마그마가 지표나 지하에서 응고하여 이루어진 암석. 규산염을 주성분으로 하는 고온의 용융체인 마그마가 냉각·고결되어 생성된 암석의 총칭이다. 화성암은 마그마가 고결하였을 때의 환경조건에 따라 마그마가 지표로 분출하여 생긴 화산암과 마그마가 지하에서 고결하여 생긴 반심성암 및 심성암으로 구별된다. 심성암은 변성암류의 일부를 함유하며 지하 깊은 곳에서 형성된 암석류(화강암·편마암 등을 포함)의 총칭도 된다. 독일학파는 완정질(完晶質)이며 조립(粗粒)인 것을 심성암, 반정질(斑晶質)인 암석을 반심성암으로 분류하고, 화성암을 고결한 깊이에 따라 정의하였다. 그러나 화성암의 입자 크기는 냉각 조건과 휘발성 성분의 농도에 따라 다르고 입자크기와 고결한 깊이가 반드시 비례하지 않으므로 산출상(産出狀)·분포·형태 등에 의하여 화산암(분출암)과 관입암으로 나누어지게 되었다. 관입암으로 일괄되는 것 중에는 다량의 변성암류를 동반하는 종류와, 화산체 바로 밑에 있어서 소량의 접촉변성암밖에 동반하지 않는 종류가 있으므로 전자를 심성암군, 후자를 화산암군으로 분류하는 편이 더 적절하다는 견해도 있다
구조와 조직
야외나 표본자료에서 관찰되는 암석의 형태적 특징을 구조라고 하며 현미경으로 관찰되는 암석의 내부형태적 특징을 조직이라 한다. 화성암의 구조로는 주상절리·판상절리 등의 절리, 반정(斑晶) 광물의 배열방식에 의한 유리구조(流離構造) 등이 있다. 절리는 마그마나 화쇄암의 냉각 과정, 또는 그 후에 받은 응력(應力)의 분포를 따라 형성된다. 광물의 배열 방식은 마그마가 흘러내리는 방식, 각 조암광물의 밀도, 마그마의 밀도·점성 등에 따라 다르다. 무거운 광물은 중력에 의하여 아래로 가라앉기 쉬워 철·마그네슘이 풍부한 고철질(苦鐵質) 광물(감람석·휘석)이 집중적으로 암체의 하부에 분포하는 경우가 있다. 또 고철질 광물과 규장질(珪長質) 광물이 마치 지층과 같이 흑과 백의 띠를 만들어 거의 수평으로 배열되는 경우도 있다. 암체를 얇게 잘라 두께 0.03㎜의 박편을 만들면 화성암을 구성하는 규산염광물이 빛을 투과하여 여러 가지 광학적 성질을 나타내므로 편광현미경으로 관찰하면 광학적 성질에 따라 광물의 종류를 결정할 수 있다. 현미경으로 관찰되는 조직에는 결정도(結晶度), 결정입자의 크기, 결정끼리의 조합방식, 배열 등 암석의 미시적 특징에 따라 여러 가지가 있다. 결정도는 유리질 부분을 함유하지 않고 모두가 결정질인 완정질, 결정질과 유리질로 이루어진 반정질(半晶質), 유리질로 나눌 수 있다. 마그마는 급랭하면 규산염을 구성하고 있는 분자가 불규칙하게 배열된 유리질이 된다. 결정끼리의 조합방식에는 입상(粒狀)·등립상(等粒狀)·반상(斑狀；주위보다 조립 결정인 반정과 세립 또는 유리질인 석기로 이루어진다)·오피틱(휘석 속에 사장석이 들어 있다)·포이킬리틱(다수의 각종 광물이 다른 커다란 광물 속에 들어 있다)·유상(流狀；가늘고 긴 결정이 평행으로 배열되어 있다) 등이 있다.
