뿌리학습 · 중학 과학탐구
광물과 암석의 순환
땅을 이루는 것을 자세히 들여다보면 두 단계로 나눌 수 있다. 하나는 암석이고 다른 하나는 광물이다.
이 단원, 내가 꺼낼 수 있는지 확인해 볼까요?
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개념 정리
먼저 관계부터 잡아 두자. 암석은 하나 이상의 광물이 모여 이루어진 덩어리이고, 광물은 그 암석을 이루는 알갱이 하나하나다. 여러 종류의 광물로 이루어진 암석이 많지만, 한 종류의 광물이 주로 모여 이루어진 암석도 있다. 화강암을 가까이서 보면 흰색, 검은색, 분홍색 알갱이가 섞여 있는 것이 보이는데 그 알갱이 하나하나가 광물이다. 암석 중에서도 특히 여러 암석을 이루는 데 흔히 참여하는 광물을 조암 광물이라고 한다.
광물을 구별할 때는 무엇을 볼까. 색이 가장 먼저 눈에 들어오지만 색만으로는 판단하기 어렵다. 같은 광물이라도 색이 다르게 나타나는 경우가 있기 때문이다. 그래서 광물을 흰 도자기판에 긁었을 때 나오는 가루의 색인 조흔색을 함께 본다. 조흔색은 같은 광물이면 일정하게 나타나 겉보기 색보다 믿을 만하다.
굳기도 중요한 성질이다. 굳기는 무겁고 가벼움이 아니라 단단한 정도이며, 두 광물을 서로 긁어 보아 어느 쪽이 긁히는지로 비교한다. 긁히는 쪽이 더 무른 광물이다.
이제 암석으로 넘어가자. 암석은 겉모습이 아니라 어떻게 만들어졌는가를 기준으로 세 가지로 나눈다.
첫째는 화성암이다. 뜨거운 마그마가 식어서 굳어진 암석이다. 여기서 가장 중요한 것은 알갱이의 크기를 정하는 요인이다. 마그마가 뜨거울수록 알갱이가 크게 자란다고 생각하기 쉽지만 그렇지 않다. 주된 요인은 식는 속도다. 천천히 식으면 알갱이가 자랄 시간이 충분해 크게 자라고, 빨리 식으면 자랄 틈이 없어 작다.
이 원리로 화강암과 현무암의 차이를 설명할 수 있다. 화강암은 땅속 깊은 곳에서 마그마가 천천히 식어 만들어지므로 알갱이가 눈으로 구별될 만큼 크다. 현무암은 마그마가 지표로 나와 빠르게 식어 만들어지므로 알갱이가 매우 작다. 두 암석의 색이 다른 것도 사실이지만, 주요한 차이는 만들어진 장소와 식는 속도다.
둘째는 퇴적암이다. 물이나 바람에 운반된 자갈, 모래, 진흙 같은 퇴적물이 쌓이고 오랜 시간 눌리면서 굳어진 암석이다. 퇴적암에서는 층이 보이는데, 이 층은 한 번에 만들어진 것이 아니라 오랜 시간에 걸쳐 여러 번 쌓인 결과다. 층 하나하나가 서로 다른 퇴적 사건이나 시기의 기록인 셈이다.
셋째는 변성암이다. 이미 있던 암석이 높은 열과 압력을 받아 성질과 모습이 바뀐 암석이다. 여기서 주의할 점이 있다. 열을 받았다고 해서 녹은 것은 아니다. 녹아서 다시 굳으면 그것은 화성암이다. 변성암은 녹지 않은 채로 알갱이의 배열이 바뀌거나 새로운 알갱이가 생기면서 만들어진다.
마지막으로 암석의 순환이다. 세 종류의 암석은 서로 바뀔 수 있다. 지표에 드러난 암석은 부서져 퇴적물이 되고, 그것이 쌓여 퇴적암이 된다. 퇴적암이 땅속 깊이 묻혀 열과 압력을 받으면 변성암이 되고, 더 깊이 들어가 녹으면 마그마가 되었다가 다시 식어 화성암이 된다.
여기서 오해하기 쉬운 점이 있다. 순환 그림에 화살표가 그려져 있어 정해진 한 방향으로만 돈다고 생각하기 쉽지만 그렇지 않다. 어느 암석에서든 여러 방향으로 갈 수 있다. 화성암이 곧바로 변성암이 될 수도 있고, 변성암이 부서져 퇴적물이 될 수도 있다. 그리고 이 과정들은 대체로 매우 긴 지질학적 시간에 걸쳐 일어나며, 어떤 경로를 거치는지에 따라 걸리는 시간도 크게 다르다. 우리가 지금 보는 암석은 그 긴 순환의 한 시점을 보고 있는 것이다.
암석의 순환에서 단단한 암석이 부서져 퇴적물이 된다고 했다. 그 부서지는 과정을 좀 더 들여다보자.
