쇄설성 퇴적물(퇴적물과 퇴적작용)의 특징

쉴 새 없이 일하는 주부와 같이, 자연은 끊임없이 단단한 암석의 표토를 아래로 깎아 내려 강의 유역과 호수, 특히 바다바닥을 포한하는 다양한 곳에 퇴적물을 쌓는다. 우리는 퇴적물이 비가 온 후 흐르는 물에 의해, 또는 먼지에 의해 날리는 바람에 의해 운반되는 것을 볼 수 있다. 호수바닥의 진흙, 해변의 모래, 심지어 창틀에 쌓이는 먼지도 모두 퇴적물이라 할 수 있다.

 

 

층리

퇴적층리(sedimentary stratification)는 퇴적물 입자의 배역에 의하여 독특한 층상구조로 생겨나는 것이다(그림 6.1). 각각의 단위층은 지표에 싸인 퇴적물이 만들어내는 고유의 층이다. 층리는 대부분의 퇴적물과 퇴적암에서 분명하게 나타나는 특징이지만, 화산 분출의 결과로 만들어 지기도 하며, 많은 변성암에서도 관찰되기도 한다.

퇴적층을 자세히 관찰해 보면 퇴적층마다 입자의 특징이 다르거나 입자들이 배열된 방법이 모두 다르기 때문에 서로 구분이 가능하다. 예를 들어 한 퇴적층을 이루는 퇴적물입자의 평균 직경은 다른 퇴적층에서는 달리 나타난 것이다.

퇴적물 또는 퇴적암체내에서 나타나는 층의 층상배열을 층리하고 한다. 한 퇴적층을 이루는 각각의 단위층은 인접한 층들과 그 두께나 특성이 달라 서로 구분이 가능하다. 한 층의 상부면 또는 하부면을 층리면(bedding plane)이라고 한다.

그림 6.1 퇴적암의 층리. 퇴적암의 노두를 살펴볼 때 가장 먼저 눈에 들어오는 것 중의 하나가 바로 층리이다. 이 사진은 미국 유타주 소개 캐피탈국립공원에서 침식되어 드러난 퇴적암의 층리를 보여준다.

 

쇄설성 퇴적물

강이나 개울가의 모래나 자갈을 자세히 관찰해 보면 이것들의 입자는 부서진 암석 조각이나 광몰로 이루어져 있음을 볼 수 있다. 미세한 퇴적물 입자들은 그 크기가 너무 작아 육안으로 볼 수 없으나 이들 또한 암석이 부서져 생성된 것들이다. 암석이 부서지는 데는 흔히 물리적 그리고 화학적 과정이 수반된다, 가는 퇴적물 입자들 중 일부는 부서진 암석의 작은 조각이지만, 그 대부분의 풍화 중 화학적 과정에 의해 생성된 미세한 광물 입자들이다. 예를 들어 장석이 화학적으로 분해되면 점토광물이 생성된다.

암석이 기계적으로 부서져서 생성된 쇄설설 부스러기들은 암설(detritus)또는 암설쇄설물(detrital sediment)이라고 부르기도 한다(그림 6.2). 쇄설성 퇴적물 하나하나의 입자를 부르는 이름을 쇄설물이다. 쇄설성 퇴적물의 입자 크기는 크게는 거력에서 작게는 미세한 점토입자까지의 범위를 가진다. 이런 입자의 크기, 즉 입도의 범위는 쇄설성 퇴적물과 퇴적암의 분류에 있어서 가장 중요한 기준이 된다.

표 6.1에서와 같이 쇄설성 퇴적물은 굵은 것에서 작은 것 순으로 자갈, 모래, 잔모래, 그리고 점토 4개의 큰 분류군으로 나눌 수 있다. 자갈은 다시 주된 쇄설물의 크기에 따라 거력, 왕자갈과 잔자갈로 세분할 수 있다. 예를 들어, 입자가 64mm~256mm 인 직경 범위를 가지는 자갈을 우리는 왕자갈이라 부른다.

그림 6.2 쇄설성 퇴적물과 퇴적암. 주요 쇄설성 퇴적물과 이들이 굳어져 만들어진 퇴적암의 종류

표 6.1 쇄설성 퇴적물입자, 퇴적물과 그 퇴적물이 굳어 생성된 퇴적암의 정의

입자명                      직경(mm)a                               퇴적물                                퇴적암

거력                          256이상                               거력 자갈                            거력 역암 왕자갈                      64-256                                 왕자갈                                왕자갈 역암 잔자갈                      2-64                                    잔자갈                                잔자갈 역암 모래                       1/16-2                                    모래                                   사암 실트                   1/256-1/16                                  실트                                   실트암 점토                  1/256이하                                    점토                                   이암과 셰일

쇄설성 퇴적물의 광물조성

대부분의 조립질 쇄설성 퇴적물은 물리적 분쇄나 화학적 분해에 견딜 수 있는 광물입자와 암편들로 구성되어 있다. 예를 들어, 대부분의 모래에서 석영의 구성비가 높으며, 일부는 어느 정도의 정장석 조각들을 포함하기도 하는데 이 광물들은 흔한 조암광물들로 풍화에 매우 강하다, 부서진 암편과 광물 입자들은 운반되면서 지속적인 물리적 분쇄나 화학적 분해의 대사잉 된다. 그래서 침식과 퇴적이 몇 차례 거듭된 결과로서 남은 퇴적물의 거의 대부분은 풍화에 가장 강한 조암광물인 석영입자들로 구성되기 마련이다(그림 6.3).

