하구에 미치는 영향들

하구 퇴적물의 기원과 퇴적작용

퇴적물은 많은 기원 (source)으로부터 유입된다. 대륙붕, 대기, 하구 연안부와 저층의 침식, 생물성 활동 등이다. 이들이 다양하게 복합되어 구성되어 있다. 한가지 퇴적물의 우점(dominance)은 서로 다른 기원의 상대적인 양과 침식 (erosion), 운반(transportation), 퇴적(deposition) 작용의 운동에 따라 좌우된다.

 

하구에서 퇴적상(sedimentary facies)의 분포와 본성은 유용퇴적 성분(available sedimentary components)의 양과 종류 사이의 상호작용에 의해서 조정된다(예 : 조갑지, 유기물, 점토광물 등), 하구에 공급된 퇴적물은 매우 복잡한 환경을 이룬다. 조석에의 왕복 이동은 퇴적 이전에 여러 번 돌고 돈다. 생물에 의한 변형도 있고 물리적, 화학적 작용에 의한 변형도 일어난다. 그러면 퇴적물은 해양으로 빠져나가는 동안 어떻게 퇴적물의 집적과 유지하게 되는지에 대한 답변은 수리적 요인과 퇴적물 사이의 관계에 대한 이해를 통해 얻을 수가 있다. 수리적 요인으로는 하천 유입(river inflow), 밀도 경사(density gradients), 조석과 파랑(tide and wave), 기상력(meteorological force)으로 집약된다. 이들에 의해 일반적으로 퇴적물들은 침식(erosion), 운반(trans- portation), 퇴적(deposition), 그리고 고화(consolidation)로 이어지는 geological cycle를 형성한다.

 

---

하천류의 영향

하천류는 하구에 많은 양의 퇴적물을 운반시키거나 하구를 희석시킬 수 있다. 정상적인 분포로는 수직적(vertical), 수평적(longitudinal) 염분도의 차이를 나타내며 이것은 퇴적물 확산에 대한 하구 회전을 야기 시킨다. 강이 하구 쪽으로 담수와 퇴적물을 내뿜어 낼 수 있는 거리를 "Flushing velocity"로 표시할 수 있다. “Flushing velocity”는 육지 방향으로 진입하는 해수를 차단하는 하천의 능력 정도를 말한다.

 

아마존(Amazon)강 같은 큰 강은 물이나 퇴적물을 Delaware강 같은 작은 강보다 해양방향으로 멀리 운반시킨다. 이는 하구의 육지 방향으로 이동시킬 수 있는 능력을 말한다. 이는 담수 염수의 변이지역(fresh water-salt water transition zone)의 위치가 어떻게 변하느냐에 따라서 하구 퇴적환경의 범위가 변화한다. 강의 홍수는 예외적인 수리 역학적 상태를 야기 시킬 수 있다. 홍수(flooding) 동안 많은 퇴적물이 며칠 동안에 하구에 운반되어진다.

 

고속해류는 저량 상태에서 하천수로에 퇴적된 퇴적물을 모이게 한다. 담수-해수 교차지역이 하구 내에 유지될 때 부유퇴적물은 salt-wedge 형태의 하구의 순환에 의해서 확산된다. 기본적인 형태는 강물은 상층을 통해 해양으로, 염수는 아래층(lower layer)을 따라서 육지 방향으로 이동한다. 퇴적물도 이 경계면에서 퇴적된다. 뚜렷한 염분도 경사(salinity gradients)와 고농도 부유물질은 flocculation에 좋은 조건이다. 경계면이 해양방향으로 이동함에 따라서 해류수렴대(convergence zone)가 형성된다. 비록 변이지역(transition zone)은 퇴적환경에서 퇴적물 형태(sediment type)의 뚜렷한 변화를 나타낼지라도 변이지역이 하천류의 변동에 따라서 해수를 상,하부로 움직이기 때문에 저층 침전물의 재부유에 의해서 발달한 것 같지 않다.

