지표는 기반암을 이루는 암석의 풍화 및 침식 작용과 이를 통해 공급된 각종 암설의 운반 및 퇴적 작용을 통해 다양한 형태의 지형을 형성한다. 지형은 힘과 저항력 사이의 균형을 통해 나타나며, 저항력의 핵심 요소는 암석과 지질 구조이다(Ritter et al., 2011). 또한, 지형은 기반암의 풍화 작용을 시작으로 발달하기 때문에, 지형학의 첫 번째 연구 분야는 암석과 기복의 관계를 연구하는 것이라고(권혁재, 2006) 설명될 정도로, 지형학에서 암석과 지형 간의 관계는 매우 중요하게 다루어져 왔다.

국외에서는 이러한 암석과 지형 기복 사이의 관계에 대해서 오래전부터 많은 연구가 진행되어왔다. 대표적으로 Strahler(1952)는 hypsometric curve(고도 분포 곡선)를 이용한 지형 기복 분석 방법을 소개하고, 고도 분포 곡선을 통해 암석 및 구조적인 차이에 의한 지형 기복 특성을 설명할 수 있다고 하였다. 고도 분포곡선을 주제로 한 연구는 최근 Ohmori(1993), Luo(1998), Sternai et al.(2011)에 의해서도 이루어졌다.

국외에서 암석의 종류와 침식 저항력에 관한 대표적인 연구로, Meybeck(1987)은 유역분지에서 침식에 대한 암석의 영향을 계량적으로 분석하여, 화강암이 1이라면, 편마암과 편암은 1, 사암 1.3, 화산암 1.5, 세일 2.5, 대리석 5, 석회암은 12라고 제시하였다. Clayton and Shamoon(1998)은 대체로 오래된 암석일수록 저항력이 크고, 같은 시기라도 화성암이 가장 강하고, 다음으로는 사암이며, 이암이 가장 약한 것으로 분석된다고 설명하였다. 이 외에도 암석의 종류 또는 물리·화학적 특성을 반영하여 지형 기복을 정량적으로 분석한 최근의 연구로는 Ward et al.(2012), Braun et al.(2014) 등이 있고, 융기, 단층 등의 지구조적 특성과 지역의 기복 사이의 관계를 설명한 연구로는 Quigley et al.(2007), Liu-Zeng et al.(2008) 등이 있다. 그리고 암석 및 지질 구조와 하천 유역 및 하도 특성 사이의 관계를 해석한 연구로는 Kelson and Wells(1989), Ahmad et al.(1993), Snyder et al.(2003), Mills(2003), Hodgkinson et al.(2006), Van Laningham et al.(2006), Phillips and Lutz(2008) 등이 있다.

한반도에는 선캄브리아기에서 신생대에 이르기까지 다양한 지질이 분포하고 있다. 이중에서도 선캄브리아기의 변성암류가 약 42.7%로 가장 넓게 분포하며, 다음으로는 화강암이 약 28.2%를 차지한다(이금삼, 1999). 특히, 퇴적암 및 화산암류가 대부분인 영남지방을 제외한 남한의 대부분 지역들은 이들 변성암류와 화강암이 북동-남서 주향의 띠 모양을 이루면서 반복적으로 분포하고 있다. 따라서 우리나라는 다양한 암석 분포에 따른 지형의 형태적 특성과 형성과정에 대하여 연구하기에 적합한 조건을 가진 지역이라고 할 수 있다.

그런데 우리나라에서 동일한 암석이 분포하는 지역에서도 전혀 다른 형태의 지형이 나타난다. 그 예로 대표적인 암석이 화강암이다. 화강암 지역은 차별적인 풍화·침식 작용을 받아 평지, 곡지, 분지, 구릉을 이루기도 하지만, 경사가 급한 석산을 이루기도 한다. 우리나라에서 경관이 우수한 국립공원의 석산들은 화강암으로 이루어진 것들이 많은데, 중생대 쥐라기 대보화강암으로 이루어진 설악산과 북한산, 불국사화강암으로 이루어진 속리산, 월악산, 월출산 등이 이에 해당된다. 그러나 우리나라에 발달한 침식분지 역시, 화강암으로 이루어진 곳이 많아서, 춘천분지, 원주분지, 제천분지, 양주분지 등은 대보화강암을 기반암으로 하며, 경주분지, 거창 가조분지, 포항 신광분지, 김해 진례분지 등은 중생대 백악기 불국사화강암을 기반암으로 발달하고 있다. 결국, 우리나라의 화강암과 같이 동일한 기반암으로 이루어진 지역이라 하더라도 광물 구성, 암석의 구조와 조직, 지질 구조의 차이, 지구조적영향 등에 의해 산지와 곡지라는 볼록하고 오목한 극단적인 두 가지 형태의 지형이 발달할 수 있다.

