판구조운동과 전 지구적 풍화속도

 

공원묘지의 비석이 화학적으로 풍화되는 속도는 그 암석 위에 정으로 조각한 이후 비석 표면에 얼마나 많은 분해가 일어났나를 측정함으로써 추정할 수 있다. 전 세계적인 화학적 풍화작용의 평균속도의 측정은 그렇게 쉽지 않다. 가장 좋은 방법은 강에 의해서 해양으로 운반되는 용해 물질의 양을 측정하는 것이다. 왜냐하면 하천의 용해 물질은 하천의 배수 유역에서 암석과 퇴적물의 화학적 풍화작용으로부터 기인하기 때문이다. 비록 다수의 하천이 바다로 흘러들어가나 용해물질의 세계적인 3대 기여자는 중국의 티베트 고원에서 흘러내리는 양자강, 남아메리카의 안데스 산맥의 북쪽 지역의 절반으로부터 흘러내리는 아마존강, 인도의 히말라야 산맥으로부터 흘러내리는 갠지스-브라마프트라강이다. 전체적으로 보아 이들 3대 강은 해양으로 유입되는 물과 용해물의 20% 정도를 공급한다. 만일 우리가 이 3개의 고지대를 배수해서 흘러내리는 모든 다른 강까지 합한다면, 티베트, 안데스 산맥, 히말라야 산맥은 세계의 해양에 도달하는 전체 용해 물질의 많은 부분을 공급함에 틀림없다고 결론지을 수 있다. 다른 말로 표현하면, 육지의 높은 고도와 전 세계적인 화학적 풍화의 속도 사이에는 직접적인 관계가 있다. 만일 이것이 사실이라면 산계가 융기되고 깎여 없어짐에 따라 우리는 지질 시대에 걸쳐 일어난 풍화 속도의 변화를 예측 할 수 있다.

높은 화학적 풍화율과 높은 산맥은 몇 가지 이유에서 관련되어 있다. 첫째, 높은 산맥은 급격한 융기 지역이다. 그들은 암석권이 수렴하여 산계가 형성되게 하는데 있다. 급격한 융기는 암석의 빠른 기계적 파괴와 침식을 동시에 일으킨다. 이 파괴는 많은 양의 암석과 광물 파편을 화학적 풍화에 노출시킨다.

둘째, 강에 용해되는 물질의 양은 쉽게 침식되는 퇴적암이 노출된 곳에서 가장 크다. 히말라야, 안데스, 알프스 산맥 같은 높은 산맥의 지질을 조사하면 우리는 이들의 활발하고 급격한 융기 지역이 대륙 주변부를 따라 형성된 퇴적암에서 우세하다는 것을 발견할 수 있다. 대륙 내부의 낮은 지역은 보다 오래되고 덜 침식되는 변성암과 화성암이 우세해지는 경향이 있다.

셋째, 일반적으로 높은 산맥은 습기가 많은 바람을 차단해서 강수량을 많게 한다. 이것은 높은 속도의 하천으로의 유출과 높은 침식률을 의미한다. 이 효과는 특히 히말라야의 남부산 사면위에 내리는 강한 계절풍강우가 불안정한 사면, 강한 침식작용, 그리고 많은 용해 물질과 부유 퇴적물의 인도양으로 유입을 야기 시키는 남아시아에서 현저하다(그림5.27). 남아메리카에서의 연구는 아마존강에 의해서 바다로 운반되는 용해물질의 3/4 이상은 안데스 산맥의 고지대에서 유래되었음을 보여주었다.

과거의 풍화속도는 오늘날처럼 높지는 않았던 것으로 보인다. 해양 퇴적물로부터 얻은 증거는 지난 5백 만년 동안 해양으로 운반된 용해 물질의 양의 증가를 보여주고 있다. 이것은 이 기간 동안 전 세계적인 풍화 속도의 증가를 의미한다. 더욱이 세계의 주요 산계는 오늘날 우리가 접하는 것처럼 항상 높지는 않았다. 지질학적 증거로는 마이오세 말(약 510 만년 전;그림8.10) 이후부터 안데스 산맥, 히말라야 산맥, 티베트 고원 및 다른 지역, 예를 들면, 북아메리카의 서부와 알프스와 같은 다른 조산대의 빨리진 융기 속도를 들 수 있다. 예를 들면, 융기하는 히말라야 산맥에서 유출된 퇴적물이 초기 플라이오세의 실트에서 중기 및 말기 플라이스토세의 자갈로 변하는 상향 조립화 경향을 보이고 있다. 이런 변화는 산맥으로부터 흘러내리는 하천이 시간이 지남에 따라 산의 사면과 하도의 경사가 커지면서 에너지가 증가함을 의미한다.

그림5.27 급속한 유실   높은 서부 히말라야 카라코룸(Karakorum)산맥을 흐르는 인더스강은 인도양에 많은 용해물을 운반한다. 이 산악지대지역은 세계에서 가장 높은 측정된 융기속도지역중의 하나임. 화학적 물리적 풍화속도 또한 높아서 높은 침식률에 이르게 한다.

우리가 탐지할 수 있는 산의 융기 속도의 변화는 퇴적 기록으로부터 유추할 수 있는 풍화 속도의 변화와 평행하다. 산의 융기 속도는 해저 확장의 속도와 밀접하게 관련되어 있는 것으로 믿어진다. 그래서 진 지구적인 화학적 풍화의 속도는 판구조운동과 밀접하게 관련되어 있다.