변성암
변성작용에 의해 조직이나 광물 조성이 변화한 암석. 지각변동으로 암석이 땅속 깊이 박히거나, 화성암마그마의 관입을 받으면 암석을 구성하는 광물 사이에 반응이 일어나서, 그때까지와는 다른 새로운 광물이나 조직이 생성되어 암석의 성질이 변화한다. 이렇게 해서 생긴 암석이 변성암이다
종류
변성암의 성질은 원암(原岩)의 화학조성과 변성작용 조건에 의해 결정된다. 원암이 같아도 다른 조건에서는 다른 변성암이 되고, 같은 조건에서도 화학조성이 다른 것은 다른 광물조성을 가진다. 다음은 주요한 변성암의 몇 종류를 열거한 것이다.
점판암·천매암
입자가 매우 작고 편리가 잘발달한 암석으로 이질퇴적암이 비교적 낮은 온도에서 광역변성작용을 받을 때 생성된다. 점판암을 퇴적암에 포함시키는 경우도 많다.
흑색편암
이질퇴적암의 변성재결정작용이 조금 더 진행되면 편리와 호상구조가 잘 발달된 암석이 생긴다. 이러한 암석은 백운모나 녹니석은 풍부하나, 흑연 또는 조금 결정도가 낮은 탄소질을 포함하며, 일반적으로 검은색으로 보이기 때문에 흑색편암이라고 한다.
운모편암
온도가 더욱 높은 경우에는 녹니석 대신에 흑운모가 발생하며, 그것과 함께 백운모의 특징을 띠는 변성암이 된다. 이를 운모편암이라 한다.
녹색편암
염기성의 화성암이나 화산쇄설암이 비교적 낮은 온도에서 광역변성작용을 받으면 녹니석·녹렴석·녹섬석 등 녹색광물의 특징을 띠는, 편리가 강한 변성암이 생긴다. 이것이 녹색편암이다. 온도에 비해 압력이 높은 경우에는 남섬석 등의 고압광물이 생기고 남섬편암이 된다. 한편 흑색편암·운모편암·녹색편암 등을 총칭해서 결정편암이라 한다.
각섬암
염기성 화성암이 약간 높은 온도에서 변성작용을 받으면 사장석과 각섬석을 주성분으로 하는 각섬암이 생긴다. 이 2가지 광물 외에 주성분으로 녹렴석을 포함하는 것이 있는데, 이것을 녹렴석각섬암이라 한다. 각섬암은 광역변성작용에 의해서도 생기고 접촉변성작용에 의해서도 생기는데, 접촉변성작용의 경우에는 편리와 호상구조도 현저하지 않은 괴상의 각섬암을 만든다. 마찬가지로 석회질의 퇴적암과 이질의 퇴적암이 서로 접하고 있을 때, 그 경계부분에서 양쪽의 반응에 의해 사장석과 각섬석을 주성분으로 하는 각섬암 상태의 암석이 생기는 경우가 있다. 고압의 조건에서는 각섬암에 석류석이 생기는 수가 있는데, 이를 석류석각섬암이라 한다.
편마암
이질이나 사질의 퇴적암이 각섬암 정도의 변성조건에 의해서 재결정되면, 편리는 약하지만 호상구조가 뚜렷하고 약간 입자가 큰 암석이 생긴다. 이것이 편마암인데, 석영·장석·운모를 주성분으로 하며 화강암에 가까운 조성을 가진다. 또 편마암은 화강암보다 산화알루미늄과 철이 풍부한 것이 보통이어서 종종 근청석·석류석·규선석 등을 포함한다. 화강암 등의 심성암이 광역변성작용을 받으면, 흑운모나 각섬석이 성긴 평행배열을 하고 편마암과 비슷한 구조를 보이게 되는데, 이것을 화강편마암이라 한다.
그래뉼라이트
변성작용의 온도가 아주 높아지면, 운모나 각섬석 등의 합수성(含水性) 광물은 모두 불안정해져 분해되고 휘석·석류석·장석·석영 등의 무수광물로만 된 입자가 큰 변성암이 생긴다. 이러한 것을 일반적으로 그래뉼라이트라고 한다. 그레뉼라이트에는 호상구조는 있지만 편리는 거의 없다. 또 그래뉼라이트에는 석영과 장석이 갈색 또는 암청색에 물들어서 석영장석질의 광물도 어두운 색채를 띠는 경우가 많다. 또 함수광물을 전혀 가지고 있지 않은 그래뉼라이트는 선캄브리아대의 암석으로 된 순상지에서 거의 한정되어 산출된다.