우리나라에서 암석의 유형과 지형 기복 사이의 관계에 대해서는 김우관·임용호(1997), 이금삼·조화룡(1998), 이광률(2007; 2009), 김대식·이광률(2010)의 연구가 대표적이다. 김우관·임용호(1997)는 GIS를 이용하여 거제도를 대상으로 지질별 고도, 경사도, 하계밀도, 하계빈도를 분석하였다. 이금삼·조화룡(1998)은 경상도 지역을 대상으로 지질이 지형에 미친 영향을 검토하여, 변성암과 유천층군은 침식에 강하여 일반적으로 산지 지형을 이루고 있으며, 대보화강암은 기복량이나 하천 밀도로 보아, 경상계 퇴적암은 평균 고도와 기복량으로 보아 침식에 약한 지질이라고 설명하였다. 이광률(2007)은 상·하류간 기반암의 차이가 뚜렷한 6개 하천 유역분지를 대상으로 지형 기복 특성을 분석한 결과, 편마암으로 이루어진 하천의 상류는 침식에 대한 저항력이 높으며, 퇴적암은 상·하류에 관계없이 중간 정도의 저항력을 나타내고, 화강암은 퇴적암과 접한 상류의 경우를 제외하면 대체로 침식 저항력이 낮다고 설명했다. 또한 이광률(2009)은 화강암 지역 115개 지점에서 지형 기복에 영향을 미친 암석의 이화학적 특성 중 사장석의 함량비가 가장 중요한 요인이라고 제시하고, 사장석의 함량비가 높은 지점일수록 해발고도가 낮고, 경사도가 완만하며, 기복량이 작은 것으로 분석된다고 하였다. 그리고 김대식·이광률(2010)은 경상북도를 대상으로 10가지 지질 지역별 지형 기복의 분포 특성을 분석하여, 선캄브리아기 편암, 편마암, 고생대 후기 퇴적암, 중생대 화산암, 중생대 백악기 화강암 지역은 풍화와 침식에 대한 저항력이 강한 경암 지역이고, 중생대 백악기 퇴적암, 신생대 제3기 퇴적암 지역은 풍화와 침식에 대한 저항력이 약한 연암 지질 지역으로 판단된다고 하였다.

이들 연구를 통해서 우리나라의 암석 유형과 지형기복의 특성 사이의 관계에 대해 개략적으로 파악할 수 있다. 그러나 화강암, 변성암, 화산암 이외의 다른 여러 가지 유형의 기반암과 지형 기복 사이의 관계에 대해 이해할 수 있는 자료가 부족한 것이 현실이다. 또한 같은 종류의 암석임에도 불구하고, 암석의 조직과 구성 요소, 지질 구조 등의 차이에 의해 산지가 형성되기도 하고 반대로 곡지가 형성되기도 하는데, 이러한 동일 기반암 내에서 산지와 곡지의 지형 기복 특성과 지형 형성 요인에 대한 연구는 거의 없다.

본 연구는 우리나라의 대표적인 암석 유형별로 지형 기복의 특성을 파악하여 기반암의 종류와 지형 사이의 관계를 살펴보고, 동일한 기반암 지역에서 발달한 전혀 상반된 지형인 산지와 곡지를 대상으로 하여, 기반암 종류 별로 산지와 곡지의 지형 기복 특성을 비교 분석함으로써, 기반암과 지형 기복 간의 관계에 대한 경향성과 유형을 파악하고자 한다.

기반암의 종류별 산지와 분지의 지형 기복 특성을 비교 분석하기 위해서, 먼저, 연구 대상 기반암의 종류를 편마암, 편암, 화강암, 화산암, 퇴적암, 석회암의 6개로 크게 구분하고, 이 가운데 분포 면적이 넓은 편마암, 화강암, 퇴적암 지역은 해발고도에 따라 고, 중, 저로 세분하여, 최종적으로 12개 종류의 기반암 지역을 연구 대상으로 하였다. 이후, 1:50,000 지질도를 토대로 각 기반암 분포 지역이 등방형의 넓은 면적을 이루면서도, 동일 기반암 분포 지역 내에서 산지와 곡지가 뚜렷하게 구분될 수 있는 지역을 찾아 12개의 연구 대상 지역을 최종 선정하였다.

다음으로, ArcGIS 프로그램을 이용해 12개 연구 대상 기반암 지역과 각 지역 내에서 선정된 대표적인 산지와 곡지 지역에 대한 지형 분석을 실시하였다. 1:25,000 수치지형도와 1:50,000 수치지질도를 중첩하여, 일정한 지형도 도엽 내에서 해당 기반암의 분포지역을 추출한 다음, 해당 암석 지역의 DEM을 제작하고 이를 50×50m 셀 크기의 raster로 변환하여, 해발고도, 경사도, 기복량을 분석하였다. 기복량은 해당 지역 고도의 표준편차 값을 사용하였다. 이후, 해당 12개 기반암 분포 지역 내에서 가장 대표적인 산지와 곡지를 선정하여, 봉우리나 하곡을 포함할 수 있는 충분한 범위인 2km×2km의 면적에 한하여 해발고도, 경사도, 기복량을 분석하였다.

또한 12개 기반암 지역과 24개 산지와 곡지를 대상으로, 평균적인 지형 단면 또는 사면의 형태를 파악할 수 있는 고도 분포 곡선(hypsometric curve)을 작성하였다. 그리고 이들 자료를 종합하여 동일 기반암 내에서 산지와 곡지의 지형 기복 특성을 파악하고, 기반암의 유형과 지형 기복 간의 관계에 대해 종합적으로 분석하였다.

12개 연구 대상 지역은 (표 1)과 같다. 우리나라에서 상대적으로 분포 면적이 넓은 편마암, 화강암, 퇴적암은 지역의 해발고도에 따라 고, 중, 저로 구분하였다. 상대적으로 분포 면적이 좁은 편암, 화산암, 석회암 지역은 본 연구 방법에 맞추어 범위를 설정할 수 있는 지역을 찾기가 쉽지 않아 각각 1개 지역만을 선정하였다.

편마암은 고, 중, 저 지역 모두 선캄브리아기 호상 편마암으로 이루어져 있으며, 화강암도 고, 중, 저 지역 모두 중생대 쥐라기 흑운모화강암으로 이루어져 있다. 반면, 퇴적암은 동일한 지층이 좁게 대상으로 나타나기 때문에, 본 연구에 적합한 해발고도의 차이가 분명한 동일 지층을 찾기가 불가능하여, 고, 중, 저 지역 모두 다른 종류의 퇴적암층으로 선정하였다. 퇴적암-고 지역은 중생대 백악기 신라통 청량산 함화산암류층으로서 주로 역암과 안산암이 우세하고 이암과 사암을 협재한 층이다. 퇴적암-중 지역은 중생대 백악기 경상계 낙동층군 만경산층으로 셰일, 사암, 역암이 호층을 이루고 있다. 퇴적암-저 지역은 신생대 제3기층으로 연일층군의 연일 혈암이다. 한편, 석회암은 좁고 가는 띠 모양으로 분포하여 하부 단위의 지층만을 연구대상으로 하면 연구에 적합한 지역을 찾을 수 없어서, 서로 접해있는 유사한 층을 통합하여 연구 대상 지역으로 선정하였다.

