대양저 퇴적물

대양저퇴적물

대양저퇴적물에는 크게 두 가지가 있다. 하나는 육지에서 생겨난암석의 풍화생성물이고, 다른 하나는 물에 녹아 있는 물질이 생물에 의하여 또는 화학적으로 침전된 것이다. 물론 이 밖에 소량이지만 화산 폭발로 공급된 물질. 마그마에서 공급된 물질. 우주진(宇宙塵)·운석 (隕石)이 있다. 대양저퇴적물의 두께는 1950년경까지 평균 7km로 계산되었으나 실제로는 이보다 훨씬 얇다. 대양저산맥 정선 부근에는 퇴적물이 거의 없고 정선부에서 멀어져 감에 따라 점점 두꺼워져서 500m 내지 1,000 m 에 달하게 된다. 그러나 육지에서 다량의 퇴적물을 공급받는 대륙대에서는 10, 000m에 달한다.

 

 

1. 퇴적물의 운반

유수는 약 300억 톤의 뜬짐과 약 30억 톤의 밑짐을 하천을 통하여 운반하여 굵은 입자를 대륙붕 또는 그 가까이에 퇴적시키고 이 곳을 통과한 물질은 대륙사면 또는 대륙대에 퇴적된다. 대륙붕의 너비가 좁은 곳에서는 바로 협곡을 흘러서 심해평원에 들어간다.

대양저의 퇴적물은 그 대부분이 바람·빙하·하천의 작용으로 운반된 것이다. 건성 지대에 일어나는 센 바람에 불리는 먼지가 바다로 운반되는 경우와 건성 지대가 아니라도 건조한 계절에 일어나는 강풍으로 먼지가 떠올랐다가 가까운 대양에 떨어질 가능성을 생각할 수 있다. 극히 작은 먼지는 오랫동안 공중을 떠다니다가 비가 내릴 때에 비에 씻겨서 떨어진다. 큰 화산 폭발로 많은 먼지가 대기 중에 공급되고 성층권에까지 올라가면 이는 온 지구를 덮게 되고 천천히 가라앉아서 그 대부분이 해양에 떨어진다. 높은 산지에서 흘러내리는 빙하가 돌덩어리·모래 ·돌가루를 운반하여 직접 바다로 흘러들어 빙산이 되어서 떠돌아다니는 동안에 포함하고 있던 돌부스러기를 해양저에 떨어뜨리게 된다.

 

 

2. 대륙붕퇴적물

대륙붕에는 주로 강물로 운반된 자갈·모래·미사·점토가 쌓이고 녹은짐의 형태로 운반된 석회분이 침전하여 석회암도 퇴적된다. 대륙붕은 빙기(氷期)에 그 대부분이 육지로 변하였다. 그러므로 붕단(柳端)부근까지 강물이 흐르며 굵은 입자로 된 퇴적물을 공급하였고 이들은 대륙사면을 지나 대륙대까지 운반되었다. 대륙붕에는 빙기 때의 지형과 퇴적물이 아직도 남아 있다.

 

(1) 대륙사면

구배가 느린 곳에는 퇴적물이 쌓여 있으나 협곡에는 기반암이 노출되어 있다. 퇴적물은 모래 · 미사 · 점토이며 이들이 저탁류로 휩쓸려 들어가서 그 기슭에 심해저 선상지를 형성하거나 더 멀리 퍼져서 대륙대에 퇴적물을 공급한다.

 

(2) 대륙대

대륙대는 대부분 대륙사면의 협곡을 통하여 저탁류로 공급된 모래·미사·점토로 된 퇴적물이 두껍게 쌓인 곳이다. 그 두께는 10, 000 m 내지 15, 000 m에 달하는 경우가 있다. 대륙대의 깊이는 심해에 속하지만 저탁류는 대륙붕의 퇴적물을 공급한다. 이른바 지향사퇴적물이 천해에 쌓인 지층으로 오인되어 온 것은 이 때문이다. 대륙대의 퇴적층은 저탁류로 운반되어 쌓인 저탁암(底濁岩:turbidite)으로 되어 있고 곳곳에 심해퇴적물이 끼어 있다.

 

 

3. 심해퇴적물

위에서 말한 운반 방법으로 바다에 들어간 입자들의 약 10%는 대양저로 들어가 퇴적된다. 심해저의 퇴적물이 가장 먼저 조사된 것은 19세기 말엽이었다. 1870 년대에 챌린저 (Challenger)호가 세계의 바다에서 채취한 표품은 육안으로 감정되어 육원퇴적물(陸源堆積物)·갈점토(褐粘土:brown clay)·석회질연니(軟泥:ooze)·규질연니로 크게 구분되었다.

