해안 풍화지형의 기원과 성격 고찰

A study on the origin and characteristics of weathering landforms at coastal area

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  • ABSTRACT

    우리나라 해안의 화강암 암체에는 다수의 풍화 기원 와지가 형성되어 있다. 현재까지 풍화에 따른 암석의 특징 변화와 풍화 와지의 특성, 형성 과정에 대한 연구는 미진한 편이다. 본 연구에서는 해안에 위치하는 기반암 암체에 형성된 풍화 와지를 대상으로 하여 암석의 화학적 특성을 분석하였다. 특히 과거 풍화 전선대였던 것으로 추정되는 기반암 암체의 정상부와 타포니로 알려진 풍화 와지가 형성된 부분, 그리고 기반암으로부터 풍화 작용에 의하여 분리되어 풍화 와지의 내부에 집적된 암분 시료를 채취하여 XRF와 XRD 기법으로 분석하였다.

    화학적 풍화 지수는 암분에서 가장 높게 나타나고, 암체의 정상부에서 가장 낮은 값을 지니는 것으로 나타났다. 암체 정부의 화학 조성은 해당 부분이 풍화에 의한 물질 제거뿐만 아니라 칼슘과 나트륨의 2차적인 재결정화 및 재집적의 영향을 받은 것으로 추정되었다. 암분은 주로 석영과 장석류로 되어있으나, 석고 물질과 일라이트 및 카올리나이트도 나타났다. 이들은 화강암의 물리·화학적 풍화의 산물들로 입상 붕괴 이외에 다른 풍화작용의 영향도 받은 것으로 볼 수 있다. 한편 현재 해안의 풍화 와지 내부에서는 융설수 등의 동결과 융해, 석고의 팽창에 의한 입상 붕괴에 의한 입상 붕괴가 암벽의 풍화 산물을 제거의 주요 과정으로 추정된다.


    Various weathering pits are formed on the surface of granitic rock mass at coastal area of Korea. Changes in chemical composition of rock mass, characteristic of weathering pit and forming processes are not clear yet. Chemical characters of weathering pit and rock are analyzed in this study. Especially, the samples were collected from the summit part of the hill which was a part of weathering front, rock wall where the weathering pits(tafoni) are formed and rock meals which deposited at the bottom of weathering pit by granular disintegration from the inside walls of tafoni. Samples were analyzed with XRD and XRF method.

    The mean value of chemical alteration index(CIA) is found highest from the samples of rock meal while the lowest value found from the top of the hill. The chemical composition of the samples from the top of the hill suggests that these samples have experienced not only removal of specific material by chemical weathering but also re-crystalization or deposition by evaporation of water contains Ca and Na. Quartzite and feldspar are found as dominant materials of rock meal, however gypsum, anhydrite and other clay minerals, like illite and kaolinite, are also been identified. So it is concluded that the rock meal of the study area could be originated from the material formed by chemical weathering. Meanwhile, the weathered material might be removed by granular disintegration caused by freeze and thaw cycle of infiltrated water from snow and expansion of gypsum.

  • KEYWORD

    타포니 , 암분 , 해안 풍화 , 화강암 , 풍화와지

  • I. 서 론

    우리나라 동해안의 강원도 북부 해안에는 다수의 화강암 암체가 노출되어 있으며 암석의 표면에서는 특징적인 풍화 와지들이 나타나는 경우가 많다(김주환·장재훈, 1978; 박경, 2009; 김종연, 2013a; 2013b; Ikeda, 1989; 1998). 이 풍화 와지들은 화강암을 기반으로 발달하고 있는 것이 대부분이며, 사암이나 이암과 같은 암석에서도 활발한 발달을 보여주고 있다(김유정, 2014). 이러한 연구들은 암석의 조암 광물상의 특성을 강조해 왔으나, 암석의 화학적 조성 등은 정확한 조사가 거의 이뤄지지 못하였다. 특히 해당 지형의 발달 과정에서 기반암의 전반적인 풍화 과정과 풍화와지와의 관계는 명확히 밝혀지지 못하였다.

    연구 지역에 대한 이전의 연구(김종연, 2013a)와 인근의 화강암 암체인 죽도 타포니에서의 관찰(Ikeda, 1989; 1998)에 의하면 기반암으로부터 얇은 박리가 점진적으로 제거됨에 따라 풍화 와지가 성장하는 것으로 추정된다. 또한 박리는 염정의 성장과 동계의 수분 동결과 융해에 의해 제거되는 것으로 판단되어 왔다(Ikeda, 1998). 풍화가 진행되어 입자 간의 간격이 넓어진 후 수분이 침투하여 동결되면서 간격이 벌어지고 융해의 과정에서 이 물질들이 분리, 낙하하는 것으로 추정된다. 염정의 성장에 의한 풍화 작용의 가능성도 크다. 해안에서 염정이 성장하게 되면 조암 광물에는 압력이 가해지며, 염정 이외의 화학적 풍화의 산물인 석고 광물의 수축과 팽창도 동일한 효과를 유발하는 것으로 실험에서 밝혀졌다(Robinson and Williams, 2000). 한편 화학적 풍화 작용의 결과로 형성된 석고는 석영 입자 사이에 집적되면서 석영의 입상 붕괴를 활발하게 만드는 것으로 알려져 있다(McKinley et al., 2001). 그러나 연구 지역에서 나타난 풍화 와지들이 순수하게 해안의 물리적 풍화 산물인지 아니면 다른 과정의 개입이 있는지에 대해서는 명확하지 않다.

    또한 해당 연구 대상에 대한 이전 연구(김종연, 2013a)에서 암체의 반발 강도는 암체의 하부에서 상부로 가면서 증가하며, 이는 다른 연구 결과(Whitlow and Shakesby, 1988; Grab and Svensen, 2011)들과도 일치하는 것으로 볼 수 있다. 그러나 이러한 암석의 반발 강도 증가의 이유는 명확히 설명되지 못하였다.

    한편 우리나라의 해안 화강암 지형의 발달에 있어서 암분은 활성적인 풍화 진행의 중요 증거로 활용되어왔으나, 해당 물질의 조성이나, 기반암의 암체와의 화학적 조성 차이 등은 밝혀지지 못하였다. 암분 조성 물질에 대한 연구는 타포니를 비롯한 풍화 와지의 기원과 발달 과정에서 제거 되는 물질의 특성을 파악하여 해당 지형의 기원에 대한 이해를 상당히 높일 것으로 기대된다. 이에 따라 본 연구에서는 해안에 발달한 화강암 암체의 풍화 지형 발달이 미미한 부분, 풍화 지형의 발달이 활발한 암벽 부분, 암분 등에 대한 화학 조성을 파악하고 이를 해안 풍화 지형의 기원과 성격과 연계하여 설명하고자 한다.

