광상
(1) 자원과 광상
① 지하자원: 자원은 인간 활동과 생산에 필요한 모든 것으로, 인간에게 유용하고 가치 있는 물질 및 에너지로 쓸 수 있는 원료를 말한다. 특히 땅속에 묻혀 있는 채취 가능한 자원을 지하자원이라고 한다.
② 광물 자원: 여러 종류의 자원 중 금, 구리, 아연과 같은 금속 광물과 고령토, 석회석과 같은 비금속 광물을 통칭하여 광물 자원이라고 한다.
③ 광상과 광산: 광물 자원이 지각 내에 채굴이 가능할 정도로 농집되어 있는 장소를 광상이라하고, 광상에서 채굴한 경제성이 있는 암석을 광석이라고 한다. 광상에서 광석을 채굴하는 곳을 광산이라고 한다.
(2) 화성 광상: 마그마가 냉각되는 과정에서 마그마 속에 포함된 유용한 원소들이 분리되거나한 곳에 집적되어 형성되는 광상을 화성 광상이라고 한다.
① 정마그마 광상: 고온의 마그마가 냉각되는 초기에 용융점이 높고 밀도가 큰 광물들이 정출되어 형성된 광상으로 자철석, 크로뮴철석, 백금, 니켈 등이 산출된다.
② 페그마타이트 광상: 마그마 냉각 말기에 마그마가 주변의 암석을 뚫고 들어가서 형성된 광상으로 석영, 장석, 운모, 녹주석 등의 광물과 희토류 원소들이 산출된다. 이 광상에는 석영·운모 광상, 리튬·베릴륨 광상, 희유 원소 광물의 광상, 녹주석·전기석 등의 보석 광상과 철, 텅스텐, 몰리브데넘, 금 등의 금속 광물 광상이 있다.
③ 기성 광상: 마그마에 있던 수증기와 휘발 성분이 주위의 암석을 뚫고 들어가 일부를 녹이고 침전하여 형성된 광상으로 주석, 몰리브데넘, 망가니즈, 텅스텐 등이 산출된다.
④ 열수 광상: 마그마가 냉각되면서 여러 가지 광물이 정출되고 남은 열수 용액이 주변 암석의 틈을 따라 이동하여 형성된 광상으로 석영맥과 함께 금, 은, 구리, 납, 아연 등을 포함하는 광물이 산출된다.
(3) 퇴적 광상: 지표의 광상이나 암석이 풍화, 침식, 운반되는 과정 중에 유용 광물이 집중적으로 집적되어 형성된 광상이다.
① 표사 광상: 광상이나 암석 중에 있던 광물들이 풍화 작용으로 분리되고 침식 작용으로 깎여 나가 강바닥으로 운반된 후, 모래 사이로 가라앉아 진흙층이나 기반암 위에 모여서 만들어진 광상이다. 표사 광상에서는 금이나 백금, 금강석, 주석 등이 산출된다.
② 풍화 잔류 광상: 기존의 암석이 풍화 작용을 받은 후 풍화의 산물이 그 자리에 남아서 만들어진 광상이다. 풍화 잔류 광상에서는 장석이 풍화 작용을 받아 만들어진 고령토, 고령토가 풍화 작용을 받아 만들어진 보크사이트, 철분이 많이 포함된 암석이 풍화되어 생성된 갈철석이나 적철석 등이 산출된다.
③ 침전 광상: 해수가 증발하면서 해수에 녹아 있는 물질이 침전되어 형성된 광상으로 석회석, 암염, 망가니즈 단괴, 석고, 황산 나트륨 등이 산출된다. 호상 철광층은 적철석, 자철석 등의침전으로 형성된 것이다.
(4) 변성 광상: 광물이 변성 작용을 받는 과정에서 재배열됨으로써 새로운 광물이 농집되거나기존의 광상이 변성 작용을 받아 광물의 조성이 달라져 형성된 광상이다.
