규화

Silicification
왼쪽 이미지:홍콩 북동부 캣오에 있는 규화된 열수성 브레치아.회색빛이 도는 흰색 부분은 규화 과정을 거쳤다.오른쪽 이미지:규화된 브레치아의 특징을 보여주는 왼쪽 이미지의 주석이 달린 다이어그램입니다.

지질학에서 규화란 암석, 나무, 뼈, 조개 등 지구 물질의 틈새에 실리카가 풍부한 액체가 스며들어 원래의 물질을 실리카(SiO2)로 대체하는 석화 과정이다.실리카는 지구의 지각과 맨틀을 포함한 유기 및 무기 물질에서 발견되는 자연적으로 존재하고 풍부한 화합물이다.규화 메커니즘은 다양합니다.목재의 규화에서 실리카는 용기나 세포벽과 [1]같은 목재의 균열이나 틈새에 침투하여 점유한다.원래의 유기물은 과정 내내 유지되며 [2]시간이 지나면서 점차적으로 부패할 것이다.탄산염의 규화에서 실리카는 탄산염을 같은 [3]부피로 대체한다.원래 암석 광물의 용해와 실리카의 침전을 통해 대체가 이루어진다.이로 인해 시스템에서 [3][4]원재료가 제거됩니다.원래 암석의 구조와 구성에 따라, 실리카는 암석의 특정 광물 성분만 대체할 수 있습니다.실리카가 풍부한 액체의 규산(HSIO44)은 암석 내에서 자라는 렌즈 모양, 결절 모양, 섬유 모양 또는 집합 석영, 오팔 또는 석회를 [5]형성합니다.규화는 암석이나 유기물이 실리카가 풍부한 지표수와 접촉하거나 퇴적물에 묻혀 지하수 흐름에 취약하거나 화산재에 묻혀 있을 때 발생한다.규화는 종종 열수 [1]과정과 관련이 있다.규화 온도는 다양한 조건의 범위: 매몰 또는 지표수 조건의 규화 온도는 약 25°-50°가 될 수 있다.규소성 유체 포함물의 온도는 최대 150°~150°[6][7]가 될 수 있다.규화는 합성 퇴적 또는 퇴적 후 단계에서 발생할 수 있으며, 일반적으로 부적합 또는 바닥면과 [5][8]같은 침전 변화를 나타내는 층을 따라 발생할 수 있다.

실리카의 출처

규화용 실리카의 출처를 설명하는 간단한 도표.풀, 스폰지, 규조류에 있는 식물석은 실리카의 생물학적 공급원이다.식물석은 보통 대륙에서 실리카를 공급하지만, 스펀지와 규조류는 해양 실리카를 공급합니다.암석학적 실리카는 화산 사건을 통해 표면으로 떠오른 반면, 기존 암석의 풍화 작용은 실리카를 물로 방출한다.

실리카의 공급원은 두 가지 범주로 나눌 수 있다: 유기 물질과 무기 물질 중 실리카.전자의 범주는 생물적 실리카로도 알려져 있는데, 이것은 동물과 식물에서 어디서나 볼 수 있는 물질후자의 범주는 [9]지각에서 두 번째로 풍부한 원소이다.규산염 광물은 현재 확인된 [10]암석의 95%의 주요 성분이다.

생물학

바이오제닉 실리카는 디아제네시스를 위한 실리카의 주요 공급원이다.대표적인 예 중 하나는 식물의 잎, 즉 풀과 에퀴세타과에 있는 식물성 결석에 실리카가 존재한다는 것이다.어떤 사람들은 식물성 결석에 존재하는 실리카가 초식동물에 대한 방어 메커니즘으로 작용할 수 있다고 제안했는데, 잎에 실리카가 있으면 소화가 어려워져 초식동물의 [11]체력을 해친다.그러나 실리카가 동식물의 복지에 미치는 영향에 대한 증거는 여전히 불충분하다.

게다가, 스펀지는 동물에서 자연적으로 발생하는 실리카의 또 다른 생물학적 원천이다.그들은 분류 체계에서 Porifera문에 속합니다.규화 퇴적층에서 흔히 볼 수 있는 규화 스폰지. 예를 들어 중국 [12]남부의 연자허층.그 중 일부는 스펀지 스파이큘로서 발생하며 규화 [12]후 미세결정 석영이나 다른 탄산염과 관련이 있다.그것은 또한 석화된 [12]숲의 앵무새 침대나 앵무새와 같은 침전지의 주요 공급원이 될 수 있다.

