하천 하류 방향의 입도 및 성분 변화(퇴적물 산출량)

-하류 방향의 입도 변화

어떤 하천이 운반할 수 있는 입자의 크기(입도)는 주로 유속에 따라 달라진다. 따라서 하류로 가며 유속이 증가하기 때문에 퇴적물의 평균 입도도 하류로 가며 증가할 것으로 우리는 예상할 수 있다. 하지만 실제로는 그와 반대로 퇴적물의 크기가 하류로 가며 감소한다. 이 예상 밖의 결과는 분급과 마모로 설명될 수 있다. 산속에 있는 큰 강들의 상류지역에서, 지류 하천들은 커다란 거력들과 자갈이 깔린 하도를 따라 흐른다. 세립질 퇴적물은 유량이 작은 하천에 의해서도 쉽게 운반되므로, 산속의 조그만 하천도 굵은 퇴적물만을 남긴 채 세립질 퇴적물을 모두 하류로 운반시켜 버린다. 시간이 지남에 다라 굵은 밑짐은 운반 과정을 겪으며 마모와 충격에 의해 서서히 크기가 줄어든다. 하천이 궁극적으로 바다에 도달하면 밑짐은 모래보다도 작은 퇴적물만으로 구성된다. 우리는 일리노이 주 카이로 하류쪽의 미시시피 강을 따라 퇴적물 입도가 하류로 가며 지속적으로 감소하는 현상을 불 수 있다(그림10.21). 하도를 따라 시료 채취를 해본 결과 퇴적물의 평균 직경이 카이로 근처에서는 0.7mm 였으나 1600㎞ 하류쪽의 하구에서는 직경이 0.2mm로 감소하였다. 또한 상류쪽 300㎞ 구간의 하도에서는 고체 짐의 50%가량이 자갈과 굵은 모래로 이루어져 있었으나 수백 ㎞ 하류로 내려간 지역에서는 짐의 90% 이상이 가는 모래, 실트, 그리고 점토로 구성되어 있었다.

그림 10.21미시시피 강의 퇴적물 입도. 일리노이 주 카이로 해류지역의 미시시피 강을 따라 나타나는 퇴적물 입자 크기의 변화. A. 1600km길이의 하도를 따라 입자 직경의 중앙값이 07mm에서 0.2mm 로 감소한다. B. 카이로에서는 운반 퇴적물의 30%가량이 자갈, 60%가 모래, 그리고 10%가 실트 및 점토이다. 1600km 하류지역에서는 퇴적물의 거의 전부가 중간 모래보다 크기가 작다.

-하류 방향의 성분 변화

큰 하천들은 일반적으로 다양한 아석이 노출된 지역을 가로질러 흐른다. 따라서 하천의 짐은 다른 성분의 퇴적물이 공급이 될 때마다 하도계를 따라 변화한다. 나일강이 좋은 예를 보여주고 있다. 나일 강은 이집트 남부 지역에서 삼각주까지 흘러가는 동안, 화이트 나일 강(White Nile), 블루 나일 강(Blue Nile), 그리고 아트바라 강(Atbara) 등 세 개의 주요 지류로부터 물을 공급 받는다(그림10.22). 나일 강 본류의 전체 유량의 1/3 가량을 공급하는 화이트 나일 강은 나일 강 퇴적물 짐의 3% 만을 공급한다. 이 퇴적물 짐의 광물 조성을 보면, 중앙 아프리카 고원 지대의 변성 기반암에서 침식되어 유래한 각섬석 대 휘석의 비율이 97:3이다. 에티오피아의 고지대를 배수 시키는 블루 나일 강은 유량의 절반 이상과 밑짐의 3/4을 공급한다. 근원지가 화산 지대라 각섬석 대 휘석의 비율은 79:21의 값을 보인다. 더 북쪽에서 합류하는 아트바라 강은 유량의 14%와 밑짐의 1/4을 공급한다. 이 강에선 휘석이 매우 풍부하여 각섬석 대 휘석의 비율이 9:91이다. 이렇게 서로 다른 관물 조성을 가진 하천들이 합류함에 따라 나일 강 본류의 각섬석 대 휘석의 비율은 결국 59:41이 된다. 이 비율은 나일 강 본류로 가장 많은 퇴적물을 공급하는 블루 나일 강의 퇴적물에 각섬석의 함량이 높아 이루어진 것으로 해석할 수 있다.

