풍화작용에 영향을 미치는 요인들

-암석의 종류와 구조

서로 다른 광물든은 풍화작용에 서로 다르게 반응하기 때문에 암석의 종류는 분명히 분해에 영향을 미침에 틀림없다. 석영은 화학적 분해에 강하기 때문에 석영이 많은 암석도 역시 분해에 강하다. 미국 애팔래치아 산맥에서 저항성이 강한 규암층은, 석영이 적어 침식이 보다 잘되는 암석으로 되어 있는 계곡 위에 우뚝 솟은 돌출부를 형성한다. 화강암도 또한 풍화에 강하다. 왜냐하면 화학적 풍화에 강한 광물(석영, 백운모, 정장석)로 구성되어 있기 때문이다(그림5.9). 규암과 같이 화강암도 전형적으로 언덕이나 산맥지역을 형성한다. 풍화의 속도는 조직과 구조에 의해서 영향을 받는다. 전적으로 석영만으로 된 암석이라 할지라도 만일 그 암석에 절 리가 밀집되어 분포하거나 동결작용에 민감한 다른 틈이 있다면 빨리 파괴될 수 있다. 극부적인 지형의 변화는 차별적 풍화에 기인될 수 있으며, 차별적 풍화는 암석의 성분과 구조가 다르기 때문에 풍화의 속도가 다름을 의미한다(그림5.14). 셰일과 석영 사암이 교호하는 층의 배열에서 예를 들면, 만일 층이 수평적이면 결과적으로 경사가 완만한 셰일 사이에 사암이 갑작스런 절벽을 이루는 계단식 지형을 이룬다. 만일 층리면이 경사져 있으며 사암은 선상의 저지대를 이루는 셰일과는 달리 돌출부를 형성하게 된다.

그림5.14 차별적 침식 : 뉴질랜드 넬슨에서 마이오세 해성층의 차별적인 풍화는 파도에 의해 침식된 대지위에 실트암 돌출부를 남기고 실트암층 사이의 침식되기쉬운 이암을 침식시켰다.	그림5.15 기후는 풍화작용의 유형과 효율성을 조절하는 주된 역할을 한다. 기계적인 풍화는 강우량과 온도 둘다 낮은 곳에서 우세하고 높은 온도와 강우량은 화학적 풍화를 선호한다.

-사면

경사가 심한 사면위에서 풍화에 의해 부서진 광물 입자는 다음에 오는 비에 의해 언덕 아래로 씻겨 내려간다. 그런 사면 위에서 고체 풍화 생성물은 빠르게 이동되어 빠져 나가고 신선한 기반암은 새로운 공격에 계속 노출된다. 결과적으로 풍화된 암석은 지표면 아래 아주 깊게 연장되지 않는다. 그러나, 풍화 생성물은 완만한 경사 위에서는 쉽게 씻겨나가지 않고 어느 곳에서는 50m 이상의 두께까지 쌓일 수 있다.

 

-기후

습기와 열은 화학적 반응을 촉진시킨다. 당연히 풍화는 한냉 건조한 기후보다 온난 습윤 기후지역에서 더 깊고 많이 일어난다(그림5.15). 중앙아메리카나 동남아시아와 같은 습윤 열대 지역에서 화학적 푸오하작용의 두드러진 영향은 100m 이상의 깊이에서도 볼 수 있다. 대조적으로 그린랜드나 남극 대륙 같은 한랭 건조 지역에서는 화학적 풍화작용이 아주 느리게 일어난다. 그 대신 물리적 풍화작용의 영향이 일반적으로 두드러지게 나타나는데, 이는 기반암 표면 위에 전형적으로 동결 작용에 의해 이동된 조각들이 널려져 있기 때문에 알수 있다. 풍화작용의 극적인 대조는 다른 기후 지역에 노출된 탄산염암에서 볼수 있다. 용해되기 쉬운 방해석으로 구성된 석회암과 대리석 같은 암석은 습윤 기후 지역에서는 화학적 풍화에 아주 민감해서 흔히; 낮고 완만한 지형을 이룬다. 그러나 강수가 거의 없고 식물이 드문드문 자라는 건조한 기후 지역에서는 탄산염 광물을 용해시킬 탄산이 거의 존재하지 않기 때문에 탄산염암은 가파른 절벽을 형성한다.

