지표면이 마그마에 녹지 않는 이유는?

Question

마그마에는 모든 물질이 녹는걸로 알고있는데 지표면(땅)은 왜 마그마에 녹지 않는건가요?

또한 지구 안에 마그마가 있는데 그럼 내부는 다 녹아서 없어져야 되는거 아닌가요?

Answer 1

안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.

맨틀 상부와 지각에서는 특정 조건에서 암석이 부분적으로 녹게 된다. 이를 부분용융(partial melting)이라고 하는데, (1) 감압(decompression), (2) 수화(hydration) (3) 가열(heating) 세 가지 경우에 의해 가능해진다.

(1) 감압의 경우. 모종의 이유로[2] 암석이 놓인 곳의 압력이 낮아지면, 단열 곡선을 따르게 되고 이 때 조건이 맞다면 고상선(solidus)을 지나치게 된다. 이렇게 압력이 낮아지면서 녹는 경우를 감압 용융(decompression melting)이라고 한다.

(2) 수화의 경우. 암석에 물이 들어가면 보통 용융점이 내려가게 된다. 이는 열역학적으로 물과 용융물의 혼합체의 깁스 에너지가 고체와 물의 혼합체보다 더 큰 폭으로 하락하기 때문인데, 달리 말하면 물와 용융물의 엔트로피가 더 크기 때문이다. 물 뿐만 아니라 다른 휘발성 물질로도 용융점 강하를 일으킬 수 있으며, 지구 내부에서는 이산화 탄소가 물 다음으로 강한 효과를 가진다. 그러나 이산화 탄소의 함량은 보통 물에 비해 사소한 것이기에, 보통 이러한 방식의 용융은 물이 전담하고 있다.

(3) 가열의 경우. 당연하게도 암석을 단순히 가열하여도 녹일 수 있다.[3] 지구 내부에서는 고온의 열원이 근처에 접근하거나, 암석이 더 깊은 곳으로 들어가면서 암석이 가열될 수 있다. 예컨대, 충돌대에서는 암석이 지하 깊은 곳으로 파묻히면서 가열되고, 이때 용융점이 낮은 암석이 부분적으로 녹을 수 있다.

부분 용융에서 중요한 특징 중 하나는, 마그마의 성분은 녹기 전 암석과 성분이 다르다는 것이다. 예컨대 초염기성암에서 마그마가 만들어지면 염기성암이 되며, 염기성암이 부분용융되면 중성암이 만들어진다. 이는 규산염 함량이 더 낮은 광물이 부분 용융 과정에서 상대적으로 녹지 않으려 하기 때문이다. 맨틀의 경우, 휘석(SiO2=45-50 wt.%)과 감람석(SiO2=40-45 wt.%) 중 휘석은 감람석에 비해 훨씬 잘 녹는다.

어떤 방식으로든, 암석이 조금 녹게 되면 그 녹은 액체 성분이 광물 사이사이를 따라 고이다가 흐르고 결국 뭉치게 되는데, 이 뭉친 덩어리가 하나의 큰 굄을 구축하면 이를 마그마라고 부른다. 많은 마그마가 맨틀암이 녹은 것으로부터 출발한다고 생각되나, 지각 물질이 직접 녹은 경우도 있다.[4] 보통 맨틀에서 마그마가 형성되면, 온도는 1000~1400도 정도이며, 지각이 용융된 경우에는 화강암질 마그마가 만들어지고 이때 온도는 약 700~900도 정도로 생각하면 된다. 다만, 지구상의 거의 모든 화산 활동과 심성암체 성분 변화는 현무암으로부터 시작하기 때문에, 지구의 대부분의 마그마는 맨틀로부터 유래된 것으로 생각된다.

Answer 2

지표면에 부딪히면서 마그마가 식기 때문입니다.

마그마의 온도가 절대적으로 그 온도를 유지하지 않는 이상 반드시 온도는 감소합니다.

Answer 3

안녕하세요. 홍성택 과학전문가입니다.

마그마의 온도는 지하의 얕은곳의 경우 700~1250도 정도로 분포되어 있어 모든것을 녹이지는 않습니다.

Answer 4

안녕하세요. 과학전문가입니다.

마그마끼로 모여있기 때문입니다. 이게 분출이되어 지표면으로 흘러가게 되면 대기와 접촉하여 굳게 되는겁니다.