해양 환경에 사는 미세조류의 중요한 그룹인 규조류는 이원성 실리카의 근원에 크게 기여합니다.그들은 규조충돌로도 [13]알려진 실리카로 만들어진 세포벽을 가지고 있다.규화된 퇴적암에서는 규화석 화석이 발굴되기도 한다.이것은 규화 규소의 공급원이 규화 [13]규소의 원인이었음을 시사한다.워싱턴의 Miosene Astoria Formation의 규화 암석, 칠레의 El Tatio Geyser Field의 규화 이그님브라이트, 서태평양 심해 [13][14][15]드릴의 제3차 규산 퇴적암 등이 그 예입니다.다양한 종의 생물성 실리카의 존재는 해양에서 실리카를 순환시키는 대규모 해양 실리카 사이클을 생성한다.따라서 심해 퇴적물의 활성 실리카 상승 지역에서 실리카 함량이 높다.또한 얕은 해양환경에 퇴적된 탄산가죽은 대륙붕 지역의 [16]실리카 함량을 풍부하게 한다.

지질학

지구 상부 맨틀의 주요 구성 요소는 열수성 유체에서 실리카의 주요 공급원으로 만드는 실리카입니다2.SiO는2 안정적인 성분입니다.그것은 종종 화산암에서 석영으로 나타난다.기존의 암석으로부터 파생된 일부 석영은 모래와 바닷물과 상호작용하여 규산성 [12]액체를 생성하는 유해 석영의 형태로 나타납니다.규소암 중 실리카는 열수변화를 일으켜 일정 온도에서 바닷물과 반응해 인근 물질의 규화를 위한 산성용액을 형성할 수 있다.암석 사이클에서는 암석의 화학적 풍화 작용에 의해 규산 형태의 실리카가 [12]부산물로 방출되기도 한다.풍화암에서 나온 실리카는 물에 씻겨져 얕은 해양 환경으로 [17]퇴적된다.

화산암의 규화 메커니즘

열수성 유체의 존재는 규화 과정에서 지구화학적 반응을 일으키는 매개체로서 필수적이다.다른 물질의 규화에는 다른 메커니즘이 관여한다.탄산염과 같은 암석 물질의 규화에서, 열수 변화를 통한 광물의 대체는 흔한 일이지만, 목재와 같은 유기 물질의 규화는 단지 [17][18]투과 과정일 뿐이다.

교환

실리카의 교환에는 다음 두 가지 프로세스가 포함됩니다.

이 도표는 암석 물질의 용해와 실리카의 침전을 통한 규화 메커니즘을 보여준다.실리카가 풍부한 액체는 보통 실리카로 과포화되므로 틈새로 스며들면 실리카가 침전됩니다.반면에, 이 액체들은 다른 암석 광물들과 상대적으로 불포화 되어 있고, 이것은 광물의 용해로 이어진다.이러한 물질은 유체에 의해 운반되고 실리카로 대체됩니다.

1) 암석광물의[18] 용해

2) 실리카의[18] 침전

탄산염-실리카 치환을 통해 설명할 수 있다.열수성 유체는 탄산염으로 불포화되고 실리카로 불포화된다.탄산염 암석이 열수성 유체와 접촉하면 구배 차이로 원래 암석의 탄산염이 액체로 용해되는 반면 [18]실리카는 석출한다.따라서 용해된 탄산염은 시스템에서 추출되고 [17]침전된 실리카는 실리카상에 따라 다양한 규산염 광물로 재결정됩니다.실리카의 용해성은 pH9가 [18]제어값인 환경의[3] 온도와 pH 값에 따라 크게 달라집니다.pH가 9보다 낮은 상태에서는 실리카가 유체 밖으로 침전되고, pH 값이 9보다 크면 실리카는 용해성이 [3]높아진다.

투과

나무의 규화에서 실리카는 열수성 유체에 용해되어 세포벽의 리그닌으로 스며든다.액체에서 실리카가 침전되면 틈새,[1][19] 특히 세포벽에 실리카가 침착됩니다.세포 물질은 유체에 의해 분해되지만, 미네랄의 발달로 구조는 안정적입니다.세포 구조는 서서히 실리카로 대체된다.규산성 유체의 지속적인 침투는 1차 및 2차 등 다양한 규화 단계를 초래합니다.시간의 경과에 따른 유체 손실은 늦은 실리카 [20]첨가를 통해 규화된 목재의 침착으로 이어집니다.