    II. 연구 지역의 암석 특징과 시료 채취

    연구 지역인 강원도 북부 해안 지역은 다양한 화강암 계열의 암석이 해안에 분포하는 지역이며, 이 지역의 화강암의 특성에 대해서는 논란이 있다. 이전의 연구에서는 연구 대상 지역의 화강암이 쥐라기에 저반상의 단일 암체로 관입된 각섬석-흑운모 화강섬록암과 반상 각섬석-흑운모 화강암(178±13Ma)이 주를 이루며 소규모 암맥으로 관입한 섬록암(189±9Ma), 복운모 화강암이 나타나는 것으로 알려져 왔다(조득룡 등, 1998). 이 화강암 암체는 지하 500m하부까지 큰 균열상을 지니지 않고 있으며, 조성은 이산화규소(SiO2)함량 65~77% 내외로서 산성을 띄고 있다(김건영 등, 2004). 한편 관입이 발생한 방향은 북동-남서 방향으로 알려져 있다. 그러나 최근의 연구는 등립 조직과 반상 조직이 불규칙하게 나타나며 연구 지역에서는 자형의 알칼리 장석의 반상이 발달한 조립질 반상암체로 나타나는 백악기의 속초화강암(Kcgr)으로 분류하고 있다(송교영 등, 2011). 이 암석의 관입 시기는 206Pb/238U의 분석을 통해 90±1MA의 백악기로 알려졌으며 주된 구성 물질은 석영, 알칼리장석, 사장석, 흑운모로 알려져 있다(송교영 등, 2011). 현장 조사 결과 연구 지역의 일부 암석은 장석 반정의 발달이 두드러지는 화강반암의 성격을 지니는 것으로 보인다. 이들의 경계는 점이적이며 화강반암의 관입 시기는 84.4±2.1MA로 알려져 있다.

    연구 지역의 구릉들은 대부분이 화강암을 기반으로 하고 있고, 산정부와 능선을 중심으로 화강암 암체가 전반적으로 노출되어 있거나 새프롤라이트가 노출되어 있다. 그리고 화강암 구릉지의 하부에는 풍화 과정에서 잔류한 핵석 혹은 기반암 등이 노출되어 있어 전형적인 도상구릉 형태의 산지 지형을 보인다(김종연, 2013b). 전반적으로는 풍화에 의해 저지가 형성되고 있지만 일부에서는 600m 이상의 암봉으로 나타나기도 한다(송교영 등, 2011).

    본 연구 지역은 고성군 문암리 해안에 돌출한 암체로 다수의 풍화 와지가 형성되어 있는 것으로 보고된 바 있다(그림 1). 암석 강도와 풍화 미지형의 형성에 있어서는 풍화 미지형이 발달한 부분이 그렇지 않은 부분에 비하여 전반적으로 암석의 반발 강도가 낮은 것으로 나타난다(김종연, 2013b).

    연구 지역에서 9개의 기반암 암체 시료와 6개의 암분 시료가 채취되었다.

    기반암체의 정부에 대한 시료는 2개 지점에서 채취되었으며(MA01, MA02), 시료의 표면에는 이끼가 정착하여 있었다. 정부에서는 풍화 지형이 형성되어 있지 않았고 전반적으로 매끈한 면을 나타내고 있었다(그림2-A와 B). 이 부분은 이전 연구(김종연, 2013a)에서 SH 6에 속하는 부분으로 슈미트 해머를 이용하여 측정한 반발 강도는 51.3으로 보고되어 있다. 이 지점은 해발고도 15m이상인 지점인 암체의 정부로서 다른 부분에 비하여 기반암의 강도가 강하고 미지형의 발달이 미약한 것으로 설명된 지점이다.

    3번 시료(MA03)와 4번 시료(MA04)는 각각 풍화로 형성된 타포니의 내부 격벽과 외부 격벽에 해당하는 부분으로 절리선을 경계로 하여 풍화가 진행된 뒤 잔류한 부분들이다(그림 2-C). 이전 연구(김종연, 2013a)에서 6번 타포니로 설명된 부분의 격벽들이며 암석의 반발 강도는 41.4로 보고되었고 다른 부분에 비하여 강도가 약한 것으로 나타났다. 이 지점의 해발고도는 12~13m 이다.

    5번 시료(MA05)는 풍화가 진행된 내부의 격벽에 돌출한 기반암 시료로 6번 타포니(김종연, 2013a)의 내부 격벽의 일부이다. 인근에는 절리를 따라 적갈색 물질이 집적되어 있었다(그림 3-B). 이 물질층은 풍화와 관련된 물질의 순환 과정에서 절리를 따라서 형성된 것으로 보인다. 한편 인근에는 포획암체가 나타나고 있으나 이 포획암체가 풍화의 진행에는 큰 영향을 주지 않는 것으로 보인다(그림 3-C). 이 부분에도 하부에 암분 물질이 집적되어 있으며, 약간 고화되어 있다. 그러나 이 지점에서 시료 채취는 이뤄지지 않았다.

    6번 시료(MA06)는 타포니의 외부 격벽에서 하부에 해당하는 부분이다(그림 4-A). 이 부분은 풍화에 의하여 주변 부분이 제거되고 남은 부분으로 판단할 수 있다. 이 부분에도 약간의 균열이 형성되어 있으나 암체로부터 완전히 분리되지는 않은 상태였다. 7번 시료(MA07)는 풍화 와지의 기저를 이루는 부분으로 검은색으로 변색된 부분이 나타나며 어느 정도의 경사를 보여 주고 있다(그림 4-B).

    8번 시료(MA08)는 풍화가 상당히 진행된 기반암의 일부로 풍화 미지형이 나타나지 않으며 변색과 같은 일부 풍화의 흔적이 나타나고 있다(그림 4-C). 이 부분은 암석의 상부가 제거되고 남은 잔류 부분으로 풍화에 의한 조성 변화를 보여 주기 위한 시료 중 하나로 채집되었다. 이 지점의 해발고도는 3m 내외로 확인되었다. 9번 시료(MA09)는 비교를 위한 기반암 시료이며 풍화 흔적 등은 전혀 보이지 않았고 암반의 강도는 상당히 높은 편이었다(그림 4-D). 해안 공사에서 노출된 부분으로 해발 고도 2m로 나타났다.

    암분 시료는 6개 지점에서 채취되었다. 1번 암분 시료(MARM01, 그림 5-A, B)는 이전 연구(김종연, 2013a)에서 11번 타포니로 설명된 부분이다. 타포니의 기저 부분에는 다량의 암분이 집적되어 있으며 약간 고화되어 있다.

    2번 암분(MARM 02)은 기존의 연구가 이뤄지지 않은 남측의 암벽의 타포니에서 채취되었다(그림 5-D). 해당 부분은 폭풍 상황을 제외하고는 해수의 직접적인 영향을 받지 않는 것으로 볼 수 있다. 암분은 상당히 고화되어 있으며 내부의 암벽에는 검은색의 변색이 나타나고 있다. 한편 내부 측의 면은 풍화 작용에 의한 물질 제거로 불규칙한 상태였다.

    3번 암분 시료(MARM 03)는 적색으로 나타나는 수직 벽면에 형성된 와지이다. 시료는 이 면에 다시 형성된 와지의 가장 깊은 곳에 해당하는 부분에서 채취되었다(그림 6-A,B). 내부의 벽 일부에는 검은 색의 변색이 나타나고 있으며, 일부에는 백색의 물질이 집적된 것으로 나타나고 있다. 그러나 해당 부분은 직접적인 해수의 영향을 받기는 어려운 부분이며 염분은 아닌 것으로 보인다.

    4번 암분 시료(MARM04)는 도로보다 2m 정도 높은 곳에 위치하는 와지 내에 집적된 물질이다(그림 6-C,D). 와지의 하부를 중심으로 검은 색의 변색 부분이 나타나고 있으며, 암분 자체는 상당히 고화되어 있다. 암분이 집적된 부분의 하부 역시 검은색의 변색이 나타나고 있으며 불규칙한 면이 나타나고 있다. 위치적 특성상 부분적으로 해수의 영향을 받을 수 있다고 판단된다.