그림 10.22 나일강의 퇴적물. 나일 강을 따라서 나타나는 퇴적물 성분의 변화. A. 나일강과 주요 지류들을 보여주는 지도. B. 나일 강과 주요 지류들의 유량, 밑짐, 그리고 각섬석 대 휘석의 비율. 빅토리아 호수에서 유래된 화이트 나일 강은 나일 강 유량의 1/3 가량을 공급하나 밑짐은 겨우 3%만을 공급한다. 가장 많은 유량과 밑짐은 에디오피아의 고지대에서 유래한 블루 나일 강에 의해 공급된다. 각각의 지류들에 의해 서로 다른 조성의 광물들이 공급되며, 이로 인해 지류가 합쳐지는 곳마다 나일 강의 퇴적물 성분이 변화하게 된다.

-퇴적물 산출량

항상 맑은 물이 흐르는 하천들이 있는 반면 항상 혼탁하여 대량의 짐을 운반하고 있는 것이 확연한 하천들도 있다. 이러한 차이는 육지가 서로 다른 속도로 침식되고 있음을 시사하며, 이러한 차이는 암석의 종류와 구조, 지역적 기후, 지형의 기복과 경사와 같은 지질학적, 기후학적, 그리고 지형학적 요인과 관련이 있다. 이런 요인들이 다 함께 작용하여 퇴적물 산출량(sediment yield)을 결정한다. 퇴적물 산출량이란 육지로부터 침식되어 하천에 의해 운반되는 단위 면적 당 퇴적물의 양을 말한다.(그림 10.23). 기후는 여러 가지 방법으로 침식에 영향을 준다. 우리는 강수량이 증가하면 침식도 증가할 것이라고 예상할 수 있다. 실제로, 높은 강수량과 온도 때문에 화학적 풍화가 촉진되는 열대 지방에서 가장 높은 퇴적물 산출량이 관찰된다(그림10.23). 하지만 습윤한 지역에서는 식물의 뿌리가 토양을 고정시켜 침식을 감소시킨다. 예를 들어, 불 아메리가와 서부 유럽의 온대 지방에는 강수량이 작아 식물이 잘 자라지 않으며, 이로 인해 육지가 침식에 취약하다. 따라서 강수량이 많은 지역이 건조한 지역에 비해 실제로는 침식이 적게 일어나기도 한다. 야외 조사에 따르면, 퇴적물 산출량이 최대로 나타나는 지역은 사막은 아니지만 토양을 고정시킬 식생이 충분하지 않은 지역이라고 한다. 가장 높은 퇴적물 산출량이 측정된 지역은 판 경계부에 형성된 가파른 산맥을 배수 시키는 분지들이다 (예:히말라야 산맥;그림10.23). 이 지역 내부에서는, 단단한 화성암과 변성암, 또는 매우 공극률이 높은 탄산염암이 기반에 우세하게 깔려 있는 지역보다는 쉽게 침식이 되는 퇴적물과 퇴적암이 높여 있는 지역에서 퇴적물 산출량이 높다. 절리와 균열이 심하게 발달한 암석이 괴상의 암석보다 침식에 취약하므로 암석의 구조적 요인도 중요한 역할을 한다. 숲을 제거하고, 땅을 경작하고, 하천에 댐을 건설하고, 도시를 세우는 등의 수 많은 인간 활동 역시 침식의 속도와 퇴적물 산출량에 영향을 준다. 때로는 그 결과가 극적일 수도 있다. 미국 동부의 일부 지역에서, 건출을 위해 땅을 깎은 지역이 식물이 그대로 남아 있는 농촌이나 숲보다 10 내지 100배 가량이나 많은 퇴적물을 방출하였다. 하지만, 일단 깎인 땅이 개발되어 건물과 도로가 밑에 놓인 암석과 퇴적물을 침식으로부터 보호하면 퇴적물 산출량은 크게 감소한다.

그림 10.23 퇴적물 산출량 전 세계의 여러 배수 분지에서 유래한 뜬짐의 평균 산출량. 화살표의 굵기는 바다가 유입하는 퇴적물의 양에 비례하며, 숫자는 연간 유입량의 10억 kg 단위로 나타낸 것이다. 주요분지의 연간 퇴적물 산출량(1천 kg단위)이 서로 다른 색깔로 표시되어 있다. 밝은 노랑색으로 표시된 지역은 바다로 유입하는 퇴적물의 양이 거의 없는 지역이다.

 

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