화학적 풍화, 기후 및 지형, 토양

화학적 풍화

빗물은 대기의 여러 가지 성분을 녹여 가지고 있으며, 이 물은 암석 중의 광물과 작용하여 용해·산화·탄산화·가수분해·수화(水和) · 이온 교환 (base exchange) · 킬레이 션 (chelation)을 일으켜서 결국 암석을 파괴해 버린다.

 

 

광물의 화학적 풍화

조암광물은 유색광물(有色鑛物)이 화학적 풍화에 약하고 석영이 강하여 풍화에 대한 저항의 강도는 [표 6-1] 의 ①~⑦의 순서와 같다. 장석에서는 칼슘장석보다 칼리 장석이 화학적 풍화에 강하다.

여러 종류의 마그마가 고결 (固結)할 때에 조암광물들이 정출(晶出)하는 순서를 종합하면 [표 6-1] 에서와 같이 ①, ②……①의 순서이고, 장석은 ②, ⑥ 및 Ⓒ의 순서가 된다. 화학적 풍화에 대한 안정성은 이들의 정출 순서와 같은 순서로 커진다. 그러므로 고철질인 암석일수록 또 먼저 정출된 광물일수록 화학적 풍화에 약할 것임을 짐작할 수 있다. 대륙의 지각은 대부분 화강암과 화강편마암, 즉 화강암질 (花崗岩質)암석으로 되어 있으며, 이에는 대체로 60~70%의 장석이 포함되어 있다. 중성 내지 고철질인 암석도 대부분이 30~60%의 장석을 포함한
다. 이렇게 암석 중에는 장석이 많이 포함되어 있으므로 장석의 풍화는 바로 이를 포함한 암석의 파괴를 의미한다. 화강암화작용으로 만들어진 변성암은 안전성이 큰 변성광물을 많이 포함하나 화강암 다음으로 장석을 많이 포함하므로 역시 파괴되기 쉽다. 퇴적암 중에서는 장석질 사암 · 응회암(凝灰岩 : tuff) • 석회암이 화학적 풍화에 약하다.

 

 

장석의 풍화

장석을 많이 포함한 화강암질 암석, 규장질인 암석, 장석질 사암 및 기타 장석을 많이 포함한 암석은 장석이 먼저 풍화되어 푸석바위(saprolite)로 변하게 된다. 푸석바위는 눈으로 보기에는 암석이지만 삽으로 쉽게 깎아 낼 수 있는 풍화된 바위이다. 이런 암석을 비석비토라고 부르는 사람들이 있는데 이는 푸석바위를 잘 표현한 말이다. 

 

 

풍화와 기후 및 지형

 

기후는 암석 풍화에 큰 지배력을 가지고 있다. 비가 많은 열대 지방의 암석은 기계적 풍화작용을 받지 않으나 오랜 화학적 풍화작용의 결과로 곳에 따라 Al이 집중된 흰 보옥사이트로 된 토양 및 Fe 가 집중된 빨간 라테라이트(laterite) 로 된 토양이 발달된다. 풍화는 깊은 곳에 까지 이르러 지하 약 100m 까지 굳은 암석을 볼수 없는 곳이 많고 식물의 양분이 될 암석의 성분은 모두 용해되어 제거되어서 식물이 거의 살 수 없게 된다. 석회암 지대는 동굴이 많고 거친 지형을 나타낸다. 온대 지방에서는 물의 동결이 일어나는 겨울이 있으므로 기계적인 풍화와 화학적인 풍화의 세력이 비슷하다. 비가 많이 내려도 점토광물 (粘土鑛物)은 보옥사이트로 변하지 않고 지하에 모여 점토층을 만든다. 건조한 온대 지방에서는 심성암이나 변성암보다 석회암이 높은 지형을 만드는 것은 석회암이 기계적 풍화에 강하기 때문이다. 한대 지방에서는 기계적인 풍화가 우세하고, 화학적 풍화는 거의 일어나지 않는다. 절벽 밑에는 큰 돌조각이 많으며 돌부스러기는 산화되지 않으므로 붉은 색이나 노란 색을 보여 주지 않고 원래의 색을 그대로 가지고 있다. 한대에서는 석회암이 가장 저항이 큰 암석으로 산맥을 형성한다.