규화 속도는 몇 가지 요인에 따라 달라집니다.

1) 원세포의[20] 파괴율

2) 유체[1][3] 중 실리카 발생원 및 실리카 함량 여부

이 다이어그램은 셀 내 나무의 규화 메커니즘을 보여줍니다.실리카는 세포벽을 통해 침투한다.세포 구조가 점차 악화되고 세포 전체에 실리카가 퇴적된다.Furuno, 1986 및 Fengel, 1991에서 [19][21]개작 및 수정.

3) 규화환경의[1][3] 온도 및 pH

4) 기타 유전자 조작의[3][22] 간섭

이러한 요인들은 많은 방법으로 규화 과정에 영향을 미친다.원래 세포의 파괴 속도는 미네랄 프레임워크의 발달을 통제하고, 따라서 실리카의 [20]치환을 통제한다.실리카의 가용성은 유체 중 실리카 함량을 직접 결정합니다.실리카 함량이 높을수록 [1]규화 속도가 빨라질 수 있습니다.동일한 개념이 열수성 유체의 가용성에 적용된다.환경의 온도와 pH에 따라 규화가 [3][22]발생하는 조건이 결정됩니다.이는 매몰 깊이 또는 화산 사건과의 연관성과 밀접하게 관련되어 있다.다른 유전적인 프로세스의 간섭으로 인해 규화에 장애가 발생할 수 있습니다.다른 지질학적 과정에 대한 규화의 상대적인 시간은 추가적인 지질학적 [1][19][20][22]해석을 위한 참조가 될 수 있습니다.

규화의 예

규화 화산암

캐나다 남동부 해안 뉴펀들랜드의 콘셉션 베이에서는 캄브리아기 전에서 캄브리아기와 관련된 일련의 화산암들이 규화되었습니다.그 암석들은 주로 유문류와 현무암류들로 구성되어 있으며, 결정 응회암과 쇄석암들이 서로 맞물려 있다.지역 규화는 다른 지구화학적 과정이 [23]발생하기 전에 예비 변경 과정으로 이루어졌다.이 지역 근처의 실리카의 공급원은 정적 [23]조건 하에서 유문류에서 나오는 뜨거운 규소성 유체였다.실리카의 상당 부분은 백색 칼케돈 석영, 석영 정맥 및 입상 석영 [23]결정의 형태로 나타났다.암석 구조의 차이로 인해, 실리카는 가까운 곳의 암석에서는 다른 물질들을 대체한다.다음 표는 다양한 지역에서 [23]실리카의 교환을 보여줍니다.

뉴펀들랜드의 규화 과정에서 다른 물질의 교환
위치 교환된 소재 실리카의 형태
마뉴엘 유문구체 칼케돈 석영
클라렌빌 암석 지반 유리 같은 균열을 따라 세리사이트가 있는 칼케돈 석영

규화 변성암

아랍에미리트(UAE) 오만의 세마일 나페에서 규산화된 서펜타이트가 발견됐다.그러한 지질학적 특징의 발생은 다소 이례적이다.그것은 독사석 원석이 이미 [24]규화된 의사 형상의 변화이다.지각 현상으로 인해 기초 사철석이 갈라지고 단층을 따라 지하수가 스며들어 지층 [24]내 지하수의 대규모 순환이 형성되었다.열수 용해를 통해, 실리카는 침전되어 뱀의 [25]공극 주위로 결정되었다.따라서 규화는 지하수 [25]경로에서만 볼 수 있다.지하수 흐름과 이산화탄소 농도가 [24][25]낮은 상태에서 스펜서나이트의 규화가 형성되었다.

규화 탄산염

규화탄산염은 규화탄산염 [3]암석층이나 규화 카르스트 형태로 나타날 수 있습니다.스페인 중앙의 고산 마드리드 분지는 암석층의 규화 탄산염의 한 예인 알파인 융기 때문에 생긴 육지 분지입니다.암석학은 라쿠스트린 환경에서 형성된 탄산염과 이물질 단위로 구성되어 있다.암석 단위는 체르트, 석영, 아팔린 광물이 [26]층에서 발견되는 곳에서 규화된다.또한 비슷한 연대의 기초 증발층에도 적합하다.암석층 [26]내에는 규화 두 단계가 있었던 것으로 밝혀졌다.규화의 초기 단계는 실리카의 침전에 더 나은 조건과 장소를 제공했다.실리카의 출처는 아직 확실하지 않다.[26]탄산염에서 검출된 생물학적 실리카는 없습니다.그러나 탄산염에서 미생물 막이 발견되어 [26]규조류의 존재를 시사할 수 있다.

