2019 심화교육 – 고체지구과학(지질2) 강의노트 4

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2019-09-28 경남과학고등학교 오유신 작성

#지표의 변화와 퇴적암

점이 층리(Graded bedding)

점이 층리는 부유 상태로 있던 퇴적물이 유체의 운반 능력(에너지)가 약해지면서 입자가 큰 것이 먼저 가라앉아 생긴 퇴적 구조임

지층의 역전 여부를 알 수 있음

역전되지 않았다면, 점이 층리의 하부에 굵은 것이 쌓이고, 상부에는 가는 것이 쌓임.

후퇴적 구조(Post-depositional structures)

후퇴적 구조는 퇴적물이 쌓인 이후 고화되어 암석이 되기 전까지 형성되는 퇴적 구조이다.

컨벌루트 층리(Convolute bedding)는 퇴적물이 고화되기 이전 퇴적물 위로 유체가 흐르면서, 퇴적물이 밀도가 높은 상태의 유체처럼 작용하여 불규칙적으로 변형된다(마치 습곡 마냥, 연질퇴적변형구조인 것 같은 느낌. 채석강에서 관찰했던 그 구조)

경사가 급한 곳에 퇴적물이 쌓여 있는 경우 지진과 같은 현상이 일어나면 퇴적물이 불안정해져 경사면을 따라 밀도가 높은 상태로 이동하면서 컨벌루트 층리와 거의 비슷한 구조를 보이나, 규모가 훨씬 크다. 변형되기도 하는데, 이를 사태(Slump)라고 한다.

Rip-up clasts는 아래쪽의 퇴적층이 약간 고화되었을 때(컨벌루트 층리와 하중 구조가 형성될 때보다는 약간 더 고화되어 있음) 조립질 퇴적물이 빠른 속도로 유입되면 아래쪽의 약간 고화된 퇴적층을 뜯어 파편으로 조립질 퇴적물과 함께 쌓아 놓은 경우로, 주로 셰일이 사암에 파편으로 들어가 있는 경우(셰일-칩)가 많다.

하중 구조(Load structure)는 아래 쪽의 세립질 퇴적층이 고화되기 전에 많은 양의 조립질 퇴적물이 갑자기 빠른 속도로 유입되어 부유 상태에서 가라 앉을 때, 조립질 퇴적물이 아래쪽 세립질 퇴적물을 눌러 휘어지게 만드는 하중 구조가 형성(Flame structure 등)

건열(Mud crack)은 퇴적물이 고화되기 이전, 대기 중으로 노출되어 퇴적물의 상부가 건조되며 갈라져 형성된 구조. 대부분 다각형의 형태로 갈라지고 갈라진 틈은 아래로 가면서 좁아진다.

이 원리로서 지층의 역전 유무를 판단 가능하다.

건열 위에 퇴적물이 쌓여 고화되어 퇴적암이 형성되면, 그 상단에 대하여 거미줄 구조가 튀어나온 형태의 bed가 형성된다. 단, 이는 역전되지 않았을 경우, 그 bed의 하부에 형성되는 구조가 된다.

퇴적물이 고화되기 전 퇴적물 속에서는 다양한 생물이 서식하기도 하는데 이 생물들이 퇴적물로부터 영양분을 섭취하기 위하여 퇴적물을 먹기도 하고, 퇴적물 속에서 생활하기 위하여 굴을 파기도 하며, 퇴적물 속에서 이동하기 위하여 퇴적물을 휘집어놓고 난리를 치면 생흔화석(Trace fossil)이 형성됨.

생흔화석은 생물로부터 기원한 후퇴적구조.

퇴적암(Sedimentary rock)

쇄설성 퇴적암(Clastic sedimentary rock): 기존의 암석이 풍화, 침식, 운반, 퇴적되어 형성된 퇴적암으로, 퇴적물 입자의 크기가 큰 순서로 역암, 사암, 실트암, 셰일/이암이 있음.

탄산염 퇴적암(Carbonate sedimentary rock): 방해석질 껍질을 가진 생물의 유해가 쌓여 형성된 퇴적암으로, 석회암이 대표적(CaCO3)

퇴적암이 형성되기 위해서는 퇴적 작용 이후 고화(Lithfication)와 속성작용(고화작용과 변성 작용의 사이에 있는 작용으로 생각 가능)을 거쳐야 한다.

퇴적암은 퇴적물 입자의 크기에 따라 구분되며, 2^n mm 단위를 기준으로 하여 세부적으로 구분된다. 2~256mm까지는 역암이나 각력암(모난 역암)으로, 2~1/16 mm까지는 사암, 1/16mm ~ 1/256mm까지는 실트(점토와 모래 사이의 입자를 부르는 용어)암, 1/256mm 이하는 셰일/이암으로서 분류한다.

