19년 1회차

지판 수렴형 경계(수렴경계)에서는 해양지판이 대륙지판 아래로 섭입하는 섭입대 구조가 형성되며, 위치에 따라 변성작용의 유형이 달라진다. 해구 부근에서는 섭입하는 냉랭한 판이 빠르게 깊어지면서 주변보다 낮은 온도가 유지되어 고압형(고압-저온형) 변성작용이 일어나고, 호상열도 아래에서는 상승하는 맨틀 물질과 마찰열로 인해 온도가 높아져 저압형(저압-고온형) 변성작용이 발생한다.

이는 같은 수렴경계 내에서도 깊이와 열적 환경에 따른 차별적인 변성조건을 반영한 것이다.

유기적 퇴적암은 생물의 유해나 분비물이 퇴적되어 형성된 암석이다. 백악은 원생동물인 유공충의 껍질이 쌓여 형성되고, 석탄은 식물의 유해가 탄화되어 형성되며, 규조토는 규조류의 규산질 껍질이 퇴적되어 형성되는 모두 유기적 퇴적암이다. 반면 응회암은 화산폭발로 분출된 화산재와 화산력이 퇴적되어 형성되는 화쇄성 퇴적암으로, 생물의 유해가 아닌 화산 물질에서 비롯되므로 유기적 퇴적암이 아니다.

파쇄변성작용(cataclasis)은 암석이 기계적으로 분쇄·압축되어 열 없이 형성되는 변성작용이다. 호상 편마암은 영역변성작용에서 광물대가 교대로 나타나는 엽리구조를 보이는 암석으로, 파쇄변성이 아닌 열과 압력에 의한 고온 변성작용의 산물이다.

• 압쇄암은 단층대에서 광물이 미세하게 분쇄되어 형성되는 파쇄변성작용의 산물이다.
• 슈도타킬라이트는 단층 운동 시 마찰열로 암석이 녹아 급냉되어 생기는 암석으로 파쇄변성작용의 산물이다.
• 안구상 편마암은 원래 반상 화강암이 파쇄변성작용을 받아 장석 반정이 눈 모양으로 변형된 산물이다.

열점(hot spot)은 맨틀 플룸(mantle plume)에서 상승하는 뜨거운 맨틀물질이 지표면까지 도달하여 화산활동을 일으키는 지역으로, 상부 맨틀의 저밀도 물질이 직접 용융되어 분출된다. 맨틀 용암은 마그네슘과 철이 풍부하고 규산염이 적은 저점도 용암이며, 이는 현무암질 용암의 특징이다. 현무암은 지구상에서 가장 대량으로 분출되는 용암이며 열점 화산(예: 하와이)에서 전형적으로 나타나는 구성이다.

화성암은 SiO₂ 함량에 따라 산성암(65% 이상), 중성암(52~65%), 염기성암(45~52%), 초염기성암(45% 미만)으로 분류된다. 중성암은 SiO₂ 함량 52~65% 범위에 속하며, 이에 해당하는 것은 안산암이다. 유문암은 산성암(SiO₂ 65% 이상), 현무암은 염기성암(SiO₂ 45~52%), 화강암은 산성암(SiO₂ 65% 이상)으로 분류되므로 중성암이 아니다.

아르코스(arkose)는 장석(feldspar)을 25% 이상 함유하는 사암으로, 화강암 같은 화성암이 빠르게 풍화·침식되어 장석이 충분히 분해되지 않은 채로 퇴적된 결과다. 보기 2의 셰일, 3의 운모, 4의 점토는 아르코스의 정의적 특징이 아니며, 아르코스는 오히려 장석 함유량이 높아 이를 구분 기준으로 삼는다.

"응결하는 힘이 있어서 층리가 잘 발달된다"는 황토의 실제 특성과 정반대이며, 오히려 황토는 층리가 미약하거나 부재하고 수직 절리가 발달하는 특징을 가진다.

황토(loess)는 바람에 의해 운반되어 퇴적된 미세한 실트 크기의 퇴적물로, 반건조 지대에서 대기권을 통해 멀리 운반되어 분포하며 석영, 장석, 운모 등 신선한 광물로 이루어져 있다. 황토는 공극이 크고 입자 간 응집력이 약하여 층리가 발달하지 않고, 오히려 수직 절리가 특징적으로 발달한다.

