가수분해
화성암은 거의 전부 규소 및 산소와 금속원소(알루미 늄 • 칼슘 • 칼륨 • 나트륨 • 마그네슘 등)가 주성분인 규 산염광물(硅酸鹽鑛物, silicate minerals)들로 구성되었는데, 이들 광 물의 풍화를 주도하는 화학반응이 가수분해(加水/分解, hydrolysis) 이다. 규산염광물 중에서 가장 흔한 것은 장석(長石)이다. 장석에 는 여러 종류가 있으나 전반적으로 가수분해에 약하다. 화성암과 변성암에서는 장석이 전체 광물의 약 60%를 차지한다. 따라서 장 석이 가수분해를 받으면 그것만으로도 암석이 붕괴될 수 있다.
규산염광물이 가수분해를 받아 붕괴될 때는 여러 점토광물(粘土鑛物, clay minerals)이 생성된다. 점토광물은 지표의 환경에서 생 성된 것이어서 화학적으로 대단히 안정하다. 가수분해도 탄산가스 가 물에 용해되어 생긴 탄산의 농도가 진하면 효율적으로 진행된
다. 정장석(正長石, 2KAISi308)이 가수분해를 받으면 고령토(高嶺土, kaolimte)로 변하며, 그 화학반응식은 다음과 같다. 흰색의 부 드러운 점토광물인 고령토는 도자기의 원료로 널리 쓰인다.
사장석(斜長石, NaAISi308, CaA12Si208)은 가수분해를 받으면 보크사이트로 변화한다. 보크사이트는 알루미늄을 주성분으로 하는 여러 점토광물의 혼합물로서 열대습윤지역의 토양에 많이 포함되 어 있고, 알루미늄의 원광으로 채굴된다. 고온다습한 열대습윤지역 에서는 고령토도 다시 가수분해를 받아 보크사아트로 변화해서 토 양층에 잔류한다.
화강암은 주로 석영 • 장석 • 운모의 세 가지 규산염광물로 구성 되었는데, 이들 광물의 결정은 커서 육안으로도 보인다. 이러한 조 정질 암석(*且晶質岩石)이 풍화작용을 심하게 받으면 장석과 운모 는 대부분 점토로 변하고, 석영은 가수분해에 대한 저항력이 대단 히 강해서 모래알 크기의 원형대로 남아 있는다. 기반암아나 큰 암 괴가 이와 같이 모래알 크기의 조암광물로 부서지는졌을 입상붕괴(*立狀崩壞, grannular disintegration)라고 한다.
화강암지역에는 북한산 • 설악산 • 월출산 등과 같은 석산(石山) 이 잘 발달한다. 그 까닭은 풍화산물로 떨어져 나오는 모래가 빗물에 쉽게 씻겨내리기 때문이다. 화강암지역을 관류하는 하천의 연변에는 흰 모래가 많이 쌓여 있다. 이러한 모래는 대부분 화강암의 기반암이나 암괴에서 입상붕괴의 형식으로 처음부터 모 래로 떨어져 나은 것이다. 광물의 결정이 미세한 변성암과 같은 미 정질 암석(微晶質岩石)이 가수분해를 받으면, 가느다란 모래나 점 토와 실트 크기의 물질이 주로 생산된다. 변성암지역에는 지리산• 오대산 등과 같이 흙으로 덮인 토산(土山)이 발달한다. 점토와 실트는 빗물에 잘 씻겨내리지 않는다.
수화작용
물분자가 광물과 결합하여 무수물이 함수물로 변화하 는 것을 수화작용(水和作用, hydration)이라고 한다. 경석고(CaS04)가 석고(CaS04• 2H20)로 변화하는 것이 대표적인 예이다. 광물은 수화작용을 받을 때 팽창하며, 암석은 이에 의해서 도 기계적으로 부서질 수 있다.
점토광물은 가수분해와 수화작용을 동시에 받으면서 생성되며, 이 두 작용은 화강암의 입상붕괴를 주도한다. 점토광물은 수분의 유무에 따라 수화와 탈수(脫水, dehydration)를 반복하는데, 물을 먹을 때는 팽창하고 마를 때는 수축한다. 화강암에서 석영과 같은 광물들이 원형대로 떨어져 나오는 것은 점토광물이 팽창과 수축을 반복하면서 이것들을 이완시켜 놓기 때문이다.
암석의 미세한 틈에 들어가서 집적되는 염류도 점토광물과 같 이 수분의 유무에 따라 수화와 탈수를 반복한다. 이집트에서 뉴욕 으로 옮겨진 '크레오파트라의 첨탑'의 조각도 염류에 의해 지워지 는 것으로 알려졌다. 점토나 염류의 수화작용에 의한 암석의 붕괴 는 물리적으로 발생하는 것이므로 기계적 풍화작용에서 다루어지 기도 한다.