지질학 — 1강: 암석·지층·지질 시대·광물

광물 (Mineral)

광물의 정의:
→ 자연에서 생성된 무기질 결정성 고체
→ 화학 조성 일정·규칙적 원자 배열
→ 약 4,500여 종 알려짐

광물 물리적 성질:
→ 경도 (Hardness): 모스 경도계 1~10
  1 활석·2 석고·3 방해석·4 형석
  5 인회석·6 정장석·7 수정·8 토파즈
  9 강옥·10 금강석 (다이아몬드)
→ 벽개 (Cleavage): 약한 결합면 따라 쪼개짐
  방해석: 3방향 벽개 / 운모: 1방향 완전 벽개
→ 깨짐 (Fracture): 불규칙하게 깨짐 (수정·석영)
→ 조흔색 (Streak): 도자기에 긁은 가루 색
  황철석: 금색 외관·흑색 조흔 (바보의 금)
→ 광택: 유리·금속·수지·진주
→ 비중 (Specific Gravity): 물 대비 밀도

규산염 광물 (Silicate Minerals):
→ 지각 구성 광물의 95% 이상
→ 기본 구조: SiO4 사면체
→ 주요 규산염 광물:
  석영 (Quartz): SiO2·유리 원료·반도체
  장석 (Feldspar): 지각에서 가장 풍부
    정장석 (KAlSi3O8)·사장석
  운모 (Mica): 판상 결정·칼리 운모·흑운모
  각섬석·휘석: 철·마그네슘 함유
  감람석 (Olivine): 상부 맨틀 주요 광물

비규산염 광물:
→ 탄산염: 방해석 (CaCO3)·백운석 (돌로마이트)
  석회암·대리석 구성
→ 황화물: 황철석 (FeS2)·방연석·섬아연석
  금속 광석
→ 산화물: 자철석·적철석 (철광석)·강옥
→ 할로겐화물: 암염 (NaCl)·형석
→ 황산염: 석고 (CaSO4·2H2O)·중정석

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암석 순환

화성암 (Igneous Rock):
→ 마그마 냉각·고화
→ 심성암 (Plutonic): 지하 서서히 냉각·큰 결정
  화강암: SiO2 많음·규장암질·밝은 색
  반려암: SiO2 적음·고철질·어두운 색
→ 화산암 (Volcanic): 지표 빠른 냉각·작은 결정
  현무암: 어두운 색·치밀 또는 다공
  유문암: 밝은 색·세립질
  안산암: 중간 성질
→ 반심성암 (암맥·암상): 중간 냉각 속도

퇴적암 (Sedimentary Rock):
→ 쇄설성: 암석 부스러기 퇴적·다짐·교결
  역암 (자갈)·사암 (모래)·셰일 (점토)
→ 화학적: 용액에서 침전
  석회암·암염·석고·처트 (SiO2 침전)
→ 유기적: 생물 유해 퇴적
  석회암 (패각·산호)·석탄 (식물)·처트 (방산충)
→ 층리 (Bedding): 수평 퇴적 지층
  지층 누중의 법칙: 아래 지층이 더 오래됨
  화석: 생물 생존 시대 표시

변성암 (Metamorphic Rock):
→ 열·압력에 의한 원래 암석 변형
→ 변성 작용 유형:
  접촉 변성: 마그마 관입 열에 의한 변성
    혼펠스·대리석·규암
  광역 변성: 조산 운동 고온·고압
    편암·편마암·점판암
→ 변성 등급: 저급 (낮은 온도·압력) ~ 고급 (높은 온도·압력)
  점판암 < 천매암 < 편암 < 편마암

암석 순환 (Rock Cycle):
→ 화성암 ↔ 퇴적암 ↔ 변성암 상호 전환
→ 에너지 원천: 지구 내부 열 + 태양 에너지
→ 물질 보존: 원자는 순환
→ 순환 경로:
  화성암→풍화·침식→퇴적물→퇴적암→매몰→변성암
  변성암→부분 용융→마그마→화성암

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지층과 지질 연대

상대 연령 측정:
→ 지층 누중의 법칙: 하위 지층이 더 오래됨
→ 관입의 법칙: 관입체는 관입된 암석보다 젊음
→ 화석 대비: 표준 화석으로 시대 결정
  표준 화석: 생존 기간 짧고 분포 넓은 생물
  삼엽충 (고생대)·암모나이트 (중생대)
  화폐석 (신생대 에오세)
→ 부정합 (Unconformity):
  시간 간격·침식면·지층 결락 의미

절대 연령 측정 (방사성 동위원소):
→ 방사성 붕괴: 불안정 동위원소 → 안정 동위원소
→ 반감기 (Half-Life): 방사성 원소의 절반이 붕괴하는 시간
→ 연대 측정 쌍:
  탄소-14 (반감기 5,730년): 유기물·고고학
  칼륨-40 → 아르곤-40 (반감기 13억 년): 화성암·오래된 암석
  우라늄-238 → 납-206 (반감기 45억 년): 지구 최초 암석
→ 연대 측정 한계: 오염·교란·원래 조성 불명

