조사 단면의 층서 및 깊이에 따른 대자율, 중앙값 그리고 Y값의 변화를 (Fig. 3)에 나타내었다. 조사 단면은 대자율 값에 기초하여 Unit I과 Unit II의 경계인 깊이 92cm를 기준으로 상부와 하부 단면으로 구분된다. 상부 단면은 상대적으로 높은 대자율 값으로 특징지을 수 있는 반면, 하부 단면은 낮은 대자율 값을 보인다. Unit I에서 대자율 값은 깊이 0cm에서 하부로 갈수록 증가하는 경향을 보이다가, 깊이 12cm에서 최대치(약 194×10^-5 SI unit)에 이른다. 이후, 대자율 값은 약간의 변동을 보이면서 하부로 갈수록 감소하는 경향을 나타낸다. 깊이 44cm에서 대자율 값은 약 71×10^-5 SI unit이며, 이후 깊이에 따라 약간의 변동을 보이면서 다시 증가한다. 깊이 68cm에서 약 124×10^-5 SI unit의 두 번째로 높은 대자율 값을 보인다. 깊이 68cm와 92cm 사이에서, 대자율 값은 거의 변화가 없지만, 이후 크게 감소한다.

Unit II(2~34×10^-5 SI unit)와 Unit III(-7~8×10^-5 SI unit)에서 대자율 값은 각 층준 내에서 큰 변동 없이, 깊이에 따라 약간 감소하는 경향을 보인다. Unit I보다 Unit II에서 대자율 값이 낮은 것은 풍화의 차이와 더불어 석영과 같은 규산염 광물이 혼합되었기 때문인 것으로 생각되며, Unit III의 낮은 대자율은 Unit II보다 규산염 광물이 보다 많기 때문인 것으로 생각된다.

중앙값은 대자율과 대조적인 변화 양상을 보인다. 즉 Unit I에서는 거의 변화가 없는 반면, Unit II와 Unit III는 큰 변화를 보인다. Unit I의 중앙값은 5.5~7.4μm이며, Unit II에서는 7.0~52μm로, 깊이 130cm(약 32μm), 166cm(약 20μm) 그리고 204cm(약 31μm)에서 3번의 정점이 확인된다. 그러나 Unit II의 최하부(깊이 240cm)는 Unit II의 다른 시료보다 중앙 값이 매우 큰데, 이는 하부 층준(Unit III)과의 혼합에 의한 것으로 생각된다. 한편 Unit II-1의 중앙값이 Unit II-2의 중앙값에 비해 약간 작지만, 큰 차이를 보이지는 않는 반면, Unit III-1과 Unit III-2에서는 차이가 크다. Unit III-1의 중앙값은 57~183μm인데 비해, Unit III-2의 중앙값은 17~105μm이다. 그러나 깊이 450cm 이하의 시료들은 Unit III-1과 중앙값이 유사한데, 이는 기반암에서 유래한 조립 물질과의 혼합에 의한 것이다. 조사 단면의 각 층준은 서로 다른 입도 특성을 보이고 있으며, 이는 각 층준이 서로 다른 퇴적 환경에서 형성되었음을 의미한다.

조사 단면에서 각 층준의 입도 특성은 Y값 변화에서도 확인된다. Unit I에서 Y값은 대부분 –10 이하인데 반해, Unit II의 Y값은 대부분 -10보다 크다. Unit III-1은 Y값이 2.1~12인데 비해, Unit III-2의 Y값은 -8.5~15이다.

조사 단면의 입도별 비율, 특히 모래 함량은 각 층준의 특성을 잘 반영하고 있다(Fig. 4). Unit I에서 모래 함량은 시료 사이에 큰 편차 없이 2~11%인 반면, Unit II에서는 최대 약 45%(깊이 240cm)에 이른다. Unit III-1과 Unit III-2의 모래함량은 각각 47~76%, 11~69%이다. 상술한 바와 같이, Unit II에서 각각 3번의 조립과 세립 시기가 입도 비율에서도 확인되며, 이는 Unit II가 형성되는 동안 퇴적 환경이 다른 시기가 교대로 세 번 나타났음을 의미하는 것으로 생각된다. 한편 점토 함량은 Unit I에서는 32~41%인 반면, 하부로 갈수록 감소하여 Unit II에서는 8~34% 그리고 Unit III에서는 2~16%를 차지하고 있다. 세립 실트 함량 역시 상부에서 하부로 갈수록 감소하는 경향을 보이고 있으며, 각각 38~44%, 14~42% 그리고 5~33%를 차지하고 있다. Unit I, Unit II 그리고 Unit III에서 조립 실트 함량은 각각 16~21%, 20~41% 그리고 16~43%이다.