황색은 장시간 풍화 작용과 철분의 산화로 인한 착색을 나타낸다.

화성암의 산상(産狀)은 마그마가 관입한 방식에 따라 조화적(concordant, 주변 암층과 평행) 또는 부조화적(discordant, 주변 암층과 교차)으로 분류된다. 암상(sill)은 층상 암체로서 주변 지층과 평행하게 관입하는 조화적 관입의 대표적 산상이다. 반면 암맥(dike)은 암층을 가로질러 관입하는 부조화적 산상이고, 암주(stock)와 저반(batholith)은 화강암 같은 심성암의 관입체로 부조화적 특징을 보인다.

화성암의 입도는 마그마의 냉각속도에 의해 주로 결정된다. 냉각이 빠르면 광물 결정이 형성될 시간이 부족하여 미세한 결정이 많이 생기고(현무암 등), 냉각이 느리면 충분한 시간 동안 큰 결정이 자랄 수 있다(화강암 등). 마그마의 밀도, 온도, 화학성분도 화성암의 특성에 영향을 미치지만, 입도를 결정짓는 직접적인 요인은 냉각속도이다.

변성지층은 퇴적암이 지각 깊은 곳에서 열과 압력을 받아 재결정되어 형성된 암석으로, 한반도의 주요 변성암 분포지는 태백산맥 일대와 영남지역이다. 연일층군은 경주·울산 지역의 셰일·사암·석회암 등 퇴적암으로 구성된 퇴적지층으로, 변성작용을 받지 않은 퇴적층이다.

• 연천층군은 경기도 북부의 편마암·편암 등으로 구성된 선캄브리아기 변성암이다.
• 상원층군은 강원도 지역의 대리석·규암 등의 변성지층이다.
• 옥천층군은 충북·경북 지역의 편암·편마암·자철광층 등으로 이루어진 원생대 변성암이다.

완전고용체(연속고용체)는 모든 조성 범위에서 고용체를 이루며 두 끝원소광물 사이에 연속적인 화학 조성 변화를 보이는 광물계를 말한다. 감람석은 포스테라이트(Mg₂SiO₄)와 페얄라이트(Fe₂SiO₄) 사이에서 완전한 고용체 계열을 이루며, 사장석은 알바이트(NaAlSi₃O₈)와 아노르사이트(CaAl₂Si₂O₈) 사이에서 모든 조성에서 고용체를 형성하여 모두 완전고용체에 해당한다.

• 석영과 정장석은 고용체를 이루지 않는다.
• 암염과 석영도 전혀 다른 광물으로 고용체 관계가 없다.
• 방해석과 아라고나이트는 탄산칼슘의 동질이상체로 고용체가 아니다.

남동석(azurite)은 $\mathrm{Cu_3(CO_3)_2(OH)_2}$ 조성의 탄산염광물이다. 진사(HgS), 휘동석($\mathrm{Cu_2S}$), 섬아연석(ZnS)은 모두 황화광물이다.

문제에서 "두 가지 또는 그 이상의 원소로 구성된 이온"을 찾고 있다. 착이온(complex ion)은 중심 금속 이온이 여러 리간드(배위자)와 결합하여 형성되는 이온으로, 여러 원소로 구성된 대표적인 예이다(예: [Cu(NH₃)₄]²⁺, [Fe(CN)₆]⁴⁻). 양이온과 음이온은 단순히 전하를 나타내는 분류이고, 복수이온은 표준 용어가 아니며, 합이온도 정확한 화학 용어가 아니다. 따라서 정답은 착이온이다.

두 결정면의 교선(정대지수)은 [001] 방향이다.

정대지수(pole of plane)는 결정면에 수직인 방향을 나타내는 지수로, 두 결정면의 정대지수는 각 면의 법선벡터 방향을 의미한다. 결정면 (100)과 (110)의 법선벡터는 각각 [100]과 [110] 방향이며, 이 두 법선벡터에 동시에 수직인 방향을 구하기 위해 외적을 계산한다.
[100] × [110] = [0·0 - 0·1, 0·1 - 1·0, 1·1 - 0·0] = [001]

동질이상(polymorphism)은 같은 화학식을 가진 물질이 서로 다른 결정구조를 가지는 현상이다. 자철석(Fe₃O₄)과 적철석(Fe₂O₃)은 화학식 자체가 서로 다르므로 동질이상이 아니라 다형질(allotropy)의 개념도 아닌 단순히 다른 광물일 뿐이다.

