안산암과 대륙의 기원

시작하며

제1장 문제설정
1.1 암산암의 성인
1.2 대륙지각의 성인
1.3 맨틀의 진화

제2장 세토우치화산대
2.1 화산대와 암석구
2.2 세토우치화산대를 특징짓는 암석
2.3 카가와현 쇼도시마의 지질 : 미니세토우치화산대
2.4 세토우치화산대의 형성시기
2.5 세토우치화산대의 범위
2.6 조구적인 배경
2.7 정리

제3장 고Mg안산암의 성인
3.1 현무암마그마의 결정분화작용
3.2 현무암마그마가 관여하는 개방계 프로세스
3.3 함수맨틀의 부분용융
3.4 슬랩용융과 용융체-맨틀 반응
3.5 드라이하고 반정이 모자라는 HMA
3.6 정리

제4장 칼크알칼리안산암의 성인
4.1 칼크알칼리계열과 솔레아이트계열
4.2 세토우치칼크알칼리안산암의 정의
4.3 섭입대 칼크알칼리안산암의 성인
4.4 정리

제5장 대륙지각의 성인
5.1 대륙지각의 화학 조성
5.2 슬랩용융과 용융체-맨틀 반응설
5.3 현무암질지각의 재용융, 마그마 혼합, 디라미네이션
5.4 정리