조사 단면 상부의 Unit I과 Unit II는 soil crack과 함께 세립 실트가 주를 이루고, Unit II-2에서 조립질 실트와 모래와 같은 조립 입자들이 상대적으로 높은 비율을 차지하지만, 다른 지점에서는 자갈을 비롯한 조립 입자가 육안으로 관찰되지 않았다. 또한 조사 단면 하부의 Unit III에서는 층리 구조가 확인되었으나, Unit I 및 Unit II에서는 이러한 퇴적 구조가 없었다. 게다가 Unit I의 중앙값은 5.5~7.4μm이며, 모래 함량은 2~11%에 불과하다. 이러한 Unit I과 Unit II의 입도 조성 및 퇴적상은 사면 이동 또는 하천이나 파랑의 작용에 의해 형성된 퇴적층과는 판이하고, 기존에 국내에서 보고된 뢰스 퇴적층과 매우 유사하다. 따라서 이러한 퇴적상 및 입도 특성은 조사 단면의 Unit I과 Unit II가 바람에 의해 형성된 풍성 퇴적층인 뢰스퇴적층임을 의미한다.

조사 단면의 퇴적 환경을 확인하기 위해, 국내에서 보고된 뢰스 퇴적층의 입도 변수를 Unit I의 입도 변수와 비교하였다(Fig. 5). Unit I 및 국내 뢰스 퇴적층의 일부 시료를 제외하면, Unit I은 국내 뢰스 퇴적층과 서로 구분할 수 없을 정도로 매우 유사한 입도 특성을 보이고 있다. 예를 들어, 조사 단면의 Unit I과 국내 뢰스 퇴적층의 평균 입경 및 중앙값은 대부분 5~9μm이며, 대부분의 시료가 -8 이하의 Y값을 보이고 있다. 이러한 입도 특성은 조사 단면의 Unit I이 국내 뢰스 퇴적층과 동일한 기작에 의해 형성된 풍성 퇴적층임을 지시한다. 그러나 Unit I과 국내 뢰스 퇴적층 사이에 약간의 차이도 확인된다. 즉 Y값이 국내 뢰스 퇴적층보다 약간 크며, 왜도 및 첨도 역시 다른 뢰스 퇴적층과 다소 차이가 있다. 또한 국내 뢰스 퇴적층의 모래 함량은 대략 5% 이하인데 반해, 조사 단면의 Unit I은 모래 함량이 최대 11%에 이른다. 이러한 차이는 국내 다른 지역의 뢰스 퇴적층보다 많은 양의 조립 물질이 혼합되어 있음을 의미한다.

퇴적 환경을 알고 있는 퇴적물의 입도 분석을 통해 도출된 경험적인 수식인 Y값은 다양한 퇴적 환경을 구분하기 위해 사용되어 왔다. Y값이 약 -2.7보다 작으면 풍성 퇴적층으로 간주되며, 호소 퇴적층의 경우 920~1290 그리고 하천 퇴적층의 경우 –0.5~3.2의 Y값을 보인다(Lu et al., 2001; Liu et al., 2014). 또한 퇴적물이 세립일수록 Y값도 작아진다(Lu et al., 2001). 중국 뢰스고원에서 뢰스와 고토양 시료의 Y값은 -7.9~0.1이며 Red Clay는 -12.3~0의 Y값을 보인다(Lu et al., 2001). Xiashu 뢰스라 불리는 양쯔강 하류의 뢰스 퇴적층은 -21.8~-4.9의 Y값을 보인다(Zhang et al., 2005). 따라서 Unit I의 Y값은 중국 뢰스고원의 뢰스와 고토양 시료보다는 Red Clay와 더 유사하며, Xiashu 뢰스와 유사하거나 약간 더 조립이다. 이러한 Unit I의 Y값은 Unit I이 중국 뢰스고원과 공통의 기원지를 공유하거나 중국 뢰스고원에서 재운반된 물질로 이루어져 있음을 의미한다. 이와 더불어, 퇴적 이후 풍화 작용도 Unit I의 입도 특성에 영향을 미쳤을 가능성이 있다.

