돌안에도 물과 소금이 있다?!

"우리가 흔히 보는 돌, 바위.. 이런 것들에도 물과 소금이 포함되어있다."
별로 그럴거 같아 보이지 않는 말이지만 사실입니다. 암석 내에 물과 소금 포함되어 있을 수 있는 경우는 크게 두 가지로 나누어서 생각할 수 있겠습니다. 암석 내의 공극에 포함되어 있는 경우와 암석 내에 직접 포함되어 있는 경우 두 가지로 생각해 볼 수 있습니다.

첫째의 경우, 대부분의 암석은 공극이라는 것을 가지고 있습니다. 암석은 광물들로 이루어 져 있죠. 즉, 광물들의 입자들이 조합되어 있는 상태입니다. 당연히 우리 눈에는 보이지 않지만 그들 사이에는 틈이 있고, 또 광물입자 자체에 흠이나 생성당시의 유체를 포함하는 포유물이 있을 수 있습니다. 이러한 것을 다 통털어 공극이라고 하는데 사암 같은 경우 전체 암석 부피의 약 25%를 넘기도 합니다. 일반적으로 암석이 지하에 있는 경우(특별히 지하수면 혹은 대수면 이하에 있는 경우)이 공극 속에는 물(지하수, 해수 등)이 차게 되고 당연히 물 내에 적은 양이지만 NaCl이 포함될 수 있겠죠. 뭐 꼭 지하에 있지 않아도 적은 양이라면 이슬이 맺히거나, 습기가 많거나 해도 공기중의 수분이 암석표면이나 공극에 엉기게 되니 뭐 어떤 암석이든 물과 소금을 가지고 있다고 하는 것도 아주 틀린 말은 아닌거 같군요. 이건 쉽게 생각할 수 있는 거구요.

두번째로 암석 내에 직접 물과 소금을 포함하는 경우가 있습니다. 암석은 광물의 조합이라고 말씀드렸죠. 이런 광물 중에 상당수는 물을 포함하고 있습니다. 예를 들면 여러분들이 흔히 들어보셨을 흑운모(화강암의 주구성광물 중 하나죠, 석영, 장석, 흑운모)라는 광물의 화학식을 한번 살펴보죠



흑운모(biotite)-K(Mg,Fe)3(Si3Al)O10(OH,F) 2


보시는 바와 같이 OH 기가 그 내에 포함되어 있죠. 이것은 물이 해리된 상태로 포함되어 있는 것인데 열이 가해지면 여기서 물이 튀어나오게 되지요. 이 외에도 각섬석이나 다른 운모류, 혹은 활석, 여러 점토광물 등 실제로 많은 광물들이 물을 분자구조 내에 포함하고 있습니다. 따라서 암석은 물을 을 포함하고 있다고 할 수 있겠죠. 특히 스멕타이트 같은 광물은 분자구조사이로 물을 전기적으로 포함하게 되는 데 이에 따라 그 부피가 20%이상 팽창하기도 합니다. 이런 광물은 포함하는 암석은 토목건축 등에서 구조물 및 지반의 안정성에 심각한 영향을 끼칠 수 있기 때문에 실제 건축현장에서도 중요하게 체크하는 암석이지요.

암석들이 물을 포함하는 것은 암석들이 형성되는 온도-압력 조건과 밀접한 연관이 있습니다. 암석의 특성을 실험할 때 물의 의한 영향을 없에려면 암석을 800도 이상 가열하는데 그렇게 되면 암석내에 포함되어 있는 물이 밖으로 나오게 됩니다. 실제로 대륙에서 화산활동을 일으키는 마그마(안산암질 혹은 화강암질 마그마)가 생성되는 데는 이러한 작용이 중요한 역할을 하게되는데 주로 이런 마그마가 형성되고 화산활동이 일어나는 주 경계는 지진대나 섭입대와 일치합니다. 해양판과 대륙판이 충돌하여 생기는 섭입경계에서 해양판이 대륙판 밑으로 침강할 때 온도와 압력이 높아지면서 암석은 물을 포함하는 광물들이 물이 없는 광물들로 그 조합이 점점 바뀌게 됩니다. 흑운모가 각섬석으로, 각섬석이 에클로자이트로 뭐 이런 식이죠. 이렇게 광물들 속에 포함되어 있던 물이 바깥쪽으로 나오면 바로접하고 있는 대륙판의 암석들에 직접적으로 영향을 미칩니다. 암석은 물이있으면 훨씬 낮은 온도에서 용해되는데 그래서 충돌하지 않는 곳에서는 같은 깊이에서 마그마가 형성되지 않지만 충돌하는 곳에서는 마그마가 형성되고 화산활동이 활발히 일어나게 되는 것이지요. 이것이 섭입경계와 지진대 그리고 화산활동대가 일치하게 되는 이유지요.

소금의 경우는 성분상 Na와 Cl을 포함하는 것들은 많이 있습니다. 하지만 Na와 Cl을 포함한다고 해서 직접 소금이라고 이야기하기는 쉽지 않겠죠. 그럼에도 불구하고 우리나라에서는 그리 흔하지 않지만, 소금을 포함하는 경우도 많이 있습니다. 대표적인 경우가 소금 그 자체가 광물인 경우입니다. halite(핼라이트)라는 광물은 소금 그 자체인데 간혹 이것이 퇴적암 내에 포함되는 경우가 있습니다. 이것은 증발암의 일종인데 퇴적암이 형성될 당시의 환경을 지시하는 요인이지요. 우리나라에도 간혹 발견되고 있습니다. 그리고,  어떤 경우는 아예 핼라이트만으로 이루어지는 암석들이 모여 지층을 이루기도 하는데 이것을 암염층이라고 하지요. 미국이나 유럽에는 자주 발견됩니다. 이런 것들은 확장환경에서 잘 생기는데 이런경우는 직접 소금을 광산의 형태로 체취하기도 하고, 이 지층은 굉장히 안정적이기 때문에 이 지층안에 터널을 파서 방사성폐기물처분장을 만들기도 합니다.

그리고 이 외에도 일반적으로 Na(나트륨) 나 Mg(마그네슘) 같은 성분은 광물 속에 상당량 포함되어 있는데 이런 것들이 지하수에 녹아 강을 따라 해수로 유입이 되기 때문에 바다가 짜지고 소금이 생성되는 거겠죠.. 따라서 사실상 바다물에 있는 소금은 육지 즉, 암석에서 왔다고 보는 것이 맞지요.

결론적으로 암석 내에는 물과 소금이 포함되어 있다고 봐도 틀린 말은 아니겠죠??