에클로자이트
현무암질의 암석이 매우 높은 압력과 온도에서 변성작용을 받은 것으로 생각되는 변성암인데, 석류석과 염기성 휘석만으로 된 비교적 입자가 큰 암석이며 장석을 포함하지 않는다. 석류석은 마그네슘이 풍부하고 휘석은 나트륨이 풍부한 것이 전형적인데, 마그네슘이 부족하고 철이 풍부한 석류석이나 나트륨이 부족하고 칼슘이 풍부한 휘석으로 이루어진 것이 특징이다. 편리와 호상구조가 거의 없으며, 비중이 매우 큰 것도 특징이다. 고압저온변성대에서 벽돌모양으로 산출되거나 포유 암편으로도 발견된다. 또 편마암지대에서 렌즈모양 암체로서 나오는 경우도 있다.
혼펠스
접촉변성작용에 의해 생성되고, 편리가 없는 괴상조직이며 치밀한 암석이다. 가장 보편적인 주성분으로 흑운모를 함유하는 외에 암석의 조성이나 변성작용 온도의 높고 낮음에 따라 홍주석·근청석·사방휘석·규선석·커런덤 등을 포함한다. 염기성화성암이 접촉변성작용을 받으면 각섬암과 마찬가지로 사장석과 각섬석을 주성분으로 하는 혼펠스를 만든다. 이것은 각섬암의 일종이지만 각섬석혼펠스라고 한다.
대리석 및 스카른
석회암이 접촉변성작용을 받으면 대부분 방해석만으로 된 순백색의 입자가 크고 아름다운 암석이 생긴다. 이것을 대리석 또는 결정질석회암이라고 한다. 석회암에 약간의 이질퇴적물이 섞여 들어가거나 또는 관입화성암에 물질이 주입된 경우에는 칼슘으로 특징지워지는 여러 규산염광물로 이루어진 특수한 암석이 생긴다. 그것은 녹렴석·투휘석·칼슘석류석·규회석·회장석 등으로 된 것인데, 스카른이라고 한다. 스카른은 각섬암 속에 렌즈모양의 암체나 고온 교대광상(交代鑛床)의 모암으로 산출된다.
파이로변성암
화산의 용암에 박혀 들어간 포획암편(捕獲岩片)은 용암의 매우 높은 온도와 1기압 정도의 낮은 기압을 받아, 보통 변성암에서는 볼 수 없는 안정된 광물을 포함하는 경우가 있다. 보기를 들면 인규석·스피넬 등이다. 이러한 암석을 파이로변성암이라 한다. 파이로라는 것은 고온이라는 뜻인데, 극단적인 경우에는 암석이 일부 녹아 유리상태가 되어 그 속에 남아 있던 광물이 떠다니는 조직을 보인다. 위에서 본 바와 같이 점판암·천매암·결정편암 등은 비교적 낮은 온도(200∼300℃)에서 생성된 변성암이고, 각섬암·편마암의 생성온도는 좀더 높은 온도(400∼600℃)이고, 더 높은 온도(700℃ 이상)에서는 그래뉼라이트가 생긴다. 에클로자이트는 높은 압력(1만 기압 이상)에서 생성되고, 혼펠스나 파이로변성암은 낮은 압력과 변형작용이 일어나지 않는 조건에서 생긴다.
압쇄변성암
단층에 의해 암석체 안에서 변위가 생길 때 그 부분의 암석이 부서진다. 이러한 작용에 의해 생성된 특수한 구조, 즉 암석의 구조가 눌러 부서져서 분말과 같이 세립화하거나 광물에 뚜렷한 변형이 생기거나 한 것을 압쇄구조라 하고, 그런 구조를 갖는 암석을 압쇄암 또는 압쇄변성암이라 한다. 압쇄작용이 충분히 깊은 지하에서 일어나면 암석은 부서져도 응집성을 잃지 않고 단단한 암석의 성질을 유지한다. 이렇게 생긴 암석을 밀로나이트라 한다. 밀로나이트 중 장석류는 변형작용은 받으나 압쇄되기는 어렵고 좀 큰 결정으로 남아 있으나, 석영은 쉽게 세립화한다. 그 때문에 렌즈형 또는 타원형의 윤곽을 갖는 장석의 주위를 세립인 석영이 흐르는 듯한 조직을 보이며 에워싸고 있다. 한편 암석의 압쇄가 비교적 얕은 곳에서 일어나면, 크고 작은 각진 파편조각이 집합한 약하고 깨지기 쉬운 암석이 된다.
