2019 심화교육 – 고체지구과학(지질2) 강의노트 2

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2019-09-28 경남과학고등학교 오유신 작성

#지표의 변화와 퇴적암

침식(Erosion)

침식은 풍화에 의해 형성된 물질이 운반 과정에 들어가기 전까지의 과정으로, 풍화와 운반작용 사이에서 일어나는 과정.

풍화와 침식, 그리고 침식과 운반 작용은 동시에 한 지역에서 일어나기 때문에 일반적으로 뚜렷이 구분할 수는 없음.

지형(Landform)

지표에서 일어나는 작용들은 당연히 지표를 변화시키는데, 현재 관찰되는 지표의 형태를 지형이라 한다.

풍화 지형에는 토양, 카르스트(Karst), 테일러스(Talus) 등이 있음.

침식 지형에는 강, 계곡, 해안 절벽 등이 있음 -> 침식 지형에서는 침식만 일어나는 것이 아니라, 운반과 퇴적 작용까지 같이 일어남.

퇴적 지형들을 지질학에서는 퇴적환경(Sedimentary environment)라 함.

운반과 퇴적 작용은 해양 측에서 많이 일어남.

토양(Soil)

물리/화학적 풍화, 그리고 생물학적 작용의 조합으로서 만들어짐.

풍화에 의해 생성된 물질이 침식이나 운반 작용을 받지 않고 풍화가 일어난 자리에 그대로 있으면, 생물의 작용에 의해 토양으로 변함.

월면토는 토양이 아님: 왜? 생물의 작용을 받지 못했으므로. 화성이나 달의 표면 등에서 발견되는 흙은 풍화모재층(Regolith)이라고 부름.

토양은 암석권과 생물권의 접촉면이기도 함(생물에 의해 토양이 만들어지기도 하지만, 토양은 생물의 서식지와 먹이를 제공 / 상호작용 하는 것)

토양은 주로 암석의 풍화로부터 기원한 광물입자들(45%, 주로 점토광물 위주, 석영도 간혹 포함)과 이 입자들 사이를 채우고 있는 강수에 의한 수분과 공기(각각 25%)로 이루어져 있고, 생물로부터 기원한 유기물을 일부(5%) 포함하고 있음.

토양 단면: 어느 지역이든 간에, 토양이 만들어지는 순서는 일정하므로 토양의 단면은 동일하다.

토양은 풍화가 일어난 다음, 생물이 작용하고 지하수가 들어가서 광물질을 녹이는 등의 작용이 일정하게 일어남으로서 생성

토양의 단면은 6개의 층으로 구분. E층준이 발달하지 않는 경우가 있어 이를 제하고 5개 층으로 구분하는 경우도 있음.

> O 층준: 다져지지 않고 부분적으로 부패한 유기물이 많은 충준. 걷어낼 수 있음.

> A 층준: 유기물과 광물질이 짬뽕. 내서성(infaunal) 생물이 서식함.

> E 층준: 밝은 색으로 철, 점토, 알루미늄, 유기복합체 등이 지하수에 녹아 아래로 빠져나간(용탈, eluviation)된 층준

> B 층준: 철, 점토, 알루미늄, 유기 복합체가 집적(illuviation)되어 있는 층준. E 층준에서 용탈된 성분들이 모여있는 것.

> C 층준: 부분적으로 풍화받고 토양화된 기반암으로, 용해물질이 많이 있을 수도 있음.

> R 층준: 풍화받지 않은 기반암

토양은 퇴적암으로 보존되기도 하는데, 이를 고토양(Paleosol)이라 한다.

토양의 분류

토양은 기후의 영향을 크게 받으며, 각각의 기후 조건마다 생성되는 토양이 다르다.

1. 규반질 토양(Pedalfer): 철(Fe) 산화물과 알루미늄(Al)이 풍부한 점토광물이 B 층준에 풍부한 토양. 온대 상록수 지방서 발달.

2. 석회질 토양(Pedocal): B 층준에 흰색의 석회암이 침전된 토양. 건조 초원 지방서 발달.

3. 홍토(Laterite): 화학적 풍화를 심하게 받아 철산화물(적색)이 B 층준에 풍부(안정). 고온 습윤한 열대 지방에서 발달.

카르스트(Karst) - 풍화+침식 지역

카르스트란 석회암이 화학적 풍화를 받아 용해되면서 형성된 지형을 가리키는 말이다.