 

-굴착동물

크고 작은 굴착 동물(예로서 설치류와 개미)은 부분적으로 파괴된 암석 입자를 지표로 운반하는데, 그곳에서 그들은 화학적 풍화작용에 전면적으로 노출되게 된다. 100년 훨씬 이전에 찰스다윈은 그의 정원에서 주의 깊은 관찰을 하고 매년 지렁이가 2.5 ㎏/㎡(헥타아르당 25톤) 이상의 암석입자를 지하에서 지표로 나른다고 계산하였다. 아마존강 분지에서의 연구를 수행한 한 지질학자인 브래너(J.C.Branner)는 아마존강 분지에서 연구를 수행한 후 토양이 “개미와 흰 개미의 굴착작용에 의해 마치 문자 그대로 안과 밖이 뒤바뀐것 같이 보인다”라고 썼다. 비록 굴착동물은 암석을 직접 부서뜨리지는 않지만 수백만년 동안 그들에 의해 이동되어 부서진 입자들의 양은 엄청나게 많았음에 틀림없다. 이들 예는 오랜 지질학적 시간 동안 일어나는 작은 힘의 누적 효과를 다시 한번 보여준다.

 

-시간

고대 건물과 유적의 암석풍화에 대한 연구는 단단한 암석을 단지 수 mm의 깊이만큼 부식시키는 데 수백년 또는 수천년이 필요함을 보여준다. 뉴잉글랜드, 스칸디나비아, 알프스, 그리고 그 밖의 지역의 화강암 및 다른 단단한 기반암 표면은 만년 전에 사라진 빙하에 의해 형성된 작은 홈과 깎인 구조를 아직도 보여준다. 그런 지역에서 한랭한 기후와 연속적인 빙하작용은 화학적 풍화작용의 속도와 효율성을 현저히 감소시켰고, 그림5.1에서 보여주는 것과 같은 풍화된 표토를 생성하는 데 수만년이 걸린다. 그러나 빙하가 반복적으로 형성되지 않고 계속 풍화에 노출된 지역에서는 풍화대가 흔히 깊게 연장된다.

그림 5.16 풍화율 : 미국북서부 두지역에서 시간에 따른 풍화속도의 변화를 보여주는 그래프. 현무암질 암석의 풍화테 두께는 추정되거나 알려진 나이의 함수로서 표시되었다. 풍화속도는 맨처음 수만년 동안 아주 빠르나(곡선의 급경사 부분)그후 나이가 증가함에 따라 점차 감소한다. 수십만년 후에 그 속도는 낮아 진다. 아이다호주 매콜(McCall)지역의 커브는 서 옐로스톤의 커브보다 경사가 더 급하다. 이것은 높은 풍화속도를 나타내며 아마도 두 지역의 다른 기후환경의 결과이다.

풍화작용이 수백만년 계속된 어떤 열대지역에서는 광산작업으로 100m 이상의 깊이까지 완전히 부식된 기반암을 노출 시켰다. 암석이 풍화되는 속도는 몇 가지 방법에 의해서 측정된다. 첫째, 실험의 기간이 시간 조절을 제공하도록 하고 풍화작용은 온도 상승, 물의 양, 입자의 감소화를 통해 빠르게 일어나도록 실험 장치를 고안하였다. 둘째, 나이가 알려진 고대 건축 구조물의 풍화의 정도에 대해 연구가 행해졌다. 셋째, 서로 다른 기간 동안 풍화에 노출된 암석과 퇴적물의 방사성 동위원소의 나이는 지질학적으로 긴 시간 동안 풍화의 평균속도를 측정할 수 있다. 이런 조사결과 지질학적인 시간규모로 보아 풍화의 속도가 초기에는 빠르다가 풍화 단면이 정상상태 또는 평형상태에 접근함에 따라 시간이 갈수록 지속적으로 감소한다(그림5.16).