KIGAM 한국지질자원연구원

45억 년의 실마리를 찾아 떠나는 여정

암석으로 지구의 역사를 밝히다

지질연구센터 김성원 박사

암석은 지구가 지질시대 동안 어떤 환경을 겪었는지를 대변하는 존재다. 특히 지구의 탄생부터 소멸까지, 모든 역사를 고스란히 기록한 ‘유물’과도 같다. 따라서 암석을 연구하면 지구가 어떤 환경에서 어떤 지구조 과정을 거쳐 형성되었는지를 유추할 수 있다. “맨틀 상부와 지각을 구성하는 암석은 반복적으로 화성-변성-퇴적 과정을 거치며, 탄생하기도 하고 윤회하기도 합니다. 이러한 과정들이 암석에 기록돼 있어 현재 시점에서 지구의 전체적인 지구조 진화, 발달사를 유추하기에 좋아요. 특히 한반도 지구조 진화의 비밀을 풀 실마리가 고스란히 기록돼 있어 종합적인 관점에서 암석을 연구할 필요성이 있죠.”

암석은 생성 원인에 따라 화성암·변성암·퇴적암 등으로 다양하게 분류된다. 화산 분출로 화산암이 만들어진다. 풍화를 받거나 침식·운반되어 층층이 쌓인 암석은 퇴적암이 되고 높은 온도와 압력을 받은 암석은 변성암이 된다. 이러한 과정은 매우 큰 스케일로 발생하며, 이후 ‘대상분포(belt 혹은 암석층서단위)’를 이루게 된다. 판의 충돌, 조산운동, 조륙운동 등 지질시대의 지구조 사건이 전형적으로 기록된 알프스, 히말라야, 옐로스톤 등이 그 예이다. 하지만 우리나라는 매우 독특하고 복잡한 지질 양상을 띤다. 지질시대 동안 지구가 가장 큰 변혁을 겪은 ‘25억 년, 18억 년, 12억 년, 8억 년, 7억 년, 4억 년, 2억 년’ 시대의 암석을 모두 가졌지만 대체적으로 소규모로 분포한다. “우리나라는 지질시대 동안 항상 판의 경계에 위치했어요. 암석이 형성되거나 소멸되기 쉬운 위치에요. 여러 지질 현상을 겪어 암석은 다양하고 특성은 매우 복잡해졌지만, 새로운 지각이 형성될 때마다 오래된 지각은 풍상을 겪으며 소멸했어요. 그래서 생성 당시의 많은 암석들이 소규모로 분포하거나 거의 소멸됐어요. 또 우리나라는 중생대 때 화성활동이 활발했고, 그래서 기존의 암석이 많이 사라졌어요. 한반도의 지질을 연구하는 데 어려움이 많은 이유죠. 전 세계 저명한 지질학자들이 두 손 두 발을 들 정도니까요.”

이처럼 한반도의 지질은 복잡하고 다양해질 수밖에 없었다. 때문에 암석이 가지고 있는 지질시대의 단속적인 기록만으로 수수께끼를 풀 수 없다. 암석의 분포 현황, 주변 암석과의 연계성 등을 총체적으로 연결해 해석해야 한다. 암석이 왜 이곳에 존재하는지, 암석의 연장 선상은 어디인지, 기원이 동일한 암석은 어디에 위치하는지, 이러한 ‘부분’을 연결해 짜 맞추다 보면 ‘전체’를 완성할 수 있다. “판 내부를 제외하고 풍상을 겪지 않은 암석이 없을 거예요. 우리나라 지표에 노출·분포하는 암석은 다양한 생성 과정과 조건을 경험한 것으로 보

고됩니다. 하지만 한반도 및 동북아 지구조 진화 동안의 지질 특성, 지체구조 발달사 등을 단속적으로만 기록하고 있어 다양한 암석을 바탕으로 전체적인 지구조 진화의 발달사를 유추하는 연구가 필요해요. 그렇기에 심층적인 지질·층서·암석·지질연대 등 암석학과 관련된 총체적인 연구가 중요합니다.”

암석의 역사를 해석하는 데는 다양한 방법이 모색된다. 암석 고유의 화학적 원소를 분석하는 방법, 방사선 원소를 활용해 측정하는 방법이다. “암석학에서 가장 중요한 요점은 암석의 생성환경, 생성연대를 연구하는 일이에요. 암석은 지질시대 동안 다양한 생성 과정을 겪으며, 그에 맞는 광물을 구성하거나 조직을 만들며 진화했어요. 그래서 암석에는 고유의 화학성분이 존재해, 이와 반응을 일으킬 원소를 섞거나 고온·고압의 환경을 만들어 암석 내 광물군과 광물변화를 줘요. 결합된 성분, 환경에 따라 암석이 변화하는 모습을 관찰할 수 있죠. 화성암과 변성암 내에는 방사성핵종을 포함하는 광물이 존재하는데, 여기에서 방사성 원소를 추출해 방사성물질의 양이 반으로 줄어드는 반감기를 관찰하면 생성연대를 유추할 수 있습니다. 최근에는 저어콘의 우라늄-토륨-납 방사기원 동위원소시스템을 이용하는 ‘연대측정법’을 활용해요. 연대 수치가 정확하고 오차가 적어요. 이를 바탕으로 암석의 존재 이유, 형성 기질 등을 이해할 수 있죠.”

암석을 통해 생성된 자료는 지질도 작성을 위한 기초 자료나 광물자원탐사에 활용될 뿐만 아니라, 한반도 지구조 진화 연구에도 중요한 지표가 된다. 때문에 김성원 박사는 연구를 통해 구축한 데이터로 한반도 지구조를 연구할 수 있는 기틀을 마련하고자 한다. “우리나라 국가 기본지질도(1 : 50,0000), 한국지질도, 한국지체구조도, 1 : 100,000 지구조 층서도 발간에 활용됩니다. 최근에는 중앙아시아와 이를 인접하는 지역의 지질주제도를 작성하기 위해서도 활용하고 있어요. 앞으로의 목표는 2019년까지 1995년에 발간한 한국지질도를 새롭게 개편하는 일이에요. 다양하게 활용되는 만큼 암석의 분포 및 층서구분을 체계적으로 구축하고 정립하기 위한 연구도 이어가고자 합니다.”

지구가 ‘살아있음’을 여실히 증명하고 있는 암석. 김성원 박사의 연구가 이 땅의 수수께끼를 푸는 중요한 실마리가 되어주길 바라본다.