하천의 배수 분지와 분수령, 하천의 등급, 하천 배수계의 진화, 하천 배수계의 형태, 암석의 구조, 그리고 하천의 역사에 대하여

-배수계

계획적으로 세워진 인공 환경에 적응된 도시 거주자들에겐 자연이 뚜렷한 질서나 양식을 결여하고 있는 것처럼 보인다. 하지만 잘 찾아 보면 자연에도 질서가 존재한다. 하천도 지형을 가로지르며 무작위적으로 분포하는 것이 아니라 복잡한 배수계로 조직화되어 있어, 이로부터 기반 지질과 대륙의 진화에 관한 실마리를 찾아낼 수 있다.

 

-배수 분지와 분수령

모든 하천은 배수 분지(drainage basin)에 둘러싸여 있다. 배수 분지는 어떤 하천에 물을 공급하느 전 지역을 말한다. 인접한 배수 분지를 구분하는 경계선은 분수령(divide)이라고 한다. 배수 분지는 면적이 1평방 킬로미터 이하인 것부터 대륙적 규모의 것까지 크기가 다양하다(그림10.23). 미시시피 강의 거대한 배수 분지는 미국 본토 면적의 40%나 차지한다(그림 10.29). 당연히, 배수 분지의 면적은 분지를 배수시키는 하천의 길이와 연평균 유량과 관련이 있다.

 

-하천의 등급

어떤 분지내에 분포하는 하천의 배열과 규모에는 질서가 있다. 이는 지도 위에 나타난 하천계를 조사한 후, 관찰되는 하천의 구간들이 전체 하천계에서 차지하는 등급(order)또는 위치에 따라 하천의 각 구간에 번호를 매겨봄으로써 증명될 수 있다. 지류가 없는 가장 작은 하천 구간은 제1등급의 하천으로 분류한다. 제1등급의 하천 두 개가 합쳐질 경우 제2등급의 하천이 형성된다. 따라서 제2등급의 하천은 제1등급의 하천을 지류로 갖는다. 제3등급의 하천은 제2등급의 하천이 합쳐져 생기며, 지류로서 제1등급 및 제2등급 하천을 갖는다. 이런 식으로 점점 높은 등급의 하천을 분류할 수 있다(그림10.30). 어떤 배수 분지에서 각 등급에 해당하는 하천의 숫자를 계산해 보면, 하천 등급이 낮아짐에 따라 그 등급에 해당하는 하천의 숫자가 증가함을 알 수 있다. 하천이 커질수록 점점 더 많은 숫자의 작은 지류들이 합쳐지는 모양은 하나의 나무 줄기에 점점 더 많은 숫자의 잔가지들이 연결되어 있는 모양과 유사하다. 이 질서는 하천의 종단면을 따라 나타나는 질서 정연한 변화, 즉 구배가 상류에서 하류로 가며 체계적으로 감소함에 따라 유량, 유속, 그리고 하도의 크기가 질서있게 증가하는 것과도 유사하다. 이 모든 연관성은 하천계가 주어진 유량을 가장 효율적으로 이동시키기 위해 하천의 크기과 간격을 적절히 조절함을 뜻한다.

그림 10.30 하천의 등급 각각의 지류에 등급이 매겨진 에팔레치아 지역의 제 4등급 하천의 배수 분지. 지류의 숫자와 길이는 하천의 등급과 관련이 있다. 배수 분지는 그 안에 포함된 가장 큰 하천의 등급에 따라 분류된다.

 