변성암은 선캄브리아기 호상편마암으로 이루어진 편마암-고, 편마암-중, 편마암-저와 선캄브리아기 운모편암으로 이루어진 편암의 4개 지역을 대상으로 하였다(표 1, 그림 1). 편마암 가운데 해발고도가 가장 높은 편마암-고 지역은 강원도 양양군 서면과 현북면의 남부 경계에 해당하는 산지 지역으로 전체 분석 대상 면적은 141.25km²이며, 산지 분석 지역은 조봉(1,182m)과 응복산(1360m) 사이에 위치한 1,110m 봉우리 일대이고, 곡지 분석 지역은 양양 남대천의 최상류부 하곡인 현북면 법수치리 본말 일대이다. 편마암-중 지역은 경기도 남양주시 화도읍, 조안면, 와부읍 일대로서 분석 대상 면적은 80.16km²이며, 산지 분석지역은 와부읍, 화도읍, 평내동의 경계를 이루는 백봉(590m) 일대이고, 곡지 분석 지역은 화도읍 차산리와 녹천리 일대의 묵현천 하곡이다. 편마암-저 지역은 경기도 고양시 덕양구와 일산구 일대로서 전체 면적은 103.80km²이며, 산지 분석 지역은 덕양구 관산동의 심리산(143m) 일대이고, 곡지 분석 지역은 덕양구 원당동의 소하천 곡저부이다. 편암 지역은 충남 홍성군 광천읍, 장곡면과 보령시 청소면, 청라면의 경계 지역으로서, 전체 면적은 55.71km²이며, 산지 분석 지역은 홍성군과 보령시의 경계에 위치한 오서산(791m) 일대이고, 곡지 분석 지역은 광천읍 담산리, 광천리 일대의 소하천 곡저부이다.

화강암은 중생대 쥐라기 흑운모화강암으로 이루어진 화강암-고, -중, -저의 3개 지역과 백악기 신라통함각력안산암으로 이루어진 화산암 지역을 대상 지역으로 하였다(표 1, 그림 2). 화강암-고 지역은 강원도 평창군 대관령면의 북부에 위치한 차항리 일대와 강릉시 연곡면의 남부 일부를 포함하고 있으며, 전체 분석 대상 면적은 98.09km²이다. 화강암-고 지역에서 산지 분석 지역은 황병산(1,407m)과 장군바위(1,140m) 사이에 위치한 해발고도 1,160m 봉우리 일대이며, 곡지 분석 지역은 대관령면 차항리 갈골 일대의 송천 최상류부 곡저이다. 화강암-중 지역은 강원도 원주시 문막읍과 흥업면의 중·북부, 판부면의 북서부 일대에 면적 140.61km²이며, 산지 분석 지역은 문막읍과 흥업면의 경계에 위치한 봉황산(599m) 일대이고, 곡지분석 지역은 판부면 서곡리의 소하천 곡저부이다. 화강암-저 지역은 전북 고창군 아산면, 무장면, 고수면 일대로 전체 대상 면적은 90.85km²이며, 산지 분석 지역은 아산면과 고수면의 경계에 위치한 태봉(111m)이고, 곡지 분석 지역은 무장면 옥산리 일대의 소하천 곡저부이다. 화산암 지역은 경북 청도군 각남면 대부분과 경남 밀양시 청도면의 북부 지역으로, 면적은 59.64km²이며, 산지 분석 지역은 각남면과 청도면의 경계인 요진재(540m) 일대이고, 곡지 분석 지역은 각남면 녹명리와 신당리의 부곡천 하류 곡저부이다.

퇴적암 4개 지역은 고생대 전기, 중생대 백악기, 신생대 제3기 지층으로 선정하였다(표 1, 그림 3). 퇴적암-고 지역은 중생대 백악기 역암층인 신라통의 청량산 함화산암류층으로, 경북 봉화군 명호면, 재산면, 안동시 도산면, 예안면 일대이다. 전체 대상 면적은 49.01km²이고, 산지 분석 지역은 명호면과 도산면의 경계를 이루는 산성(845m) 일대이며, 곡지 분석 지역은 명호면 북곡리의 소하천 곡저부이다. 퇴적암-중 지역은 주로 사암과 셰일로 이루어진 백악기 낙동층군의 만경산층으로 경북 의성군 단밀면, 구천면, 구미시 도개면 일대이다. 전체 대상 면적은 61.03km²이며, 산지 분석 지역은 단밀면과 도개면의 경계에 위치한 만경산(499m)이고, 곡지 분석 지역은 단밀면 생송리의 소하천 곡저부이다. 퇴적암-저 지역은 신생대 제3기 연일층군의 주로 셰일층으로 이루어진 경북 포항시 연일읍과 대송면 일대로서, 전체 면적은 67.79km²이고, 산지 분석 지역은 연일읍의 만경산(225m) 일대이며, 곡지 분석 지역은 연일읍 우복리의 소하천 곡저부이다. 석회암 지역은 고생대 전기 석회암층으로 이루어진, 충북 제천시 자작동, 단양군 어상천면, 매포읍, 강원 영월군 남면 일대로, 전체 면적 84.56km²이며, 산지 분석 지역은 제천시, 단양군, 영월군의 경계인 가창산(820m)이고, 곡지 분석 지역은 자작동의 두학천 최상류부 곡저이다.