대기 중의 이산화탄소가 물에 용해되어 생성되는 탄산이 석회암의 구성성분인 방해석을 녹임으로서 형성

> [eqn: H _{2} O(l)+CO _{2} (g)` -> `H _{2} CO _{3} (aq)], [eqn: CaCO _{3} (s)+H _{2} CO _{3} (aq)` -> `Ca ^{2+} (aq)+2HCO _{3} ^{-} (aq)]

대표적인 카르스트 지형으로는 싱크홀(Sinkhole), 돌리네(Doline, 주변부에 의해 움푹 꺼진 지형), 동굴 등이 있다.

동굴에서는 녹아나간 CaCO3의 침전으로 도로 종유석이나 석순, 석주 등이 생성되기도 함.

테일러스(Talus)

기계적 풍화를 받아 작게 부서진 암석이 중력에 의해 아래로 이동하며 쌓여 만들어진 지형을 테일러스(Talus) 혹은 너덜겅이라고 한다.

암석 사태 혹은 낙석 또한 비슷한 작용에 의해 만들어진다. 이런 경우는 절 리가 생성된 이후, 커다란 흔들림이 있는 것.

테일러스는 풍화, 침식, 운반, 퇴적 작용까지 모두 일어난 경우로서 해석할 수 있음. 그러나 테일러스의 암석들이 지표의 작용에 의해 다시 운반되어, 마지막으로 퇴적되는 장소에 쌓이는 경우가 흔하다.(따라서 테일러스가 퇴적암의 형태로 보존되는 경우는 거의 없음)

침식 지형(Erosional landforms)

모든 침식 지형에서는 운반, 퇴적 작용도 동시에 발생

계곡: 물 또는 빙하에 의하여 침식이 발생함. 빙하의 경우는 이동하면서 지표를 긁어내림.

> 빙하에 의해 생성된 U자곡에서는 빙하조선을 찾을 수 있고, 대략적인 빙하의 이동 방향을 파악 가능.

해안 절벽: 해식 지형(바다에 의해 침식된 지형) 중 하나로, 파도에 의하여 침식되어 형성. 해안 절벽은 상부도 침식이 되었어야 하므로, 해수면이 예전에는 높았거나, 지각이 융기해서 형성되었다는 2가지 가설 가능. 태풍의 경우도 파고가 높아지고 힘도 세므로, 이 가능성도 있음. 해안 절벽 사이에 종종 해식 동굴이 발달하기도 함.

우리나라의 남해안은 리아스식 해안: 산봉우리가 해수면의 상승으로 잠긴 케이스. 해안 절벽에서의 가설 중 해수면의 상승 보다는 스케일이 크다.

사행천(곡류하천): 강이 흘러가면서 굽이굽이 휜 것.

운반(Transportation)

풍화와 침식 작용을 통해 형성된 물질(퇴적물)이 운반 매체에 의해 마지막으로 쌓이는(가라앉는) 장소(퇴적환경)까지 이동하는 과정

퇴적물의 운반은 중력이나 매체의 에너지, 혹은 이 둘이 동시에 작용하여 일어남.

운반 매체에는 물(강, 호수, 바다), 바람(Ex. 황사), 빙하(얼음에 포함된 형태로서 이동) 등이 있다.

일반적으로 퇴적물이 운반되기 위해서는 운반 매체의 에너지가 중력보다 커야 한다. -> 이 반대의 경우 퇴적 작용이 우세

테일러스를 형성하는 낙석과 암석 사태는 운반매체의 작용 없이 중력에 의해서만 퇴적물이 이동한 경우에 해당.

저탁류: 밀도가 높은 운반 매체가, 퇴적물을 중력과 같이 저지대로 이동시키는 작용

퇴적물 입자는 운반 매체 안에서 다양한 형태로 이동한다.

1. 밑짐(Bed load): 퇴적물 입자가 운반 매체와 지표의 경계면에 지속적으로 닿으면서 이동하는 경우를 끌림(Traction)이라 하고, 퇴적물 입자가 운반 매체 안으로 떠올랐다가 경계면에 닿는 과정으로 반복하며 이동하는 경우를 도약(Saltation)이라 한다,

2. 뜬짐(Surspension load): 퇴적물 입자가 경계면에 닿지 않는 상태로 이동하는 경우

3. 용해짐(Dissolved load): 이온 상태로 이동하는 경우(침출 이온들이 운반 매체에 녹아있는 상태로 이동하는 것. 반응하기 좋은 조건이 아니므로, 유수에서는 반응이 어려우나, 정체된 수괴에서 이온으로 수괴가 포화되면 반응하기도 함.