조사 단면의 Unit I이 주로 장거리 운반을 통해 퇴적된 물질로 이루어져 있다는 사실은 조사 단면 주변의 해안사구 퇴적물과의 입도 특성 비교를 통해서도 확인 가능하다(Fig. 6). 첨도와 왜도(Fig. 6(d))를 제외하면, 조사 단면의 모든 입도 변수는 해안사구 시료와 분명한 차이를 보이고 있다. (Fig. 6(a))를 예로 들면, 해안사구를 이루고 있는 모래 입자 역시 뢰스 퇴적물과 마찬가지로 기원지에서 멀어질수록 세립의 특성을 보인다. 그러나 조사 단면의 모든 시료는 해안사구 구성 물질보다 훨씬 더 세립의 경향을 보이고 있다. 이는 조사 단면 주변의 해안사구를 이루고 있는 물질에 의해 Unit I이 형성되지 않았음을 의미한다. Unit II 역시 해안사구 시료와 차이를 보이고 있으며, 이는 Unit II가 주변에서 운반된 조립 물질을 소량만 포함하고 있거나 해안사구를 발달시킨 홀로세 동안의 풍성 작용은 Unit II에 영향을 미치지 않았음을 의미한다.

한편, 왜도와 첨도 사이의 관계(Fig. 6(d))에서 해안사구와 조사 단면의 Unit I이 유사한 특성을 보이고 있는데, 이 관계가 풍성 퇴적물의 특성을 나타내는 것으로 생각된다. 이 관계에 있어서, Unit III는 Unit I 및 Unit II와는 차이를 보이고 있다.

Unit II의 경우, 상부의 Unit I과 동일한 물질이 주를 이루고 있으나, 조립 물질이 보다 많다. 따라서 Unit III가 형성된 이후, 뢰스 퇴적의 초기에 장거리 운반에 의해 퇴적된 세립 물질과 더불어 주변에서 운반된 조립 물질이 혼합되어 Unit II를 형성한 것으로 생각된다. 하부의 Unit III와 달리 층리 구조가 확인되지 않는다는 점, Unit II와 Unit I의 퇴적 구조의 유사성 그리고 Unit II와 Unit I 사이에 부정합과 같은 퇴적의 휴지기 등이 발견되지 않는다는 점 등에서 바람에 의해 Unit II가 형성되었으며, 기원지가 다른 이질적인 물질이 혼합되어 형성된 것으로 판단된다. Unit II에서 확인되는 3번의 조립과 3번의 세립 시기는 각각 빙기(또는 아빙기) 그리고 간빙기(또는 아간빙기)에 대비될 수 있으나, 조사 단면이 해안가에 위치하고 있기 때문에 폭풍이나 태풍과 같은 일시적인 강한 바람에 조립 물질이 조사 단면으로 운반되었을 가능성도 있다.

조사 단면 하부의 Unit III는 상부의 Unit I 및 Unit II와는 달리, 층리 구조가 뚜렷하게 관찰되어 흐르는 물에 의해 형성된 퇴적층으로 생각된다. Unit III의 기원과 관련하여, 하천 작용에 의해 형성되었다는 주장(김종욱 등, 2008)도 있지만, 조사 단면이 위치한 지역이 간빙기의 고해수면 환경에서 헤드랜드에 해당하기 때문에, 간빙기의 고해면기에 하천과 파랑 작용 모두가 조사 단면의 Unit III에 영향을 미쳤을 것이다.

Unit III는 입도 분석 결과로 볼 때, 상부의 Unit III-1과 하부의 Unit III-2로 세분되며, Unit III-1이 Unit III-2에 비해 조립의 특성을 보인다. 따라서 동일한 작용에 의해 형성되었다 하더라도, 두 층준의 퇴적 환경은 각기 달랐던 것으로 생각된다. 이러한 관점에서, 남대천 하구부(안목항 일대)에서 남쪽으로 임곡천 하구부(염전해안)에 이르는 해안 지역에서 수심 30m까지 이루어진 퇴적물의 입도 분석 결과(오재경 등, 2007)는 수심이 깊어짐에 따라 세립화 경향을 보이며, 모래 함량 역시 점점 감소하였다. 또한 수심이 약 20m에 이르러야 평균 입경이 약 125μm에 달하며, 이때의 중앙값은 100~300μm이었다. 또한 수심 30m에서 채취된 시료 중 일부만이 100μm이하의 평균 입경을 보였다. 따라서 Unit III-1과 Unit III-2는 서로 다른 수심 환경에서 퇴적된 것으로 생각된다.

조사 단면에서 Unit III의 고도는 약 17.34m로, 이는 최성길(1993; 1996)의 해안단구 저위I면과 동일한 지형면으로, 최종 간빙기 중 가장 온난했던 시기인 MIS(Marine Isotope Stage) 5e(약 125ka)의 형성 시기를 갖는 동해안 해안단구 및 해면변동성 하안단구 저위I 면(윤순옥 등, 2003; 황상일 등, 2003)과 대비된다.