기반암 종류별로 12개 대상 지역 전체의 해발고도, 기복량, 경사도를 분석한 결과는 다음과 같다(표 2). 평균 해발고도는 태백 산지의 대관령 부근인 화강암-고 지역이 969m로 가장 높고, 양양군 내륙인 편마암-고 지역이 670m로 다음을 차지하며, 봉화군에 위치한 퇴적암-고 지역도 508m로 높다. 반대로 서해안에 인접한 구릉지에 위치한 화강암-저, 편마암-저 지역은 각각 44m, 45m로 가장 낮으며, 동해안에 위치한 퇴적암-저 지역도 59m로 매우 낮다.

대상 지역 내 각 지점의 해발고도 편차인 기복량은 태백 산지와 동해안 하천 하곡을 모두 포함하고 있는 편마암-고 지역이 254m로 가장 크며, 다음으로도 대하천 하류부 또는 해안에 인접하면서도 높은 산지가 나타나는 화산암과 편암 지역이 각각 176m, 159m로 매우 큰 편이다. 화산암과 편암 지역은 해발고도에 비해 기복량이 큰 것으로 나타나서, 해당 기반암 지역 내에서 높은 산지와 낮은 곡지 지형이 모두 잘 발달하고 있음을 보여준다. 특히, 편암 지역은 평균 해발고도가 144m로 낮은 편이지만, 기복량은 159m로 상대적으로 높게 나타나서, 지형의 고저 차이를 가장 뚜렷하게 형성하는 기반암으로 추정된다. 이에 비해 해발고도가 가장 높았던 화강암-고 지역은 기복량이 140m로 상대적으로 작은데, 이는 전체적으로 고원 지대를 이루고 있어서 지역 내 각 지점의 고도차는 그리 크지 않기 때문이다. 해발고도와 마찬가지로, 해안 구릉지에 위치한 화강암-저, 편마암-저, 퇴적암-저 지역은 기복량도 가장 작다.

평균 경사도가 가장 큰 곳은 기복량과 마찬가지로, 편마암-고 지역이 25.1°로 가장 크다. 그러나 다음은 퇴적암-고 지역이 23.8°로서, 기복량에 비해 경사도가 상대적으로 높다. 이는 퇴적암-고 지역이 풍화 및 침식에 저항력이 강한 역암층으로 이루어져 전체적으로 급경사의 단애 지형이 매우 잘 발달되어 있기 때문으로 보인다. 한편, 해발고도에 비해 기복량이 컸던 화산암 지역은 경사도의 표준편차가 10.6°로서 12개 지역 중 가장 큰 것으로 나타나고 있어, 해당 기반암 지역 내에 매우 다양한 경사도를 갖는 지표면이 발달하고 있다. 해발고도와 기복량이 가장 낮았던 화강암-저, 편마암-저, 퇴적암-저 지역은 경사도 또한 가장 낮다.

12개 기반암 지역의 해발고도와 경사도의 빈도 분포 특성을 살펴보면(그림 4), 각 기반암 지역의 지형기복 분포 특성은 3가지 유형으로 구분된다. 먼저, 해발고도 및 경사도 분포가 정규 분포와 유사한 형태를 띠어, 분포 범위의 중앙부에 최빈값이나 평균값이 나타나는 경우이다. 해발고도, 기복량, 경사도가 모두 높았던 편마암-고, 화강암-고, 퇴적암-고 지역과 해발 고도에 비해 경사도가 높은 석회암 지역이 이러한 특징을 보인다. 정규 분포와 유사한 형태를 보이는 이러한 지역들은 최빈값이나 평균값에 가까운 일정한 해발고도와 경사도를 갖는 지역이 상대적으로 넓은 면적을 차지하고 있음을 의미한다. 이들 4개 지역은 모두 평균 해발고도와 경사도가 높은 지역이기 때문에, 다른 기반암 지역에 비해 전체적으로 높은 고도와 경사도를 가진 지역이라고 할 수 있다.

다음으로, 최빈값이 나타나지만 두드러지지 않고 대체로 한쪽에 쏠려 있는, 즉, 첨도가 낮고 왜도가 심한 지역으로, 편마암-중, 화강암-중, 화산암, 퇴적암-중 지역이 이에 해당한다. 이들 지역은 결국 큰 값에서 작은 값까지 다양한 범위의 해발고도와 경사도를 갖는 지점이 고루 분포하는 곳이다. 마지막으로, 편마암-저, 편암, 화강암-저, 퇴적암-저 지역은 최소값이 최빈값이며 전체적으로 매우 평탄한 빈도 분포를 보이고 있다. 즉, 전체적으로 해발고도와 경사도가 가장 낮은 지역이 넓은 면적을 차지하고, 고도와 경사도가 높아질수록 분포 면적이 급격히 감소하고 있음을 의미하여, 전체적으로 고도가 낮고 경사가 완만한 구릉지나 평야가 잘 발달해 있음을 보여준다.

참고로, 편마암-저와 화강암-저 지역의 해발고도 분포에서 확인되는 10m 간격으로 이루어진 극단 값의 분포는 해당 지역에 좁고 긴 능선을 이루는 구릉지가 잘 발달되어 있음을 증명하는 자료이다. 10m 간격의 등고선으로 이루어진 1:25,000 수치지형도를 토대로 tin을 제작하는 과정에서, 구릉 능선부의 고도 값은 인접 등고선과 동일한 고도 값으로 처리될 수밖에 없기 때문에, 지형 분석 결과는 실제 지형과 달리 10m 간격의 고도 값이 비정상적으로 많이 분포하는 것처럼 나타나고 있다.

12개 기반암 지역의 해발고도, 기복량, 경사도 간의 관계를 토대로, 각 기반암 지역의 지형 기복 특성을 분석해 보면 다음과 같다(그림 5, 6, 7). 12개 기반암 지역에서 해발고도, 기복량, 경사도 사이의 관계는 대체로 정비례하는 것으로 나타나며, 특히, 기복량과 경사도 사이에서 뚜렷한 양의 상관성이 나타나고 있다. 해발고도와 기복량 사이의 관계에서 전체적인 경향과 비교할 때, 화강암-고 지역은 기복량에 비해 해발고도가 가장 큰 것으로 나타나며, 편암 지역은 해발고도에 비해 기복량이 상대적으로 가장 큰 것으로 나타나고 있다.