    5번 암분 시료(MARM05)는 상대적으로 높은 위치로 지면으로부터 2.5m 이상 떨어져 있으며 다른 시료들에 비하여 개방 부분이 넓은 편이다(그림 7-A,B). 내부에 검은색 변색이 나타나기는 하나 변색의 정도는 약한 것으로 보인다. 암분의 고화는 다른 암분들에 비하여 적게 진행된 것으로 보인다.

    6번 암분 시료(MARM06)는 가장 낮은 부분으로 도로로부터 1m이내의 고도 차이를 보이고 있으며, 일부 물질은 해빈으로부터 공급된 것으로 보인다(그림 7-C, D). 내부는 전체적으로 검은색으로 변색된 것으로 나타나고 있으며, 해당 변색 부분이 다시 제거되는 것으로 판단된다. 또한 암분의 고화 정도는 매우 미약하다.

    채집이 이뤄진 부분 이외에도 상당수의 와지 내부에 암분의 집적과 풍화 산물의 집적이 관찰되었다. 일부 와지에서는 검은 색의 변색 부분이 제거된 뒤 녹색의 다른 이끼가 정착하는 중이다(그림 8-A). 풍화의 진행을 통해 내벽이 약화되고, 표면에 이끼 등이 정착된 뒤, 암벽 표면 물질이 얇게 제거되고 다시 이끼가 정착하게 될 것으로 보인다. 이러한 과정을 통하여 내벽의 후퇴가 일어나는 것으로 볼 수 있다. 한편 일부에서는 암편이 암벽으로부터 떨어지는 현상이 관찰되었다(그림 8-B). 이러한 작용은 주로 봄철에 관찰되며 겨울철의 동결과 융해 과정에서 암편이 탈락되면서 나타나는 것으로 판단된다. 대부분의 반개방형의 와지 내에서는 관찰되지 않으나 개방의 규모가 큰 경우에는 초본류가 정착하고 있다. 이러한 초본류의 정착은 성을 바꿀 것으로 판단된다(그림 8-C). 일부 하부의 와 지 내에서는 기반암과는 다른 암종의 작은 원력이 나타나고 있다(그림 8-D).

    III. 분석 결과

       1. 암분의 입도 분석 결과

    입도 분석은 6개 지점 가운데 시료가 충분하게 수집된 4개 시료(MARM01, MARM03, MARM04, MARM05)에 대해서 이뤄졌다. 분석은 서울대학교 지리교육과의 Sympatec GmbH의 HELOS Particle size analysis의 장비를 이용하여 진행하였다. 입도분석을 위하여 불가피 하게 유기물과 탄산염의 제거가 이뤄졌으며, 습식 기법인 관계로 작업 과정에서 염분 역시 제거된 것으로 보인다. 즉, 입자를 구성하는 물질 가운데 석고류나 염분은 제거된 것으로 볼 수 있다. 또한 조립질의 암편들 역시 입도 특성을 파악하지 않았다.

    암분의 입경은 암분 시료의 채취 지점에 따라 상당한 차이를 보이고 있다(표 1). MARM01등은 상대적으로 조립으로 나타나는데 비하여 MARM04와 05는 0.3mm이하의 세립 물질이 주를 이루고 있으며 성격도 서로 비슷하게 나타나고 있다. 상대적으로 고도가 높은 부분에서 형성된 암분들은 1mm 정도의 상대적으로 조립질인 모래들로 나타나는데 비하여 고도가 낮은 하부에서는 입경이 점차 감소하여 세립질이 주를 이루는 것으로 볼 수 있다. 이러한 입경 감소는 암체를 구성하는 조암 광물들의 입경 차이, 풍화의 진행 정도 차이 등에 기인하는 것으로 볼 수 있다. 풍화의 진행 정도는 암체로부터 암분이 분리되기 전에 발생한 풍화 진행 정도의 차이와 분리 이후의 차이가 있을 수 있으나, 암분 집적 이후의 시간이 짧다는 것을 감안할 경우 분리되기 이전에 발생한 차이로 생각할 수 있다. 또한 풍화 산물의 제거 진행 정도 역시 영향을 줄 것으로 판단된다. 풍화의 진행은 풍화전선을 이루는 부분으로부터 거리가 멀어지면서 더 빠르게 진행된 것으로 볼 수 있으며 특히 지표면에 가까이 갈수록 풍화의 진행은 빨라진다고 볼 수 있다. 한편 풍화 산물의 제거 속도도 고려해 볼 수 있을 것으로 보인다. 동일한 수준의 풍화가 진행된 뒤 물질이 제거될 경우 풍화 물질의 제거 속도가 빠른 부분은 세립 물질이 제거되고 점차 조립질이 나타나는데 비하여 풍화 산물의 제거가 느린 부분은 이후까지 세립 물질이 제거되는 중일 가능성이 있다. 두 암분 집단의 고도를 생각한다면 암체의 상부에 가까운 부분들은 빠른 물질의 제거를 경험한 뒤 조립의 풍화 산물들이 암분으로 분리되고 있는데 비하여 하부는 세립 물질의 제거가 완료되지 않은 상태인 것으로 볼 수 도 있다. 한편 해수 등에 의한 추가적인 풍화는 해수에 가까운 낮은 부분에서 더 활발히 나타날 수 있으며 이에 따라 보다 세립의 풍화 산물이 추가적으로 만들어질 수 있다. 즉, 추가적인 염분에 의한 풍화로 상부보다 세립질의 풍화 산물이 만들어지는 것으로 볼 수도 있다.

       2. XRF 분석 결과

    XRF(X-ray fluorescence)는 암석의 조성 물질을 파악하는 기법으로 암석이나 조성 물질을 파악해야 하는 암석학, 토양학, 지형학 등은 물론 고고학 분야 등 다양한 분야에서 널리 활용되어온 기법이다(Gauthier et al., 2012). 특히 XRD(x-ray diffraction), 주사현미경(SEM)와 함께 풍화 과정에서 발생하는 물질의 이동, 생성 물질의 특성을 파악하는 유용한 도구로 활용되어왔다(Goodfellow et al., 2008). 이 분석에는 이산화규소(SiO2), 산화철(Fe2O3), 산화알루미늄(Al2O3) 산화칼륨(K2O), 산화마그네슘(MgO), 산화칼슘(CaO), 산화나트륨(Na2O) 등 7가지 광물이 풍화의 진행 정도를 분석하는데 주로 이용되는 원소들이다(van der Weijden and van der Weijden, 1995). 한편 화학적 풍화에 대한 연구에서 가장 널리 분석되는 원소는 장석류와 운모 등의 풍화 과정에서 이동하는 이온인 Na+, K+, Mg2+, Ca2+와 Cl-, SO42-, NO3- 분석이 주를 이룬다(Pacheco and Alencoao, 2006). 본 연구에서는 충북대학교 공동실험실습관이 보유한 WD-XRF 방식 장비인 Rigaku사의 ZSX Primus-II를 이용하여 분석하였다.