대자율 변화에서, 조사 단면의 Unit I과 Unit II는 각각 고토양과 뢰스 층준으로 판단된다. 만약 해안단구에 해당하는 층준인 Unit III의 형성 시기를 MIS 5e로 생각한다면, Unit I은 최종 간빙기중 비교적 온난한 시기였던 MIS 5a 또는 MIS 5c에 형성되었고, Unit II는 최종 간빙기중 비교적 한랭한 시기였던 MIS 5b 또는 MIS 5d에 형성되었을 것이다. 그러나 약 56ka 동안 지속되었고 퇴적율이 상당히 낮았을 최종 간빙기에 두께가 약 240cm에 달하는 뢰스 퇴적층이 국내에서 형성되기에는 무리가 있다. 한편 Unit I은 최종 빙기중 아간빙기에 해당하는 MIS 3에 그리고 Unit II는 MIS 4에 형성되었을 가능성도 있다. 그러나 아간빙기인 MIS 3에 형성된 고토양 층준이 상당히 높은 대자율 값을 보이고 있어, 확신을 갖기에는 어려움이 있다. 다른 한편으로 GRBH150의 연대 측정 결과가 상부의 GRBH100의 연대보다 젊지만, Unit I과 Unit II에서 분석된 시료들이 전반적으로 MIS 6에 해당하는 연대를 보이고 있다. 이러한 분석 결과를 받아들인다면, 하부의 Unit III는 MIS 7에 형성된 해안단구 퇴적층으로 생각할 수 있다. 그러나 이러한 연대 추정은 기존에 국내 동해안에서 이루어진 연구 결과와 큰 차이를 보인다. 뢰스와 고토양 층준에 해당하는 Unit II와 Unit I에 대한 상술한 연대 추정 가운데 해안단구 지형면 형성과 관계 지어 볼 때, 두 번째 추정이 가장 가능성이 높을 것으로 생각되지만, 본 연구에서 분석된 연대 결과는 일반적으로 알려진 동해안 해안단구 지형면 형성 시기와 매우 상이하며, 상부와 하부 층준 사이에 연대 역전 현상도 확인된다. 그러므로 조사 단면의 편년에 대해서는 추후 연구를 통해 보완해야 할 것으로 생각된다.

본 연구는 OSL 연대 측정, 대자율 측정 및 입도 분석을 통해, 강릉시 강동면 하시동리 불화산 일대에 퇴적되어 있는 뢰스 퇴적층을 포함한 제4기 미고결 퇴적층의 형성 과정과 퇴적 환경을 밝혔다. 조사 단면은 상부에서 하부로, Unit I, Unit II, Unit III 그리고 기반암으로 이루어져 있으며, Unit II와 Unit III는 각각 Unit II-1, Unit II-2 그리고 Unit III-1, Unit III-2로 세분된다. Unit I은 시료 사이에 큰 차이와 함께 매우 높은 대자율 값을 보이지만, 이하의 층준에서는 Unit II가 Unit III에 비해 약간 높은 대자율 값을 보이지만 거의 변화가 없다.

입도 분석 결과, Unit I의 입도 변수는 국내에서 보고된 뢰스 퇴적층과 매우 유사하며, 조사 단면 주변의 해안사구와는 큰 차이를 보이고 있다. 또한 Unit I의 Y값은 중국 뢰스고원의 뢰스 및 고토양 시료보다 작고, Red Clay 및 Xiashu 뢰스와 유사하다. 이러한 입도 특성은 Unit I이 장거리 운반에 의해 형성되었거나 퇴적 이후 강한 풍화 작용을 경험하였음을 의미하는 것으로 생각된다. 그러나 조사 단면의 Unit I은 약간의 조립 물질을 포함하고 있어, 국내 뢰스 퇴적층과 약간 다른 입도 변수를 보이기도 한다.

Unit II는 전체적으로 Unit I과 유사한 퇴적상을 보이지만, Unit I에서 관찰되지 않던 조립 입자가 확인되었다. 따라서 뢰스 퇴적의 초기에 장거리 운반에 의해 퇴적된 세립 물질과 더불어 주변에서 운반된 조립물질이 혼합되어 Unit II를 형성한 것으로 생각된다.

Unit III는 모래가 주를 이루고 있으며, 층리 구조가 확인되어 해안단구 퇴적층으로 생각된다. 그러나 Unit III-1과 Unit III-2가 서로 다른 입도 특성을 보이고 있어, 서로 다른 환경 즉, 서로 다른 수심 환경에서 퇴적된 것으로 생각된다. 본 연구의 OSL 연대 측정 결과는 연대 역전 현상을 보이고 있어, 연대에 관한 논의는 추후 보완되어야 할 것이다.