혼성암
선캄브리아대의 순상지 등에서 화강암과 편마암이 접하여 분포하고 있는 지역에서는 종종 양자가 혼합된 부분이 관찰된다. 즉 편마암 속에 화강암질의 가는 맥이 여러 가지 형태로 들어 있거나, 화강암 속에 크고 작은 변성암덩어리가 들어 있어 떠다니거나 하는데, 전체적으로 불균질 상태이다. 따라서 혼성암은 암석의 종류라기보다는 산출상태를 말한다.
충격변성암
운석이 땅 표면에 충돌할 때에는 아주 짧은 시간에 매우 높은 온도와 압력이 가해져, 그 충돌된 암석에는 지각 안에서는 실현될 수 없는 조건에서나 만들어질 수 있는 광물이 출현한다. 이러한 광물이 만든 암석이 충격변성암이고, 운석구멍의 주위에서 발견된다. 광물로서는 코자이트·스티쇼바이트 등의 석영의고압광물이나 무정형 석영 유리가 있다.
심성암
화성암 중에서 구성광물의 결정립이 크고 완정질이며 조직이 거친 것이다. 화성암 중에서 구성광물의 결정립이 크고 완정질(完晶質)이며 조직이 거친 것. 마그마가 지하 깊은 곳에서 서서히 고결된 것이라는 생각을 바탕으로 한 명칭이지만, 실제로는 세립의 화산암과 함께 산출되는 경우도 적지 않아서 조직의 거침과 생성의 깊이와는 직접 관련되지 않는다. 그래서 심성암이라는 용어를 없애고 조립암(粗粒岩)이라고 부르자는 의견도 있다. 심성암 광물에는 석영이나 장석과 같은 무색광물과, 운모·각섬석·휘석·감람석 등의 유색광물이 있다. 심성암은 유색광물의 양이 암석 전체의 40％에 달하는지의 여부에 따라 2종류로 나뉜다. 유색광물이 적은 종류는 무색광물의 조합에 따라, 대부분의 종류는 유색광물의 조합에 따라 다시 세분된다.
보석의 탄생 과정
광물과 암석은 본래 뜨거운 마그마가 식어서 굳어진 것이거나 또는 지각의 균열로 인해 지상으로 솟아올라 복잡한 분화과정을 거쳐 형성된다. 즉 특별한 성분이 농축되고, 수분이 많아진 고온·고압의 열수액이라는 일종의 수용액 속에서 특이한 광물이 이루어지는 것이다. 바로 이러한 과정을 통해서 금속 광물과 기타 광물의 광상이 생겨나는데 이런 현상이 일어나는 동안에 한쪽에서는 자연의 미묘한 차이로 인해 아름다운 보석으로 탄생할 결정이 생겨나는 것이라 추측되고 있다.
물론 보석의 종류에 따라 생성과정도 각기 다르다. 그러나 대체로, 일반적인 광상이 생겨나는 과정은 비슷한데 우리 주변예서 흔히 볼 수 있는 하나의 광석이 지하에서 형성되는 과정을 대략 설정해서 하나의 보석 이 탄생되는 과정을 살펴보자.
우선 지하에 녹아있던 마그마가 화산 활동으로 지표 가까이로 솟아올라 급격히 온도가 내려 가 굳어졌다고 가정하자. 이런 경우에 그 속에서 여러가지 광물결정이 생기게 되고, 또 성장할 만한 틈이 없으므로 마그마는 그대로 고체가 되어버린다. 그렇게 만들어진 고체는 유리질이 되므로 천연유리의 암석이 생긴다. 이 암석은 대부분 철분이 많아 까만색을 띄게 되는데 그것이 바로 흑요석이라는 광물이 되는 것이다. 화산이 많은 일본에서는 흑요석이 매우 많이 산출된다. 특히 나가노현의 흑요석의 십승석은 유명하다.
