대표적인 고철질 심성암, 반려암
1. 정의
지질학/암석학 용어. 고철질(mafic) 암석이란, 화성암 중에서 마그네슘 이온(Magnesium ion)과 2가 철 이온(Ferric ion)이 상대적으로 풍부하게 들어있는 암석을 말한다. 한국어상으로는 흔히 생각하는 고철이 아니고 고토(마그네슘)와 철이라는 두 단어를 붙인 것이다. 이 때, 철과 마그네슘을 대부분 수용하는 광물을 고철질 광물이라고 말한다. 달리 정의하기도 하는데, 이 때는 고철질 광물을 50% 이상 가지고 있는 화성암으로 정의한다.고철질 암석은 대부분 유색광물(고철질 광물) 때문에 어두운 색[1]을 갖는다.
2. 설명
20세기 초부터 잘 알려진 사실에 의하면, 마그마가 굳어져 만들어지는 화성암은 무작위로 만들어지지 않는다. 마그마는 특정 경향성을 따라 순차적으로 분화하며, 이에 따라 만들어지는 암상이 대체로 정해져 있다. 특히 보웬의 반응계열로 대표되는 광물 정출(mineral fractionation) 모델은 마그마가 외부의 성분 교환 없이 분화할 경우, 정출되는 광물이 어떤 양상을 따름을 지시하고 있다.일반적으로 마그마는 식어가면서 차츰 고체로 변해간다. 그러나 마그마는 복잡한 성분계이기 때문에, 마그마 성분 자체가 그대로 암석이 되는 것이 아니다. 식어가면서 해당 온도와 압력, 조성에 알맞는 광물이 먼저 결정화된다. 지구상의 99% 이상의 마그마는 맨틀이 부분적으로 용융되어 만들어지며, 이에 따라 보통 현무암질 마그마가 그 시작점이 된다. 이 때 가장 먼저 만들어지는 고체 결정이 감람석이다. 이후 조건에 따라 장석과 휘석, 자철석 혹은 티탄철석 등이 마그마에서 자라난다.
이 때 보이는 전형적인 경향성은, 철과 마그네슘이 풍부한 광물이 먼저 만들어진다는 점이다. 이 때문에 마그마는 차츰 철과 마그네슘이 부족하게 되며, 시간이 흐를수록 이를 많이 가진 광물을 만들어내기 어렵게 된다. 즉, 마그마는 고철질에서 규장질 상태로 변해간다. 바로 이 경향성을 배경으로, 마그마의 분화가 심하지 않을 때 만들어져, 철과 마그네슘이 풍부한 화성암을 고철질 암석이라고 하는 것이다. 그리고 이 때 철과 마그네슘을 많이 함유하고 있는 광물을 고철질 광물이라고 한다.
고철질 광물은 감람석, 각섬석, 휘석, 흑운모 및 기타 금속 광물[2]을 가리킨다. 대부분의 화성암은 이러한 고철질 광물에 석영, 장석, 백운모 등의 규장질 광물과 혼합되어 나타난다. 규장질 광물은 정의 자체에 철이나 마그네슘이 들어가지 않는다.[3]
고철질 광물이 거의 없음에도 불구하고 고철질 암석 취급 받는 경우도 간혹 존재한다. 회장암(anorthosite)가 그 예인데, 90% 이상이 사장석으로 되어 있으나 규장질 암석이라고 부르지 않는다. 이는 회장암이 결코 규장질 성분의 마그마에서 형성될 수 없기 때문이다.
한편, 성분 분석을 하여 암석을 정의할 때[4]는 SiO2 함량이 비교적 낮은 경우를 고철질이라고 말한다. SiO2 함량과 MgO, FeO 함량이 대체로 SiO2와 반비례하기 때문이다. 이 때는 보통 TAS 도표에서 현무암, 조면현무암, 바사나이트, 테프라이트, 피크라이트 등을 아우르게 된다.
[1] 보통 휘석과 각섬석 때문에 거무튀튀하나, 감람석이 많으면 녹색을 띤다. 특이한 예외로, 회장암은 회색이나 흰색 계통이다.[2] 대부분의 경우, 자철석, 티탄철석을 말한다.[3] 실제로는 '소량' 들어갈 수 있다. 예컨대 백운모는 알루미늄 자리를 철이나 마그네슘이 어느정도 치환하여 들어갈 수 있다. 그러나 그 양이 보통은 크지 않다. 그게 많이 들어가면 광물 이름이 더 이상 백운모가 아니다.[4] 화산암 항목을 참고할 것.