해발고도와 경사도 사이의 관계에서는 크게 3개 유형으로 지역이 구분된다. 화강암-고 지역은 경사도에 비해 해발고도가 지나치게 높으며, 편마암-고, 퇴적암-고, 석회암 지역은 해발고도와 경사도가 대체로 높게 나타나고, 나머지 8개 지역은 해발고도와 경사도가 대체로 낮은 곳으로 구분된다. 기복량과 경사도 사이의 관계에서도 3개 유형으로 구분이 가능하다. 첫 번째는 기복량과 경사도가 모두 지나치게 높은 편마암-고 지역이며, 두 번째는 기복량과 경사도 모두 대체로 높은 편에 속하는 A에 해당하는 8개 지역, 세 번째는 기복량, 경사도 뿐 아니라 해발고도도 가장 낮은 B에 해당하는 편마암-저, 화강암-저, 퇴적암-저 지역이다.

12개 기반암 지역에서 전형적으로 나타나는 24개의 산지와 곡지를 대상으로 해발고도, 기복량, 경사도를 분석한 결과는 다음과 같다(표 3). 평균 해발고도는 화강암-고 산지가 1,007m로 가장 높고, 그 다음은 편마암-고 산지, 화강암-고 곡지 순으로 나타났다. 화강암-고 곡지는 곡지임에도 불구하고, 고원 지형 내에 위치하기 때문에 24개 지역 중 해발고도가 3번째로 높다. 평균 해발고도가 가장 낮은 곳은 화강암-저 곡지가 43m이고, 다음으로는 화강암-저 산지가 45m, 편마암-저 곡지가 52m이다.

기복량은 편암 산지가 136m로 가장 높고, 퇴적암-고 산지와 곡지가 각각 118m로 그 다음을 차지한다. 기복량이 가장 낮은 곳은 화강암-저 곡지로 6m이며, 화강암-저 산지, 편마암-저 곡지 순이다. 경사도는 퇴적암-고 산지가 26.8°로 가장 높으며, 다음으로는 편마암-고 산지가 25.4°, 편암 산지가 24.6°, 석회암-산지가 24.2°, 편마암-고 곡지가 23.6°로 높은 편이다. 경사도가 낮은 곳은 기복량과 마찬가지로, 화강암-저 곡지 1.9°, 화강암-저 산지 3.1°, 편마암-저 곡지 3.8° 순이다.

24개 산지와 곡지의 해발고도, 기복량, 경사도 특성을 종합해보면, 먼저, 화강암-고의 산지와 곡지는 모두 해발고도에 비해 기복량과 경사도가 매우 낮은 것으로 나타났다. 이는 연구 대상 지역이 고원 또는 고위침식면으로 대표되는 지형인 대관령 일대이기 때문에 전체적으로 해발고도는 높지만, 각각의 지형은 대체로 완만한 경사를 이루고 있기 때문이다. 이에 비해, 편암 산지, 석회암 산지는 해발고도는 낮지만 기복량과 경사도가 모두 높게 나타난다. 따라서 편암과 석회암 산지는 해발고도에 관계없이 지형 기복이 상대적으로 크게 나타나는 곳이라고 할 수 있다. 한편, 해발고도, 기복량, 경사도가 모두 가장 높게 나타나는 곳은 편마암-고 산지이며, 모두 가장 낮게 나타나는 곳은 화강암-저 곡지이다.

24개 산지와 곡지를 대상으로 해발고도, 기복량, 경사도 사이의 상관관계를 살펴보면 다음과 같다(그림 8, 9, 10). 해발고도와 기복량, 해발고도와 경사도 사이의 관계에서는 전체적인 경향성과 일치하지 않는 1개 집단(A)와 일치하는 2개 집단(B, C)으로 구분할 수 있다. 전체적인 경향성과 일치하지 않는 A에는 화강암-고 산지, 곡지, 편마암-고 산지가 포함된다. 이들은 해발고도에 비해 기복량과 경사도가 상대적으로 낮은 곳으로서, 다시 말해, 지표의 형상에 비해 해발고도가 비정상적으로 높은 곳이다. 이들 3개 지점은 모두 지반 융기를 활발하게 받은 강원도 중부 태백 산지에서 700m 이상의 해발고도에 위치하고 있다는 공통점이 있다. 따라서 이들 세 곳은 다른 지역과는 달리, 기반암 특성에 따른 풍화·침식의 조건 이외에 지반 융기와 같은 지구조적인(tectonic) 영향으로 인해, 기복량과 경사도에 비해 해발고도가 비정상적으로 높게 나타나고 있는 것으로 해석된다.

이에 반해, 나머지 21개 지역은 지반 융기와 같은 지구조적인 요인이 지형 기복의 특성에 거의 영향을 미치지 못하는 곳으로 해석할 수 있다. (그림 8, 9)의 B는 해발고도, 기복량, 경사도가 모두 높은 곳으로, 이는 결국 풍화·침식 작용에 대한 저항력이 큰 기반암으로 이루어져 있거나, 풍화 및 침식작용을 촉진시키는 절리, 단층, 습곡과 같은 구조적인(structural) 요소가 많지 않거나, 풍화·침식작용을 받은 기간이 상대적으로 짧았음을 의미한다. 특히, (그림 8, 9)에서는 B에 속하지만 (그림 10)에서는 A에 속하는, 편암 산지, 퇴적암-고 산지, 곡지는 기복량과 경사도가 상대적으로 매우 크다. 따라서 편암 산지와 역암 지역은 하천의 작용을 통해 기반암의 고도를 낮추는 하각 속도에 비해 사면의 후퇴 속도가 상대적으로 매우 느린 암석이거나 하각 이후 오랜 기간 급사면의 유지가 가능한 풍화에 대한 저항력이 큰 기반암으로 이루어진 곳으로 해석할 수 있다.

