암석 구조와 지질학적 시대 판별방법이 있나요?

Question

암석의 구조는 어떻게 형성되며 지질학적 시대를 판별하는 기준은 무엇일까요? 그리고 화석을 이용하여 지질학적 시대를 판별하는 방법은 무엇이며, 어떤 정보를 얻을 수 있는지 알고싶어요

Answer 1

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

암석의 구조는 지질학적 시대를 판별하는 데 중요한 역할을 합니다. 암석 구조 관찰은 주로 지질학적 현상을 해석할 때 사용됩니다. 암석 구조를 관찰하는 방법에는 다음과 같은 것들이 있습니다. 반투명한 암석에서는 빛이 반사되는 모습을 관찰할 수 있습니다. 이를 통해 암석 내부의 구조와 광물성분을 확인할 수 있습니다. 암석 내부의 미세 구조를 관찰하기 위해 마이크로 스코프를 사용합니다. 이를 통해 미세 구조와 광물성분을 확인할 수 있습니다.

지질학적 시대 판별 방법에는 다음과 같은 것들이 있습니다. 지층의 연대를 판별하여 지질학적 시대를 추정합니다. 지층은 쌓여 있는 두 개 이상의 암층으로 이루어져 있으며, 이들 암층의 연대를 판별하여 지질학적 시대를 추정합니다. 지질학적 시대 판별에 있어서 화석은 매우 중요한 역할을 합니다. 화석은 지질학적 시대별로 살아남은 생물의 흔적이며, 이를 통해 지질학적 시대를 판별할 수 있습니다.

Answer 2

안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.

암석구조

층리(Bedding)

퇴적암에서 색깔이나 입도를 달리하는 작은 층들이 대상이나 평행선 모양으로 배열된 구조로서 수평층리(horizontal bedding)와 사층리(cross bedding)로 구분된다. 이들 층리는 퇴적환경, 즉 계절의 변화나 퇴적장소의 수심, 운반매체의 유속과 유향 변화에 의해 형성되며 물이나 바람에 의해 운반된 점토, 모래, 자갈 같은 퇴적물은 호수나 깊은 바다의 흐름이 약해진 조용한 환경에 이르러 천천히 바닥에 쌓이게 된다. 이때 수평인 바닥 면과 나란히 쌓인 지층의 퇴적구조를 수평층리라 한다.

한편, 물결자국이나 사구 퇴적층의 단면에서 종종 관찰되는 사층리는 지속적인 흐름이 유지되는 환경에서 층리면이 수평면에 기울어져 쌓인 퇴적구조이다. 이런 사층리로부터 퇴적 당시의 바람이나 물의 흐름 방향과 세기, 지층의 상하를 판단할 수도 있다.

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수평층리, 경상북도 문경시 문경읍

중생대 쥐라기 봉명산층에서 발견된 석회암에, 어둡거나 밝은 색으로 구분되는 수평층리가 나타나고 있다.

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사층리, 강원도 태백시 동점동

고생대 캄브리아기 동점규암층에서 발견된 사암에 서로 기울어진 채 교차하고 있는 사층리가 나타나고 있다.

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물결자국(Ripple Mark)

전라남도 목포시 달동 허사도

섬의 해안에 노출된 이질 사암의 표면에 백악기의 물결자국(연흔)이 드러나 있다. 물결자국은 흐르는 물이나 바람에 의해 퇴적물이 운반되면서 파동 형태로 쌓여 만들어지는 것으로 지금의 강가와 해안에서도 볼 수 있다. 일정한 방향으로 흐르는 물이나 바람으로 만들어진 파동은 비대칭의 파동을 만들기 때문에 고수류의 방향을 알려주는 중요한 자료로 사용되기도 한다. 이곳의 물결자국은 양쪽으로 진동하는 파도에 의해 만들어진 파랑연흔으로서, 파동의 단면이 대칭이며 뾰족하다.

건열과 빗방울 자국(Mud crack & Rain Print)

점토는 수분의 양에 따라 팽창과 수축의 차가 매우 크다. 수분을 많이 포함하고 있던 개펄의 점토가 햇빛에 장시간 노출되면, 수분을 잃으면서 수축해 다각형의 형태로 표면이 갈라지게 되는데, 이것이 건열이다. 때에 따라서는 미처 마르지 않은 점토질의 표면에 짧은 시간 동안 비가 내려 빗방울의 흔적을 남기기도 한다. 건열이 나타난 지층의 단면을 관찰하면, 갈라진 틈의 형태가 아래쪽으로 좁아지는 쐐기꼴로 나타나며 이 틈이 모래 같은 퇴적물로 채워지기 때문에 지층의 위아래를 판단하는 근거가 된다.

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건열, 경상북도 의성군 사곡면

중생대 백악기 사곡층에서 발견된 이암 표면에 발달한 건열. 갈라진 조각 사이에 더 굵은 입자의 모래가 채워져 있다.

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빗방울자국, 경상북도 의성군 사곡면

중생대 백악기 사곡층에서 발견된 이암 표면의 빗방울자국으로서 지름은 약 4~8mm 정도이다.

암맥(Dyke)

맨틀의 대류와 지판의 움직임 과정에서 지하 깊은 곳의 암석이 용융되어 만들어지는 마그마는 압력이 증가하면서 지각의 약해진 틈을 뚫고 솟아오르기도 한다. 이때 지각의 갈라진 틈을 따라 얇고 넓은 판의 형태로 관입한 마그마가 지표에 이르지 못한 채 지각 내에서 식어 굳어진 것을 암맥이라 한다.

