사면이동(퇴적물류, 슬러리류, 쇄설류)에 대하여
퇴적물류
충분히 큰 힘이 적용될 때 모든 변형 가능한 물질은 흐르기 시작할 것이다. 중력사면이동에서 힘은 중력에 의한 것이고 구성물질은 퇴적물과 물(또는 퇴적물, 물, 공기)의 진한 혼합물이다. 그런 혼합물의 흐름을 포함하는 중력사면이동의 과정을 퇴적물류(sediment flow)라 부른다. 빙점이상에서 퇴적물을 흐르게 하는 방법은 고형체와 물, 공기의 비율과 퇴적물의 물리적 및 화학적 특성에 달러있다. 모든 유수는 적어도 약간의 퇴적물을 운반하나 유수가 더 이상 운반시키지 못할 정도로 퇴적물의 농도가 짙어지면 퇴적물함유 유수는 바로 유체인 퇴적물류로 바뀔 것이다. 이런 경우에 물의 존재는 흐름을 촉진하기는 하나 중력의 작용이 운동의 일차적인 요인이 된다.
그림 6.3에서 퇴적물류는 물의 양(즉, 퇴적물의 농도)에 따라 두 종류로 나뉜다. 슬러리류(slurry flow)는 물로 포화된 혼합체인 반면에 입상류(granular flow)는 물로 포화되지 않는 혼합체를 말한다. 이 두 종류는 각기 유속에 따라 매우 느린 것(mm-cm/년)에서 매우 빠른 것(수 km/시)으로 더 나뉘여질 수 있다. 이러한 퇴적물류의 분류에 있어서 각 과정사이의 경계는 대략적인 것이며 입자분포, 퇴적물 농도와 다른 여러 요인들에 따라 달라진다.
| 그림 6.3 평균속도와 퇴적물의 농도를 기준으로 한 퇴적물류의 분류. 퇴적물함유 유수에서 슬러리류로의 전이는 퇴적물의 농도가 너무 높기 때문에 유수가 더 이상 운반매개체 역할을 하지 못할 때 일어난다. 대신에, 중력의 힘은 포호된 퇴적물을 흐르게 하는 주된 힘이 된다. 물의 함량이 더욱 감소하면, 슬러리류에서 입상류로 변화가 일어난다. 이러한 퇴적물이 이젠 물 혹은 공기 또는 이들 모두를 포함한다. 니질천과 슬러리류의 경계(A)와 슬러리루와 입상류의 경계(B)는 퇴적물 농도에 의해 구분되지 않는다. 왜냐하면 이들 경계의 위치는 혼합체의 물리적인 특성과 성분의 특성에 왼쪽으로 혹은 오른쪽으로 변경될 수 있다. 슬러리류와 입상류의 여러 가기 종류들은 평균속력에 의해 구분될 수 있다. |
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슬러리류
슬러리류(slurry flow)는 물로 포화된 퇴적물 덩어리가 움직이는 것이다, 슬러리류에서 퇴적물의 혼합체는 흔히 큰 거력을 띄울 수 있을 정도로 밀도가 놓을 수 있다. 부유하기에 너무 큰 거력은 흐름을 따라서 굴러가기도 할 것이다. 흐름이 멈추면 세립질 및 조립질 입자들은 섞인 채 남게 되고 결과적으로 분급이 불량한 퇴적물이 된다.
물에 포화된 토양과 표토가 매우 느리게 사면으로 흘러내리는 것을 토석류(solifluction)라 한다. 그림 6.3에서 볼 수 있는 것처럼 토석류는 퇴적물과 물의 혼합물로 구성된 흐름의 종류 중에서 속도가 가장 낮은 종류에 속한다. 일반적으로 이동률은 여러 계절 동안 관찰해야 만이 알 수 있을 정도로 매우 느리다. 토석류는 퇴적물이 오랜 기간 동안 물로 포화되어 있는 언덕사면에서 발생한다. 토석류는 또렷한 표면특징들을 남기는데 때로는 서로 올라탄 모습을 보이는 로브(lobe)와 판상의 암설체를 만든다(그림6.4,6.5)
| 그림 6.4 슬러리류와 입상류의 예 | |
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| 그림 6.5 1m 두께의 토석류 로프는 하류로 천천히 이동하였고 이탈리아 알프스 오지레 계곡의 빙하퇴적물을 덮어 버렸다. |  |
쇄설류(debris flow)는 속도가 1m/년에서 100m/시만큼 큰 범위까지 분포하며 모래보타 큰 입자를 많이 포함하고 있는 표토의 사면이동이다(그림 6.3). 쇄설류 중에는 처음에는 함몰사태 또는 쇄설 미끄럼 사태로 시작되어 하류로 가면서 쇄설류로 변하여 사면 아래로 계속 흐르는 것도 있다(그림6.4, 6.6). 전형적인 쇄설류는 이동을 시작하면 하천을 따라 이동한 다음 퍼져나가 분급이 불향한 퇴적물로 되기도 한다. 쇄설류 퇴적체는 흔히 혀 모양의 전면부를 가지며 동심원의 능과 함몰형태를 갖는 불규칙한 표면을 보인다. 쇄설류는 표토의 과포화 현상을 일으키는 극심한 폭우의 기간과 흔히 관련된다.