① 광역 변성 광상: 광역 변성 작용이 일어날 때는 광물들이 한 곳에 모이기 어렵지만 광역 변성 작용이 일어나면서 물과 휘발 성분이 빠져나와 생긴 열수에 의해 광상이 형성되기도 한다. 이 광상에서는 우라늄, 흑연, 활석, 석면, 남정석 등이 산출된다.
② 접촉 교대 광상: 석회질 퇴적암에 화성암체가 관입한 접촉부에서는 석회질 물질과 고온의 규산염 용액이 반응하여 새로운 광물이 침전되어 기존 광물을 교대하여 광상이 형성되는데, 이를 접촉 교대 광상이라고 한다. 이 광상에서는 철, 구리, 텅스텐, 납, 아연, 몰리브데넘, 주석등이 산출된다. (암석학적으로는 변성 광상이지만 광상학에서는 화성 광상으로 분류한다.)
광물과 암석의 이용
(1) 금속 광물 자원
① 금속이 주성분으로 함유된 광물이다.
② 특징
- 대체로 금속 광택이 나고, 불투명하다.
- 제련 과정을 거쳐야 한다.
- 전기와 열을 잘 전달한다.
③ 금속 광물에는 철, 알루미늄, 구리, 아연, 금, 은, 망가니즈, 텅스텐, 희토류, 리튬 등이 있다.
(2) 비금속 광물 자원
① 주로 비금속 원소로 이루어진 광물이다.
② 특징
- 제련 과정이 필요 없다.
- 암석으로부터 유용한 성분을 분리하거나 이용하기 쉽게 분쇄하는 과정이 필요하다.
③ 비금속 광물에는 석회석, 고령토, 점토, 규사, 운모, 장석, 금강석, 흑연 등이 있다.
(3) 광물의 이용 예
(4) 암석의 이용 예
해양 자원
(1) 해양 에너지 자원
① 가스수화물: 메테인이 주성분인 천연가스가 저온·고압의 환경에서 물 분자와 결합한 고체물질로, 전 세계에 약 10조 톤이 매장된 것으로 추산되며, 우리나라 동해 울릉 분지에도 6억톤가량 매장되어 있는 것으로 알려져 있다.
② 화석 연료: 전 세계의 대륙붕에는 아직 개발되지 않은 많은 양의 석탄, 석유, 천연가스가 매장되어 있고, 석유의 경우 현재 산유량의 약 50`% 이상을 해저 유전에서 생산하고 있다. 화석 연료는 연소 과정에서 이산화 탄소가 발생하여 지구 온난화를 일으키며, 각종 오염 물질을 배출한다. 또, 자원의 양이 한정되어 있어 언젠가는 고갈되는 문제점이 있다.
③ 조력 발전
- 달과 태양의 인력에 의해 발생하는 만조와 간조 때 해수면의 높이 차를 이용한다.
- 만조와 간조 때 발생하는 해수면의 높이 차를 이용하여 위치 에너지를 전기 에너지로 전환하는 발전 방식이다.
- 우리나라의 서해안은 조석 간만의 차가 커서 조력 발전을 하기에 적합하다.
- 장점: 날씨나 계절에 관계 없이 항상 발전할 수 있고, 조석 간만의 차를 알면 발전량 예측이가능하며, 대규모의 전력 생산이 가능하다.
- 단점: 제방 안쪽에 해수가 갇힘으로써 갯벌이 사라지고, 염분 농도가 변하며, 해양 생태계에 좋지 않은 영향을 줄 수 있다.
④ 조류 발전
- 조석에 의해 자연적으로 발생하는 빠른 흐름인 조류에 직접 터빈을 설치함으로써 해수의 수평 흐름을 회전 운동으로 변환시켜 전기 에너지를 생산하는 방식이다. 운동 에너지를 직접 이용한다는 점에서 풍력 발전과 원리가 동일하다.
- 장점: 날씨나 계절에 관계 없이 항상 발전할 수 있고, 특정 지역의 시간대별 유속을 알면 발전량 예측이 가능하며, 조력 발전보다 생태계에 미치는 영향이 적다.
- 단점: 조류의 흐름이 빠른 해역에서만 효과가 크다.