    기반암 부분의 중량비에 따른 화학 조성은 (표 2)와 같다. 중량비에 따른 표시는 이전의 연구들에서 가장 널리 이용되는 함량비의 표현 방식으로 본 연구에서도 먼저 분석하였다. 이전의 연구에 의하면 지각의 평균 구성 물질들은 이산화규소 함량비의 70~75% 대에 속하고 이산화나트륨 비율이 7~8%에 달하는 것으로 알려져 있다. 이 함량 비율은 화학적 풍화의 진행에 따라 변화하는 것으로 알려져 있다. MA01, MA02를 제외한 다른 암체 시료들은 이산화규소의 조성 성분상 화학적 풍화의 진행 정도는 덜한 것으로 볼 수 있다. 암분 시료들은 암체 시료들에 비하여 이산화규소의 함량비가 더 낮은 것으로 나타나고 있다. 철, 알루미늄, 칼슘, 나트륨, 망간, 마그네슘, 망간 등의 경우 MA01, MA02가 다른 부분에 비하여 높은 비율로 나타나고 있다. 다만 칼륨은 다른 부분에 비하여 비중이 낮은 것으로 나타났다. 전반적으로 본다면 MA01, MA02 등에서 이산화규소와 칼륨의 비중이 낮은 것으로 나타나고 있다. 이에 대해 보다 정확한 분석을 위해서 몰비(mol ratio)를 계산하고 통계적 분석을 하였다(그림 9).

    먼저 전체 시료에 대한 몰비를 분석한 후 이를 그래프로 나타냈다. 시료 집단은 이산화규소의 함량에 따라서 그 함량이 70%보다 낮은 집단(Group A), 75%내외의 집단(Group B) 그리고 그보다 높은 함량을 나타내는 집단(Group C)로 분류된다. 이 세 집단은 풍화과정에서 암체로부터 탈각되어 집적된 암분 물질인 A 집단(MARM01~06), 평탄한 기반암면의 상부 집단인 B 집단(MA01, MA02), 기반암의 원암, 기반암의 해안측 사면에 타포니가 발달한 부분인 C집단(MA03~MA09)으로 구분된다.

    B 집단과 C 집단의 경우 이산화규소 함량은 통계적으로 명확히 구별하기 어려운 것으로(p =0.029) 보여진다. 이는 B 집단의 시료수가 2개에 불과하다는데 영향을 받은 것으로 볼 수 있다. 그에 비하여 풍화 작용이 활발하게 이뤄지고 있는 C 집단과 암분 성분이 주를 이루는 A 집단은 통계적으로 유의한 차이를 지니고 있다(p =0.000). B 집단의 경우 앞서 지적한 바와 같이 풍화 지형의 발달이 미미하고 기반암이 노출되어 있으며 기반암의 반발 강도가 높은 부분이다(김종연, 2013a). C 집단의 경우 기반암의 풍화가 활발히 이뤄지면서 다수의 타포니성 지형들이 나타나는 부분이다. 이 부분의 풍화 지형의 내부에 기반암으로부터 분리되어 암분으로 집적된 부분이 A집단이 된다. 일원분산분석 결과 전체적으로 이 집단들은 통계적으로 동일하지 않은 집단으로 드러난다(p=0.000).

    풍화의 모암인 기반암 부분과 암분과의 이산화규소의 함량비에는 상당한 차이가 존재한다(표 3). 평균을 비교하여 보면 암분의 이산화규소 함량비가 급격히 감소된 것으로 나타나고 있으며 산화알루미늄, 산화철의 비율은 증가하는 것으로 나타나고 있다. 대신 이산화탄소의 함량이 20%대로 나타나고 있으며 이는 생물활동이나 대기 물질의 유입과 관련된 것으로 판단된다. 기반암 시료들의 경우 이산화탄소가 나타나지 않았다. 또한 나트륨의 함량 역시 상당히 높은 것으로 나타난다.

    기반암 시료들만을 비교해 보면(그림 10) 풍화 지형이 발달해 있지 않은 정부(MA01, MA02)의 경우 다른 부분에 비하여 이산화규소의 비중이 낮은 것으로 나타나고 있으나 통계적으로 차이가 크게 유의하지는 않은 것으로 보인다(p =0.029). 그러나 다른 시료들과 이산적이라고 표현할 수 있을 만큼의 차이가 있는 것으로 보아 전반적으로 이산화규소의 함량은 낮은 편으로 볼 수 있다. 알루미늄과 마그네슘의 경우 정상 부분 시료의 몰비상 함량이 다른 부분에 비하여 통계적으로 유의하게 높은 것으로 타났다(p =0.000). 이에 비하여 철 비중은 상대적으로 높은 것으로 나타났으나 통계로 차이는 판별하기 어려운 것으로 보인다(p =0.039). 칼륨의 경우 전반적인 평균값은 측면 풍화 지형 발달부에 비하여 낮은 것으로 나타나고 있으나 통계적인 차이는 없는 것으로 볼 수 있다(p =0.216) 나트륨의 경우 정부의 시료들이 약간 높은 값을 지니는 것으로 보이고 있으나 집단 간에는 통계적으로 유의한 차이는 없는 것으로 나타났다(p =0.237) 칼슘의 경우 정부의 시료가 다른 부분에 비하여 함량비가 높은 것으로 나타나고 있지만, 비교 가능한 시료수의 제한과 두 시료 간의 편차가 큰 관계로 두 집단은 통계적으로 유사한 집단으로 나타났으며(p =0.070) 이러한 차이들에도 불구하고 구성 물질 함량 분포의 경향성은 나타난다고 볼 수 있다. 비중비에서 나타난 바와 같이 이산화규소의 비중이 증가함에 따라서 나트륨, 칼슘, 마그네슘, 알루미늄은 감소하고 칼륨은 증가하는 경향이 나타난다.

    이전의 연구들에 의하면 칼슘과 나트륨은 화학적 풍화 과정에서 가장 먼저 제거되며, 칼륨, 규소, 알루미늄 역시 정장석과 K-장석의 용해로 인해 제거되며 특히 규소는 용액 상으로 방출된다. 이에 비하여 철은 느리게 제거되기 때문에 상대적인 비율이 증가하는 특성이 나타난다. 특히 산화철은 이동성이 더욱 제한되는 것으로 알려져 있다(Yoshida et al., 2011). 마그네슘 역시 조암 광물의 철과 니켈과 교환되면서 용액 상으로 방출된다. 용약 상의 이동은 물질을 중력의 영향으로 하방 이동하게 하며, 특히 용액상 유출이 강한 규산의 경우 절리선을 따라 움직이면서 규산질의 재집적 등으로 인하여 규산층 등을 형성하기도 한다. 지하에서의 지하수의 유동으로 인한 물질의 재집적 양상은 특징적인 층을 풍화대 내에 만들기도 하며 점토 광물층도 이 중에 하나이다(Skarpelis, 2006). 이러한 결과들에 의하면 풍화가 가장 많이 진행된 부분에서의 칼슘과 나트륨의 비율 감소를 기대할 수 있다. 칼슘의 경우 MA09, MA08의 경우 높은 비율을 보여 주고 있지만, 다른 부분은 비중이 낮은 것으로 나타나고 있다. 앞서 논한 바와 같이 MA01, MA02는 다른 부분에 비하여 상당히 높은 비율이 나타난다. 나트륨의 경우에는 MA09가 가장 낮고 다른 부분에서는 높게 나타난다. MA01, MA02에서도 큰 변화를 보이지 않는다고 볼 수 있다. 화학적 풍화 발생으로 먼저 제거되는 것으로 알려진 이러한 원소들의 비중 문제는 해당 지역을 일반적인 화학적 풍화 환경과는 다른 해안 환경의 영향과 각 시료 채취 지점의 특성 차이에 의한 것으로 추론해 볼 수 있다. 수용성으로 용출되는 칼슘과 나트륨은 기본적으로 절리 또는 다른 기반암의 취약선을 따라서 중력 방향으로 이동한다. 기반암 암체의 절리가 판상으로 나타나는 경우 이동의 반향은 수직이 아닌 지표면과 수평인 방향이 되며 해당 면이 평탄하고 태양광에 노출되어 가열되는 경우 이동 속도가 느린 상태에서 증발 효과로 인하여 이동이 제한될 것으로 보인다. 또한 해수로 인한 염분 공급이 있을 경우 그의 영향 역시 배제하기 어렵다. 풍화로 인하여 와지가 형성되는 경우 와지의 내부 벽들은 노출된 기반암 면에 비하여 상대적으로 온도가 낮고, 높은 습도가 유지되며 물질의 이동에 있어서 증발의 효과 등은 기대하기 어려울 것으로 보인다. 또한 해수로부터 공급된 염분 역시 오랜 기간 동안 체류하게 될 것으로 보인다. 이러한 요인들은 수용성인 원소들의 분포에 영향을 주는 것으로 판단할 수 있다.