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암맥, 대구광역시 동구 불로동, 중생대 백악기 함안층 관입

실트암(오른쪽)을 관입한 소규모 암맥(왼쪽)의 접촉 경계 안쪽은 급격히 식으면서 치밀하게 굳은 냉각대(chilled zone)를 형성했으며, 관입 당한 실트암은 열변성으로 암질이 더욱 강화되었다.

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공룡 발자국, 경상남도 고성군 하이면 덕명리 해안

조각류 · 용각류 · 수각류 공룡 발자국이 관찰되는 이곳은 세계적으로 공룡 발자국의 빈도가 가장 높은 지역이다. 백악기의 대규모 화성활동으로 많은 암맥들이 관입되었으며 인접한 발자국 화석층을 열변성시켜 단단하게 만들었다.

유상구조(Flow Structure)

규소(Si) 성분이 많아 점도가 높은 산성용암은 지면을 따라 천천히 흐르며 냉각된다. 이때 용암 내부에 흐르는 방향을 따라 광물입자들이 늘어서면서, 암석에 유동의 흔적을 남긴다. 유상구조는 규장질 화산암인 유문암에 주로 나타나며, 석영과 알칼리장석의 작은 결정들이 배열되면서 무늬를 만든다.

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유상구조, 경상남도 양산시 원동면

중생대 백악기 유천층군의 유문암에서 발견된 이 구조에는 약 1~2mm의 광물반정들이 한 방향으로 늘어서 있다.

암석구조의 모식도

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A: 수평층리와 사층리

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B: 건열이 나타난 지층의 단면

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C: 암맥과 흔적화석

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D: 유상구조의 형성

지질구조

습곡과 편마상구조(Fold & Gneissosity)

조산운동과 같은 큰 규모의 횡압력은 지각 내의 암석에 스트레스를 주어 암석이 휘거나 끊어지게 한다. 특히 지하 깊은 곳의 온도가 비교적 높은 상태에서 가해지는 압력은 암석에 어느 정도의 유동성을 주기 때문에 암층이 끊기기보다 휘어지기가 쉬워져 습곡이 형성되며, 이때 퇴적암 내의 광물입자들은 변형되거나 합쳐지면서 더욱 큰 입자로 이루어진 편마암을 만들어내기도 한다. 이 과정에서 밝은 색과 어두운 색의 광물들이 나란히 번갈아 배열된 것을 편마상구조라 한다.

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습곡, 충청북도 제천시 수산면

선캄브리아 시대의 대리암에 정부(apex)가 날카롭고 날개가 평행하게 꺾인 셰브론 습곡(chevron fold)이 나타나 있다.

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편마상구조, 충청남도 아산시

선캄브리아 시대 호상 흑운모 편마암에 나타나고 있는 전형적인 편마상구조. 밝은 색 광물과 어두운 색 광물이 번갈아가며 나란히 배열되어 있다.

퇴적동시성 습곡과 단층(Syndepositional Fold & Fault)

습곡은 비교적 지하 깊은 곳의 단단한 암석층이 장기간의 강한 압력으로 부드러워지면서 휘어져 변형된 것이며, 단층은 암석에 비교적 짧은 시간 동안 강한 압력이 집중되어 암석의 구조가 파괴되면서 깨진 면을 따라 양쪽 암괴들이 상대적으로 움직여 변동된 구조를 말한다.

그러나 습곡과 단층은 이처럼 완전히 굳어진 암석에서만 만들어지는 것은 아니다. 아직 굳어지지 않은 퇴적층이 지진 등의 외부 충격으로 함몰되거나 사면을 따라 미끄러지면서, 퇴적층의 일부가 접히거나 끊어져 이와 유사한 구조를 형성하기도 한다. 이렇게 퇴적이 진행되는 도중에 형성된 습곡과 단층 같은 변형을 퇴적동시변형(Contemporaneous deformation)이라고 한다.

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선캄브리아 시대의 습곡 지층(Precambrian Folded Strata)

인천광역시 옹진군 백령면 남포리

조산운동과 같은 큰 규모의 횡압력은 지각 내의 암석에 스트레스를 주고 암석을 휘게 하여 습곡을 형성한다. 선캄브리아 시대의 변성암으로 이루어진 이 습곡 노두는 중앙의 큰 역단층을 경계로 왼쪽의 배사구조와 오른쪽의 급경사 지층으로 구성되어 있다. 이곳의 파쇄된 단층대는 풍화의 영향으로 골짜기를 형성하기도 한다.

절리(Joint)

암석이 외부의 힘에 의해, 또는 냉각과정에서 쪼개진 면으로서 단층과 달리 상하 또는 좌우로 움직임이 없이 쪼개진 틈만 벌어진 것을 말한다. 절리에는 쪼개지는 방향에 따라서 판상절리와 주상절리 등이 있다. 주상절리는 단면의 모양이 육각형이나 삼각형의 긴 기둥 모양을 이루는 절리로 화산암 암맥이나 용암, 용결응회암이 서서히 식어 수축하는 과정에서 나타난다. 주로 현무암이 넓게 지표에 분출되었던 제주도나 경기도 연천, 포항 등지에서 찾아볼 수 있으며, 제주도의 유명한 정방폭포와 천지연폭포가 바로 이런 지형에 형성된 폭포들이다.

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화강암 절리, 충청북도 단양군

단양군 대강면 사인암리 일대에 분포하는 월악산 화강암의 절리 노두

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주상절리, 경상북도 포항시 남구 연일읍 달전리

신생대 제3기 지층 내에서 발견된 현무암의 주상절리로서 단면이 육각형을 이룬 채 수직으로 길게 연장되어 있다.

지질구조의 모식도

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A: 습곡과 편마상구조

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B: 퇴적동시성 습곡과 단층의 형성과정

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C: 냉각으로 수축되는 현무암(왼쪽)과 이 결과로 나타난 주상절리의 모습