| 그림 6.6 남부 푸에르토리코의 가파른 산사면 위에 쇄설류로 변해가는 쇄설 미끄럼사태가 숲을 쓸어내린 후 사면의 기저부에 있는 두 집을 덮쳤다. |  |
거의 유체와 같은 상태가 될 정도로 충분한 양의 물을 함유한 쇄설류를 흔히 이류(mudflow)라 부른다. 그림 6.3에서 보면 이류의 속도는 쇄설류 속도범위의 상부에 놓인다(약 1km/시 이상). 대부분의 이류는 유동성이 높고, 계곡 바닥을 따라 빠르게 이동하는 경향이 있다(그림 6.4). 이류 퇴적물이 끈기는 방금 쏟아놓은 콘크리트 반죽에서부터 흙탕물 보다는 약간 더 농도가 높은 수프와 같은 상태까지 다양하다. 산의 협곡에서 큰 비가 내린 후에, 이류는 니질천(muddy stream)으로 흐르기 시작하여 계속 고화되지 않은 퇴적물을 포함시켜 결국은 이류의 전면부가 암석조각과 진흙으로 구성된 이동하는 댐이 된다. 이 댐은 협곡의 벽에까지 이르게 되고 뒤쪽에서 밀려오는 물의 힘을 계속 받게 된다(그림6.7). 이렇게 이동하는 댐이 계곡 아래의 평지에 도달했을 때에 붕괴하게 되며 물이 댐을 넣어 주위로 넘치게 된다. 이 때에 거력과 니질 퇴적물의 혼합물을 넓고 얇은 판상으로 퍼져나가게 된다.
| 그림 6.7 1983년 6월 유타주 화밍턴 근처 계곡바닥을 따라 흐르는 니질 쇄설류의 흐르는 모습. A.나질 쇄설류의 거력질 전면은 선행된 나질 쇄설난류가 지나는 gkcus을 따라 왼쪽에서 오른쪽으로 전진한다. B. 가파른 거력질 전면은 약 2m 정도의 높이를 갖고 초당 1.3m의 속도로 전진하며, 움직이는 댐 역할을 하여 상류에서 흘러오는 니질 퇴적물을 가두어 놓는다. C. 약 80%의 퇴적물 농도를 갖고 약 3m/초로 이동하는 주 슬러리류는 점성도가 높아서 왕자갈이나 거력을 부유상태로 이동시킬 수 있다. |
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습윤한 기후의 활화산지대는 흔히 화산 쇄설물과 화사기원의 암석들로 이루어진 층이 표면을 덮고 있으며 이들은 라하(lahar)이라 불리는 이류가 되어 쉽게 이동된다. 실제의 화산분출과 관련된 라하는 매우 뜨거울 수 있다. 약 5천7백년 전에 레이니어산(mount rainier) 사면에서 발생한 대규모의 이류는 적어도 72km를 이동하였다. 이 퇴적물은 두께가 25m 정도나 되는 넓은 로브로 산자락 아래로 넓게 퍼졌다. 이 퇴적물의 부피는 10억 m³가 훨씬 넘는 것으로 측정되었다. 세인트힐렌 화산은 생성 이래 많은 이류를 발생시켰다. 가장 최근 발생한 이류는 1980년 5월 대규모의 화산분출시 발생했다(그림6.8). 제 4장에서 언급했듯이 필리핀의 1991년 피나투보 화산분출 시에 화산재와 태풍에 의한 폭우의 혼합에 의해 발생한 라하는 엄청난 피해를 주었다.
| 그림 6.8 1980년 워싱턴주의 세인트헬렌스 화산에서 화산이 분출하는 동안 화성이류는 산 동쪽과 서쪽 계곡 아래로 흘러내렸다. 어떤 이류는 90km 이상을 이동하여 콜롬비아 강에 도달했다. 흐름의 속도는 최고 40m/초였고 평균속도는 7m/초였다. |
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