• 규선석(Al₂SiO₅)과 홍주석(Al₂SiO₅)은 동일한 화학식으로 결정구조만 다르므로 동질이상 관계이다.
• 황철석(FeS₂)과 백철석(FeS₂)도 같은 화학식의 동질이상이다.
• 흑연과 다이아몬드는 모두 순수 탄소(C)이지만 결정구조가 다른 동질이상이다.

층간수(interlayer water)는 광물의 층 사이에 물 분자가 약한 반데르발스 힘으로 삽입되어 있는 경우를 말한다. 몬모릴로나이트는 스멕타이트 계열 점토광물로서 알루미노규산염 층 사이에 물과 양이온이 존재하며, 이 층간수는 가열 시 쉽게 제거되는 특징을 가진다. 정장석은 규산염 광물이지만 층간수를 포함하지 않고, 적철석(Fe₂O₃)은 산화물 광물, 흑연은 탄소 광물로 모두 층간수를 함유하지 않는다.

쌍정(twin)은 두 개의 결정이 특정 결정학적 법칙에 따라 규칙적으로 연결된 현상이며, "쌍정축은 거의 대부분이 2회축이다"가 옳다. 쌍정축(twin axis)은 회전축으로 작용하는데, 2회 회전축(180° 회전축)이 대부분이며, 이를 통해 한 결정을 180° 회전시키면 다른 결정과 겹쳐진다.

• "대칭심쌍정에 관련된 대칭축을 쌍정축이라고 한다"는 오류인데, 쌍정축이 아닌 쌍정면(twin plane)이 대칭심과 관련되며, 쌍정축과 쌍정면은 서로 다른 개념이다.
• "쌍정축의 방향은 일반적으로 쌍정축과 수직인 정대지수로 나타낸다"도 틀렸는데, 쌍정축의 방향은 쌍정축 자체의 결정학적 지수로 나타내며, "쌍정축과 수직인 정대지수"라는 표현은 정확하지 않다.
• "자연산 석영은 쌍정을 이루는 일이 드물다"도 오류로, 자연산 석영은 쌍정이 매우 흔하게 나타나는 광물이며, 특히 브라질 쌍정과 일본 쌍정 등이 유명하다.

평행연정(parallel growth)은 결정축이 평행하게 정렬되어 같은 광물이 규칙적으로 반복 성장하는 현상이다. 첨정석(corundum)은 육방정계 광물으로서 c축을 중심으로 평행하게 반복 성장하며, 이때 층상으로 쌓인 구조가 평행연정의 전형적인 예다.

• 돌로마이트는 삼방정계이나 일반적으로 평행연정보다는 쌍정이 발달한다.
• 황철석은 등축정계로 특정 방향의 규칙적 평행성장이 두드러지지 않는다.
• 석고는 단사정계로 평행연정의 특징을 보이기 어렵다.

따라서 첨정석이 평행연정을 관찰하기에 가장 적합한 광물이다.

칼슘(Ca)의 원자번호가 20이므로 전자 배치는 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s²이다. 최외각 전자는 가장 바깥쪽 전자껍질(valence shell)에 있는 전자를 의미하며, 칼슘의 경우 4번째 껍질의 4s² 오비탈에 2개의 전자가 있다. 따라서 최외각 전자의 개수는 2개이다.

일축성 결정은 광축 방향에 따라 상광선(ordinary ray)과 이상광선(extraordinary ray)의 굴절률이 다르게 나타난다. 부(Negative) 일축성 결정에서는 이상광선의 굴절률이 상광선의 굴절률보다 작으며, 따라서 Nw > Nɛ이다. 반대로 정(Positive) 일축성 결정에서는 Nw < Nɛ를 나타낸다. 보기 중 이 관계를 정확히 표현한 것은 3번이다.

지하의 암염(소금층)이나 마그마가 상승하면서 주변 지층을 위로 밀어올려 만드는 지질구조는 돔구조이다. 돔은 중심부가 가장 높고 사방으로 경사진 상승형 褶曲으로, 암염돔(salt dome)과 마그마돔이 대표적이다. 반대로 향사구조는 중심이 가장 낮은 하강형, 배사구조는 중심이 높은 상승형이지만 좌우 대칭인 형태로서 암염이나 마그마의 집중적 상승으로 인한 국소적 隆起를 설명하지 못한다. 단층구조는 지층이 끊어지는 변위현상으로 이와 무관하다.