    알루미늄과 마그네슘은 다른 부분에 비하여 MA01, MA02에서 함량비가 높은 것으로 나타나고 있다. 철의 경우에도 그 정도의 차이는 크게 나타나지 않으나 유사한 경향을 보이고 있다. 다른 금속성 부분의 경우 화학적 작용에 의한 다른 성분들의 용출로 인하여 비중이 증가하는 것이 일반적이며 이를 적용할 경우 MA01, MA02의 경우 풍화가 더 많이 진행되었다고 판단할 수도 있다. MA05와 MA04의 경우 이산화규소와 다른 원소들의 함량이 유사함에도 불구하고 알루미늄 성분에서는 차이가 나타나고 있으며, 그 원인은 명확하지 않다. 다만, 각 시료들의 위치가 영향을 준 것으로 추정된다.

    암분 시료들은 앞서 논한 바와 같이 기반암 시료 가운데 풍화 와지가 발달한 부분과 함량의 특성이 다른 것으로 나타나고 있다. 암분은 풍화 와지로부터 단순히 물리적으로 제거된 암체의 일부로 간주할 수 있으며, 이들 사이의 화학적인 조성의 차이는 상당한 의미를 지닐 수 도 있다. 물론 앞서 논한 바와 같이 이산화탄소의 함량 증가가 중요한 원인일 수도 있으나 암분간의 조성 차이 역시 작지 않다. 상대적으로 높은 부분에서 채취된 MARM01, MARM02의 경우 마그네슘 비율이 낮은 편이고 칼륨은 약간 높은 수준을 보여주고 있다. 가장 낮은 부분에서 채취된 MARM06의 경우 알루미늄의 함량이 낮은 것으로 나타나는데 비하여 철과 마그네슘은 다른 부분과 큰 차이를 보이고 있지 않다. 이산화규소의 함량과 다른 원소들의 함량비 역시 일정한 패턴을 보이지 않고 있다. 예를 들어 MARM03, MARM05, MARM06에서는 이산화규소의 함량이 증가하면서 알루미늄과 칼륨, 나트륨의 함량이 감소하는 유형을 보여 주지만 다른 시료에서는 반대의 경향 또는 큰 변동을 보이지 않는 등 차이가 나타난다. 이러한 불규칙적인 변동은 외부로부터의 물질 유입 또는 선별적인 유출에 의한 것일 수 있으며, 초본류의 정착에 따라서 물질의 조성이 영향을 받았을 가능성도 배제할 수 없다.

       3. 풍화도 분석

    화학적 풍화의 진행 정도에 대한 분석은 일차적으로 CIA로 판별하여 볼 수 있을 것으로 보이며, 앞서 논한 바와 같이 화학 조성으로 분별한 풍화의 진행 정도에는 상당한 차이가 나타난다. 카올리나이트의 CIA지수는 100을 나타내며, 일라이트는 75~90, 백운모는 75, 장석은 50 정도의 수치를 나타내며 생경한 화강암은 45~55의 값을 지니는 것으로 알려져 있다(Bahlburg and Dobrzinski, 2011). 전반적으로 암분 부분들은 기반암 부분에 비하여 높은 화학적 풍화 지수를 보이는 것으로 나타나고 있다. 그에 반하여 기반암의 반발 강도가 크고 미지형의 발달이 미미한 것으로 보고된 구릉의 정상 부분은 화학적 풍화의 진행이 느린 것으로 볼 수 있다. 또한 풍화 와지가 발달한 암벽 부분의 경우에는 보다 강한 화학적 변화를 경험한 것으로 볼 수 있다. 생경한 기반암에 가까운 암체의 경우 52정도의 값을 보이고 있다. 이러한 측면으로 본다면 암분 부분은 화학적 풍화가 상대적으로 더 많이 진행된 부분으로 볼 수 있다. 현장 조사 결과 해당 암분들이 암체로부터 분리되어 기저 부분에 집적된 뒤 풍화가 진행되었다고 보기는 곤란한 것으로 판단된다. 집적된 부분이 화학적 풍화에 상당히 유리한 환경이기는 하나 해당 암분이 집적된 뒤 경과한 시간이 상당히 짧다는 점을 감안한다면 집적 이후의 화학적 풍화의 진행을 상정하기는 어려울 것으로 보인다. 따라서 이들은 풍화와지 내부의 암벽에서 공급된 당시의 풍화의 정도와 현재의 상태 사이에는 큰 차이가 있다고 보기 어렵다. 종합한다면 암분들은 대부분 풍화가 진행된 물질들을 중심으로 암벽으로부터 제거되어 하부에 집적되는 것으로 볼 수 있다.

    화학적 풍화 정도를 나타내는 다른 방식은 화학적 풍화에 따른 물질 함량비율의 변화를 나타내는 A-CN-K 삼각도를 활용하거나 A-CNK-FM 지수를 활용하는 방식이다(Nesbitt and Young, 1989; 박충선, 2007). 삼각도는 세 변수들 사이의 상대적 비율을 추정하는 것으로 본 연구에서는 Triplot 프로그램을 이용하여 삼각도를 작도하였다. 전반적으로 칼슘과 나트륨의 감소와 알루미늄의 상대적 비중 증가에 따른 삼각점 내에서의 상부 꼭지점 부분으로의 이동은 화학적 풍화 정도의 증가로 해석되며 칼륨의 경우 어느 정도 감소한 뒤 일정 수준을 유지하는 것으로 알려져 있다. 물론 기존의 국내 연구에서 나타난 세립 입자들의 풍화 경향과 직접 비교는 어려운 것으로 판단되나, A-CN-K 삼각도 전반적인 경향성에서 유사성은 발견된다고 볼 수 있다. 그러나 철과 마그네슘을 포함하여 분석한 A-CNK-FM 결과 역시 전반적으로 유사한 경향성을 보여 주고 있다. 그러나 원암 구성 물질의 차이로 인한 다른 변화 유형도 존재할 것으로 판단된다.