 

 

토양

 

토양의 정의

암석이 기계적 및 화학적인 풍화작용과 생물의 작용을 충분히 받아 작은 알갱이들로 변하여 대체로 그 자리나 가까운 곳에 남아 있어 유기물을 포함한 것을 토양(土壤: soil)이라고 한다. 그러므로 멀리 운반된 강 바닥이나 사막의 모래와 자갈을 토양이라고 부르지 않는다. 그러나 이들도 오랫동안 더 풍화되고 식물이 자라게 되면 토양으로 변한다.

다른 분야의 과학자들과 기술자들은 지표의 굳지 않은 암석의 크고 작은 부스러기를 모두 토양이라고 하며, 지질학자는 이를 표토(表土:regolith)라고 하여 농학에서 말하는 토양과 다른 모든 알갱이로 된 물질을 가리킨다. 토양을 연구하는 과학을 토양학 (pedology) 이라고 한다.

 

 

생성 요인

토양 생성의 주요한 요인으로 다음의 다섯 가지가 있다. 즉 암석이나 운반되어 온 돌부스러기 ·기후· 식물지면의 기울기 · 시간이 그것이다. 같은 기후 조건 밑에서도 암석이 다르면, 토양의 종류가 달라진다. 또 같은 암석일지라도 기후와 그 위의 식물이 다르면 전혀 다른 토양이 생성된다. 지면의 기울기는 빗물이 지면을 씻어 내리는 속도와 물이 빠지는 속도를 결정하여 풍화의 정도와 토양의 종류를 결정한다. 시간은 상대적인 의미를 가지는 것으로서 토양을 구별할 수 있는 특징으로 오랜 토양 또는 새로운 토양이라고 부른다.

 

 

토양단면

암석의 풍화로 생긴 토양이 모여 쌓인 표토의 두께가 수십 cm 내지 100 cm 이상에 달하고 위에서 제거되는 두께만큼 밑으로 풍화가 진행되면서 시간이 지나면 토양층에는 지표에 평행하게 성질을 달리하는 몇 개의 층이 생기게 된다. 이런 모양은 땅에 판 깊은 도랑이나 홍수 때에 패인 낭떠러지에서 관찰되는데, 이렇게 토양의 층들이 위에서 밑까지 잘 나타나 보이는 좁고 긴 면을 토양단면 (土壤斷面 : soil profile)이라고 한다.

어떤 토양단면이 이루어지는 데는 암석이 상당한 깊이 (보통 1m 이상)까지 풍화되어야 하며, 풍화된 토양층은 산화작용으로 원암(原岩)의 색과 관계 없는 색을 가지게 된다. 동시에 진행된 탄산화작용은 토양단면의 상반부에서 석회분 (CaCO₂)을 제거해 버리고 윗쪽에서 생성된 점토광물 (粘土鑛物)과 Fe 의 화합물을 지하 0. 3~0. 9 m 사이에 집중시킨다. 부식 (腐植)을 포함한 검은 층은 지표 밑 0.2m 까지에 생긴다.

이렇게 이루어진 토양단면에서 점토광물과 Fe 의 화합물이 집중된 중간의 층을 'B' 층('B' horizon)이라고 부르며, 그 아래의 층을 'C'층, 그 위의 층을 ‘A’ 층이라고 부른다.

토양의 분류

토양의 색·화학적 성질·입도(粒度)·기타 특징으로 토양단면은 여러 층으로 나누어 지며, 각 층의 특징을 비교하여 토양이 분류된다. 토양단면은 전기 한 ‘A’, ‘B 및 'C' 외에 ‘0’층 및 'R' 층을 각각 ‘A’ 층의 상부 및 ‘C’ 층의 하위에 추가할 수 있는데 ‘0’ 층은 부식이 가장 많은 ‘A’ 층 최상부의 유기물층(organic horizon)을 가리킨다. 'R'층은 암석으로 된 부분이다.

토양단면에 나타난 여러 층의 발달의 정도로서 토양은 10 종으로 나누어진다([표 6-2] 참조). 이들의 각각은 다시 더 작게 나누어지며 전체로 약 40 아종(亞種)으로 된다. 이 분류는 최근 미국 농림부(U.S.Department of Agriculture)에서 채택된 것으로서 그 내용이 포괄적이다. 아직 이 분류법을 사용한 세계의 토양분포도(土壞分布圖)가 작성되어 있지 않으나, 이것에 의한 지도가 작성되면 세계 각지의 풍화작용에 의한 지역적 및 기후적인 내용이 더 자세히 표현될 수 있을 것이다.