암석, 광물, 지질 구조의 형성

화산은 환경을 만든다. 이것은 1963년에 Surtsey라고 불리는 새로운 해저 화산이 아이슬란드의 남쪽에서 폭발했을 때 매우 극적으로 증명되었고 텔레비전에서 보여졌다. 바닷물이 개방된 화산 분출구로 들어갔고 증기, 가스, 바위 조각, 그리고 화산재가 수 킬로미터 상공으로 던져졌기 때문에, 그 분출은 극도로 격렬했다. 그 이후로 이런 종류의 분출은 '수르테얀'이라고 불려왔다. 용암 원뿔은 표면 위로 떠오를 정도로 높았고, 그곳에서 지금의 서트세이 섬을 형성했다. 그것이 식자, 바다 새들이 그것에 정착하기 시작했다. 그들은 식물의 씨앗을 운반했고, 천천히 식물과 동물들이 새로운 땅을 식민지화하기 시작했다.
비록 이것이 오랜 시간이 걸릴 수 있지만, 파괴적인 분출로 인한 손상도 복구된다. 1883년 인도네시아의 자바 섬과 수마트라 섬 사이의 순다 해협에서 일어난 크라카타우의 분화는 크라카타우 자체와 인접한 두 섬의 거의 모든 생물을 파괴했다. 3년 후 용암은 군데군데 얇은 남세균층으로 덮여 있었고, 몇몇 이끼류, 양치류, 그리고 4개의 풀을 포함한 약 15종의 꽃식물들이 자리를 잡았다. 1906년쯤에는 숲이 있었는데, 지금은 울창한 숲이다. 1884년에 발견된 유일한 동물은 거미였지만, 1889년까지 많은 절지동물들과 몇몇 도마뱀들이 있었다. 1908년, 202종의 동물들이 크라카타우에 살고 있었고, 박쥐만이 유일한 포유류였지만, 29종의 동물들이 근처의 섬들 중 하나에 살고 있었다. 쥐는 1918년에 도입된 것으로 보인다. 종들은 계속해서 도착했고, 1933년에는 1100마리가 기록되었다(KENDEIGH, 1974).
녹은 마그마가 냉각되어 결정화되어 형성된 암석을 라틴어 igneus(불의)에서 유래하여 'igneous'라고 부르며, 모든 암석은 화성암이거나 화성암에서 파생된 것이다. 맨틀의 녹은 물질이 완전히 새로운 표면 암석의 유일한 원천이기 때문에, 이것은 분명하다. 만약 마그마가 암석을 식히기 전에 표면에 도달했다면 '돌출'이라고 알려져 있다; 만약 마그마가 그것이 강요된 오래된 암석으로 둘러싸인 표면 아래에서 식었다면, 그것은 '침입'이라고 불린다. 침입암은 풍화의 결과로 나중에 노출될 수 있다. 화성암만이 침입을 형성할 수 있는 것은 아니다. 암염(NaCl)은 훨씬 더 밀도가 높은 바위 아래에 대량으로 축적될 수 있으며 소금 돔을 형성하기 위해 매우 천천히 상승할 수 있다. 소금 돔은 지질학자들이 석유를 탐사하기 위해 의도적으로 찾지만 때때로 표면을 뚫고 들어가기도 한다. 이런 일이 일어날 때 소금은 다음과 같이 내리막길로 흐를 수 있다.
암석의 성질은 우선 화학적 조성에 달려 있다. 철과 마그네슘의 화합물이 풍부하면 어둡고, 석영과 장석처럼 실리카가 풍부하면 옅은 색을 띤다. 두 극단 사이의 록은 '메소크라테스'라고 불린다. 암석은 각각 특정한 화학적 구성을 가진 광물로 구성되어 있으며, 광물은 식으면서 결정화된다. 많은 광물들이 그들이 함유하고 있는 화학 물질, 특히 금속을 위해 채굴되며, 일부는 보석으로 가치가 있다. 결정화는 원자가 종결정 표면의 특정 부위에 결합하여 3차원 격자를 형성하면서 진행된다. 그것은 원자들이 이동할 자유가 있는 곳에서만 발생할 수 있기 때문에 녹은 암석이 더 천천히 식을수록 그것이 포함할 가능성이 더 크다. 결정 크기는 바위의 전체적인 특성에 기여하는 결정 구조를 제공한다. 암석의 종류는 그것의 형성 상황에 의해서도 결정된다. 땅 표면이나 해저를 가로질러 시트 형태로 흐르는 용암은 종종 어둡고 결이 고운 단단한 바위인 현무암을 형성한다. 현무암은 지구 상부 지각의 약 70%를 덮고 있어 모든 암석 중에서 가장 흔하다; 대부분의 해저는 현무암이 퇴적물로 덮여 있고, 인도의 데칸 트랩과 같은 광대한 고원을 형성한다. 침입성 화성암은 일반적으로 밝은 색의 화강암 유형이다. 그러나 이를 넘어서면 화성암의 식별과 분류는 다소 복잡하다.