해발고도, 기복량, 경사도가 모두 낮은 C는 (그림 8, 9, 10)에서 공통적으로 11곳이 나타난다. C에 해당하는 지역은 화강암-저 산지, 곡지, 편마암-저 산지, 곡지, 퇴적암-저 산지, 곡지, 화강암-중 곡지, 편마암-중 곡지, 퇴적암-중 곡지, 편암-곡지, 화산암 곡지로, 모두 해발고도 200m 미만, 기복량 50m 미만, 경사도 15° 미만의 지역이다. 화강암-저와 편마암-저 지역은 서해안에 인접한 낮은 구릉 지형을 이루고 있다는 점에서, 산지와 곡지 모두 오랜 기간 동안 활발한 풍화·침식 작용을 받은 결과 지표가 낮아지고 사면이 완만해진 것으로 볼 수 있다. 반면, 퇴적암-저 지역은 지반 융기가 활발한 동해안 남부에 위치하지만 암석의 고결도가 높지 않은 신생대 제3기 셰일층을 기반암으로 하고 있어 산지와 곡지 모두 상대적으로 풍화· 침식 작용에 약한 것으로 판단된다. 한편, 곡지만이 C로 분류된 화강암-중, 편마암-중, 퇴적암-중, 편암, 화산암 지역은 산지와는 달리 곡지만이 풍화·침식 작용에 약한 기반암으로 이루어져 있거나 절리, 단층과 같은 지질 구조를 가지고 있어서, 인접한 다른 지역에 비해 활발한 삭박을 받아 지표가 낮아지고 사면의 경사가 완만해진 것으로 보인다.

12개 기반암 지역과 24개 산지와 곡지에 대한 고도분포 곡선을 작성하여, 전체적인 지형 기복과 사면의 특성에 대해 분석하였다. 고도 분포 곡선은 해당 지역의 면적에 대한 각 고도의 면적 비율이다(Strahler, 1952). 고도 분포 곡선은 해당 지역의 최고점과 최저점 사이의 수직적인 고도 분포의 변화를 쉽게 파악할 수 있다(Ritter et al., 2011). 그리고 고도 분포 곡선의 형태는 해당 지역의 평균적인 사면 형상을 의미한다. 따라서 융기, 침강, 해수면 변화와 같은 대규모의 지구조적인 영향이 미약한 좁은 지역 내에서는 고도 분포 곡선을 통해 지형의 발달 단계를 설명하는 것이 어느 정도 가능하다(Summerfield, 1991).

먼저, 고도 분포 곡선의 형태를 분석해 보면, 총 36개 지역의 사면 형태는 간단히 2가지 유형으로 구분할 수 있다. 첫 번째 유형은 습윤 지역의 일반적인 사면 형태와는 반대인 상부 오목(concave)-중부 직선(straight)-하부 볼록(convex) 사면(이하, CSC 사면)의 형태를 띠는 지역으로, 편마암-고 전체와 산지, 편마암-중 산지, 편암 산지, 화강암-고 전체와 산지, 화강암-중 산지, 화산암 산지, 퇴적암-고 전체와 산지, 퇴적암-중 산지, 퇴적암-저 산지, 석회암 산지가 이에 해당한다. 특히, 서해안의 구릉 지형인 편마암-저와 화강암-저 지역을 제외한 10개의 산지는 모두 CSC 사면을 이루고 있다. 우리나라와 같은 습윤 지역에서 볼록 사면은 토양포행과 지표류에 의한 침식 작용, 직선 사면은 사면 운반 작용, 오목 사면은 사면 운반과 하천에 의한 퇴적 작용에 의해 일반적으로 형성된다(Selby, 1982; Huggett, 2011; Ritter, et al., 2011). 따라서 이들 지역의 상부와 중부 사면은 습윤 지역의 일반적인 사면 형성과정으로 해석된다. 그러나 하부의 볼록 사면은 해당 지역에 발달한 소규모 하천의 하각 작용으로 인하여, 해당 지역 내에서 해발고도가 낮은 곡저부의 면적이 상대적으로 매우 좁기 때문으로 해석할 수 있다.

두 번째 유형은 전체적으로 오목 사면의 형태를 띠는 지역으로, 나머지 23개 지역이 이에 해당한다. 12개의 모든 곡지는 오목 사면을 이루고 있어서, 곡지 지역은 하천에 의한 침식이 지표 형성에 있어 가장 우세한 작용임을 증명하고 있다. 한편, 오목 사면을 이루는 곳은 화강암-저 지역과 같이 고도 분포 곡선이 계단 모양을 이루는 곳이 상당수 있다. 이는 앞서 설명한 바와 같이, 해당 지역이 지역 내 해발고도의 차이가 크지 않고, 대부분 좁고 긴 능선 형태의 구릉 지형을 이루고 있어서, GIS를 이용한 분석 과정에서 10m 간격의 고도 분포 면적이 과장되어 표현된 결과이다.

고도 분포 곡선의 적분 값을 고도 분포 면적비(hypsometric integral)라고 한다. 고도 분포 면적비는 25~75%의 범위에서 나타나는데, 높은 면적비는 사면으로의 변화가 더딘 것이며, 낮은 면적비는 낮은 고도의 사면이 유지되고 있음을 의미한다(Summerfield, 1991). 고도 면적 곡선이 전체적으로 볼록 사면을 이루면 면적비는 50% 이상의 값으로 커지며, 오목 사면을 이루어 단면의 오목한 정도를 의미하는 요형도(concavity)가 커지면 면적비는 50% 이하의 값으로 작아진다. 사면의 발달 과정은 사면 감소(slope decline), 사면 대체(slope replacement), 평행 후퇴(parallel retreat)의 3가지 유형으로 구분되지만(Ritter et al., 2011), 어느 유형이든지 사면의 발달이 진행되면 고도 분포 면적비는 작아지게 된다. 그러나 사면의 발달 속도보다 하천의 하각이 매우 활발한 지역은 하곡이 좁고 깊어지며 하곡을 제외한 나머지 지역이 넓게 남겨지면서 높은 면적비를 가지게 된다(Summerfield, 1991).