지표에 드러난 암석이 잘게 부서지거나 성질이 달라지는 과정을 풍화라고 한다. 이름에 바람 풍 자가 들어 있어 바람이 깎아 내는 일로 생각하기 쉬운데 그렇지 않다. 물, 온도 변화, 공기, 생물이 모두 관여한다.
풍화는 두 갈래로 나누어 볼 수 있다.
하나는 암석이 잘게 쪼개지는 것이다. 성분은 그대로이고 크기만 작아진다. 바위틈에 스며든 물이 얼면서 부피가 늘어 틈을 벌리는 것, 낮과 밤의 온도 차로 표면이 늘었다 줄었다 하며 떨어져 나가는 것, 나무뿌리가 틈으로 파고들어 벌리는 것이 그런 예다.
다른 하나는 성분 자체가 달라지는 것이다. 빗물이나 공기 중의 기체와 반응해 원래와 다른 물질로 바뀐다. 물이 석회암과 반응해 암석의 일부가 녹아 나가면서 동굴이 만들어지는 것, 철이 든 광물이 산소와 만나 붉게 변하는 것이 그렇다.
두 갈래는 서로 영향을 줄 수 있다. 암석이 잘게 쪼개지면 공기와 물에 닿는 면이 넓어지고, 그러면 성분이 달라지는 일이 더 잘 일어난다.
풍화가 오래 이어지면 무엇이 남을까. 잘게 부서진 알갱이가 쌓인다. 여기에 식물과 동물의 유해가 썩어 섞이면 식물이 자랄 수 있는 흙이 된다. 이것이 토양이다.
토양을 원래부터 땅 위에 있던 것으로 여기기 쉽지만, 토양은 암석이 풍화되어 만들어진 결과물이다. 그리고 만들어지는 데 매우 오랜 시간이 걸린다. 걸리는 시간은 암석의 종류와 기후, 지형, 그곳에 사는 생물에 따라 크게 달라진다. 그래서 한번 씻겨 나가면 되돌리기 어렵다.
토양은 깊이에 따라 성질이 다른 층으로 나뉜다. 맨 위에는 생물의 유해가 섞여 짙은 색을 띠는 층이 있는데 이를 표토라 한다. 그 아래에는 위에서 씻겨 내려온 물질이 쌓인 층이 있고 이를 심토라 한다. 더 아래로 가면 아직 덜 부서진 암석 조각이 쌓인 모질물이 있고, 맨 아래에 원래의 암석인 기반암이 있다. 각 층의 성질이 다른 것은 유기물이 쌓이는 정도와 물질이 씻겨 내려가거나 쌓이는 과정이 층마다 다르기 때문이다.
이 단원 시험에서 묻는 것
학교 시험은 교육과정 성취기준을 바탕으로 출제됩니다. 이 단원의 성취기준은 다음을 할 수 있는지 확인하도록 정하고 있습니다.
- [9과09-03]지각을 이루는 암석을 생성 과정에 따라 분류하고, 암석의 순환 과정을 설명할 수 있다.
자주 하는 착각
광물과 암석의 구분
- 광물과 암석을 같은 것으로 본다. 둘 다 돌이라는 말로 뭉뚱그려지기 때문이다. 암석은 하나 이상의 광물이 모여 이루어진 덩어리이고, 광물은 그 암석을 이루는 알갱이 하나하나다. 이루는 것과 이루어진 것의 관계다.
- 광물을 색으로만 구별할 수 있다고 본다. 관찰할 때 색이 가장 먼저 눈에 들어오기 때문이다. 같은 광물이라도 색이 다를 수 있어 색만으로는 구별이 어렵다. 겉보기 색 대신 가루의 색인 조흔색, 그리고 굳기와 같은 성질을 함께 본다.
- 굳기를 무게나 단단해 보이는 정도로 판단한다. 무거운 것이 단단하다고 여기기 때문이다. 굳기는 서로 긁어 보아 어느 쪽이 긁히는지로 비교한다. 긁히는 쪽이 무른 광물이다.
암석의 분류
- 암석을 생김새나 색으로 분류한다고 본다. 겉모습이 먼저 보이기 때문이다. 분류 기준은 생성 과정이다. 마그마가 식어 만들어지면 화성암, 퇴적물이 쌓여 굳으면 퇴적암, 열과 압력을 받아 성질이 바뀌면 변성암이다.
- 화성암의 알갱이 크기가 마그마의 온도에 따라 정해진다고 본다. 뜨거울수록 크게 자란다고 생각하기 때문이다. 알갱이 크기를 정하는 주된 요인은 식는 속도다. 천천히 식으면 알갱이가 크게 자라고, 빨리 식으면 작다.