해저에 형성된 암석은 위로 밀려 올라가 마른 땅이 되거나 해수면이 하락할 때 노출될 수 있다. 구조판의 움직임은 이제 이것이 일어나는 주요한 메커니즘으로 여겨진다. 두 개의 판이 충돌하는 곳에서 바위의 구김살은 현재 인도판과 유라시아판 사이에서 일어나고 있는 것처럼 히말라야판을 높이면서 산의 사슬을 높일 수 있다. 히말라야 산맥은 테티스 해의 폐쇄에 따라 약 5,200만년에서 4,900만년 전에 형성되기 시작했으며, 알프스 산맥과 연결되어 있으며, 알프스 산맥은 여러 판의 매우 복잡한 움직임으로 인해 약 2억년 전에 형성되기 시작했다(WINDLY, 1984). 지각암의 압축에 의한 산사슬의 형성은 '오로제네시스'라고 알려져 있다.
영국의 풍경은 일련의 오로제에 의해 형성되었다. 첫 번째는 스코틀랜드가 여전히 북아메리카에 가입되어 있던 시기로 약 5억 년 전에 시작되어 칼레도니아 애팔래치아 산맥(WINDLY, 1984)과 노르웨이 북부의 산맥을 생산했다. 애팔래치아인들은 후에 약 3억 6천만 년 전의 아카디아 오로제와 약 2억 9천만 년 전의 알레게니아 오로제의 영향을 받았다. 유럽은 헤르키니안과 우랄리안의 오로젠시스의 영향을 받았는데, 이 두 가지는 알레게니안과 거의 같은 시기에 발생했다. 그림 2.3은 여러 가지 오로제의 영향을 받는 유럽 지역을 보여준다.
화성암 관입은 주변의 부드러운 암석이 풍화 작용을 통해 노출될 수 있다. 모양이 대략 원형이고 측면이 거의 수직인 이러한 노출된 관입물은 표면적이 25㎢ 미만인 경우 '보스'라고 하고 더 큰 경우 '욕조'(종종 훨씬 더 큼)라고 한다. Dartmoor와 Bodmin Moor는 영국의 Devon과 Cornwall에 있으며 화강암 분지 표면에 놓여 있다.
그러나 산이 항상 화성암으로 형성되는 것은 아니다. 알프스 산맥과 히말라야 산맥의 높은 고도에는 해양 생물의 화석 껍질이 있는데, 이들 산은 해저 퇴적물에서 형성된 암석이 구겨지면서 형성되었음을 보여준다.
많은 퇴적암들은 화성암이나 다른 암석들로부터 침식되어 바람이나 더 일반적으로 물에 의해 그것들이 정착하는 장소로 운반되는 광물 알갱이들로 구성된다. 다른 것들은 '생물학적' 기원이라고 하며, 한때 살아있던 유기체의 불용성 잔해에서 유래한다. 예를 들어, 석회석은 널리 분포되어 있다. 대부분의 퇴적물은 강이 그것들을 운반해 온 해저 위에 층을 이루어 정착한다. 퇴적된 환경 조건의 주기적인 변화는 침전을 멈추고 나중에 다시 시작하게 할 수 있으며, 물이나 퇴적물 자체의 화학적 변화는 퇴적물 자체와 그것들이 전환될 수 있는 암석에 기록될 것이다.
