이온반경이 크다. 이온 반경이 큰 원소를 받아들일 결정 구조를 갈질 수 없다. 그래서 열을 가하면 금방 빠져 나올 수 있다. 불안정하기 때문이다.
* Compatible element – 서로 호환이 가능 한 것
– 맨틀을 구성하는 있는 암석의 결정 구조 내에 들어가기를 선호하는 원소 감람석, 휘석
– Ni, Cr, Co, U, Sc
⇒ 이온반경이 작다. 그래서 Fe, Mg를 포함하는 결정 구조에 쉽게 들어 갈 수 있어안정하다. 원자가도 작고 이온 반경도 작아 치환 등의 여러 작용이 잘 일어난다.
⑷ 혼합작용(magma mixing)
성분이 다른 두 마그마가 섞여서 단일의 다소 균질한 파생 마그마를 만드는 작용으로, 어떤 면에서 보면 용액 불혼화의 반대임
① 혼합을 방해하는 것
– density contrast
예) 현무암질 마그마:2.85 g/㎠ 유문암질 마그마:2.65 g/㎠
⇒ 밀도 차에 의해 무거운 현무암 은 아래, 가벼운 유문암은 뜸, 이렇게 분리되어 혼합을 방해함.
– viscosity의 차이
현무암은 작고 유문암은 큼
– 온도 차이
현무암은 고온 (1000-1200℃)이고 유문암은 저온(650-800℃)임. 온도차이로 인해 기존암석이 녹아 새로운 결정이 생성 그래서 방해함. 결국 block이 형성되어 방해하게 되는것임.
② 혼합의 증거
– migling of magma
완전히 혼합이 이루어지기 전에 굳어졌기에 두 가지 종류가 나타남.
– disequilibrium mineral assemblage(비평형 광물 조합)
평형 상태에서 만들어 질 수 없는데 만들어 진 것이 있음. 예) 석영과 감람석
– reverse zoning in mineral
– glass inclusions
– chemical evidence
migling of magma / reverse zoning in mineral
glass inclusions / chemical evidence
⑸ Assimilation/Crustal contamination
① 마그마가 상승하는 동안에 주변암석을 흡수하여 용융 시키면, 마그마의 조성이 원래 조성과 달라지게 되는데 이것을 동화작용(assimilation)이라함. 이와 동시에 이것을 다른 말로 풀이해보면 마그마가 지각에 의해 오염되었다고 하는 데 이것을 contamination이라 함
② 완전한 물질이 동화 될려면 많은 열이 필요하며, 동화작용이 일어나면 동시에 contamination도 같이 발생한다. 이것을 AF(Assimilation Fraction at Crystallization) 이라 함.
③ 지각과 상승된 마그마 사이에 동시에 열을 주고 뺏으면서 지각은 용융되고 마그마에서는 정출이 일어나는 작용이 동시에 일어남
④ 마그마가 상승하면서 주위의 열을 빼앗기 때문에 액체 상태로 존재할 만한 온도까지 되고, 만약 지각이 용융상태의 온도와 비슷하게 되면 마그마가 지각을 녹이는데 용이하게 됨. 이 상황에서 마그마가 계속적으로 올라가면 지각의 온도가 증가, 열을 조금만 공급해도 용융되는 동화과정 이루어짐(증거: 포획암)
⑹ Liguid immiscibility
각각의 마그마가 서로 섞이지 않는 것이다. 이것은 물과 기름의 경우와 비슷하다. 이것 으로 대부분의 마그마 분화작용을 설명할 수 있다.
① 상평형도
② 2성분계의 평형정출작용
a(S 60%와 A40%)의 성분을 가진 마그마가 온도가 낮아지기 시작한다. 그러면 β지점에 왔을 때부터 고체를 생성하기 시작하는데 이때 생성되는 고체는 S이다. 온도가 더 내려가 γ지점이 되면 이때에도 계속 고체가 생성되며, 역시 S가 생성된다. 이 상태에서 마그마의 성분은 액상선을 따라간다. 그렇기에 58%A와 42%S의 화학조성을 갖는 마그마가 남게 된다. 결국 ⓒ점에 도달하게 되면 고상선과 만나기 때문에 액체의 생성은 없고 A와 S만 생성되기 시작한다. 요약해서 말을 하면 온도가 내려갈수록 액체의 양은 감소하고 고체의 양은 증가하며 공융점의 비를 갖고 고체가 생성하게 된다. 결국 기존의 마그만 성분과 같은 성분의 고체가 생성되는 것이다
③ 2성분계의 분별정출작용
*(An 80%와 Di 20%)의 마그마로부터 생성되는 광물은 다음과 같다. 우선 T1(β)이 되면 An이 생성된다. T2(γ)의 온도로 내려왔을 때 분별정출 작용이 일어났다고 가정해보자. 그러면 기존에 생성되었던 An은 밖으로 나가게 되고 이때의 마그마 성분이 원래의 마그마 성분과 달라지게 되는 것이다. 즉 An 80%와 Di 20%의 마그마 성분이 An 60%와 Di 40%으로 되는 것이다. 그러면 여기서 부터는 기존의 마그마 성분이 아닌 An 60%와 Di 40%의 마그마 성분을 바탕으로 하는 광물이 정출되는 것이다. 평형정출작용과 비교하여 설명하면, 평형정출 작용은 정출되는 암석의 성분이 한 종류이지만, 분별 정출작용의 경우는 정출되는 암석의 다양하게 나올 수 있다.