한반도에서 산출되는 초염기성 맨틀포획암의 지화학적 특징과 평형 온도와 압력 조건을 계산하고, 산소동위원소비를 분석하였다. 연구 결과 (1) 한반도 맨틀포획암은 전형적인 초염기성 포획암(MgO: 49.12-50.95 wt.%, Mg값: 90.1-92.2)으로 구성되어 있다. (2) 한반도 맨틀포획암의 평형온도는 854-1016˚C이고, 압력은 4.6-24.4 kbar로 얻어졌다. (3) 맨틀포획암을 구성하는 감람석의 산소동위원소비(δ18Ool)는 5.06-5.51‰의 균질한 값으로 N-MORB와 상부 맨틀 감람석의 값(δ18O: 5.2±0.2‰)과 유사하다. 그러나 백두산과 제주도의 맨틀포획암을 구성하는 감람석의 산소동위원비는 각각 5.07-5.51‰과 5.07-5.45‰로 상대적으로 넓은 범위의 δ18O 값을 갖고 있다. 이 결과를 바탕으로, 이 연구에서는 백두산 맨틀포획암의 높은 δ18O가 맨틀포획암 물질에 재순환된 퇴적물원 EM2 물질의 혼입 때문일 수 있다는 가능성을 제안하였다.

맨틀 불균질성은 지구 내부의 휘발성 성분의 분포 및 순환과 밀접한 관련이 있으며, 맨틀에서 휘발성 물질의 거동은 규산염암의 유변학적 특성에도 큰 영향을 미친다. 이와 같은 상부맨틀의 물리화학적 특성은 미 구조와 유체포유물의 형태로 맨틀 포획암에 기록될 수 있다. 본 논문에서는 미국 리오 그란데 리프트 지역에 서 산출되는 페리도타이트 포획암의 미구조와 유체포유물의 특성과 관련된 이전 연구결과들을 요약 및 리뷰 하였으며, 이를 통해 이 지역의 상부맨틀의 진화과정과 불균질성에 대해 이해하고자 한다. 리오 그란데 리프 트에서 맨틀 포획암이 산출되는 지역은 크게 리프트 중심부인 리프트 축(rift axis) 지역(EB: Elephant Butte, KB: Kilbourne Hole)과 리프트 연변부인 리프트 측면(rift flank) 지역(AD: Adam’s Diggings)으로 나눠진다. 전자(EB 및 KB 페리도타이트)의 경우 응력이 낮고 물함량이 적은 조건에서 형성되는 type-A 격자선호방향 이 보고되었고, 후자(AD 페리도타이트)의 경우 응력이 낮고 물함량이 많은 조건에서 형성되는 type-C 격자선 호방향이 보고된 바 있다. 특히, AD 페리도타이트의 경우 초기(type-1: CO2-N2) 및 후기(type-2: CO2-H2O)와 같은 최소 두번의 유체 침투 사건이 사방휘석 내에 기록되어있다. 이와 같은 미구조 및 유체포유물에 기록된 상부맨틀의 불균질성은 북미 판과 Farallon 판 사이의 상호작용에 기인한 것으로 추정된다.

제주도 중산간 지역인 해발고도 약 700 m에 위치하고 있는 동수악 분화구에서 분출한 알칼리현무암 은 새롭게 발견된 스피넬 페리도타이트라는 맨틀암석을 포획하고 있다. 맨틀 내에서 평형 상태에 있었던 동 수악 스피넬 페리도타이트는 잔쇄반상조직을 보이며, 감람석, 사방휘석, 단사휘석, 스피넬로 구성되어 있다. 동 수악 스피넬 페리도타이트 구성광물의 주성분원소 및 미량원소 분석 결과는 동수악 스피넬 페리도타이트는 지하 약 66~88 km 깊이에서, 약 960℃~1068℃의 평형온도 하에 있었음을 지시해준다. 분별용융 모델로 계산된 동수악 스피넬 페리도타이트의 부분용융 정도는 약 1~3%이며, 새로운 광물을 포함하고 있지 않고 LREE가 부화된 패턴을 보이는 동수악 스피넬 페리도타이트는 규산염 용융체에 의해 은폐교대작용을 받아 부화 되었다.

제주도 동남부 신산리 해안가에 분포하는 현무암에 세립질의 맨틀 페리도타이트가 드물게 포획되어 있으며, 반상쇄정 잔류물의 거정질 입자와 세립질의 입자로 구성된 조직적 특성에 의해 반상쇄정의 페리도타이트 맨틀포획암(FPP)으로 정의된다. 조사되어진 FPP들의 서로 유사한 조직적 특성과 주성분원소 조성은 FPP가 하나의 구조 영역에서 유래했음을 지시한다. 또한 킹크밴드를 가지는 거정의 반상쇄정(2~3mm) 사이에 변형의 흔적이 없는 세립질의 입자(200~300μm)로 구성된 쌍봉분포, 삼중점과 직선형의 입자경계, 간극사이에 형성된 멜트포켓, 입자경계가 이동했음을 나타내는 미세구조 등은 FPP가 동력재결정작용 ± 정적재결정작용을 경험하였음을 반영하고 있다. 이러한 변형사건에는 멜트/유체의 이동이 있었으며, 특히 엽리면을 따라 일어났다. 신산리 지역에 가장 흔하게 산출되는 프로토그라뉼라 조직의 맨틀포획암과 FPP는 매우 유사한 주성분원소 조성을 보이는데, 이는 FPP가 프로토그라뉼라 조직의 포획암과 비슷한 상부맨틀 깊이에 위치하고 있었음을 나타낸다. 이러한 FPP의 조직적 특성과 주성분원소 조성은 FPP가 지엽적인 소규모의 좁은 영역에 관여한 변형사건을 경험하였음을 나타낸다. 이 변형사건의 실체에 대한 것은 앞으로 좀 더 연구가 진행되어야 할 것이나, 제주도가 만들어지기 이전의 상부맨틀 암석권에서 마그마의 상승과 관련된 단층작용에 의해 형성되었을 가능성을 제시한다.

제주도 동북사면에서 발견된 선흘리 스피넬 페리도타이트 맨틀포획 암의 지화학적 특성은 처음보고 되는 것으로 제 4기 제주도 동북사면 하부에 위치한 상부맨틀의 화학 조성, 평형 온도, 마그마 정체 시간에 관한 일련의 정보를 제공하여 준다. 감람석(Fo89-90)을 포함한 스피넬 페리도타이트 내 구성광물들의 화학 조성은 일정하며 광물 중심부와 연변부의 화학 조성 차이 또한 크지 않다. 사방휘석-단사휘석 지온계를 이용하여 얻은 평형 온도 범위(약 951~1035℃)는 기존 제주도 다른 지역에서 산출되는 맨틀포획암에서 얻어진 온도 범위와 유사하다. 스피넬 페리도타이트가 모마그마에 포획되어 정체된 시간은 확산방정식과 감람석 내 칼슘 농도 변화를 이용하여 계산하여 본 결과 약 42일이다.