사암은 아마도 가장 친숙한 퇴적암으로, 주로 모래 알갱이로 구성되어 있으며, 원래 화성암으로 결정화된 석영(silica, SiO2)으로 만들어졌다. 모래 알갱이보다 훨씬 작은 점토 입자들은 흙돌을 만들기 위해 함께 뭉쳐질 수 있다. 탄산칼슘이 풍부한 퇴적물은 주로 조개껍질의 잔해로 이루어져 있고 많은 화석을 포함하고 있으며 석회암과 돌로마이트(돌로마이트라고 불리는 광물과 구별하기 위해 '돌로스톤'이라고도 한다)를 형성한다. (HOMES, 1965). 퇴적물로 퇴적된 입자는 나중에 퇴적물 위에 놓인 압력과 그 후에 그들 안으로 유입된 화합물의 시멘트 작용에 의해 암석으로 변한다. 저온에서 일어나는 이 과정을 '다이아제네시스'라고 한다. 어떤 퇴적암은 매우 단단하고, 특히 사암과 석회암은 우수하고 내구성이 좋은 건축용 돌을 만든다. 퇴적암은 일단 형성되면, 특히 표면에 노출되면 새로운 풍화의 영향을 받기 때문에, 퇴적암은 지속적으로 형성되고 다시 형성된다.
퇴적물은 '침대'라고 불리는 수평층에 퇴적되지만, 이후 지각의 움직임은 종종 퇴적물을 접거나 파괴한다. 침대가 뒤집힐 때까지 접히는 것은 드문 일이 아니며, 암석 지층 연구에서 퇴적물이 퇴적된 환경 조건의 재구성은 종종 그것들이 형성되었을 때 어느 쪽으로 올라갔는지를 확인하는 것으로 시작된다. 전반적으로 퇴적 구조의 해석은 어려울 수 있다. 
암석의 접힘과 절단에 의해 생성된 극단적인 조건은 광물의 일부를 재결정화시킴으로써, 때로는 새로운 방식으로, 그것의 기본 구조를 변화시킬 수 있다. '변형'이라고 불리는 이 과정은 예를 들어 마그마 물질의 침입 중에 어떤 종류의 암석이 녹은 암석과 접촉할 때도 일어난다. 대리석은 석회암이나 돌로마이트(돌로스톤)로 고온에서 변성 작용을 하는 물질이다. 탄산칼슘이 광물질의 석회석으로 재결정되면서 껍질은 완전히 파괴된다. 석영이나 점토 입자가 존재할 경우, 석영이나 서펜틴과 같은 새로운 광물이 형성될 수 있다. 화석을 포함하는 단단한 석회암은 종종 대리석이라고 불리지만, 진짜 대리석에는 화석이 없다.
슬레이트는 또한 변성암으로, 암석이 형성된 방식으로 인해 곡물이 평행하게 정렬되어 암석이 평평한 평면을 따라 갈라질 수 있도록 하는 것에서 유래한다(HOLMES, 1965). 화석이 포함되어 있을 수도 있지만, 흔하지 않고 일반적으로 크게 변형된 것은 슬레이트가 평행하지만 반대 방향으로 움직이는 두 개의 단단한 암석 사이에서 단단히 압착될 때 형성되기 때문이다. 이것이 바로 슬레이트에 '슬레이트 갈라짐'이라는 특성을 부여하는 것으로, 동시에 불침투성 표면이 부여되어 이상적인 지붕재와 내후성 재료가 된다. 변성암은 널리 분포되어 있고 연습을 통해 적어도 일부는 알아볼 수 있다.
우리가 우리 주변에서 보는 모든 풍경과 지표면 위에 형성되는 토양의 출발 물질인 광물 알갱이들은 이러한 과정에 의해 생산됩니다. 화성암의 침입 또는 압출은 원료를 공급한다. 이것은 유기물과 혼합될 때 토양이 되는 광물 알갱이를 제공하기 위해 날씨가 변하거나 퇴적물로 퇴적된 장소로 운반된다. 압력은 퇴적물을 퇴적암으로 전환시키고, 그 후 지각 운동에 의해 노출되어 침식이 재발할 수 있다. 다른 암석들이 고압 및/또는 온도의 영향을 받을 때 생성되는 변성암들도 마찬가지로 풍화의 영향을 받는다. 생물체가 생존할 수 있는 물리적, 화학적 기질을 생성하는 것은 맨틀에서 시작하여 결국에는 섭입을 통해 되돌아오는 암석의 순환이다.