입자가 클수록 퇴적암의 형성 위치가 공급지에 가까우며, 입자가 작을수록 퇴적암의 형성 위치가 퇴적 분지에 가까움(입자의 크기가 클수록 먼 거리를 이동하지 못함)

퇴적 환경(Sedimentary environment)

퇴적물이 쌓여 퇴적암이 형성되는 지리적 장소로, 퇴적 작용에 의하여 형성된 지형을 의미하기도 한다.

육상(Continental), 해양(Marine) 퇴적 환경으로서 크게 구분하며, 육상과 해양 환경 사이에 놓인 전이(Transitional) 퇴적환경으로 세분하기도 한다.

전이 퇴적 환경 부근에서 나타나는 지형은 해빈(모래사장), 삼각주, 갯벌 등이 있음

육지 퇴적 환경의 경우, 선상지, 호상, 하(河)상 소택지, 사막 등이 있음

해양 퇴적 환경의 경우, 연안사주, 대륙붕, 사면, 심해저평원 등이 있음

선상지(Alluvial fan)

선상지는 경사가 급한 산악 고지대의 계곡을 흐르던 강이 경사가 완만한 평탄한 저지대를 만나 강의 운반 능력이 갑자기 감소하면서 형성

대부분의 퇴적물은 부유 상태로부터 가라앉음.

퇴적물 공급지에 가장 가까운 육상퇴적환경으로, 선상지를 구성하는 퇴적물 입자는 크고 불규칙적인 형태를 보임. 각진 입자들이 많음.

하상 환경(Fluvial environment)

강의 주요 기능은 표면수를 대륙으로부터 해양으로 이동시키는 것.

이 과정에서 침식/운반/퇴적 작용이 일어나고, 이러한 작용에 의해 여러 형태의 지형이 형성됨

이러한 과정이 일어나는 정도는 강의 유속과 밀접한 관계가 있으며, 강의 유속은 강의 경사, 형태, 배수량에 의해 결정됨.

> 단위면적이 동일하더라도, 낮고 넓은 경우의 하천이 많은 퇴적물을 운반.

강은 하도의 형태에 따라서 직선형(Straight), 망상형(Braided), 곡류형(Meandering)으로 구분됨.

곡류형 하천(사행천)은 하도가 휘어지는 바깥쪽에서 유속이 빨라 침식 작용이 일어나고, 안쪽에서는 유속이 느려 퇴적이 일어남.(표면 유속이 빠른 지점이 커브 바깥쪽으로 편향됨) -> 이 때문에 사행천이 커브가 넓어짐

침식 작용이 일어나는 곳을 “Cutbank”라고 하며, 퇴적 작용이 일어나는 곳은 곡류사주(Point bar)라고 한다.

침식 작용이 지속적으로 일어나면 기존의 하도를 끊고 강이 흘러 기존의 휘어진 하도는 호수가 되는데, 이를 우각호(Oxbow lake)라 한다.

홍수가 있으면, 강둑을 넘어 물이 흘러, 범람원(Floodplain)을 형성한다.

호상 환경(Lacustrine environment)

호수는 육지로 둘러싸여 있는 거대 규모의 수체로, 강으로 유입되는 물이 호수로부터 나가는 물보다 많거나 같아야, 호수에서 물이 빠져나가지 않고 유지된다.

호수에서는 주로 퇴적작용이 일어난다.

호수의 연변부는 대기 중으로 노출되는 경우가 많아, (건조에 의한)건열이나 (풍화에 의한)토양층이 발달하기도 한다.

호수의 물은 여름에는 생물의 활동이 활발하여 유기물의 퇴적이 많고, 겨울에는 적기 때문에, 계절에 따라 두 가지 다른 색의 퇴적층이 교대로 나타나는 경우가 많은데, 이를 호상점토층(Varve)라 한다.

사막 환경(Eolian environment)

사막은 연 강수량이 250mm 이하이 지역으로 식생이 거의 없는 건조한 지형으로 대륙 표면의 1/3을 차지하고 있다.

사막에서는 바람에 의한 풍화, 침식, 운반, 퇴적 작용이 일어난다.

사막에 노출되어 있는 암석은 바람에 의해 풍화를 받아 봉소석, 버섯바위와 같은 다양한 형태의 지형물을 만들어낸다.

사막의 퇴적물은 주로 모래 크기, 모래들의 운반 및 퇴적으로 사구(Dune)가 발달.

사막에서 형성되는 사구에는 사층리가 잘 발달하고, 사막에서 형성된 사암을 이루는 모래 입자들은 마모를 심하게 받아 아주 둥근 형태를 보이며 거의 비슷한 크기를 보임.

소택지 환경(Paludal environment)

식물이 많이 자라고, 물에 항상 잠겨있는 환경으로, 정지된 수괴의 환경을 소택지(늪, Swamp)라 한다.