    전반적으로 본다면 앞서 논의한 CIA의 결과와 같이 암분의 경우 화학적 풍화 정도가 기반암 부분에 비하여 심한 것으로 판단 할 수 있다. 또한 기반암 정부의 경우 화학적 풍화의 진행 정도가 낮은 것으로 나타나는 암석에 비하여 느린 것으로 나타나고 있다. 이러한 결과는 작은 지역이지만 연구 지역 내에서의 암석의 차이가 원인일 수 있으며(김영래, 2012), 풍화 과정에서의 물질의 이동 등과 관련된 것일 수도 있으나 명확하지 않다. 동일한 암체로부터의 나타난 변화로 판단한다면, 이는 암석의 표면에는 인간 활동에 의한 대기오염 물질과의 반응, 자연적인 풍화에 의해서 피막(coating)이 형성된 결과로 볼 수 있을 것으로 보인다(Sanchez et al., 2008; Xu et al., 2010).

       4. XRD 결과

    XRD분석은 암분 시료에 대하여 이루어졌다. 본 연구에서의 XRD 분석은 충북대학교 공동실험실습관의 SCINTAG XDS-2000 Powder Diffractometer를 이용하여 이루어졌다. 시료는 입경을 구분하지 않고 일정한 양을 분쇄하여 사용하였다. 결과의 동정은 Moore and Reynolds(1997)을 기반으로 하였다.

    암분에서 가장 강한 피크를 보이는 것은 석영과 장석류로 나타나고 있다. 이들은 기반암으로 부터의 입상붕괴를 통하여 암분으로 변화된 것으로 보인다. 한편 경석고(anhydrite CaSO4, 2θ 25.46 인근)와 석고(Gypsum CaSO4·2H2O, 2θ 31.2 인근)의 피크가 약하지만 출현하고 있으며 (Moore and Reynolds, 1997), 또한 2차 광물인 일라이트와 카올리나이트도 출현하고 있다. 이전의 연구들은 암분 내에 존재하는 석고류의 존재를 보고하여 왔으며, 이들은 풍화 과정에서 상당한 영향을 미치는 것으로 알려져 있다(Matsukura and Tanaka, 2000). 풍화 산물내의 석고의 기원에 대해서는 여러 경로가 있다. 먼저 기반암 내에 조암 광물의 일부로 존재하다가 수분의 이동 등을 통하여 집적 되는 경우가 있다. 다른 가설로는 화학적 풍화의 과정에서 2차적으로 형성되는 경우이다. 그 과정은 명확히 밝혀져 있지는 않다. 본 연구 지역의 암석을 포함하는 대부분의 화강암질 암석들에는 칼슘이 포함되어 있으나 그 함량이 높다 해도 다양한 조암 광물에 포함된 원자의 형태로 존재하기 때문에 방해석으로 존재하는 함량은 낮은 편이다. 따라서 이에 의한 풍화 효과는 제한적이다. 이에 반하여 이산화탄소를 함유한 물과 칼슘이 포함된 규산질 암석이 반응하면 이에 따른 수반 광물로 방해석이 나타나는 것으로 알려져 있다. 그리고 방해석이 풍화되는 과정에서 석고가 형성되는 것으로 알려져 있다. 이러한 과정은 해당 조암 광물이 포함된 모든 규산질 암석에서 나타나게 되며 이를 칼슘의 2차적 형성 과정으로 볼 수 있다. 2차적으로 형성된 칼슘의 추가적인 반응은 규산질 광물의 풍화 진행에서 상당히 중요한 역할을 하는 것으로 볼 수 있다(White et al., 2005). 화학적 풍화 과정을 통해 형성된 석고는 암체 내의 수분의 유동 과정에서 증발하여 암석 표면에 집적되고 이로 인해 암석의 표면에 아주 얇은 박리가 유발되며, 이를 통하여 타포니가 성장하는 것으로 볼 수 있다. 그러나 이러한 과정은 암석의 조직이 치밀한 생경한 암석에서는 효과를 발휘하기 어렵다. 도리어 어느 정도 풍화가 진행되어 공극이 다수 존재하는 경우 이러한 과정이 효율적일 것으로 판단된다. 한편 석고류는 암분이 집적된 뒤의 고화에서 중요한 역할을 하는 것으로 볼 수 있다.

    한편 카올리나이트와 일라이트의 존재는 연구 대상인 암체가 물리·화학적 풍화 환경에 노출되었음을 나타낸다. 물론 이들은 기계적 풍화가 우세한 타포니에 의해 화강암 암체가 해체되는 과정에서 형성될 수 있는 광물들로 볼 수 있다. 그러나 최근의 타포니 지형의 기원에 대한 연구(Roque et al., 2013)에 의하면 화강암의 암체 풍화 과정에서 풍화 전선보다 하부 부분에 소규모 공동(cavities)이 형성되고 그 공동으로 인하여 지하수의 흐름과 압력의 분포에 변동이 발생하며, 수분에 의하여 완전히 포화된 풍화 산물이 공동을 충진하는 양상이 나타나게 된다. 계절적인 지하수위의 변동에 따라 수분의 포화 정도는 변화하고 이로 인한 물질의 이동과 침전 작용이 나타나게 된다. 그러다 절리가 치밀하게 분포한 부분이 제거되면서 해당 공동들은 지표면에 타포니의 형태로 노출된다. 이러한 주장은 기존의 타포니 형성에 대한 이론들과는 약간의 차이를 지닌다. 연구 지역의 경우 해안에 위치한 화강암 암체로 암체 자체의 풍화가 상당 정도 진행되었으며, 이 풍화는 기본적으로 지중 풍화의 영향에 의한 것일 가능성이 크다. 동해안 지역이 현 해수면 수준에 도달한 것은 지난 빙기 이후의 일로 알려져 있으며 빙기의 해수면은 현재 보다 상당히 낮았을 것으로 판단된다. 물론 해당 지역의 융기를 감안하여 본다면 해수면 상승이 시작된 시기의 암체가 현재보다 해수에 조금 더 가까이 있었을 가능성이 있으나, 전반적으로는 해수면 상승의 효과 등이 큰 것으로 판단된다. 즉, 해수의 영향으로 인한 풍화의 진행은 다른 변수를 감안한다고 해도 후빙기의 1만 년 내외의 시간 동안 진행된 것으로 볼 수 있다. 한편 기계적 풍화의 경우 현재보다 냉량한 환경 하에서 보다 활발하게 일어날 수 있으나, 현재로서는 당시의 해당암체 상황을 명확히 파악할 수 있는 증거를 찾아보기는 어려운 것으로 보인다.

