화학적 풍화작용이란 무엇일까요?

지난시간 물리적 풍화작용에 이어서

화학적 풍화작용 또한 넘어가면 섭섭하겟죠???

화학적 작용으로 변화가 일어난 조각상

화학적 풍화작용은 노출이된 암석 화학 반응을 통하여 용해가 일어나거나 구성 물질이 개별적으로 분리가 일어나게 됩니다. 토양수에는 무기산과 유기산에서 유래된 수소이온이 풍부합니다. 수소이온을 함유하는 풍화 용액이 맨 처음 암석에 접촉하는 곳은 암석에 생성된 틈을 통과하거나 구성 광물 결정의 경계부를 따라 일어나게 됩니다.

수소이온은 결정의 내부 구조에 확산되어 들어가면서 결합력을 약화시키며 장석의 Na, K와 Ca와 같은 원소들을 선택적으로 용출시킵니다. 이러한 원소들이 빠져나가면 광물은 불안정해지고 점토광물과 같은 새로운 이차 광물이 생성됩니다. 무기적이거나 유기적인 착이온은 그 크기가 커서 결정의 내부 구조로 확산되어 들어갈 수 없기 때문에 광물의 표면에서 용해작용을 일으키고 이차 광물의 침전을 일으킵니다. 이와 마찬가지로 미생물과 곰팡이류에서 유래되는 카르복실산과 다른 유기산들도 규산염 광물의 표면에 노출된 원소와 표면 화합물을 생성하기도 합니다. 이러한 화합물은 금속이온을 용액으로 방출시키는 역할에 도움이 됩니다. 수소이온이나 착이온의 작용에 의하여 일차 조암광물들은 용해가 일어나고 새로운 광물이 생성됩니다.

퇴적암을 제외하고

풍화를 받는 원래의 모암에는 존재하지 않지만 풍화과정 중 이차적으로 생성되는 점토광물은 풍화대에서 일차 조암광물인 AI-규산염 광물의 변질로 상당한 양이 만들어지며, 이들의 존재는 화학적 풍화가 일어났었다는 것을 증명한다고 할 수 있습니다.

화학적 풍화가 잘 일어나려면 상당한 양의 강수가 내려 많은 양의 산성을 띠는 토양수를 토양의 내부와 광물의 표면으로 운반시킬 수 있어야 합니다. 토양 내에서 산성의 토양수가 만들어지기 위해서는 지속적으로 낙엽과 같은 식물질과 미생물들이 공급되어야 하며, 이들이 급속 분해, 즉 산화작용이 일어나야 합니다. 이런 과정을 통하여 토양의 유기물 층준에서 유기산들이 만들어지기 떄문입니다. 이러한 조건을 가장 잘 갖춘 곳은 온대지방과 열대지방입니다.

이렇게 토양의 산성화는 지표의 식생과 밀접한 관계가 있습니다. 들어가보면 현재 토양의 산성화는 생물체의 활동, 즉 식물에서 분비되는 유기산에 의하여 조절되기 때문에 이로 인하여 풍화작용이 진행됩니다. 반면 육상에 식생이 출현하기 이전에는 토양에 유기물이 없었을 것이므로 토양수는 알칼리성을 띠었을 것이고, 이러한 조건은 현생에서 건조하여 식생을 지탱시켜 줄 수 없는 지대에서 알칼리성 토양을 관찰할 수 있는 것으로 유추해 볼 수 있습니다.

화학적 풍화작용을 살펴보기 이전에 먼저 대륙 지각을 구성하는 암석의 광물 및 화학 조성에 대하여 살펴보고, 이러한 배경 지식을 바탕으로 화학적 풍화작용을 지속적으로 살펴 보도록 할까요?

 

1. 대륙 지각의 조성

노출된 대륙 지각의 화학 및 광물 조성은 이로부터 유래되는 쇄설성 퇴적물의 화학 및 광물 조성을 결정짓습니다. 여러 가지 방법을 통하여 유추한 대륙 지각 상부의 화학 조성은 대체로 비슷한 결과를 나타냅니다.대륙 지각의 광물 조성은 화학 조성과 달리 분석 방법에 따라 약간 차이가 있습니다.Wedepohl은 심성암의 상대적인 비율을 이용하여 추정하였으며, Shaw등은 캐나다 순상지의 화학 조성으로부터 이들 암석에 들어있을 안정한 광물 조합을 이용하여 구하였습니다. 여기에는 각섬석과 운모와 같이 물을 함유하는 광물들도 포함되어 있습니다. Shaw등과 Wedepohl의 광물 조성결과는 석영과 사장석의 상대적인 함량은 비슷하지만 정장석과 염기성 광물의 조성에는 차이가 있습니다. Shaw 등의 광물 조성은 변성암 등을 포함한 노출된 암석을 대상으로 하였기에 이들이 제시한 광물 조성이 노출된 결정질 암석을 더 잘 대변한다고 할 수 있습니다. 그러나 Shaw 등의 결과에는 변성암에 흔히 나타나는 녹니석이 들어있지 않습니다.

Nebitt과 Young은 지표에 분포하는 심성암, 변성암과 화산암의 비율에 따르는 Blatt과 Jones의 화학 조성을 바탕으로 노출된 지각의 광물 조성을 재구성하여 보았습니다. 이들이 예측한 광물 조성이 대륙 지각 상부의 광물 조성에 가장 근접한 것으로 잘 알려지고 있습니다.Nesbitt과 Young의 추정치에 의하면 노출된 지각에는 석영이 약 20% 정도 함유되어 있는 것으로 되어있습니다. 석영은 지표에서 반응 속도나 열역학적인 관점에서 볼 때 화학 반응이 가장 느리게 일어나는 반면, 장석이 석영을 제외한 다른 광물들의 절반 이상을 차지하므로 대륙 지각을 구성하는 암석에는 장석의 화학적 풍화작용이 대륙 지각의 풍화작용에서 가장 중요하다고 할 수 있습니다. 즉, 지표에서 일어나는 화학적 풍화작용은 거의 대부분이 장석의 풍화작용으로 대변될 수 있다는 점입니다.

화학적 풍화작용에 대해서 알아보았습니다.