그림 6.3 큰 원마도와 좋은 분급을 보이는 모래. 미국 위스콘신 주 소재 세인트 피터 사암층의 원마도가 양호한 석영모래의 입자들은 크기에 따라 분급이 양호한데, 이것은 퇴적 당시의 해안선을 따라 파도에 의해 이동하고 마모된 것이다.

쇄설성 퇴적물의 특징

쇄설성 퇴적물에 있어서 입자의 크기와 배열되어 쌓이는 방법, 그 밖의 고유한 특징들은 여러 유형의 퇴적물과 퇴적암을 구분할 수 있도록 해준다. 이런 특징들은 또한 퇴적물이 쌓인 당시의 환경을 유추하는데 도움을 준다.

분급

분급(sorting)은 퇴적물의 입도 범위의 측정치이다. 입도의 범위가 넓은 퇴적물은 분급이 불량하다고 하고, 그 범위가 좁을 때에는 분급이 우수하다고 한다(그림6.3과6.4). 쇄설성 퇴적물에서 입자의 크기 변화는 전형적으로 운반수단의 속도 변동에 따라 결정되는데 그 속도가 빠를수록 큰 입자들이 운반된다.

입자의 분급은 또한 입자들 사이의 비중의 차이에 의한 것일 수고 있다. 가벼운 입자들이 멀리까지 운반되는데 비해 대부분의 중광물 입자들은 강바닥이나, 해변에 빨리 가라앉는다. 그러나 바람이나 물에 의해 운반되는 대부분의 퇴적물 입자들은, 서로 비슷한 비중을 가지는 석영이나 장석과 같은 흔한 조암광물이다. 따라서 이런 입자들의 분급은 비중에 의해서기보다 주로 입자의 크기에 의한 것이라고 할 수 있다(그림6.3)

퇴적물의 격류나 사나운 바람에 의해 오래 지속되어 이동되는 과정에서는 약한 입자들이 조금씩 제거되어 이런 환경에서도 잘 견딜 수 있는 강한 광물만 남게 될 것이다. 이런 이유 때문에 흔히 단단하고 벽개의 발달이 없는 석영이 마지막까지 살아남게 된다. 이 경우 분급은 광물의 내구성에 의해 결정된다고 할 수 있다.

 

입자의 형태

부서짐은 주로 광물입자와 입자사이의 경계나 공간 틈 그리고 암석의 층리를 따라 일어나므로 기원암에서 기계적인 풍화의 결과로 부서진 입자는 각진 모양을 띠는 경향이 있다. 이렇게 풍화에 의해 부서진 각진 입자들은 물이나 공기에 의해 운반되면서 다른 암편들과 부딪혀 마모되어 모서리가 매끈해지거나 둥글게 다듬어진다.

그림 6.4 분급과 원마도. 구성입자의 크기가 비슷하다고 할 때, 분급이 매우 불량한 것에서 분급이 매우 양호한 것까지 쇄설설 입자의 형태 범위. 날카로운 모서리가 닳은 정도에 따라 분류한 입자는 각짐에서 둥금까지 있고 입자의 모양이 구에 얼마나 가까운지를 나타내는 구형도는 높은 구형도 또는 낮은 구형도로 나타낸다.

입자의 표면이 얼마나 매끈하지를 나타내는 척도인 원마도(roundness)는 입자가 얼마만큼 구형에 가까운지를 나타내는 척도인 구형도와는 다르다(그림 6.4). 벽개면이나 파쇄면을 따라 깨져 납작한 모양을 가진 입자는 모서리가 잘 마모되어 높은 원마도를 가질 수 있겠지만 구형도는 낮게 나타날 것이다. 보통 운반거리가 멀수록 원마도는 높게 나타난다.

 

반복층리

어떤 퇴적층에서는 다른 특성을 가진 층들이 반복되어 나타나기도 한다. 이와 같은 층의 반복은 자연적으로 발생하는 어떤 주기가 퇴적작용에 영향을 미쳤음을 암시한다. 일년을 주기로 반복해서 쌓인 이런 퇴적층의 한쌍을 호상점토(varve)라고 한다. 연층이라고도 불리는 호상점토는 따라서 계절의 차이가 뚜렷한 고위도 지역이나 고지의 호수에서 잘 볼 수 있는 퇴적형태이다. 봄이 되면 겨울 동안 호수를 덮고 있던 얼음이 녹고, 퇴적물을 포함한 물의 유입이 증가하여 여름철 동안에는 굵은 입자의 퇴적물이 쌓인다.

