정답
㉠ 원생누대, ㉡ X선 형광 분석기(XRF), 암석 P는 현무암이며, 상부 맨틀에서 생성된 현무암질 마그마가 상승하면서 맨틀 파편을 포획해 지표 부근에 분출·관입한 뒤, 이후 융기와 침식을 거쳐 지표에 노출되었다.
출제 의도
지질 연령을 누대 단위로 분류하는 법, 화성암의 주성분 분석에 사용되는 대표적인 기기를 파악하는 능력, 그리고 맨틀 포획암을 포함한 화성암의 산상과 성인(생성 과정)을 종합하여 암석 이름과 지표 노출 과정을 설명할 수 있는지를 평가하는 문제이다.
풀이 과정
먼저 남포리층의 쇄설성 저어콘 연령이 약 \(1094 \text{ Ma}\)라고 주어져 있다. 이는 약 \(1.1 \text{ Ga}\)로, 선캄브리아대 후반의 원생누대(Proterozoic Eon)에 해당한다. 문제에서 “누대 단위”로 쓰라고 하였으므로 ㉠은 원생누대이다.
신생대 암석 P는 비현정질 조직을 보이며, 감람석 반정과 침상 사장석이 관찰된다고 하였다. 이는 빨리 식은 염기성 화산암, 즉 현무암의 전형적인 조암 광물 조합과 조직이다. 또한 유리 비드(glass bead)를 만들어 주성분 원소를 분석했다는 설명이 나온다. 암석 시료를 융합하여 만든 유리 비드를 이용해 주성분 산화물(SiO₂ 등)을 정량하는 대표적인 기기는 X선 형광 분석기(XRF)이므로, ㉡은 X선 형광 분석기이다.
분석 결과 SiO₂ 함량이 51.63 wt.%로, 화성암 분류에서 약 52% 미만의 SiO₂를 가지는 염기성 화산암은 현무암에 해당한다. 비현정질 조직, 감람석·사장석 조합, SiO₂ 함량을 종합하면 암석 P는 현무암으로 판단할 수 있다.
다음으로 밑줄 친 ㉢, 즉 맨틀 포획암이 지표에 노출되는 과정을 설명한다. 일부 지역의 암석 P는 맨틀 포획암(mantle xenolith)을 포함한다고 하였다. 맨틀 포획암은 상부 맨틀의 감람석, 단사휘석, 사방휘석 등으로 이루어진 점성질 페리도타이트 조각이, 상승하는 마그마에 의해 뜯겨 올라왔다가 굳어 버린 것이다. 상부 맨틀에서 부분 용융으로 생성된 현무암질 마그마가 상대적으로 빠르게 상승하면서 주변 상부 맨틀 암석의 조각을 포획하여 함께 끌어올린다. 이 마그마가 지표 또는 지표 가까이에서 분출·관입하여 현무암을 형성하고, 그 안에 맨틀 포획암이 그대로 보존된다. 이후 장기간에 걸친 지각의 융기와 풍화·침식 작용으로 덮고 있던 다른 지층이 제거되면, 맨틀 포획암을 포함한 현무암체가 현재처럼 지표에 노출된다.
여기에서부터 수식을 MathJax로 출력한다.
예를 들어 맨틀에서 마그마가 생성되는 과정을 단순화하면, 상부 맨틀 페리도타이트가 압력 감소에 의해 부분 용융하여 현무암질 마그마(\(\mathrm{magma}\))와 잔류 고체(\(\mathrm{residue}\))로 분리되는 것으로 생각할 수 있다.
$$ \text{peridotite} \;\longrightarrow\; \text{basaltic magma} + \text{residual peridotite} $$
이때 생성된 현무암질 마그마가 상승하면서 주변 잔류 페리도타이트의 조각을 포획해 맨틀 포획암으로 지표까지 운반하게 된다.
<풀이가 부정확할 수 있으니 반드시 교차검증 확인 바랍니다.>