- 화강암과 현무암의 차이를 색으로만 기억한다. 하나는 밝고 하나는 어둡다고 배우기 때문이다. 두 암석은 만들어진 장소가 다르다. 화강암은 땅속 깊은 곳에서 천천히 식어 알갱이가 크고, 현무암은 지표 가까이에서 빠르게 식어 알갱이가 작다.
- 퇴적암의 층은 한 번에 만들어진다고 본다. 지층 그림이 한 장면으로 제시되기 때문이다. 층은 오랜 시간에 걸쳐 퇴적물이 여러 번 쌓여 만들어진다. 층 하나하나가 서로 다른 퇴적 사건이나 시기의 기록이다.
- 변성암은 암석이 녹았다가 다시 굳은 것이라고 본다. 열을 받았다는 설명 때문이다. 녹아서 굳으면 화성암이다. 변성암은 녹지 않은 상태에서 열과 압력을 받아 성질과 모습이 바뀐 것이다.
암석의 순환
- 암석의 순환에 정해진 한 방향의 순서가 있다고 본다. 순환 그림이 화살표로 이어져 있기 때문이다. 어느 암석에서든 여러 방향으로 갈 수 있다. 퇴적암이 변성암이 될 수도 있고, 변성암이 녹아 마그마가 되었다가 화성암이 될 수도 있다.
- 암석의 순환이 아주 짧은 시간에 일어난다고 본다. 그림 한 장에 전체 과정이 담겨 있기 때문이다. 순환은 대체로 매우 긴 지질학적 시간에 걸쳐 일어나며 과정에 따라 걸리는 시간도 크게 다르다. 우리가 보는 암석은 그 긴 과정의 한 시점이다.
- 풍화를 바람이 깎아 내는 일로만 본다. 풍이라는 글자가 바람을 뜻하기 때문이다. 풍화는 암석이 잘게 부서지거나 성질이 달라지는 과정 전체를 가리킨다. 물, 온도 변화, 공기, 생물이 모두 관여하며 바람은 그중 하나다.
- 부서지는 것과 성질이 달라지는 것을 구분하지 않는다. 둘 다 풍화로 묶어 배우기 때문이다. 암석이 잘게 쪼개지기만 하고 성분은 그대로인 경우가 있고, 물이나 공기와 반응해 성분 자체가 달라지는 경우가 있다. 두 가지는 서로 영향을 줄 수 있다. 잘게 쪼개지면 물과 공기에 닿는 면이 넓어져 성분이 달라지는 일이 더 잘 일어난다.
- 토양을 원래부터 있던 흙으로 본다. 땅 위에 늘 있는 것으로 보이기 때문이다. 토양은 암석이 오랜 시간 풍화되어 잘게 부서지고, 거기에 생물의 유해가 섞여 만들어진 것이다. 풍화의 결과물인 셈이다.
- 토양이 짧은 시간에 만들어진다고 본다. 흙이 흔하기 때문이다. 토양이 만들어지는 데는 매우 오랜 시간이 걸리며, 그 속도는 암석의 종류와 기후, 지형, 생물 같은 조건에 따라 크게 달라진다. 한번 씻겨 나가면 되돌리기 어렵다는 점이 여기서 나온다.
이런 오개념, 나도 갖고 있을까?
광물과 암석은 같은 것으로, 둘 다 돌을 가리키는 말이다.정답 보기
X (흔한 오개념이에요)
일상에서 광물과 암석을 구별하지 않고 '돌'이라고 함께 부르는 경우가 많아서 둘을 같은 것으로 여기기 쉬워요. 실제로는 광물이 모여서 암석을 이루는 관계로, 광물은 암석을 구성하는 재료이고 암석은 그 재료들이 모인 덩어리예요. 즉 둘은 '이루는 것'과 '이루어진 것'의 관계에 있어서, 같은 것으로 볼 수 없어요.
광물을 구별할 때는 색뿐만 아니라 조흔색과 굳기 같은 성질을 함께 살펴봐야 한다.정답 보기
O (맞는 설명이에요)
관찰할 때 색이 가장 먼저 눈에 띄다 보니 색만으로도 광물을 구별할 수 있다고 생각하기 쉬워요. 하지만 같은 광물이라도 포함된 불순물 등에 따라 겉보기 색이 달라질 수 있어요. 실제로는 광물 가루의 색인 조흔색이나 굳기처럼 변하지 않는 성질을 함께 확인해야 광물을 보다 정확하게 구별할 수 있어요.
광물의 굳기는 광물이 얼마나 무거운지로 판단할 수 있다.정답 보기
X (흔한 오개념이에요)
무거운 물체가 단단할 것이라고 느끼기 쉬워요. 하지만 굳기는 무게와는 관계가 없어요. 실제로는 두 광물을 서로 긁어 보았을 때 긁히는 쪽이 더 무른 광물이에요.
나머지 OX 문제와 4지선다 문제는 앱에서 풀어볼 수 있어요.
자주 묻는 질문
교육부 고시 제2022-33호 과학탐구 교육과정 기반