-배수계의 진화

하천계는 다음의 예에서 볼 수 있듯이 재빨리 발달할 수 있다. 1959년 8월, 몬타나 주, 서부 옐로우스톤 근처에 있는 헵겐 호수(Hebgen Lake)의 바닥이 지진에 의해 융기되고 기울어지며 넓은 지역에 실트와 모래를 노출시켰다. 첫 비가 내리자 새로 노출된 호수 바닥 위에 소규모의 하천계가 발달하기 시작하였다. 지진이 일어난 다음 해와 그 다음 해에 표본 지역이 조사되었고 지도가 작성되었다 그 결과 소규모의 하천계가 훨씬 크고 오래된 하천계와 기하학적으로 동일한 형태를 갖고 있음이 밝혀졌다. 새로 생긴 소규모의 계곡과 계곡 사이의 지역은 호수 바닥이 드러난 지 2년밖에 안되는 짧은 기간 내에 유수를 매우 체계적인 방법으로 흘려 보내고 있었다. 퇴적물이 채워진 용기에 물뿌리개를 이용하여 인공 강우를 일으키는 실험을 통해서도 이와 유사한 결과가 얻어졌다(그림10.31). 침식이 진행됨에 따라 하천의 망은 상류쪽으로 퍼져 나갔으며 결국은 분지 전체에 하천이 발달하게 되었다. 배수계가 진화함에 따라 하도의 총 연장과 지류의 숫자가 증가하였다. 배수계가 발달함에 따라 하천 형태의 세밀한 부분이 변화하였다. 하천들이 새 지류를 얻기도 하였고, 어떤 오래된 지류들은 하천 잠식에 의해 사라지기도 하였다. 하천 쟁탈(stream capture)이란 상류쪽으로 배수 분지의 면적을 넓혀가던 하천이 다른 하천의 유로를 가로막거나 면적을 넓혀가던 하천이 다른 하천의 유로를 가로막거나 변경시키는 형상이다. 하천 쟁탈이 일어나면 어떤 하천은 길이가 늘어나고 어떤 하천은 길이가 줄어든다. 어떤 하천의 수력학적인 요이들이 항상 변화하듯이 배수계 도한 성장하며 변화한다. 하도와 마찬가지로 배수계는 평형 상태를 유지하려는 역동적인 시스템이다.

그림 10.31 하천의 진화 : 강수에 의한 침식의 효과를 실험하기 위한 용기 안에서 배수계가 진화하는 과정. 융기의 낮은 쪽으로 유수를 흐르게 하던 초기의 하도는 상류쪽으로 성장하며 배수분지를 더덮는 수많은 지류가 발달한다.

 

-배수계의 형태, 암석의 구조, 그리고 하천의 역사

육지의 하천계를 가장 잘 볼 수 있는 방법은 지구 궤도를 돌고 있는 우주선의 창문을 통해 보는 것일 것이며, 차선의 방법은 비행기에서 내려다 보는 것일 것이다. 8내지 9 ㎞상공에서 바라보았을 때, 하천의 모양은 지질 구조와 지형의 역사에 관한 많은 것들을 이야기 해준다. 어떤 지층이 하천에 의해 얼마나 쉽게 침식되는가 하는것은 그 지층의 성분과 구조에 따라 달라진다. 따라서 어떤 하천이 선택하게 되는 육상의 경로는 이러한 요인들과 밀접한 관련이 있다. 그래서 우리가 비행기에서 바라보거나 지형도 위에서 추적해 볼 수 있는 배수계의 모양은 기반암의 종류와 구조에 관한 정보를 제공해 준다. 그림 10.32는 가장 일반적인 배수계의 모양과 이들을 제어하는 지질학적 요인에 관해 보여주고 있다. 경험 많은 지질학자들은 배수계의 모양을 가지고 암석의 종류, 경사진 지층의 방향과 기울기, 암석이 습곡과 단층에 의해 변형된 양식, 그리고 절리의 방향과 간격을 추정할 수 있다. 하천의 모양과 지층 사이의 밀접한 관련성으로부터 어떤 지역의 구조와 지질 역사에 관한 중요한 정보를 이끌어 낼 수 있다. 지질학자들은 이러한 관련성을 하천의 독특한 역사를 반영하는 몇가지 범주로 분류하였다(그림 10.33).

	그림 10.32 하천의 모양 일반적인 하천의 모양과 암상 및 구조와의 관계

 

그림 10.33 하천과 지질의 상호관계 하천과 지질간의 관계는 어떤 지역의 구조 발달사에 대한 정보를 제공해준다. A. 귀결하천(consequent stream)의 경로는 지표면의 경사에 의해 결정된다. B. 후행하천(subsequent stream)은 연암대에 놓이며 지질 구조에 의해 결정된 경로를 따른다. C. 선행하천(antecedent stream)은 물길을 가로 막으며 융기한 암석을 가로지르며 원래의 경로를 유지한다. 일반적으로 선행 하천은 구조적인 방해물을 우회하기 보다는 방해물을 가로지르는 계곡을 따라 흐르게 된다. D. 중첩하천(superposed stream)은 하도가 지층을 계속 침식하여 별개의 암질과 구조를 갖는 하부층 위에 놓이는 경우이다. 중첩하천의 초기 경로는 현재의 하천이 접하고 흐르고 있는 암석과 전혀 무관하게 결정되었다.

 

 

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