 

---

조석의 영향

조석은 해수, 담수 혼합의 주요한 에너지원이다. 바닥에서 퇴적물을 재부유시키는 것, 부유퇴적물을 육지 또는 해양방향으로 이동시키는 것 등도 마찬가지이다.
조석의 역학적 특성은 위치에 따라서 강도(strength)를 달리하는 평형해류(horizontal current)에 의해 수반되는 수면의 주기적인 상승, 하강에 의해서 표현된다. 조석은 다음의 3가지 기본적인 작용을 통해서 퇴적작용에 영향을 미친다.

 

1. 육지 방향의 거리에 따른 조석파(tide wave)의 파괴
2. 조석에 의한 유량(discharge)과 수로의 안정도(channel stability).

3. 주기적인 조류의 변동

 

근본적으로 조석은 천체의 힘(astronomical forces)과 연결되어 있고 지형(basin geometry)에 의해서 달라진다. 조석은 태양(sun)과 달(moon)의 중력에 의해서 발생한다. 조석현상에 관한 첫 번째 가정은 조석의 평형이론으로 주어진다. (Russel and Macmillan, 1970 ; Redfield, 1980), 힘의 가장 중요한 성분은 달에 의한 힘(M2)으로 주기는 12시간 25분이다.

조석차(tidal range)는 해양 조석의 전반적 특성과 대륙붕 퇴적하중에 따라 변한다. 실례로 Chesapeake만 하부에서는 0.8m, 조지아 해안에서는 2.5m, Gironde 하구에서는 4.5m에 이른다. 이 조석차는 조석에 의한 흐름의 강도와 유량에 유용한 조간대 물의 양을 재결정하는 것에 중요한 의미를 갖는다.

 

---

파랑의 영향

하구가 보호된 환경 (protected environments)이라 할지라도 파랑(wave)은 해안 침식 및 저층을 침식시켜 해류에 의해 확산시키는 퇴적학적으로 중요한 역할을 한다. 이 같은 파랑을 2가지 형태로 구분할 수 있다.

 

1. 하구 입구를 침투하는 해양에서 외적(externally)으로 발생되는 것
2. 하구바닥, 해안 등에 영향을 미치는 내적 (internally)으로 발생되는 것

 

심해파 (deep ocean wave)는 파장 40 ~ 60m, 주기 5 ~ 8 초를 가진 너울(swell)로 장파이다. 이것은 파장의 1/4수심인 천해를 들어감에 따라 물분자 회전운동은 보다 타원체 (elliptical)와 비대칭형(asymmetrical)이 된다. 결과적인 왕복운동은 바닥을 강타하여 전단속도(shear velocity), 저층 전단 응력(bottom shear stress)을 충분히 만들어낸다. 이에 퇴적물이 운반되기 시작한다. 하구의 지형 불균형, 수심의 차이는 파랑의 굴절(wave refraction)을 초래하여 퇴적물이동에 영향을 미친다.

전형적인 대조차 하구(예, Gironde강 하구)에서 조석에너지 (tidal energy)는 직접적으로 수심에 비례하는 반면, 파랑에너지(wave energy)는 수심에 반비례한다. 조석과 파랑이 활동적인 입구에서 에너지 변화를 표시하기 위하여 Allen(1971)은 에너지 지수(energy index)를 개발하였다 (ratio of wave bottom orbital velocity & tidal bottom velocity). 일반적으로 조류(tidal current)가 강한 지역의 퇴적물은 조립질이고 비교적으로 분급도가 좋지 않으며, 밑짐(bed load)에 의해서 운반된다. 반대로, shoal지역 (파랑에 영향을 받은 지역)은 보다 세립질, 비교적 분급도가 좋은 모래로 구성되고 부유 상태 이 동양상 (graded suspension transport mode)을 나타낸다.

 

해양파 (ocean wave)의 효과는 해빈 또는 해안 전면에서 모래를 침식시켜 연안류 또는 하구로 흐르는 취송류(drift current)에 의하여 이동시키는 것이다. 또한 파랑의 영향은 퇴적성, 침식성의 양면을 갖고 있다.