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지질 시대

지질 시대 구분:
→ 선캄브리아 (약 45억~5억 4천만 년 전):
  지구 역사의 88%·단세포~다세포 생물
  원생누대 말기: 에디아카라 동물군 (부드러운 몸)
→ 고생대 (Paleozoic, 5.4억~2.5억 년 전):
  캄브리아기 대폭발: 주요 동물 문 갑작스러운 출현
  오르도비스기: 삼엽충·갑옷 물고기 전성기
  실루리아기: 육상 식물·어류 출현
  데본기: "어류의 시대"·양서류 상륙
  석탄기: 숲 발달·거대 곤충·석탄 형성
  페름기: 파충류 발달→페름기 말 대멸종 (생물 96% 멸종)
→ 중생대 (Mesozoic, 2.5억~6.6천만 년 전):
  트라이아스기: 공룡·포유류 출현
  쥐라기: 공룡 전성기·시조새·초대륙 분열
  백악기: 꽃식물 번성·K-Pg 경계 대멸종 (공룡 멸종)
→ 신생대 (Cenozoic, 6.6천만 년~현재):
  팔레오기: 포유류 다양화
  네오기: 초원 발달·유인원
  제4기: 빙하기·인류 진화

대멸종 (Mass Extinction):
→ 5대 대멸종:
  오르도비스기 말 (44억 년 전): 85% 종 멸종
  데본기 후기 (36.5억 년 전): 해양 생물 75%
  페름기 말 (2.5억 년 전): 96% 종 (역대 최대)
  트라이아스기 말 (2억 년 전): 76%
  백악기 말 (6.6천만 년 전): 76%·공룡 멸종
    유카탄 반도 운석 충돌+화산 활동 원인
→ 6차 대멸종: 현재 인류 활동으로 진행 중

한반도 지질:
→ 선캄브리아 변성암: 경기 지괴·영남 지괴 (약 25억 년)
→ 고생대: 조선 누층군·평안 누층군 (석회암·석탄)
→ 중생대: 경상 분지 퇴적암 (공룡 화석)·화강암 관입
→ 신생대: 제주 화산·독도·울릉도 형성
→ 주요 지질 명소:
  두타연·한탄강 (현무암 협곡)
  전라북도 채석강 (퇴적암 절벽)
  강원 고생대 석회암 지대

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자주 묻는 질문

Q. 화강암과 현무암은 어떻게 구분하고, 각각 어디에서 만들어지나요? A. 화강암과 현무암의 차이는 두 가지 기준으로 설명됩니다. 첫째, 화학 조성입니다. 화강암은 SiO2 함량이 높아(65% 이상) ‘규장암질’ 또는 ‘산성암’으로 분류됩니다. 칼륨과 나트륨이 풍부하고, 밝은 색(분홍·흰색·회색)을 띱니다. 현무암은 SiO2 함량이 낮아(52% 이하) ‘고철질’ 또는 ‘염기성암’으로, 철과 마그네슘이 풍부하고 어두운 색을 띱니다. 둘째, 결정 크기입니다. 화강암은 지하 깊은 곳(심성암)에서 수백만~수천만 년에 걸쳐 서서히 냉각되어 큰 결정이 육안으로 보입니다. 현무암은 지표나 얕은 해저(화산암)에서 빠르게 냉각되어 결정이 매우 작거나 없습니다. 생성 환경을 보면, 화강암은 대륙 충돌대·섭입대의 심부에서 형성되며 한반도 중생대 화강암이 대표적입니다. 현무암은 해령(태평양 해저 대부분), 열점(하와이·제주도), 대륙 열곡대에서 형성됩니다.

Q. 방사성 연대 측정은 어떻게 믿을 수 있나요? A. 방사성 연대 측정의 신뢰성은 물리학 법칙에 근거합니다. 방사성 붕괴는 온도·압력·화학 환경에 관계없이 일정한 속도로 일어나는 자연 법칙입니다. 이 반감기는 실험실에서 정밀하게 측정되어 있습니다. 신뢰성을 높이는 방법은 세 가지입니다. 첫째, 독립적인 연대 측정 방법 간 교차 검증입니다. 우라늄-납·칼륨-아르곤·루비듐-스트론튬 등 서로 다른 방법으로 측정한 결과가 일치할 때 신뢰도가 높습니다. 둘째, 천문학적 독립 증거와의 일치입니다. 달 암석 연대, 운석 연대가 지구 형성 시기(약 45.6억 년)와 일관되게 일치합니다. 셋째, 공지연령 암석이나 알려진 나이의 역사적 유물에서의 검증입니다. 방사성 탄소(C-14) 연대는 나이테 연대기와 비교 검증되어 있습니다. 물론 오염이나 동위원소 이동이 있으면 오차가 생길 수 있지만, 이를 확인하는 방법론도 발전해 있습니다.