36개 대상 지역의 고도 분포 면적비는 12개 기반암 전체 지역에서 대체로 고도 분포 곡선의 요형도가 높아서 대부분 50% 이하의 면적비가 나타난다. 이에 비해 사면 발달이 활발히 이루어지고 있는 12개 산지 지역은 볼록, 직선, 오목한 형태가 상대적으로 다양하게 나타나고 있다. 한편, 침식 작용이 진행된 12개 곡지 지역은 오히려 전체에 비해 요형도가 덜한 곳이 대부분인데, 이는 대부분의 곡지 지역 내에서 고도차가 크지 않기 때문에, 사면의 하부와 곡저부 만이 분석 대상에 포함된 결과로 볼 수 있다.

고도 분포 면적비가 50% 이상인 지역은 편마암-고산지, 편암-산지, 화강암-고 전체, 산지, 화강암-중산지, 퇴적암-고 산지, 퇴적암-저 산지, 석회암-고산지이다. 이들 지역은 상대적으로 지형 발달 정도가 더딘 곳이라고 할 수 있다. 한반도의 중남부에 위치한 36개 모든 지역에서 기온, 강수와 같은 지형 형성의 외적 요인의 차이가 거의 없음을 고려하면, 산지에 해당하는 이들 8개 지역은 나머지 지역과 비교할 때, 풍화·침식에 대한 저항력이 강한 기반암 또는 지질 구조를 가지고 있어 상대적으로 지형 발달 또는 사면 발달 정도가 약하다고 할 수 있다. 특히, 12개 기반암 지역 전체 가운데에서 면적비가 50% 이상인 지역은 화강암-고 지역이 유일하며 가장 큰 면적비를 나타내고 있다. 화강암-고 지역은 분포 곡선의 형태에서도 알 수 있듯이 하천의 하각 작용이 매우 심하여 높은 면적비를 갖는 것으로 보인다. 그리고 화강암-고 지역이 우리나라 중부 지방의 융기 축으로 제시되는 태백산맥에 위치하고 있음을 고려하면, 지반 융기로 인한 지표 전체적인 고도의 상승이 하각의 주요 원인이라고 판단할 수 있다.

고도 분포 면적비가 25% 이하인 지역은 편마암-저 전체, 편암 전체, 화강암-저 전체, 산지, 퇴적암-중 전체, 퇴적암-저 전체이다. 편마암-저, 화강암-저, 퇴적암-저 지역은 앞서 해발고도, 기복량, 경사도가 가장 낮은 지역으로 분석되었다시피, 풍화, 사면 운반, 침식 작용을 활발히 받은 결과 고도 분포 면적비가 낮은 것으로 보인다. 그러나 편암 지역은 기복량 및 경사도가 매우 높은 산지와 기복량 및 경사도가 매우 낮은 곡지의 특성이 전체 고도 분포 곡선에서 뚜렷하게 반영되기 때문에 요형도가 매우 심한 형태를 보이는 것으로 판단된다. 한편 퇴적암 중 지역은 다른 지역에 비해 기복량이 상대적으로 작으면서도 산지와 곡지에서 직선 사면이 뚜렷하게 나타나고 있어, 산지와 곡지의 경사 변화가 상대적으로 크게 표현된 결과로 인해 요형도가 큰 것으로 판단된다.

본 연구는 우리나라에 분포하는 암석의 종류에 따라 선정된 기반암 전체, 산지, 곡지 지역에 대하여 지형 기복 특성을 파악하고 이를 토대로 암석과 지형 사이의 관계에 대한 경향성을 파악하고자 하였다. 이를 위해, 대표적인 12개 기반암 지역과 각 지역 내에 발달한 전형적인 산지와 곡지를 대상으로 해발고도, 기복량, 경사도와 같은 지형 기복 특성을 분석하고, 이들 36개 지역의 고도 분포 곡선과 면적비를 조사하였다. 그리고 여러 가지 분석 결과를 토대로 36개 지역의 지형 기복 특성을 일반화 및 유형화한 결과는 다음과 같다.

12개 기반암 지역별로는 편마암-고, 화강암-고, 퇴적암-고, 석회암 지역이 해발고도, 기복량, 경사도가 모두 큰 것으로 나타난다. 화강암-고 지역은 경사도에 비해 해발고도가 매우 높으며, 편마암-고, 퇴적암-고, 석회암 지역은 해발고도와 경사도가 대체로 높게 나타난다. 또한 이들 지역은 해발고도 및 경사도 분포가 정규 분포를 이루어, 다른 기반암 지역에 비해 전체적으로 높은 고도와 경사도를 가진 지역이라고 할 수 있다. 한편, 편마암-저, 화강암-저, 퇴적암-저 지역은 해발고도, 기복량, 경사도가 모두 낮은 지역이다.

