부분용융 (Partial Melting)

한 줄 정의: 암석이 구성 광물의 용융점 차이 때문에 전체가 아닌 일부만 녹아 용융체와 잔류 고체가 공존하는 현상으로, 맨틀과 지각에서 마그마가 생성되는 기본 과정이다.

쉽게 풀면

암석은 여러 광물의 혼합체라서 녹기 시작하는 온도가 광물마다 다릅니다. 온도가 올라가거나 압력이 낮아지거나 물이 들어오면 녹기 쉬운 성분부터 먼저 액체가 되고, 나머지는 고체로 남습니다. 이렇게 일부만 녹아서 생긴 액체가 빠져나가 마그마가 되는데, 그 액체는 원래 암석보다 규소와 불상용성 원소가 많습니다. 맨틀 감람암이 몇 퍼센트만 녹아도 현무암질 마그마가 만들어지는 것이 대표적인 예입니다.

왜 중요한가

부분용융은 지구 내부에서 마그마가 왜, 어디서 만들어지는지를 설명하는 핵심 개념이며, 해령·섭입대·열점에서 생성되는 마그마의 조성 차이를 용융 정도와 근원암의 차이로 풀어내는 근거가 됩니다. 미량원소와 동위원소 자료로 용융 비율과 근원암의 성질을 역산하는 지구화학 연구의 기초 모델입니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

"중앙해령 현무암의 희토류원소 패턴은 스피넬 감람암의 약 10% 부분용융으로 재현된다."

해령 현무암의 원소 농도 패턴이 맨틀 암석이 약 10% 녹았을 때 예상되는 값과 맞는다는 의미이다.

"섭입 슬랩에서 방출된 유체가 맨틀 쐐기의 고상선을 낮추어 함수 부분용융을 유발한 것으로 해석된다."

섭입하는 판에서 나온 물이 위쪽 맨틀의 녹는점을 낮춰 녹게 만들었다는 뜻으로, 화산호 마그마 생성의 일반적 설명이다.

조금 더 깊게 보면

부분용융을 일으키는 세 가지 경로는 온도 상승, 감압(맨틀 상승류에서 압력이 낮아져 고상선을 넘는 경우), 휘발성 성분 첨가(물이 고상선을 낮추는 경우)입니다. 해령과 열점은 감압용융, 섭입대는 함수용융이 지배적입니다. 용융체의 조성은 배치 용융(용융체가 잔류물과 평형 유지)인지 분별 용융(생성 즉시 추출)인지에 따라 달라지며, 불상용성 원소 농도는 C_L = C_0 / [D + F(1−D)] 같은 배치 용융 식으로 계산합니다. 용융 정도가 낮을수록 불상용성 원소가 크게 농집됩니다.

주의할 점

부분용융의 정도(F)는 직접 측정할 수 없고 모델에 의존하는 추정값이므로, 근원암 조성과 분배계수 가정에 따라 값이 크게 달라질 수 있다. '부분용융으로 생성된 마그마'라는 표현 자체는 거의 모든 마그마에 해당하므로 용융 기작(감압·함수·가열)과 근원암을 함께 명시해야 의미가 있다.