    IV. 토 론

    기존의 타포니의 형성에 대한 논의는 건조 및 반건조 지역과 해안 지역에서의 염정 성장(haloclasty)에 의한 박리 현상(flaking)과 입상 붕괴에 의한 성장(Huinink et al., 2004; Twidale and Bourne, 2008), 냉량 지역에서 염 결정의 존재가 빙정 성장에 의한 동결 파쇄 작용에 보조적인 역할을 수행하면서 발생하는 동결 융해에 의한 성장(French and Guglielmin, 2000), 빙하 및 주빙하 환경에서 열적 스트레스와 염정 성장으로 인한 성장(Strini et al., 2008), 열대 환경에서의 지중 화학 풍화에 의한 성장(Twidale, 1982)에 강조점을 두어왔다. 최근에 이루어진 일부 연구들은 온대 지역의 타포니 중 일부는 절리의 밀도 차이가 있는 암체에서 지중에서 기원하였을 가능성을 제기하고 있다. 앞서 상론한 바와 같이 지중 풍화의 와중에서 지하에 공동이 형성될 수 있으며 이 공동이 노출되면서 타포니와 같은 풍화 와지로 발전할 수 있다. 전반적으로 화성암 가운데 생경한 심성암은 공극률이 낮고 수분과 공기의 순환이 원활하지 못한 특징을 지니며 풍화가 진행되는 경우 공극률이 급격히 상승하면서 풍화 산물과 접하는 암괴의 경계 부분이 장기간에 걸쳐 화학적 작용이 발생하게 된다(Sak et al, 2010). 또한 수분의 공급이 원활히 일어나는 상부의 경우 하부에 비하여 활발한 풍화 작용의 대상이 된다. 동일한 현상이 절리가 잘 발달한 부분의 주변에서 나타날 것으로 보이며, 이를 풍화 전선대로 간주한다면 풍화 전선대에서는 집중적인 화학 작용을 받게 되어 흑운모와 장석의 변질이 가속화된다. 그렇다면 풍화 와지 가운데에 일부는 앞서 논의한 바와 같은 현생 풍화 과정에 의하여 발달하게 되는 면이 있으며, 일부는 지중에서 화학적인 풍화를 받은 뒤 현생 풍화 과정에 의해 과거에 형성된 풍화 산물이 제거되고 형상이 일부 변형되는 특징을 보여주게 된다. 이러한 가설들을 입증하는 데에는 여러 가지 방식이 있으나 그 중 한 가지는 풍화산물과 기반암 부분의 화학적 조성의 비교일 것이다.

    본 연구의 결과 암체 부분의 화학적 조성은 암분과 상당히 다른 것으로 나타났다. 특히 화학적 조성에 따라 나타난 화학적 풍화의 정도는 암분이 기반암 암체에 비하여 상당히 높은 것으로 나타나고 있다. 앞서 논의한 바와 같이 이들이 암체로 분리되어 집적된 시간이 길지 않은 것으로 보아 이들은 분리 이전부터 높은 화학적 풍화를 경험한 것으로 보인다. 현재 풍화를 경험하고 있는 어떤 잔류 암체의 화학적 풍화 정도도 아주 신선한 것으로 보이는 암분의 풍화 정도 보다 높은 것으로 보이지는 않는다. 따라서 암분들은 현생 풍화과정으로 형성된 것이 아닌 과거의 풍화 산물로 남아있던 높은 화학적 풍화를 지니는 물질들이 암체로부터 분리되어 형성되는 것으로 보인다. 물론 이 분석에는 현재 활발하게 동결 융해와 이질 결정체의 성장에 의하여 암체로부터 분리되고 있는 암편들에 대한 분석이 포함되지 않았다. 이들의 경우 암체의 화학적 조성과 크게 다르지 않을 것으로 보인다. 그러나 세립 물질들은 앞서 설명한 것과 같이 상당한 차이를 지니고 있으며, 특히 규산질의 함량이 낮고 철분과 알루미늄의 함량 비중이 높으며 칼슘과 나트륨의 함량 역시 높은 것으로 나타나고 있다.

    암분에 대한 XRD분석 결과 암분은 주로 석영과 장석류의 피크가 강하게 나타나고 있으며, 일라이트와 카올리나이트와 같은 화학적 풍화에 의한 점토 광물들이 나타나고 있다. 시료들이 과거의 풍화전선대라고 할 수 있는 암체의 하부에서 얻어진 것이므로, 이들은 풍화의 영향을 상대적으로 덜 받은 물질일 가능성이 크다. 실제 A-CN-K와 A-CNK-FM 삼각도 상에서 역시 이 암분들은 전반적으로 화학적 풍화를 받았지만 일라이트화 되지는 않은 수준으로 나타나고 있다. 암체에서의 위치를 감안할 경우 일라이트화가 강하게 일어났을 가능성은 크지 않다는 점은 명확해 보인다. 그러나 생경한 기반암이 일어난 상태에서 일라이트화가 일어났다는 것도 인정하기는 어려울 것으로 보인다. 우리나라 타포니에 대한 이전의 연구에 의하면 타포니 내에서의 풍화는 박리상의 물질 제거이고 이 빈도는 상당히 높은 것으로 알려져 있다. 현장 조사에서 역시 현재 기반암 자체가 강한 화학적 풍화를 경험하는 것을 보기는 어렵다. 따라서 발견된 일라이트와 카올리나이트 역시 현생 풍화 환경의 증거로 명확히 지적되기는 어려울 것으로 보인다.

    XRD 분석에서 발견된 다른 물질로서 의미가 있는 것은 석고류와 같은 염류의 존재이다. 이전의 연구들에서 알려진 바와 같이 해안 풍화에서 흔히 염분류로 지시되는 것은 염정이지만, 화학적 풍화를 경험하는 환경에서는 석고류가 출현하게 되며 석고류의 부피 팽창은 염분의 결정화로 인하여 발생하는 압력 이외에 추가적인 해체 압력으로 작용한다고 알려져 있다. 암분에 출현하는 석고류의 존재는 염정과 함께 풍화가 어느 정도 진행된 풍화 외지 내의 암벽면에서 입상 붕괴를 유발하는 중요 매커니즘으로 지적될 수 있을 것이다. 또한 겨울철 동결-융해 사이클에 의한 암벽의 해체 역시 상당히 중요한 역할을 할 것으로 보인다. 강원도 동해안 지역의 경우 늦겨울-초봄에 폭설이 발생하는 지역이며, 이러한 폭설의 융설수는 암반을 따라 흐르다가 타포니 내부로 유입될 가능성이 크다. 이들이 온도가 올라가는 시간동안에는 하부로 침투하고 냉각 시간동안에는 동결되는 과정이 발생하면서 풍화를 통하여 더 많은 공극을 지니게 된 암체의 일부를 지속적으로 압박하여 암편의 탈락을 유발하는 것으로 볼 수 있다. 즉, 이 지역의 현생 물질 제거 프로세스는 해수로부터의 염수의 유입과 절리부를 포함하는 부분에서의 염분 결정 성장, 석고 부분의 팽창으로 인한 압력 그리고 다설지의 융설수가 동결 융해를 반복하면서 유발하는 압력 등에 의한 물질의 입상 붕괴와 추가적인 암편의 탈락현상인 것으로 보인다. 그러나 이러한 작용들은 이미 풍화가 상당히 진행된 암체의 일부를 제거하는 것이 중심이며 생경한 암석을 해체하는 것은 아닌 것으로 보인다.

