해저협곡의 기원과 분포, 퇴적물과 퇴적상

해저협곡의 기원

많은 학자들에 의하여 해저협곡의 기원에 대하여 뚜렷하게 밝혀지기 전에는 다음과 같은 기원으로 설명하였다.

- 단층계곡 (fault valley)
- 침수하천 계곡(drowned river canyon)
- 쓰나미 (tsunamis)
- 지하동굴의 붕괴(collapse)
- 심해저 해류의 용승(upwelling)
- 저탁류(turbidity current)

 

이들 가설 중에 육상협곡의 침수는 해저협곡이 대륙사면을 따라 발달됨을 발견함으로 제거되었다. 또한 쓰나미는 전세계적으로 분포하기보다 부분적인 지역에서 집중적으로 협곡에 영향을 주어야 함으로 기원이 일반적이지 못함이 입증되었다.

 

지하동굴의 기원도 이들 동굴은 limestone에 발달되어야 하는데 왜 화강암이나 비용해암석 (insoluble rock)에서 나타나는지를 입증하기엔 부족하다. 역시 용승류는 지역적이고 매우 약하기 때문에 충분한 능력이 되지 못한다. 단층은 연안에 평행하게 발달하는 것이 전형적인 해저 협곡에서 나타나는 경사보다 넓게 분포한다.

 

이들 가설 중에 가장 설득력 있는 가설로는 저탁류 기원(Daly, 1936)의 가설이 Grand Bank의 지진이후로 많은 지지를 받게되었다. 이후 많은 지질학자들이 이 저탁류 기원으로 전향하게 되었다.

그후 Kuenen(1950)의 많은 연구가 영향력을 발휘하였다. Scripps 해양연구소 연구에서 해저 바닥이 갑자기 수심이 깊어짐을 관측하였다. 처음엔 이들이 지진이 발생할 때에 사태(slide)에 의한 현상으로 생각했으나 그후 이처럼 수심이 깊어짐은 협곡이 서서히 아래로 내려가기 때문으로 생각했다. 해저류의 대표적인 사건은 Grand Bank 외해에서 해저 cable의 파괴로 강한 해저류의 존재가 인지되었다.

최근에는 해저협곡의 기원으로는 저탁류의 영향이 가장 중요한 것으로 결론 지워지고 있다. 그러나 이런 결론도 다른 가설과 어떻게 결합시키느냐가 문제이다. 예를 들어 과거 수 백 만년 동안에 상당한 침강의 흔적이 있을 법한 곳에 해저협곡이 존재하고 있기 때문이다. 프랑스 과학자들에 의하여 남부 해안을 따라서 깊은 해연(deep canyon)의 침강의 증거를 제시하였다. 또한 미 남동부 Blake Plateau에서 시추공의 자료도 이를 대변해주고 Bahama Bank에서도 마찬가지로 그 증거를 제시해주고 있다. 더욱 흥미로운 제안은 Hsu et al. (1973) 에 의해 제시된 것으로 1970년 지중해에서 시추한 자료연구에 의하면 해저에 깔려있는 암염층의 존재이다. 이것은 천해서 증발에 의하여 형성되고 그후 깊은 해양퇴적물로 덮였다는 것이다. 이 과정은 지중해가 1500만년 전에 완전히 증발되었다는 사실로 설명된다. 당시 지브롤터(Gibraltar) 수로가 차단되고 이 호수에 물의 공급이 증발의 비율보다 낮기 때문이다.

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퇴적물과 퇴적상

대륙연변부 외부와 주변심해분지를 포함해서 다양한 퇴적물과 이에 따라 다양한 퇴적상을 나타내며 이들을 다음과 같이 7가지 형태로 분류하였다.

 

1. 역사질(gravel and pebbly sand)

2. 사질(sand)
3. 펄 - 사질 혼합(mud-sand mixture) 

4. 실트 펄 혼합(silt-mud mixture)

5. 펄 (mud)

6. 교란된 퇴적물 (chaotic and unsorted sediment)

7.우즈(ooze)

 

이들에 따라서 어떤 학자들은 50 여 가지의 퇴적상으로 분류하기도 하였지만 10여가지로 정리된 것이 표본이다. 깊은 바다에서의 퇴적상의 특징에는 불규칙적인 방향과 층서의 파괴가 대표적이다. 이를 형성하는 다양한 원인으로는 다양한 형태의 흐름이다 - 쇄설류(debris flow)는 생물에 의한 퇴적 흔적이 없고 바닥부분이 세립질이며 접시구조(dish structure)를 보인다.

 

조립질탁류(coars-grained turbidite)는 보다 조립질이며 이들은 입자류(grain flow)와 액화퇴적류(fluidized sediment flow)를 포함한다. 여기에는 사질의 imbrication이 나타나고 상부에는 사질과 다양한 탈수 구조가 나타난다. 중립질탁류(medium-grained turbidite)는 전통적인 저탁류에 의한 전통적인 순차를 보인다. 이를 Bouma sequence(1962)라 불리기도 하며 전형적인 퇴적 순위를 나타낸다. 이 모델은 퇴적양상에 대한 표준모델로 사용한다.

 

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퇴적물 분포

협곡에서의 퇴적물 분포와 성인에 대하여서는 비교적 자료가 부족하지만 입도의 분포는 기원에 따라서 넓게 분포하다. 이들은 퇴적물의 조직과 구조에 따라서 3가지 퇴적상으로 분류한다.

1. 협곡축(canyon axis); 협곡의 축을 따라서 분포하는 것으로 가장 조립질이고 물리적인 힘에 의해 형성된 구조가 특징이다.
2. 협곡저(canyon floor) : 생물교란이 확대되어 나타난다.
3. 협곡벽(canyon wall) ; 층리화된 니질사로 구성되어 있다.

선상지(fan)은 상부 중부 하부로 나누어서 그 특징을 나타낸다. 상부선상지 (upper fan)는 해저 선상지의 기저부에 퇴적되는 퇴적물의 다양성과 복잡성을 잘 특성화하고 있다. 이 지역에는 사행수로, 단지, 제방 등이 분포하고있다. 수로와 주변 단지에는 주변으로부터 조립한 역질 침전물을 받아들인다. 하부 지역을 형성하는 상류공급수로는 복잡한 퇴적물과 흩으러진 층으로 이루어졌다. 얇은 층으로 구성된 탁류층이 상부선상지의 자연제방이나 연결수로에서 지배적이다. 이 얇은 층은 Bouma sequence의 상부를 나타내는데 사층리와 펄이 퇴적되어 있다. 하부로 갈수록 층의 두께는 증가하고 평행한 층리로 이른다.

 

중부선상지 (midfan)는 많은 지류에서 일반적이고 복합적이고 역질 사암이 지배적이다. 지류별로 선상지(lobe)가 형성하여 선상지가 발달함에 따라서 하부 산상지 위에 새로운 선상지가 발달하고 이 지역에는 비교적 조립한 퇴적상을 나타낸다. 하부선상지 (lower fan)는 수로가 적어지고 따라서 경사가 완만해지며 말단 선상지로 갈수록 보다 이상적인 bouma sequence를 나타내며 일반적으로 10cm 이하를 나타낸다.