⑤ 파력 발전
- 바람에 의해 생기는 파도의 상하좌우 운동을 이용하는 것이다.
- 바다에 부표나 원통형 실린더를 띄워 놓고 여기에 발전기를 설치하여 파도가 칠 때 전기에너지를 생산하는 방식(부유식)과 파도의 운동에 의해 얻어지는 압축 공기를 이용하여 터빈을 돌려서 전기 에너지를 생산하는 방식(고정식) 등이 있다.
- 동해와 제주도 주변 해역은 강한 파도가 발생하는 곳으로 파력 발전에 적합한 조건을 가지고 있다.
⑥ 해양 온도 차 발전
- 표층수와 심층수의 온도 차이를 이용하여 전기를 생산하는 방법으로, 표층수의 따뜻한 열로 액체를 기화시켜 터빈을 돌려서 전기를 생산하고, 사용한 기체를 온도가 낮은 심층수로 다시 액화시킨다.
- 장점: 에너지 공급원이 무한하고, 이산화 탄소를 발생시키지 않는 청정 자연 에너지이다. 밤낮 구별 없이 전력 생산이 가능한 안정적인 에너지원이다. 특별한 저장 시설이 필요 없으며 계절적인 변동을 사전에 감안해 계획적인 발전이 가능하다.
- 단점: 바닷물에 의해 부식이 잘 일어나지 않는 재료로 발전 설비를 만들어야 한다.
- 현재 미국과 일본, 프랑스는 해양 온도 차 발전소를 건설해 운영하고 있다.
(2) 해양 생물 자원
① 바다에는 약 30만 종의 생물군이 분포하며, 해마다 약 6500만 톤의 식량을 공급받고 있다.
② 해양 생물은 육상 생물에 비하여 재생산력이 약 5~7배에 달하는데, 이와 같은 특징을 이용하여 바다 목장을 운영하기도 한다.
③ 생물 자원의 대부분은 식용으로 이용되지만 최근에는 의약품 원료, 공업 원료, 공예품 원료로 이용되고 있으며, 고부가가치 산업인 해양 신소재 개발이나 해양 바이오 산업에 활용되고 있다.
(3) 해양 광물 자원
① 해수 속의 광물 자원으로는 소금, 브로민, 마그네슘, 금, 은, 우라늄, 리튬 등이 있으며, 세계에서 사용되고 있는 소금의 약 30%는 바다에서 채취된다.
② 해양의 광물 자원
- 브로민: 주로 이온 형태로 물에 녹아 존재하며, 대부분은 염수 호수나 해수로부터 채취한다.
- 마그네슘: 해수로부터 식용 소금을 제조하는 과정에서 부산물로 얻을 수 있다.
- 우라늄: 해수 중에 약 0.003ppm 녹아 있다.
- 망가니즈 단괴: 태평양의 심해저에는 해수에 녹아 있던 망가니즈, 철, 구리, 니켈, 코발트 등이 침전하여 공 모양의 덩어리로 성장한 것이 있는데, 이를 망가니즈 단괴라고 한다. 우리나라는 태평양의 클라리온-클리퍼턴 해역을 탐사하여 망가니즈 단괴 단독 개발권을 확보하였다.
(4) 해양 자원 개발의 필요성
① 급격한 인구 증가와 산업화의 영향으로 환경 오염, 식량 자원 고갈 등의 문제점이 대두되며, 새로운 광물과 에너지 자원 확보 등의 해결 방안을 해양에서 찾을 수 있다.
② 지구 표면의 70 % 이상이 해양이며, 해양에는 석유와 천연가스, 가스수화물 등의 에너지 자원과 망가니즈 단괴와 같은 광물 자원 및 다양한 생물 자원이 있다.
③ 해수 1kg 중에는 다양한 공업 원료로 사용되는 염류가 평균 35g 정도 녹아 있다.
④ 해수를 담수화시켜 물 부족 문제를 해결할 가능성이 높다.
참고자료: EBS 수능특강 지구과학2