가을이 되어 기온이 내려가게 되면 호수로 흘러드는 물의 양은 줄어들고 호수표면은 다시 얼음으로 덮인다. 따라서 겨울철 동안에는 물속에 뜬 상태로 남아 있던 매우 작은 입자들이 천천히 가라앉아 여름동안 쌓인 밝은 색의 굵은 입자들이 쌓인 층위에 얇고 짙은 색의 층을 쌓는다. 호상점토층은 빙하기 동안 빙하가 후퇴하는 가장자리 주변에 있었던 스칸디나비아와 미국 동부의 뉴잉글랜드 지방에서 흔히 볼 수 있으며(그림 6.5), 다른 고기의 퇴적암 가운데서도 나타난다.

그림 6.5 반복되는 퇴적층 코네티컷주 남부의 빙하기 호수에서 퇴적된 호상점토 또는 연층. 이 호상점토에서 옅고 짙은 색깔을 가진 한 쌍의 층은 각각 1년간의 퇴적을 지시한다. 옅은 색의 실트질 층은 여름에 쌓였고, 짙은 색의 점토질 층은 겨울에 쌓인 것이다. 각 층들은 분급이 양호하다.

사층리

사층리(cross bedding)란 경사를 가지고 쌓인 층을 말한다. 사층리는 보통 실트보다 큰 입자들로 이루어져 있는데, 흔히 강의 난류와 바람, 바다의 파도에 의해 만들어진다. 흐름이 진행되면서 입자들은 흐름의 방향으로 천천히 이동하며 물결이 남긴 모래의 연흔이나 사구형태의 퇴적물이 이랑이나 무더기 등에 모이는 경향이 있다. 퇴적물 입자들은 흐름이 진행되는 방향으로 경사진 곳에 쌓여 경사 30°에서 35°까지의 기울기를 가지는 층을 만든다. 사층리에서 층의 기운 방향은 당시의 퇴적과 관계된 유수 또는 바람의 영향을 나타낸다.

그림6.7 옛 사구(sand dunes) 유타주의 시온국립공원에 넓게 노출된 사층리가 발달된 옛 사구. 지금은 사암으로 변해있다. 층들은 경사진 오른쪽방향은 사구가 퇴적중일때 우세했던 바람의 방향을 지시한다.

점이층리

어떤 층 내에서 입자들의 배열된 모양은 퇴적 당시의 상태에 관한 중요한 정보를 제공해 준다. 같은 비중을 가진 크기가 다른 작은 고체 입자들의 혼합물을 물이 담긴 유리컵에 넣고 심하게 흔든 다음 가만히 두면 입자들은 유리컵 바닥에 가라앉아 쌓이게 될 것이다, 처음 가장 큰 입자가 가라앉고, 그 다음 큰 입자의 순서로 이러진다. 가장 작은 입자들은 먼저 가라앉은 퇴적물 위에 쌓일 때까지 몇 시간 또는 몇 일 동안 물속에 뜬 상태로 있게 된다. 결국 입자들은 그 크기에 따라 위로 갈수록 가는 입자들이 쌓이는 점이층리(graded bed)를 생성한다(그림 6.7). 점이층리는 퇴적물을 함유한 유체에 의해 생길 수도 있다. 유체의 흐름이 느려지는 곳에 가장 무겁고 큰 입자가 먼저 가라앉고, 작고 가벼운 입자가 그 위에 쌓이게 될 것이다.

그림 6.7 점이층리. 세인트 헬렌스 화산에서 기원한 이류층이 수직적으로 분급되어 있다. 하부에서는 크기가 큰 자갈들이 두드러져 보이고, 상부로 갈수록 작은 크기의 자갈은 거쳐 최상부에는 모래로 되어있다. 이 점이층리는 선사시대의 화산분출에서 생겨난 점토질의 암설이 계곡 아래 부근으로 흘러 내려 만들어진 것이다.

분급이 안 된 퇴적물

서로 다른 크기의 입자들이 질서 없이 뒤섞여 배열되어 있는 퇴적암들도 있다. 이런 퇴적물은 암석이 부서져 내리거나, 산의 사면을 따라 천천히 밀려 내려오는 암석 부스러기의 이동, 해저에서 굳지 않은 퇴적물이 밀려 내려와 쌓일 때, 이류나 빙하 또는 떠 있는 얼음이 포함되어 있던 암석 부스러기 등의 빙하가 녹으면서 쌓여 만들어진다. 분급이 되지 않은 어떤 퇴적물 가운데는 특별한 이름을 갖는 경우도 있다.[예를 들어 빙하에서 유래된 분급되지 않은 퇴적물은 표석점토(till) 여기에 상응되는 퇴적암은 표석점토암(tillite)이라 한다](그림 6.8).

그림 6.8 표석점토암. 남아프리카의 트랜스바알 서부에 노출된 빙하 퇴적암인 드위카 표적점토암. 거력, 왕자갈, 자갈 등이 세립질 기질 내에 들어 있어 분급이 불량하다. 아프리카 남부 지역이 남극에 가까이 위치해서 빙하가 존재했던 시기에 퇴적된 것이다.

 

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