해수면의 변화(Changes in Sea level)

해수면의 변화(Changes in Sea level)

 

연안을 따라서 해안선을 중심으로 상, 하에 많은 지형의 특성을 관찰할 수가 있다. 해안선 위로는 지역에 따라서 넓은 평원, 절벽, 해빈들이 해양의 작용을 받은 흔적이 보인다. 반면에 해안선 아래로는 지금은 생각할 수 없는 수몰 해빈, 수몰 사구 등 현재 해안에서 형성되는 해저지형과 퇴적상이 나타난다. 이들은 각각 현재의 해안선이 연안의 상승(emergence) 또는 하강(submergence)에 의한 해안선의 변화를 보여준다. 이들의 원인은 무엇인가? 단순한 기후의 변화에 따른 빙하작용에 의한 해수면의 상하 운동에 의한 것인가? 지구의 운동에서 판 구조론에 의한 지각의 운동의 영향은 없었는가? 등으로 여러 방면으로 고찰 할 수가 있다. 이들의 상호작용에 의하여 해안선이 육지로 해양으로 움직이게된다.

 

일반적 개념

육상 위의 암석 중에는 약 2/3 이상이 퇴적암으로 구성되어 있다. 퇴적암이란 해저에서, 해수면 아래에서 퇴적되어 다져진 (consolidated) 암석이다. 암석 이전의 많은 퇴적물들 역시 해수면과 관련된 것이다. 이들이 육상(예: 에베르트산)에서 발견되었다. 퇴적암은 연구할 때 의문이 생길 수 있는 것이, 퇴적물이 해수면 (sea level) 위와 아래 어디서 퇴적된 것인지 그리고 그 기원이 해양성인지 아닌지 즉, 퇴적 환경 (sedimentary environment)과 상대적인 해수면(position of Sea level)에 관한 것이다.

 

현재, 퇴적 수심은 쇄설성 퇴적물의 입도 분포, 저서생물의 분포, 생물성 퇴적물의 화학적 특성을 좌우하게 된다. 과거에 수천 ~ 수백만년 단위의 상하운동(sea level fluctuation)이 지질시대를 좌우했다. 해수면 상하운동이 발생하는 지역은 범위에 따라서 2가지로 구별한다.

 

1. 전반적인 변화는 모든 대륙붕 지역에서 일시적인 해침(transgression)과 해퇴(regression) 현상을 보인다. 이를 해수면의 변화(eustatic change of sea level)라 한다.

 

2. 지역적으로 지역에 따라 융기 (uplift)와 침강(sinking)에 의해서 형성되는데 이를 구조적(tectonic)운동이라 한다. 이는 지역적으로는 중요한 의미를 갖는다.

해수면의 위치에서 파랑(wave), 조석(tides), 해류가 최고 활성도를 보여주는 바와 같이 물리, 화학, 생물학적 작용이 집중되어 있다. 나아가 해수면은 침식과 퇴적의 기저면 (baseline of erosion and deposition)으로서 해수면 부근에서의 침식, 퇴적작용은 연안지형 (coastal morphology)을 좌우한다. 바로 여기서 기록상의 확실한 흔적을 남긴다 (sea level indicators).

대규모로 보면 전반적인 해수면의 위치는 대륙붕이 잠기는 정도를 결정한다. 침수된 대륙붕(shelf)은 보다 많은 양의 태양열을 흡수한다. 결국 해수면의 상하운동은 고기후의 진화(paleo-climatic evolution)와 밀접한 연관이 있다. 해수면의 변화를 연구하는데는 연안 지형의 역학적 작용, 해수면과 기온과의 상호작용, 대륙 연변부에서 퇴적물의 기원 등이 고려되어야 한다. 따라서, 해수면 변화는 장기적 (long term), 단기적 (short term) 인 변화가 모두 고려되어야 한다.

 

 

해수면에서 퇴적 작용

파랑에 의한 연안침식

파랑(wave)에 의한 해수면 주위에 흔적은 여러 가지가 있다(예: wave-cut terraces, 해빈 퇴적물). 지형적으로는 육지가 끝나고 바다가 시작되는 급경사(steep inclination)가 해안선(coast line)을 특징지워준다. 또한 해양절벽(sea cliffs) 역시 파랑 영향의 흔적이다. 이들은 파랑의 힘(force of the wave), 절벽의 저항력(resistance of the cliff material), 파괴에 유효한 시간(time available for cutting)에 의하여 변한다. 남 캘리포니아에선 1세기에 1 ~ 100ft정도 해안절벽이 후퇴(retreat)를 했다. 또한 북해(North Sea)의 어떤 해안 절벽 후퇴는 1m/yr를 보인다. 영국에서는 많은 해안 마을이 수세기를 통해 침식에 의해서 사라져 버렸다.