S파는 실체파 중 하나이지만, 약 3.5~4 km/s의 속도를 가지며 P파보다 느리다. "S파는 약 6 km/s의 속도를 가지며 가장 빠르다"는 두 가지 면에서 오류다.

첫째, 6 km/s는 P파의 속도이고, 둘째 "가장 빠르다"는 표현은 틀렸다. 실체파 중에서 P파가 가장 빠르고 표면파가 가장 느리다.

• 실체파에 P파와 S파가 있다는 설명은 맞다(P파와 S파가 실체파).
• 표면파에 대한 설명도 맞다(표면파는 파장이 길고 진폭이 크다).
• 암영대에 대한 설명도 맞다(P파의 암영대는 진앙으로부터 103~143° 범위).

지진파는 지구 내부를 통과하는 실체파(P파, S파)와 지표면을 따라 전파하는 표면파(레일리파, 러브파)로 구분된다는 것이 지진학의 기본 분류이다.

• 진원(hypocenter)은 지진이 실제로 발생한 지구 내부의 위치이고, 지표 위의 바로 위 지점은 진앙(epicenter)이라 한다.
• 지진의 주요 원인은 판 경계에서의 판 이동과 응력 해방이며, 화산활동은 지진의 부수적 원인일 뿐이다.
• P파를 횡파라 한 것은 P파와 S파를 혼동한 것으로, P파는 진동방향과 진행방향이 평행한 종파이고, S파가 수직인 횡파이다.

심발지진(깊이 300~700km)이 발생하는 섭입대 환경에서는 차가운 해양판이 맨틀로 계속 하강하면서 주변 맨틀보다 훨씬 낮은 지온을 유지하기 때문에 지진이 발생 가능하다.

일반적인 맨틀 심도에서는 고온·고압 조건 때문에 암석이 소성변형(유동)으로 응답하여 지진이 일어나지 않지만, 섭입하는 냉각된 판 내부는 지온구배가 낮아 상대적으로 저온을 유지하므로 취성거동이 가능하고 응력 축적 후 단열(파괴)로 지진이 발생한다.

• 각섬암-에클로자이트 상전이와 고압변성작용은 지진 발생의 보조적 메커니즘일 수 있으나, 700km 깊이까지 광범위한 심발지진 발생의 근본 원인은 차가운 해양판 자체가 유지하는 낮은 지온구배이다.
• 섭입되는 해양판의 부분융용은 오히려 온도 상승을 의미하므로 심발지진 발생과 무관하다.

신장절리(extension joint)는 암석이 인장응력을 받아 형성되는 절리로, 응력 방향에 수직으로 발달하는 특징을 가진다. 반면 '공액상(conjugate) 발달'은 전단절리(shear joint)의 특징으로, 두 방향의 절리가 대칭적으로 교차하며 나타난다.

신장절리는 단일 응력 방향에 수직으로 발달하므로 공액상을 이루지 않는다.

• 절리간격에 대한 설명은 정확하다 — 신장절리는 규칙적인 응력장에서 형성되어 절리간격이 비교적 균일하다.
• 절리면에 대한 설명도 맞다 — 절리면은 상대적으로 거칠고 암질의 강도·균질성에 따라 발달 정도가 달라진다.
• 경사·연장성에 대한 설명도 신장절리의 전형적 특징이다 — 절리면이 거의 수직에 가까우며 연장성이 우수하다.

점완단층(listric fault)은 지표에서 급경사를 이루다가 지하로 깊어질수록 경사가 완만해져 결국 거의 수평에 가까워지는 특징을 갖는 단층이다. 따라서 4번은 지표와 지하의 경사 관계를 정반대로 설명하고 있어 옳지 않다. 1번의 곡면 단층면, 2번의 정단층 운동(확장장 환경), 3번의 상반 배사구조는 모두 점완단층의 전형적인 특징이다.

위경사는 $\tan\alpha=\tan\delta\times\sin\beta$로 구한다(δ: 진경사, β: 주향과 단면 방향 사이 각). 주향 N45W와 단면 N80W 사이의 각은 β = 35°이다.
$\tan\alpha=\tan60^\circ\times\sin35^\circ=1.732\times0.574\approx0.994$ 이므로 α ≈ 45°이다.

