콜리 알바니 화성계에서 아파타이트의 황 및 희토류 구역화

초록

본 연구는 이탈리아 콜리 알바니 초염기성 화산구역의 백악질에 침투한 백색 알루미늄-칼슘 인산염(아파타이트)에 대한 주요·미량 원소 분포를 조사한다. 분석된 아파타이트는 SrO 함량이 4.6 wt%에 달하는 이 지역 최강도 형석이며, F 함량은 2.6–3.7 wt%이다. Sr는 플래기오클라스, 알칼리 장석, 멜릴라이트 등 Sr를 흡수하는 광상이 부족해 축적된다. 핵‑연(코어‑리짐) 구역화가 뚜렷하게 나타나며, 코어는 Ca·P가 풍부하고, 연은 Si·S·REE가 농축된다. LREE는 전체 REE의 95 % 이상을 차지하고, SiO₂는 1.3–3.6 wt%, SO₃는 0.6–1.4 wt% 범위에 있다.

상세 분석

이 논문은 콜리 알바니 화성계(CAVD)의 초염기성 입자암(주로 류키트·클리노피록시엔을 함유) 내에서 채취한 아파타이트 결정들의 화학조성을 정밀 분석함으로써, 초염기성 마그마의 진화와 석회암과의 상호작용을 이해하려는 시도를 보여준다. 먼저, SrO 함량이 4.6 wt%에 이르는 아파타이트는 이탈리아 알칼리성 암석 중 최고 수준이며, 이는 해당 암석군에 Sr를 흡수할 수 있는 플래기오클라스·알칼리 장석·멜릴라이트와 같은 광상이 거의 존재하지 않기 때문이다. Sr는 주로 아파타이트에 ‘수용성’으로 축적되며, 이는 마그마가 석회암을 침식·용해하면서 Sr‑rich 유체를 공급받았음을 시사한다.

핵‑연 구역화는 핵부(core)와 연부(rim) 사이에 뚜렷한 화학적 차이를 보여준다. 핵부는 Ca·P가 풍부하고 Si·S·REE가 상대적으로 낮으며, 이는 초기 결정 성장 단계에서 마그마가 고온·고압 상태이며 Sr와 REE가 상대적으로 억제된 환경임을 의미한다. 반면 연부는 SiO₂(1.3–3.6 wt%), SO₃(0.6–1.4 wt%), 그리고 LREE(총 REE의 95 % 이상)를 크게 함유한다. 이는 결정 성장 말기에 마그마가 냉각·분화되면서 Si와 S가 과포화되고, 동시에 LREE가 용해도 감소로 인해 아파타이트에 집중되는 과정을 반영한다.

F 함량이 2.6–3.7 wt%인 점은 플루오린이 마그마 내에서 높은 용해도를 유지했으며, 아파타이트가 F‑rich인 ‘플루오라파타이트’ 형태로 성장했음을 보여준다. 이는 초염기성 마그마가 일반적인 알칼리성·산성 마그마와 달리 플루오린이 풍부한 환경에서 형성되었음을 뒷받침한다.

또한, REE 구역화는 LREE가 연부에 집중되는 반면 HREE는 상대적으로 고르게 분포한다는 점에서, 마그마가 결정화 진행 중에 ‘라이트-레어어’ 원소가 점진적으로 농축되는 전형적인 ‘스키밍’ 메커니즘을 겪었음을 암시한다. 이러한 화학적 구역화는 마그마가 석회암을 용해하면서 발생한 CO₂·SO₂·F‑rich 유체가 결정 성장에 미친 영향을 추정하는 데 중요한 단서를 제공한다.

결과적으로, 이 연구는 초염기성 마그마가 석회암과의 물리·화학적 교환을 통해 Sr·S·F·REE를 풍부하게 함유한 독특한 아파타이트를 형성한다는 점을 강조한다. 이는 초염기성 화산활동의 원천 물질과 연관된 지구화학적 시그니처를 해석하는 데 중요한 의미를 가진다.