[강신종 쌤의 ‘재미있는 과학이야기’(10)] 지각의 90% 이상이 규산염 광물이죠

지각과 안쪽 맨틀 사이는 불연속면이에요

거대한 성운으로부터 지구가 만들어지고, 지구를 구성하는 지각 대기 해수 등은 현재까지 끊임없이 변화 해 왔다. 안드리자 모호로비치치(1857~1936)는 서울에서 약 8648㎞ 떨어진 크로아티아의 수도 자그레브 (Zagreb) 관측소에서 근무하면서 쿨파 계곡에서 발생한 지진을 기록 장치로 기록하였고, 측정된 자료를 비교해 일부 지진파는 다른 지진파에 비해 빨리 도달한다는 사실을 발견했다. 빠르게 도착한 일부 지진파 는 지구 내부 층을 통과할 때 속도가 빨라진다고 추론했다.

지각의 존재를 알다

상당한 시간이 지난 후 더 정밀한 기구에 의한 관측으로 불연속면이 확인됐고, 이를 지각과 맨틀 사이의 경계면으로 ‘모호로비치치의 불연속면(모호면)’이라 부른다. 이렇게 발견된 모호로비치치의 불연속면부터 지표면까지의 고체를 우리는 지각(earth crust)이라고 부른다. 피자(pizza)의 한 종류인 ‘치즈 크러스트’와 지각의 크러스트가 비슷한 의미를 갖고 있다. 크러스트(crust)는 ‘지각, 표면, 껍질, 딱딱한 표면’ 등의 뜻을 갖고 있는 단어다.

지각은 토양과 암석으로 돼 있으며, 암석은 ‘한 가지 이상의 광물로 구성된 집합체’이다. 지각을 구성하는 암석에는 장석, 석영, 휘석, 각섬석, 흑운모, 감람석 등이 있다. 지각을 구성하는 8대 원소는 산소(O), 규소(Si), 알루미늄(Al), 철(Fe), 칼슘(Ca), 나트륨(Na), 칼륨(K), 마그네슘(Mg) 등이 있다. 규소(Si)와 산소(O) 그리고 약간의 금속 원소로 이뤄진 규산염 광물은 지각의 대부분을 차지하고 있다.

광물은 2500여 종에 달해

약 2500종이 존재하는 광물은 여러 가지 원소가 모여서 만들어졌으며, 암석을 이루는 기본 단위다. 지각의 90% 이상을 차지하고 있는 규산염 광물의 기본 단위는 규소(Si) 1개와 산소(O) 4개의 공유 결합으로 이뤄진 Si-O 사면체를 기본구조로 한다. 규산염 광물은 Si-O 사면체로 이뤄진 기본 골격에 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 철(Fe) 등의 이온이 결합하면서 다양한 규산염 광물이 만들어진다.

사사기 9장 9절을 보면 “감람나무가 그들에게 이르되 나의 기름은 하나님과 사람을 영화롭게 하나니 내가 어찌 그것을 버리고 가서 나무들 위에 우쭐대리요 한지라”라는 내용이 있다. 성경에도 나오는 감람나무는 감람석과 연관이 있다.

감람석은 광물의 색이 마치 감람나무 열매처럼 녹색을 띠고 있어서 ‘감람’이라는 명칭이 붙여졌으며, Si-O 사면체가 1개로 이뤄진 독립된 사면체 결정구조를 갖는 대표적인 광물이다.

변성암과 화성암에서 흔하게 만들어지는 휘석은 Si-O 사면체가 한 줄로 길게 이어진 단일 사슬로 된 결정구조를 띠며, 제주도의 검은 현무암에도 휘석이 많이 포함돼 있다.

각섬석은 사면체가 2줄로 길게 이어진 구조이다. 칼슘을 많이 함유하고 있으며, 편마암과 편암의 주요 성분이다. 사면체가 평면으로 넓게 이어진 판상 구조는 운모(mica)가 대표적이며 운모는 백운모, 흑운모 등으로 나뉜다. 백운모는 유리의 대용·전기 절연체 따위로 사용되고 있다.

화강암이 구들장으로 쓰이죠

아주 오래전부터 아궁이에서 불을 때면 방바닥 밑의 구들장이 뜨거워지는 난방 방식을 사용해 왔다. 이때 구들장으로 사용된 암석은 화강암이며, 화강암에는 흑운모가 함유돼 있다.

규산염 광물은 Si-O 사면체를 기본구조로 1줄로 길게 이어진 단일사슬 구조, 2줄로 길게 이어진 2중 사슬 구조, 평면으로 넓게 이어진 판상구조 등 총 4가지 구조와 대표 물질을 말한다. 또한 다음 시간에 다룰 탄소화합물도 탄소(C) 1개와 수소(H) 4개가 공유 결합을 해 만들어진 C-H 사면체를 기본구조로 다양한 화합물이 형성됐다는 측면에서 지각과 생명체를 구성하는 다양한 광물과 탄소 화합물은 특정한 규칙에 따라 결합돼 만들어졌다고 할 수 있다. 용화여고 교사

◆통합과학 성취기준

이 글은 고등학교 1학년 학생들 이 배우는 통합과학 중심으로 구 성됐으며 이번 호는 “지각과 생명 체를 구성하는 다양한 광물과 탄 소 화합물은 특정한 규칙에 따라 결합되어 만들어진다”는 성취 기 준을 주제로 하고 있습니다.

강신종 < 용화여고 교사 >