 

또 다른 파랑의 흔적은 ripple mark이다. 해수의 상하운동에 의한 파랑에 의한 해저퇴적구조는 해수면 부근의 파랑활동이 활발한 지역에서 형성된다. 그러나 심해에서도 형성됨을 주의해야한다. 다른 파랑의 흔적은 'placers(광상)’라 하는 연안의 중광물의 집적(enrichments of heavy mineral)으로 강한 에너지에 의한 선별작용과 분별작용이 경광물과 분별하여 단지 해빈 주변에 나타나는 현상이다.

조적작용에 의한 연안퇴적

달과 지구의 회전 운동에 의하여 주로 형성되는 조석은 10m에 이르는 상하운동을 하는 곳이 있다. 조석에 대한 물리학적 배경(해양물리학을 참조)에 의하면 천문학적 힘(astronomical forcing)과 해저지형 (basin morphology)에 의하여 좌우된다. 이처럼 조석에 의하여 지배되는 연안을 조석차에 따라서 대, 중, 소조차 연안으로 구별된다. 조간대 지역에서 퇴적환경은 다른 연안퇴적환경과 비교해서 조석작용이 강하게 작용한 해수면 주변의 퇴적환경이다(9장 연안퇴적환경 참조). 이와 같은 특징적인 퇴적환경에서 나타나는 퇴적물 양상에 의하여 해수면 변화를 제시할 수 있는 여러가지 특징이 있다.

많은 퇴적물의 공급을 가진 침강해안 (sinking coasts)은 넓은 조간대 해역을 형성하며 그 결과 많은 양의 조간대 퇴적물을 집적시킨다(예: Wadden). 또한 적은 양의 해수면 변화, 지리적 변화는 빠르게 침강과 상승으로 연결될 수 있다(예: 폭풍(storms)에 의한 변화).

순간적인 폭풍(storm)의 발생은 퇴적층의 뚜렷한 변화를 나타낸다. 전형적으로 느리게 침강되는 floor에 보존된 기록은 peat와 salt marsh, marine mud, 해빈의 모래(sand)와 조개 껍질(shells)의 교차(intercalation)로 되어 있다. 폭풍 퇴적물(storm deposits)은 intercalation내에서는 일반적이고 유사한 sequence가 지질 기록에서 흔히 나타난다. 그것들은 많은 육상퇴적물의 공급이 있는 지역에서는 해수면 퇴적물의 특징이다.

해수면은 지하수면의 위치를 좌우하고 배수지역(drainage)의 계속적인 결함(ensuing lack)은 이탄 늪지(peat bog)를 형성하는 swamp를 만들 수 있다. 지질시대에서는 이들이 해양 퇴적물 사이의 석탄층(coal bed)으로 나타난다.

아열대 지역의 뻘로 구성된 조간대 지역(muddy intertidal flats)에서는 증발이 많아 건열균열 (dessication cracks)을 생기게 한다. 이러한 조간대 환경에서 퇴적되는 다른 현상들은 강수의 자국, 등방향 암염 결정의 모형(pseudomorphs), 석고의 침전, 그리고 퇴적물에 육상과 해양동물의 흔적 등이다.

 

광합성 작용

많은 저서 생물은 존재에 따라서 천해(shallow water)를 제시할 수 있다. 생물의 군집 역시 지시자 (indicators)로서의 역할을 한다(예: shell pavements or coquina), 대략 10 ~ 20m 깊이의 해저에 영향을 미치는 파랑의 흔적보다 빛(light)에 의존하는 것이 가장 확실하다.

광합성 작용(photosynthesis)은 충분한 빛을 유용할 때 생성될 수 있다. 빛의 강도는 10 ~ 20m 수심에서 표층의 1%로 감소한다. 물론 물의 청정도(clearness of water)에 따라서 좌우된다. 정착성 식물(sessile plants) 즉, 석회질 조류(calcareous algae)와 조류질 mats 같은 것은 100m 이하의 낮은 환경에서 나타난다. 조류와 함께 공존(symbios) 하는 동물들은 천해(shallow water) 환경을 나타낸다(예 : 유공충, 석질산호초 등).