카르스트 지형의 동굴(싱크홀)

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동굴생성은 탄산염암이 순환 지하수로 용해되는 화학적인 작용에 의한다.

발달순서는 (1)서로 연결된 개방 절리와 층리면을 따라 투과하는 지하수에 의한 초기용해, (2)간극을 완전히 채우고 있는 물의 유동 통로를 따른 동굴 통로의 확장, (3)하천이 동굴 바닥을 흐르고 있는 상태에서 동굴벽에 탄산염의 침전, (4)하천이 유동을 중지한 후 동굴의 벽과 바닥에 탄산염의 계속적인 침전 들을 포함하는 것으로 생각된다.

동굴이 통기대에서 혹은 포화대에서 생성되느냐에 대해 논쟁을 해 왔었지만, 증거로 계절적으로 변동하는 지하수면을 따라 포화대의 최상부에서 형성된다고 생각된다.

동굴 생성의 속도는 용해작용의 속도에 관련된다. 물이 산성인 경우 용해작용의 속도는 유동속도의 증가와 함께 증가한다. 통로 크기는 증가하고, 유동은 느린 층류로부터 보다 빠른 난류로 변화함에 따라 연속적인 통로가 발달하는 데에는 10,000년 이상 걸리는 것으로 추산되지만, 보다 빠르게 유동하는 물에 의하여 완전한 동굴 시스템으로 되기 위해 통로가 계속해서 확장되는데 또 다른 1만년 내지 1백만년이 걸릴 수 있다.

석회암 동굴이 탄산에 의한 용해작용으로 믿어지지만, 칼스베드 큰동굴을 포함한 몇몇 동굴은 황산에 의한 용해작용도 포함할 수 있음을 화학적 증거가 시사해 주고 있다. 석유가 풍부한 퇴적물로부터 유래된 함수소-유황용약이 그런 제안을 하게 된 원인이다.

이 용액은 절리를 따라 상승하다가 산화수를 만나서 반응하여 황산을 만들게 되고 이것이 석회암을 용해시킨다는 것이다.

어떤 동굴은 부분적으로 불용성 점토와 뻘로 충전되어 있는데 이들은 원래 석회암내에 불순물로 존재하던 것으로 석회암이 용해됨에 따라 점점 농집되는 것이다.

동굴은 부분적으로 빈 공동에 물방울로부터 화학적으로 침전된 점적선(dripstone)과 흐르는 물로부터 화학적으로 침전된 유석(flowstone)으로 충전되어 있다

이 두 종류의 이차 생성물은 흔히 탄산칼슘으로 이루어져 있다. 탄산염 침전물로 여러 가지 진기한 형태로 인해 동굴 방문객에게 최고의 매력을 주고 있다.

흔한 형태 중에 종유석(stalactite, 천장에 달린 고드름 형태, 점적석) 석순(stalagmite, 동굴 바닥으로부터 돌출한 고드름 모양의 점적석), 석주(column, 종유석이 석순과 연결된 기둥형태), 주름살 혹은 커튼 같은 형상의 유석 등이 있다(그림 11.21).

동굴에 비해 싱크홀(sinkhole)은 하늘을 향해 열린 큰 용해 공동이다. 어떤 싱크홀은 동굴의 지붕이 붕락하여 생긴 것이고, 다른 것들은 탄산가스로 부하된 빗물이 용매로서 가장 효과적인 지표에서 생성된다. 절리들이 교차함으로써 물의 하향 이동이 가장 빠른 곳에 발달하는 함몰공은 깔때기 모양이다.

멕시코 유카탄 반도에서 지방말로 시노우트(cenote)라 불리는 싱크홀은 높은 수직벽을 에워싸며 싱크홀의 바닥이 지하수면 아래에 놓이기 때문에 물을 담고 있다(그림 11.24). 시노우트는 고대 마야에서 큰 수원지였으며 유카탄에서 많은 사람들이 이 물에 의존하여 살았다. 폐허 도시인 치첸잇짜(Chichen Itza)에 있는 큰 시노우트는 신성시하여 비신에게 바쳐졌다

대부분이 어린아이들인 40명 이상 인간희생의 유해와 다량의 옥, 금, 동의 제물과 함께 시노우트에서 발견되었다.

플로리다의 탄산염 풍경지역에서는 새로운 싱크홀이 끊임없이 생성되고 있다(그림 11.25). 약 25㎢의 어떥 작은 면적 내에서 1000개 이상의 붕괴가 최근에 일어났다. 이 경우에 가뭄과 우물의 과다 양수로 초래된 지하수면의 저하는 동굴 지붕의 광범한 붕락으로 이러지게 된 것이다.

어떤 싱크홀은 지각변동으로 생성된다. 이와 같은 사변의 기사는 앨라배마 시골에서 한 주민이 자기집을 흔드는 우렁우렁한 소리로 얼마나 놀랐는지를 이야기하고 있다.

그는 분명히 딱딱거리며 부러지는 나무소리를 들었다. 후에 근처의 숲을 걸어가는 사냥꾼이 길이가 140m, 폭 115m에 이르는 거대한 50m 깊이의 싱크홀을 발견하였다

 

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