그러나 이와달리 만약 마그마가 매우 천천히 솟아올라 오랜 세월에 걸쳐 식게되면 우선 자철광 등 결정이 되기 쉬운 광물이, 녹아있는 마그마 속에서 분리되고 그것이 한곳에 모여 철의 광상을 만든다. 그런데 철광석이 반드시 보석과 관계가 없는 것만은 아니어서 해마다 이트 같은 것은 산화철로 이루어진 검은 보석의 하나로서 잘 알려져 있기도 하다.
한편 마그마로부터 무거운 광물이 먼저 분리됨에 따라 마그마 속의 수분이 늘어나면 유동성도 좋아지고 압력도 높아져 열수액의 상태가 된다. 열수액은 온도와 압력이 높으므로 여러 물질이 녹아내릴 수 있다. 그런 열수액이 바위의 균열 속으로 들어가서, 점점 온도가 내려가게 되면 그 속에서 여러가지 결정을 이루어 된다. 이렇게 생성되는 것이 수정, 장석, 운모. 전기석, 석류석, 녹주석, 토파즈, 휘석, 각섬석 등이고, 이런 것들의 규모가 커진 것을 페그마타이트라고 한다. 이 페그마타이트에서도 여러가지 보석이 채집되고 있는데 자수정, 토르말린, 가네트, 아쿠아마린, 토파즈 등이 여기서 나오는 보석들이다.
그리고 마그마가 수성암(퇴적암)과 접촉했을 때에, 그 경계면을 따라서 여러가지 광물이 생기는 경우가 있다. 특히 석회암과 화강암의 접촉부분 등에서 그런 현상이 보이는데 지질학 용어로는 그렇게 특별한 광물이 모여 있는 장소를 접촉광상이라고 부른다. 동광산(銅讓山), 연광산(銘鑛山) 등에는 접촉광상이 많은데 이런 장소에서도 보석이 될만한 광물이 다수 생성된다. 스리랑카의 라트나푸라에서 산출되는 여러 보석들도 석회암과 화강암의 접촉으로 생겨난 광물이 침식작용에 의해서 자갈과 함께 강바닥에 퇴적된 것으로 추측되고 있다. 루비, 사파이어, 토르말린, 토파즈, 가네트, 지르콘, 캐츠아이, 알렉산드라이트, 문스톤 등 헤아릴 수 없을 만큼 여러종류의 보석이 여기에 해당한다.
그러나 석회암과 화강암이 접촉했다고 해서 반드시 이와 같은 보석이 생긴다고는 할 수 없다. 각각의 모암 성분과 온도·압력·접촉시간 등 복합적인 요인이 어우러져야만 보석이 탄생하기 때문이다.
또 기성광상(氣狹鑛章)이라고 하여, 높은 온도의 중기형태로 각종 광물성분이 지하로부터 상승해서 틈이 큰 암석사이로 들어가, 그곳에 결정체를 만드는 경우가 있다. 그 모태가 되는 암석으로는 결정 편암류와 퇴적암 등이 있다. 콜롬비아의 에메랄드는 흑색 항암(貢崙)의 균열로부터 생긴 암석 속에서 산출되지만, 브라질과 아프리카의 에메랄드는 편암 속에서 산출된다고 추측된다.
지하의 깊은 곳에서 높은 압력하에 결정이 만들어지는 보석으로는 다이아몬드가 있는데, 다이아몬드는 수만 기압에서 섭씨 3천도가 넘는 열을 가하면 탄소가 결정을 이루어 생기는 것이다. 이처럼 높은 압력을 받아서 형성되는 보석으로는 비취도 해당된다.
한편 보석 중에는 높은 온도의 마그마와는 관계없이 물에 녹는 규산(이산화규소)이 침전되어 생기는 것도 있다.
오팔, 마노, 옥등이 그러한 작용에 의해 생긴다.