제6장 맨틀의 진화
6.1 섭입공장(subduction factory)
6.2 폐기물의 행방 : 맨틀 내 지구화학적 저장고의 성인
6.3 성인

마치면서
인용문헌
옮기면서
찾아보기

시작하며

안산암(andesite)이라는 이름은, 남미대륙의 서쪽을 달리는 안데스산맥에서 유래한다. 이 지역은 일본열도 등과 함께, 해양판이 맨틀에 잠겨드는 곳이라는 까닭에, ‘섭입대(침강대)’라고 불린다. 즉, 안산암은 섭입대의 화산활동을 특징짓는 암석이다. 따라서, 판구조론(플레이트텍토닉스)의 등장 이래, 안산암성인론은 판의 섭입현상이 어떻게 하여 이 암석(마그마)의 발생을 일으키는가? 하는 관점에서 논의되 왔다. 그 시작의 하나는, 1968년 7월에 미국의 오레곤에서 개최된, ‘안산암회의’였다. 그 보고서(Proceedings of Andesite Conference)를 보면, 이 회의에서는 섭입하는 해양판으로보터 H2O의 첨가와 안산암의 생성을 연결시킨 논의가 활발하게 행해졌다고 한다. 그 후 10년 쯤 지나, 안산암성인론은 다시 융성기를 맞는다. 1975년에 아이첼버거(Eichelberger)가 안산암의 생성에 있어서의 마그마 혼합의 역할이 중요함을 강조한 이래, 사쿠야마(Sakuyama)의 일련의 연구를 통해, 아떤 종류의 안산암(칼크알칼리안산암)에서는 이 메커니즘이 보편적으로 작동함을 암석학자들에게 주지시켰다. 그리고 1981년에는, Gill의 명저, “Orogenic Andesites and Plate Tectonics(조산대안산암과 판구조론)”가 출판된다. 한편 같은 시기에, 일부 섭입대에서 마그네슘(Mg)이 풍부한 특이한 안산암이 인식되었다. 이 안산암은, H2O가 풍부한 상부맨틀의 부분용융에 의해 생기는 ‘초생안산암’이라는 것이 확인되어, 섭입대의 보통의 안산암도 이와 같은 초생안산암에서 유래한다고 생각하는 사람들도 있었다. 당시에는 국내(일본)의 학회에서도, 이 두 가지 안산암성인론이 격론 중이었기에, 회장은 쾌적한 긴장감이 팽팽했다.
그러나 그 후, 안산암성인론은 그다지 주목받지 못했다. 그 견인차의 한 사람인 사쿠야마가 세상을 뜬 것이 최대 원인이었으나, 마그마혼합이나 초생안산암의 존재를, 이전의 방법이나 논리를 그대로 좇아 보고할 뿐인 논문이나 발표에, 많은 사람들이 식상해 버렸다. 나로 말할 것 같으면 ‘섭입대의 마그마학’에 열중해 있어서, 안산암 같은 것을 완전히 잊어버리고 있었다. 그런 나에게 안산암성인론의 재미를 확인시켜준 것은, 1995sis에 잇따라 ‘Review of Geophysics’에 발표된, 세 논문이었다. 모두 ‘대륙지각의 형성’에 관한 것이었다. ‘대륙지각은 안산암질의 조성을 가진다.’ 물론 이것은 일반 교양으로는 알고 있었어도, 스스로 ‘안산암성인론’과 ‘대룩지각성인론’을 결부시킨 적은 없었다. 이 논문들을 읽었을 때, 나의 내부에서 탁 튀어오르는 느낌이 왔다. 이전에 열중했던 어떤 초생안산암의 발생은, 어느 정도대륙지각성인론 중에서도 유력한 한 가지 설이었다. 그렇기 때문에, 맨틀플륨에도 손을 대면서, 안산암의 성인을 조금씩 생각하게 되었다. 물론 그 당시에는, 후에 플륨과 안산암이 연결될 거라고는 상상도 못했다. 이 책에서는 그들의 연관성을 논의할 것이다.
그런데 나는, 삼단논법 놀이를 매우 좋아한다. 어떤 문게에 대해 얻어진 답에 대해, 그 정당성을 확신하지 못할 때가 있다. 그러한 상황에서 주저하고 있어도 문제가 해결되지 않는다. ‘만약 그렇다면...’하고 즉시 가정해서, 논의를 진행한닫. 가정만 명확하면, 삼단논법을 계속해 최종적으로 얻어진 결론과 그에 관한 관찰 사실이 모순될 때에도, 분기점에 되돌아가 다시 생각하면 될 뿐이다. 이 책에서도 그런 자세로 일관한다. 사실, 처음 이 책을 생각했던 때에는, 세계에서 가장 데이터가 완비된 화산대의 일례로서, 세토우치화산대의 해설을 쓸 참이었다. 그러나, 집필을 진행해 보니, 삼단논법 놀이가 시작되었다. 어느새, 세토나이해에서 솟은 작은 섬에서 나오는 안산암의 지질과 암석의 기록에서 출발해, 맨틀의 진화까지 생각이 넘어가 버렸다. 그래서 그 과정에서는, 몇몇 논문을 정리할 수 있었다. 놀이벽도 나쁘지는 않다.
내가 즐겨 사용하는 단어가 둘 있다. ‘본질적’과 ‘포괄적’이다. 어느 유명한 학자가, ‘이것이 본질적이다 하고 자기 생각을 펴는 사람은 믿을 수 없다’고 말했지만, 그래도 나는 ‘본질적으로 중요한 점은...’하는 구절을 계속 쓰고 있다. 여러 가지 사물 속에서, 본질적인 것을 간파하는 감성이야말로 과학자에게 있어서 가장 중요한 자질 중 하나라 믿는다. 물론 그렇다 해서, 내가 본질적이라고 느끼는 것을 다른 사람에게 강요할 뜻은 없다. 한편, 여러 가지 현상을 ‘포괄적으로 설명하는’ 것도, 특히 지구과학에서는 중요하다고 나는 생각하고 있다. 왜냐하면 이 분야에서는, 하나의 관찰 사실에 대해서 하나의 답을 논리적으로 도출할 수 없을 때가 많기 때문이다. 그럴 때에는, 모든 ‘이면’에서 공격할 수 밖에 없다. 이 책에서도, 이 두 단어가 빈번하게 사용될 것이다. 물론 이 책 내용의 전부에 대한 책임은 나한테 있지만, 여기서 전개하는 논의 대부분이, 함께 일해 온 연구자들과의 교류에서 만들어진 것이다. 여기서 여러 분의 이름을 열거할 수 없기에, 그 대표로서, 나를 이 연구로 이끌어 주신 이시자카 쿄이치 선생과 원고에 대해 건설적인 의견을 주신 하뉴 다케시씨께 감사들 드린다. 또 이 책은, 후쿠다 마사키씨의 그림이 없었다면, 결코 완성되지 못했을 것이다. 마지막으로, 구상하고 나서 4년 여, 항상 따뜻하게 격려하고 질타해 준 동경대학출판회의 코마츠 미카씨께 진심으로 감사드린다.
2003년 4월
비 내리는 니스에서
타츠미 요시유키