24개 산지와 곡지는 지형 기복의 특성이 4가지 유형으로 구분되는데, 첫 번째 유형은 화강암-고 산지, 곡지, 편마암-고 산지로서, 지표의 형상에 비해 해발 고도가 비정상적으로 높아서, 암석과 지질 구조의 차이에 따른 풍화·침식 작용보다는 지반 융기와 같은 지구조적인 영향이 큰 곳으로 판단된다. 두 번째 유형은 편암 산지와 역암인 퇴적암-고 산지, 곡지로서, 고도에 비해 기복량과 경사도가 상대적으로 매우 커서, 하각 속도에 비해 사면의 후퇴 속도가 상대적으로 느리거나 급사면이 발달하는 풍화에 대한 저항력이 큰 기반암으로 이루어진 곳으로 추정된다. 세 번째 유형은 해발고도, 기복량, 경사도가 모두 높은 편마암-고 곡지, 편마암-중 산지, 화강암-중 산지, 화산암-산지, 퇴적암-중 산지, 석회암 산지, 곡지이다. 이들 7개 지역은 풍화·침식작용에 대한 저항력이 큰 기반암으로 이루어져 있거나, 풍화 및 침식작용을 촉진시키는 구조적인 요소가 많지 않거나, 풍화·침식작용을 받은 기간이 상대적으로 짧았음을 의미한다. 네 번째는 편마암-중 곡지, 편마암-저 산지, 곡지, 편암-곡지, 화강암-중 곡지, 화강암-저 산지, 곡지, 화산암 곡지, 퇴적암-중 곡지, 퇴적암-저 산지, 곡지의 11개 지역으로, 해발고도, 경사도, 기복량이 대체로 작다. 이들 지역은 해안 지역에 위치하거나, 풍화·침식에 약한 기반암 및 지질 구조를 가져 오랜 기간 활발한 삭박 작용을 받은 것으로 볼 수 있다.

기반암 지역 전체와 산지 및 곡지로 세분된 36개 모든 지역의 분석 결과를 종합하면, 모두 4개 유형으로 지형 기복 특성을 구분할 수 있다(표 4). 첫 번째 유형은 우리나라 지반 융기의 중심축으로 제시되는 태백산맥에 위치한 편마암-고 산지와 화강암-고의 전체, 산지, 곡지로서, 모두 높은 해발고도에 비해 기복량과 경사도가 상대적으로 작으며, 고도 분포 곡선의 면적비는 대체로 크다. 이들 지역에서 우세한 지형 형성 작용은 지반 융기로 인한 지표 고도의 상승에 따른 매우 활발하게 진행되는 하천의 하각 작용이라고 할 수 있다. 그러나 하각에 집중된 하천에 의한 삭박의 영향이 아직 사면 전체에 전달되지 못하여, 사면에서는 사면운반작용에 의한 물질의 제거보다는 풍화작용에 의한 풍화산물의 생성이 더욱 우세한 결과, 높은 해발고도에 비해 기복량과 경사도가 다소 낮게 나타나는 것으로 볼 수 있다.

두 번째 유형은 해발고도, 기복량, 경사도, 고도 분포 면적비, 하천 하각 정도가 모두 평균 이상인 13개 지역으로, 편마암-고 전체, 곡지, 편마암-중 산지, 편암-산지, 화강암-중 산지, 화산암 전체, 산지, 퇴적암-고 전체, 산지, 곡지, 퇴적암-중 산지, 석회암 전체, 산지가 이에 해당한다. 이들 지역은 대체로 해발고도가 높아서 전체적인 지형 형성에 있어 하천 침식 작용과 사면 운반 작용이 활발하게 이루지고 있으나, 풍화·침식에 대한 저항력이 강한 기반암으로 이루어져 있거나 풍화·침식에 취약한 지질 구조를 가지고 있지 않아서, 높은 상태의 고도, 기복, 경사를 유지하는 지역으로 볼 수 있다.

세 번째 유형은 해발고도, 기복량, 경사도, 고도 분포 면적비, 하천 하각 정도가 모두 평균 이하인 11개 지역으로, 편마암-중 전체, 곡지, 편암-전체, 곡지, 화강암-중 전체, 곡지, 화산암 곡지, 퇴적암-중 전체, 곡지, 퇴적암-저 산지, 석회암 곡지가 이에 속한다. 이들 지역은 풍화·침식에 대한 저항력이 약한 기반암이거나 강한 기반암이라도 취약한 지질 구조를 가져서, 사면과 하곡에서 풍화, 사면 운반, 하천의 침식, 운반, 퇴적 작용이 꾸준히 진행된 결과, 지표의 고도와 기복이 어느 정도 낮아진 것으로 이해할 수 있다.

네 번째 유형은 편마암-저 전체, 산지, 곡지, 화강암-저 전체, 산지, 곡지, 퇴적암-저 전체, 곡지의 8개 지역으로, 고도, 기복, 경사, 하천 하각 정도가 모두 낮은 지역이다. 특히, 이들 지역은 침식기준면에 인접한 해안 부근에 위치하여, 전체적인 지형 형성에 있어 하천의 침식 작용과 활발한 사면 운반작용은 거의 발생하지 않으며, 사면에서는 풍화 작용이, 곡저에서는 퇴적 작용이 우세한 것으로 이해할 수 있다.

우리나라를 대상으로 암석과 지형 사이의 관계를 보다 정확하게 파악하기 위해서는 우리나라 전체 면적을 대상으로 분석을 진행하여 자료의 정확성을 높이는 것이 가장 좋은 방법이다. 그러나 본 연구는 대표 지역을 선정하여 분석을 진행함으로서 표본 분석으로 인한 결과의 차이가 어느 정도 발생할 수 있을 것으로 생각된다. 또한 기술적인 한계로 인해, 본 연구에서 제시된 자료 이외의 여러 가지 지형 기복 요소에 대한 계산과 분석이 완전하게 이루어지 못하였고, 자료 해석의 과정에 있어서도 보다 다양한 관점과 접근 방법을 제시하지 못한 아쉬움이 있다. 그러나 본 연구의 결과는 우리나라의 암석 유형별로 나타나는 지형 기복의 특성을 일반화하고 지형 형성의 요인과 과정을 해석하는데 상당 부분 기여할 것으로 판단된다. 또한 본 연구는 산지와 곡지를 구분하여 분석을 실시함으로써, 동일 기반암 내에서 나타나는 산지와 곡지의 지형 형성과정을 구분하고 차이를 이해할 수 있는 좋은 자료가 될 것으로 판단한다.