유기물이 많이 포함되어 있기 때문에, 석탄층이 많이 형성되는 환경.

강이나 삼각주 환경에 인접하여 나타남.

삼각주 환경(Deltaic environment)

삼각주는 강이 바다와 만나 에너지가 감소하면서 퇴적 작용이 일어나는 환경으로, 지도상에서는 삼각형의 지형을 이루고, 단면 상에서는 쐐기 형태로 발달한다.

삼각주는 바다의 파도와 조수에 의한 침식, 운반 작용보다 강에 의한 퇴적 작용이 빠를 때 형성될 수밖에 없음.

그러므로, 삼각주의 지형은 바다 쪽으로 확장함.

파도, 조수, 강의 에너지 크기가 삼각주의 형태를 결정하는 중요한 요인임.

역으로, 조수의 영향이 세면 삼각주 안쪽으로 바닷물이 흘러들어가는 통로의 형성

파도의 영향이 크면 삼각주가 퇴적된 퇴적물을 파도가 부드럽게 옆으로 이동하여 부드러운 곡률을 가지게 발달

해빈(Beach)과 석호 환경(Lagoon)

해안선을 따라 발달한 주로 모래로 이루어진 퇴적 환경을 해빈 환경이라 한다.

연안류(Longshore current)에 의해 운반되어진 모래가 해안을 따라 쌓여 형성된다.

육지와 분리되어, 해안선을 따라 모래가 퇴적되어, 연안사주(Barrier island)가 형성되기도 한다.

바다로부터 연안 사주에 의해 분리되어져 육지 쪽에 발달한 상대적으로 조용한 호수와 같은 환경을 석호라 하며, 우리나라 경포대가 대표적인 석호환경이다. 석호환경은 생물이 서식하기 좋은 지형에 해당한다.

조간대 환경(Tidal flat)

밀물 때에는 바닷물에 의해 덮이고, 썰물 때에는 대기 중으로 노출되는 환경을 조간대, 혹은 갯벌이라고 한다.

갯벌에서는 밀물과 썰물의 영향으로 모래와 점토가 교대로 쌓인 층리가 주로 발달. 점토는 주로 바닷물의 영향으로(바닷물이 나갈 때 입자들이 부유에서 떨어지는 경우가 많음) 쌓임.

해양 환경(Marine environment) - 쇄설성

해양 환경은 깊이와 해저의 경사에 따라서 대륙붕, 대륙사면, 대륙융기부, 심해저평원으로 구분함. (왜 대륙의 이름이 붙었는가? 해양 환경이지만 대륙 지각이라서, 심해저평원은 해양지각임)

> 대륙붕: 해수면 아래에 놓인, 대륙 지각이 연장된 부분으로서 수심은 150~200m 정도이고, 경사는 약 약 0.5도.

> 대륙사면: 대륙붕 경계(대륙붕단)으로부터 바다쪽으로 평균 4도 정도의 경사로 기울어져 있는 지역

> 대륙 융기부: 대륙 사면으로부터 바다 쪽으로 0.5~1도 정도 기울어져 있는 지역

> 심해저 평원: 깊이 4000~6000m 정도로, 대륙 융기부와 해양저 산맥 사이에 놓여 있음. 경사 거의 없음

이 모든 해양 환경에서 침식, 운반, 퇴적 작용이 모두 일어남. 이들 경우는 대부분 육상 기원 퇴적물이 대부분.

현생 해양 환경에서는 육성 퇴적물이 대륙붕에 주로 쌓여 있음.

대륙붕을 제외한 깊은 해저 지형에는 부유성 미생물들의 유해(규산질, 석회질 각을 가진 미생물들의 잔해)가 쌓인 연니(ooze)와 육지로부터 공급되어 부유 상태로 있다 가라앉아 쌓인 점토가 쌓여 있음.(원양퇴적물)

육성 퇴적물 중에서, 아주 입자가 작은 경우는 대륙붕에 퇴적되지 않고 심해저지대 까지 가서 퇴적되는 경우도 있음.

대륙붕에 쌓여 있던 퇴적물들이 지진과 같은 교란 작용을 받으면, 대륙붕과 대륙 사면에 발달해 있는 경사가 급한 계곡(이들 계곡은 이전에 육상에서 형성, 침강에 의해 해수면 밑으로 들어간 케이스가 많음)을 따라 이동하여 대륙 융기부에 쌓인다.

이 때 퇴적물들은 저탁류의 형태로 이동하며, 퇴적물들은 육지에서 형성되는 선상지와 유사하게 부채 모양으로 퍼지면서 쌓이고, 이런 지형을 심해저 선상지라 한다.

물 밑에 있는 지역도 물 위에 있는 지역 마냥 끊임없이 변한다는 사실을 기억할 것.(교수님 COMMENT)