열수광상
세계적으로 유명한 많은 광산들은 광석광물이 열수용액으로부터 침전될 때 생성된 광석을 포함하고 있습니다. 열수용액에 의한 광상 생성과정은 그 어느 과정보다도 효과적인 광상 생성과정입니다. 그러나 열수용액의 기원에 관해서는 아직도 많은 논쟁이 있습니다. 어떤 열수용액은 마그마로부터 방출된 것이고 어떤 것은 지각을 순환하는 강수나 해수로부터 기원된 것입니다.
해저산맥에서의 화산작용으로 가열된 해수로부터 열수용액이 기원되었고, 생성되는 광석이 주로 황화광물로 구성된 광상을 화산성 괴상 황화물 광상이라고 부릅니다. 이 광상의 황화성분은 해양지각 내 화성암으로부터 기원된 것입니다. 가열된 해수가 주변 암석과 반응하면 암석의 광물구성과 해수의 화학조성이 변화됩니다. 예를 들면, 장성은 점토광물이나 녹염석으로 변질되며, 휘석은 녹니석으로 변질됩니다. 기존광물이 변질됨에 따라 광물 내 원자치환으로 존재하던 Cu, Zn 등의 미량 금속 원소들이 방출되어 천천히 순환하는 열수용액 내에 농집 되어갑니다. 유사한 화학조성을 갖는 열수용액들이 여러 가지 과정에 의해 생성될 수 있습니다. 이때 생성된 열수용액 내 용존된 광화성분은 열수용액을 생성시킨 암석의 종류에 따라 달라집니다. 예를 들면, Cu 및 Zn은 휘석 내 원자치환으로 존재하기 때문에 휘석이 많은 해양지각은 Cu와 Zn을 많이 포함하는 열수용액을 생성시킬 수 있습니다. 따라서 대부분의 화산성 괴상 황화물 광상은 Cu와 Zn이 풍부한 광상이 됩니다.
광물침전의 원인
열수용액이 천천히 상승하게 되면 용액은 서서히 냉각됩니다. 만약 용해되어 있던 광화성분이 천천히 이동하는 용액으로부터 침전된다면, 매우 긴 경로에 광물을 침전시키게 되므로 광상을 형성할 정도로 농집 되지 않습니다. 그러나 열수용액이 파쇄대나 투수성이 큰 다공질의 암석을 통해 급속히 상승하게 되면, 용액의 급속한 냉각이 일어나 짧은 거리 내에 급속한 광물 침전이 일어나면서 광상을 생성시킵니다. 급속한 압력 감소에 의한 비등, 주변 모암과의 반응에 의한 열수용액의 화학조성 변화, 해수와의 혼합에 의해서도 급속한 광물 침전이 일어나 광상이 생성될 수 있습니다.
광물침전의 예
열수용액이 열극내에서 광물을 침전시키면 광맥을 형성시키는데, 이러한 광맥은 화산활동 지역에서 흔히 발달합니다. 콜로라도의 크리플 크릭의 금광상은 조그만 칼데라와 관련된 열극에서 생성되었고, 볼리비아의 거대한 주석 및 은 광상도 성층화산 주변의 열극에서 생성되었습니다. 화산활동을 일으키는 마그마로부터 방출된 열수용액이 화산 활동 시 생성된 열극 속으로 상승하면서 광맥을 생성시킵니다.
냉각되고 있는 화강암체도 마그마와 같은 열원이 될 수 있으며, 열수용액의 공급원이 될 수도 있습니다. 냉각되는 화강암체로부터 외곽으로 방출된 열수용액이 열극을 통해 이동하면서 주변 암석과의 반응으로 암석을 변질시키는 과정에서 유용한 원소를 침전시키기도 합니다. 많은 광상들은 관입 화성암체와 성인적 관련이 있습니다. 영국 콘월의 주석광상, 몬타나의 뷰테, 유타의 빙햄, 애리조나의 비스비 구리광상이 그 예들입니다.
마그마광상
부분용융과 분별 결정작용의 과정은 어떤 광물을 다른 광물로부터 분리시키는 두 가지 방법입니다. 특히, 분별 결정작용은 유용한 광상생성을 가능하게 할 수 있는데, 이러한 과정에 의해 생성된 광상을 마그마광상이라고 합니다.
화강암질 마그마의 분별 결정작용에 의해 생성된 페그마타이트에는 Li, Be, Cs, Nb 등의 원소가 농집 되어 있습니다. 전 세계적으로 리튬의 대부분은 캐롤라이나 북부 킹스산맥과 짐바브웨의 비티카에 분포하는 페그마타이트에서 채광됩니다. 캐나다 마니토바의 탄코 페그마타이트에서는 전 세계 대부분의 세슘이 산출되며, 세계 각국의 페그마타이트에서 베릴륨의 주요 광석광물인 녹주석이 산출됩니다.
분별 결정작용의 또 다른 한 과정인 광물침전도 유용한 광상을 만들 수 있습니다. 이 과정은 점성이 낮은 현무암질 마그마에서 중요합니다. 현무암질 마그마가 결정화되면서 초기에 정출된 Cr의 주광석인 크롬철석이 마그마 챔버 바닥에 가라앉아 크롬철석이 풍부한 층을 형성합니다. 남아프리카의 부쉬벨트 화성암 복합체와 짐바브웨의 그레이프 다이크 등은 이러한 과정에 의해 생성된 세계적인 크롬 광상입니다.