돔과 분지형 중첩습곡(dome and basin pattern)은 두 습곡축이 직각을 이루고 습곡축면이 모두 수직일 때 발생한다. 두 습곡축이 서로 직각이면 평면도에서 원형의 돔(dome) 구조와 분지(basin) 구조가 교대로 나타나는 특징적인 패턴이 만들어진다.

습곡축이 평행한 경우는 간단한 간섭무늬(interference pattern)만 생기고, 선행습곡 축면이 수평인 경우는 수평 습곡축 조건을 충족하지 못한다.

따라서 두 습곡축이 직각이면서 두 축면이 모두 수직이어야 돔과 분지형태의 특징적인 중첩습곡구조가 형성된다.

선구조는 암석에서 선형으로 배열된 구조를 지칭하며, 엽리구조는 이와 대비되는 개념이다. 엽리구조(foliation)는 판상·층상 구조로 광물의 평면 배열을 의미하는 면구조(planar structure)이므로 선구조가 아니다.

• 단층조선(slickenline)은 단층면 위의 선형 흠집으로 선구조이다.
• 멀리온구조는 주름진 층의 능선이 만드는 평행한 선형 능선으로 선구조이다.
• 부딘구조는 신장된 암석이 끊어져 렌즈 모양으로 배열되는데 그 배열이 선형을 나타내므로 선구조이다.

점판암대(slate belts)는 저등급 변성작용을 받은 세일과 점토암이 광역변성을 입은 지역으로, 그 구조적 특징은 엽리(foliation)와 벽개(cleavage)의 발달이다. 편리(foliation)는 고등급 변성암(편마암, 편마상편암 등)에서 발달하는 특징으로, 저등급 변성의 점판암대에서는 벽개가 발달하지 편리가 발달하는 것이 아니다.

• kink 발달은 점판암대에서 흔히 관찰되는 습곡 구조이다.
• simple fold(단순습곡)도 이 지역의 전형적인 습곡 양식이다.
• 벽개 발달은 점판암의 정의적 특징이다.

단층비탈향사(fault-ramp syncline), 단층굴곡배사(fault-bend anticline), 회전배사(roll-over anticline)는 모두 정단층 운동과 관련되어 상반이 단층면을 따라 미끄러지면서 형성되는 구조들이다.

특히 회전배사(rollover anticline)는 정단층의 대표적인 수반구조로 잘 알려져 있으며, 스러스트(역단층)에서는 이와 유사하지만 별도로 단층전파습곡, 단층활공습곡 등으로 구분한다. 따라서 이러한 지질구조들은 정단층계에서 형성된다.

맨틀대류의 상승부는 발산형 경계(mid-ocean ridge)에 해당한다. 반면 해구형성은 수렴형 경계인 맨틀 하강부에서 일어나는 현상으로, 밀도가 높은 해양판이 대륙판 아래로 섭입하면서 깊은 해구가 형성된다.

• 열곡발달은 상승하는 맨틀의 압력으로 대륙지각이 벌어지면서 나타나는 현상이다.
• 천발지진은 상승부에서 뜨거운 암석이 올라오면서 발생하는 지진이다.
• 베개용암분출은 해저에서 용암이 분출될 때 냉각되면서 형성되는 현상이다.

반감기는 붕괴상수와 $t_{1/2} = \frac{\ln 2}{\lambda}$의 관계식으로 구한다. 주어진 값을 대입하면 $t_{1/2} = \frac{0.693}{1.0 \times 10^{-2}} = \frac{0.693}{0.01} = 69.3$초이다. 따라서 반감기는 69.3초이다.

코발트나 세슘 방사성 동위원소를 감마선 소스로 사용하여 암석과의 콤프턴 산란을 측정하는 공내검층은 밀도 검층이다. 밀도 검층은 감마선이 매질의 전자와 충돌하면서 에너지를 잃고 산란되는 콤프턴 산란 현상을 이용하며, 산란된 감마선의 수를 검출기로 측정하여 암석의 밀도를 결정한다. 일반적으로 코발트-60 또는 세슘-137이 감마선 소스로 사용되며, 밀도가 높을수록 산란 감마선이 적게 검출되므로 검출값과 밀도는 역의 관계를 갖는다.