변성 작용 — 돌이 녹지 않고 다른 돌이 되는 법

건물 바닥의 대리암은 원래 바다에서 쌓인 석회암이었고, 산에서 흔히 보는 줄무늬 편마암은 진흙이 굳은 셰일이거나 화강암이었습니다. 그런데 그 돌들은 바뀌는 동안 한 번도 녹지 않았습니다. 녹았다 굳으면 화성암이 됩니다. 녹지 않고 고체인 채로 다른 돌이 되는 것이 변성 작용이고, 그 일을 하는 것은 땅속의 열과 압력입니다.

열과 압력이 고체인 채로 광물을 바꿉니다

암석이 땅속 깊이 묻히거나 뜨거운 마그마 곁에 놓이면 온도와 압력이 지표와 전혀 다릅니다. 그 조건에서 원래 광물은 불안정해져, 원자들이 고체 안에서 자리를 옮기며 새 광물로 다시 짜이고, 알갱이가 커지고, 눌리는 방향에 맞춰 줄지어 섭니다. 암석의 광물 조성과 조직이 바뀌는 것입니다. 변성을 일으키는 요인은 온도와 압력, 그리고 그 사이를 지나며 성분을 나르는 뜨거운 물입니다. 온도가 더 올라 암석이 녹기 시작하면 그때부터는 변성이 아니라 마그마의 생성입니다(마그마의 생성).

마그마 곁에서는 열이, 산맥 아래에서는 압력까지

변성은 어디서 일어나느냐로 둘로 나눕니다. 마그마가 암석 사이로 뚫고 들어오면 그 둘레의 암석이 열을 받습니다. 이것이 접촉 변성 작용입니다. 압력은 사방에서 고르게 걸릴 뿐 한쪽으로 세게 누르지 않으므로 광물이 줄지어 서지 않고, 변성된 범위도 관입한 마그마 둘레의 좁은 띠뿐입니다. 셰일은 단단하고 치밀한 혼펠스가, 석회암은 대리암이, 사암은 규암이 됩니다.

판과 판이 부딪혀 산맥이 솟는 곳에서는 넓은 지역의 암석이 깊이 묻혀 높은 열과 한 방향으로 센 압력을 함께 받습니다(판 경계). 이것이 광역 변성 작용입니다. 수백 km 에 걸쳐 일어나고, 광물이 압력에 맞춰 줄지어 서는 엽리가 생깁니다. 오래된 대륙의 바닥이 대부분 편마암인 것은 그 땅이 옛날 산맥의 뿌리였기 때문입니다.

엽리는 압력에 수직으로 섭니다

운모처럼 납작한 광물을 한 방향으로 누르면 납작한 면이 누르는 방향에 수직으로 눕습니다. 손바닥 사이에 카드를 쥐고 누르는 것과 같습니다. 그렇게 광물이 나란히 줄지어 선 면이 엽리이고, 엽리를 따라 암석이 얇게 쪼개집니다. 변성이 더 세지면 밝은 광물과 어두운 광물이 따로 모여 줄무늬를 이루는데, 이것이 편마암의 편마 구조입니다. 퇴적암의 층리가 쌓인 순서라면 엽리는 눌린 방향입니다 — 생김새는 닮아도 뜻이 다릅니다.

같은 셰일이라도 얼마나 센 열과 압력을 받았느냐에 따라 다른 돌이 됩니다. 약한 변성에서는 점판암(얇게 쪼개지는 돌), 조금 더 세면 천매암(비단처럼 반짝이는 면), 더 세면 운모가 눈에 보이는 편암, 가장 세면 줄무늬가 선 편마암입니다. 변성 정도가 높을수록 광물 알갱이가 굵어지고 엽리는 두꺼운 띠가 됩니다. 이 돌들이 지표로 올라와 부서지면 퇴적물이 되고, 더 뜨거워지면 녹아 마그마가 됩니다 — 변성암도 암석의 순환의 한 자리입니다.

시험에서는 이렇게 나옵니다

• 변성 작용의 요인 — 열 · 압력(· 화학 성분을 나르는 물). 녹지 않는다는 것이 화성암과 다른 점.
• 접촉 변성: 마그마 관입 둘레, 주로 열, 범위 좁음, 엽리 없음. 혼펠스 · 대리암 · 규암.
• 광역 변성: 조산대(판 충돌), 열 + 압력, 범위 넓음, 엽리 있음. 점판암 · 천매암 · 편암 · 편마암.
• 원암 → 변성암 짝: 셰일 → 점판암 → 천매암 → 편암 → 편마암 / 석회암 → 대리암 / 사암 → 규암 / 화강암 → 편마암.
• 엽리는 압력 방향에 수직. 변성 정도가 높을수록 알갱이가 굵어지고 띠가 뚜렷.
• 대리암에는 화석이 없습니다 — 석회암의 화석은 재결정되며 사라집니다.

자주 헷갈리는 것

• "변성암은 녹았다가 다시 굳은 돌이다" — 녹으면 화성암입니다. 변성은 고체 상태에서 일어납니다.
• "엽리는 층리와 같다" — 층리는 퇴적물이 쌓인 면이고 엽리는 광물이 눌려 줄지어 선 면입니다. 엽리는 변성암에만 있습니다.
• "엽리는 누르는 방향과 나란하다" — 수직입니다. 위아래로 누르면 엽리는 가로로 눕습니다.
• "대리암은 석회암이니 퇴적암이다" — 석회암이 변성된 변성암입니다. 염산을 떨어뜨리면 둘 다 거품이 나지만 대리암에는 화석과 층리가 없습니다.

정리합니다. 변성 작용은 암석이 녹지 않은 채 땅속의 열과 압력으로 광물 조성과 조직이 바뀌는 일입니다. 마그마 곁에서는 열만 받아 좁은 띠가 엽리 없이 변하는 접촉 변성이, 산맥 아래에서는 열과 한 방향의 압력을 함께 받아 넓은 지역에 엽리가 생기는 광역 변성이 일어납니다. 엽리는 압력에 수직으로 서고, 변성 정도가 높을수록 점판암에서 편마암으로 알갱이가 굵어집니다.