    한편 암체의 화학적 조성 역시 부분 별로 다른 것으로 나타나고 있다. 크게 본다면 풍화 와지의 발달이 미진하며 상대적으로 고도가 높은 완경사의 구릉 정부 부분과 급경사의 벽면을 따라 풍화 와지가 잘 발달해 있는 구릉 측면 부분으로 나누어 볼 수 있다. 풍화 지수의 측면에서 보면 구릉 정부는 구릉의 측면 부분에 비하여 화학적 풍화가 미진하게 일어난 것으로 볼 수 있다. 이는 이전의 암체의 반발 강도에 대한 조사에서 추론했던 바를 뒷받침하는 측면이 있다. 이전의 암체의 반발 강도 조사에 의하면 구릉의 정상부는 구릉의 측면부에 비하여 강도가 높은 것으로 나타났다(김종연, 2013a). 이전의 연구에서는 해수의 영향으로 인한 하부의 풍화와 상부의 상대적 풍화에의 적은 노출로 이를 설명했다. 한편 몰비를 중심으로 하는 화학적인 조성으로 본다면 구릉의 정부는 시료의 수가 적기는 하지만 구릉의 측면 부분에 비하여 이산화규소의 경우 비율이 낮고, 그와 동시에 산화알루미늄, 산화철, 산화칼슘, 산화나트륨의 비율은 구릉의 측면부에 비하여 높은 것으로 나타나고 있다. 낮은 이산화규소의 함량과 산화알루미늄의 높은 비율 등은 풍화 진행에 따른 효과로 이해가 가능하나 나트륨과 칼슘의 높은 비율은 다른 작용의 개입을 상정하게 하는 측면이 있다. 일반적인 풍화대에서 이들은 화학적 풍화의 초기에 용출되어 전반적으로 비중이 낮아진다. 그러나 본 연구 지역에서는 도리어 그 비중이 증가하는 것으로 나타나고 있으며 그로 인하여 화학적 풍화 지수가 낮아지는 현상이 나타나고 있다. 구릉 정부 시료의 이산화규소 함량이 암분 시료들에 비해서는 높은 것으로 나타나고 있으며, 화강암들의 평균적인 값들과 유사하기는 하나 생경한 암석으로 간주할 수 있는 시료의 값인 78% 이상에 비해서는 현저히 낮은 것으로 보인다. 따라서 이들이 화학적인 풍화를 받은 것은 분명한 것으로 보인다. 그러나 산화알루미늄의 비중은 정상 부분이 측면 부분에 비하여 4% 가까이 높은 것으로 나타나고 있다. 통상적인 경우라면 정상부의 풍화 지수는 측면보다 높을 것을 예상할 수 있으며 실제 풍화 진행 정도도 상부가 빠른 것으로 볼 수 있을 것이다. 나트륨과 칼슘의 경우 화학적 풍화로 유출되는 것 이외의 추가적인 물질의 유입 또는 물질 순환 과정에서의 집중을 고려하는 것이 타당한 것으로 판단된다. 앞서 논의한 바와 같이 완경사 암벽 부분의 가열에 의한 증발과 물질 집중이 중요 원인 중에 하나로 보여 진다. 특히 풍화가 어느 정도 진행되면서 증가하는 공극을 통한 암체내의 수분의 이동이 증가하게 되고 수분 내에 포함된 양이온들이 수분과 함께 이동하다가 암체의 상부인 정상 부분에서 증발되면서 이들의 집적이 나타난 것으로 볼 수 있다.

    V. 결 론

    해안 암체의 특성을 파악하고 해안 지형 발달의 특성을 알아보기위하여 해안에 발달한 화강암 암체에 대하여 암체의 정부를 이루며 노출된 부분, 풍화 와지가 발달한 암벽 부분, 암체로부터 분리되어 와지의 내부에 집적된 암분을 대상으로 화학적 조성을 XRF와 XRD 분석기법을 활용하여 분석하였다.

    백악기 관입 화강암에 대한 분석 결과, 화학적 풍화지수(CIA)는 암분에서 가장 높게 나타나고, 암체의 정상부에서 가장 낮은 값을 지니는 것으로 나타났으며, 풍화 와지가 널리 발달한 수직벽에서는 중간 값이 나타났다. 이러한 결과는 이전의 연구 결과에서 나타난 암체의 반발 강도의 변화 유형과 유사한 결과를 보여주는 것으로 볼 수 있다. 분석 결과, 암체의 정부는 화학적 풍화 시에 증가하는 것으로 알려진 산화알루미늄과 산화철의 함량비는 증가하고 있으며, 이산화규소의 함량은 감소하는 것으로 나타났다. 그러나 풍화 시 함량이 낮아지는 것으로 알려진 칼슘과 나트륨의 비중은 높은 것으로 나타나 일반적인 결과와 일치하지 않는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 풍화 진행 이후의 2차적인 물질의 이동과 재집적에 의한 것으로 판단된다. 암분은 이산화규소의 함량은 낮고 산화알루미늄과 철분의 함량은 높은 것으로 나타나고 있으며, 칼슘의 경우 중간 정도를 보여주고 있다. 이러한 결과로 보아 암분은 화학적 풍화가 강하게 진행된 결과물로 볼 수 있을 것으로 판단된다.

    암분에 대한 XRD 분석 결과 암분은 주로 석영과 장석류로 되어있으나, 석고 물질과 일라이트 및 카올리나이트도 나타났다. 이들은 화학적 풍화의 산물들로 암분은 기반암의 화학적 풍화 산물에서 기원한 것으로 볼 수 있다. 이를 기반하여 볼 때 해당 암체에 발달한 풍화 와지들은 현생 해안에 의한 풍화 작용의 영향도 크지만 이전의 풍화 영향도 받은 것으로 판단 할 수 있다. 또한 현재 해안에서의 물질 제거 과정은 융설수 등의 동결과 융해, 석고류의 팽창에 의한 작용으로 입상 붕괴가 일어나 박리상으로 암벽의 풍화 산물을 제거하는 방식으로 발생하는 것으로 볼 수 있다.

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  • [<그림 1>] 연구 지역 (김종연, 2013a)
    연구 지역 (김종연, 2013a)
  • [<그림 2>] 기반암 시료 (A:MA01, B:MA02, C:MA03, D: MA04)
    기반암 시료 (A:MA01, B:MA02, C:MA03, D: MA04)
  • [<그림 3>] 기반암 시료 5(MA05)와 주변의 미지형
    기반암 시료 5(MA05)와 주변의 미지형
  • [<그림 4>] 기반암 시료(A:MA06, B:MA07, C:MA08, D:MA09)
    기반암 시료(A:MA06, B:MA07, C:MA08, D:MA09)
  • [<그림 5>] 암분 시료 채취 지점(A,B: MARM01, C,D: MARM02)
    암분 시료 채취 지점(A,B: MARM01, C,D: MARM02)
  • [<그림 6>] 암분 시료 채취 지점 (A,B:MARM03, C,D:MARM04)
    암분 시료 채취 지점 (A,B:MARM03, C,D:MARM04)
  • [<그림 7>] 암분 시료 채취 지점 (A,B: MARM05, C,D:MARM06)
    암분 시료 채취 지점 (A,B: MARM05, C,D:MARM06)
  • [<그림 8>] 연구 지역 내의 다른 풍화 와지와 암분
    연구 지역 내의 다른 풍화 와지와 암분
  • [<표 1>] 암분의 입도 조성 특징
    암분의 입도 조성 특징
  • [<표 2>] 기반암과 암분의 화학 조성(wt%)
    기반암과 암분의 화학 조성(wt%)
  • [<그림 9>] 전체 시료의 화학적 조성(Mol%)
    전체 시료의 화학적 조성(Mol%)
  • [<표 3>] 집단별 화학 조성(mol %)
    집단별 화학 조성(mol %)
  • [<그림 10>] 기반암 부분의 화학 조성(mole ratio%)
    기반암 부분의 화학 조성(mole ratio%)
  • [<그림 11>] 암분의 화학 조성(mole ratio%)
    암분의 화학 조성(mole ratio%)
  • [<그림 12>] A-CN-K 및 A-CNK-FM 삼각도
    A-CN-K 및 A-CNK-FM 삼각도
  • [<그림 13>] 암분 XRD 분석 결과
    암분 XRD 분석 결과