카르스트는 암석이나 돌로마이트와 같은 탄산염 암석의 용해로 형성된 탄산동굴이다.이들은 보통 지하수에 취약하며 이러한 배수구에 용해된다.규화된 카르스트와 동굴 퇴적물은 규산성 액체가 단층과 [17]균열을 통해 카르스트 안으로 들어갈 때 형성된다.애리조나 중부에 있는 아파치 그룹의 중생대 중간 석회암은 규화된 카르스트의 전형적인 예입니다.탄산염의 일부는 초기 진단에서 셰르트로 치환되고, 나머지 부분은 [17]후기에 완전히 규화된다.탄산염의 실리카의 공급원은 보통 생물유전학적 실리카의 존재와 관련이 있지만, 메스칼 석회암에서 실리카의 공급원은 높은 실리카 [17]함량을 가진 돌출 화성암인 위에 있는 현무암들의 풍화에서 비롯됩니다.

규화림

오팔은 재스퍼에 박혀있었어

숲의 규화는 보통 육상 환경에서 일어나지만, 때로는 수중 [19]환경에서도 일어날 수 있다.실리카가 풍부한 온천의 실리카 침전에 의해 지표수 규화가 이루어진다.일본 중부 북부 해안의 다테야마 온천은 실리카 함량이 높아 인근 낙엽수와 유기물의 규화에 기여하고 있다.실리카는 액체에서 빠르게 침전되고 오팔은 실리카의 [18]주요 형태이다.퇴적된 오팔은 온도 약 70℃, pH값 약 3으로 크기가 다른 실리카 구체로 랜덤하게 배치되어 있다.[18]

조기 규화

마픽 마그마는 하데스-아르헨 [27]과도기 동안 약 3.9 Ga의 속도로 해저에서 지배했다.급속한 규화로 인해, 장구질 대륙 지각이 [28]형성되기 시작했다.시대에서 대륙 지각은 화강암-몬조나이트-시네나이트 [28]스위트뿐만 아니라 톤알라이트-트론제마이트-그라노디오라이트(TTG)로 구성되었다.

골드즈워시 산의 증거

호주 서부에 위치한 필바라 크라톤에 있는 골드즈워스산은 시생대 쇄설 메타 퇴적암 서열을 가진 최초의 규화 사례 중 하나를 보유하고 있으며 규화와 열수변화의 증거로 초기 지구 표면 환경을 드러내고 있다.이 발굴된 암석들은 광물 [8]성분 면에서 SiO2가 지배적인 것으로 밝혀졌다.저온에서 [8]해수와의 열수 상호작용으로 높은 수준의 규화 과정을 거쳤다.석회암 조각은 미결정 석영으로 대체되었고, 규화 [8]과정에서 원석은 변화되었다.규화 상태와 존재하는 원소는 합성 및 후 [8]증착 시 표면 온도와 이산화탄소 함량이 높음을 시사했다.

바버턴 그린스톤 벨트의 증거

남아프리카의 바버톤 그린스톤 벨트, 특히 약 3.5-3.2 Ga의 에스와티니 슈퍼군은 잘 보존된 규화산 퇴적암 집합체이다.규화화산암은 초강력에서 장석에 이르기까지 다양한 성분으로 지층이 있는 셰트층 바로 아래에 있다.암석들은 암석 퇴적과 규화 [29]사이의 관계를 암시하는 암석 접촉부근에서 더 규화된다.실리카의 변화된 구역은 해수 순환에서와 같이 열수 활동이 암석층을 활발하게 돌면서 침상된 셰트의 [30]퇴적 과정에서 균열과 단층을 통해 순환한다는 것을 보여준다.바닷물이 가열되어 화산 발원지 아래에서 은은한 물질을 얻었다.실리카 농축액은 저온 상태에서 합성 [30][31]퇴적 단계에서 다공질 물질에 스며들어 암석의 규화를 일으킨다.

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