 

 

육원퇴적물은 육지에서 공급된 모래와 점토의 크기를 가진 퇴적물로서 주로 대륙붕에 쌓여 있으나 저탁류로 대륙사면을 거쳐 심해저에까지 운반되어 들어간다. 갈점토는 원양성(遠洋性)점토로서 적색 내지 갈색을 띠며 석회분이 30% 이하인 퇴적물이다. 그 색이 붉으므로 적점토(赤粘土:red clay)라고도 불린다. 갈점토의 분포는 주로 4, 000 m 보다 더 깊은 곳에 국한된다. 주성분은 점토광물·석영·운모로서 육지에서 공급된 풍화생성물이고 이에 화산회와 FeOs 가 섞여 있다. 갈점토가 갈색을 띠는 원인은 철분을 포함한 극세립 물질이 천천히 가라앉는 동안에 완전히 산화된 결과로 생각된다. 갈점토 속에는 석회질인 부유생물의 껍질이 적다. 이는 깊은 바닷물이 CaCO3 에 대하여 불포화(不飽和) 상태에 있으므로 해수 중을 낙하하는 미생물의 껍질이 용해되어 버리기 때문이다. 이렇게 석회질 껍질이 녹아 버리는 깊이를 탄산칼슘 보상심도(補償深度:carbonate compensation depth, 약자는 CCD)라고 한다. CCD 는 적도 부근에서 4, 500~5, 000 m 이며 양극으로 갈수록 감소하여 3,000~3, 500m에 이른다.

석회질연니는 30% 이상의 석회분을 포함하는 퇴적물로서 생물의 굳은 부분이나 골격을 많이 포함한다. 해수면의 온도가 높아서 유공충, 코콜리스,기타 부유생물이 많이 사는데 이들이 죽으면 석회질인 부분이 바다 밑으로 눈처럼 떨어져서 무기적인 점토 중에 30% 이상이 섞이게 된다. 이것이 석회질연니이다.

규질연니는 대부분 SiOz 로 된 미생물의 작은 골격으로 이루어진 연니로서 해면(海面)에 석회질 껍질을 가진 생물이 많지 않거나 CCD가 커서 (3, 000~5, 000 m 이상) 석회질인 껍질이 용해되어 버릴 만큼 깊은 해저에 퇴적된 것이다. 그러나 최근까지 조사된 바에 의하면 심해저퇴적물의 종류는 위의 분류처럼 간단하지 않다. 그러나 심해저퇴적물의 근원과 운반 방법에 중점을 두면 다음의 두가지로 크게 나누어진다.

 

(1) 원양생물기원 퇴적물

생물의 석회질 및 규질 껍질이나 골격·유기물·인산화물로 된 생물의 유해 (遺骸)를 주로 하는 퇴적물로서 여러 가지 연니가 이에 속한다.

 

(2) 원양무기적 퇴적물

대양의 생물과는 관계가 없는 퇴적물로서 이는 다시 다음 두 종류로 나누어진다.

① 원양성쇄설물(遠洋性碎屑物:pelagic sediment): 바람이나 화산 폭발로 하늘 높이 올라갔다가 천천히 낙하하여 바다에 떨어진 먼지와 화산회,우주진,화학적 침전물이며 아주 느리게 가라앉는 동안에 해수의 화학적 작용을 받아 변질된 미립자들, 대륙에서 대륙붕과 대륙사면을 지나 저탁류나 심해저의 해류로 운반된 퇴적물로서 모래·미사·기타의 미립자로 되어 있는 것.

 

② 원지퇴적물(原地堆積物:indigenous deposit) : 대양저 범위 안에서유도된 퇴적물로서 해저화산 분출물에 바닷물이 작용하여 생긴 물질, 해저의 열수분출공에서 방출된 여러 가지 원소들, 퇴적물 중의 물질이 재형성 (再形成)된 것, 해면 위에 노출되어 풍화를 받은 화산체와 산호초의 풍화생성물.

원양생물 기원의 퇴적물 중 석회질인 것으로 중요한 것은 유공충의 껍질, 코콜리스 (coccolith) 및 익족류(翼足類:pteropod)의 껍질이다. 예외는 있으나 대양저에서 높은 지형을 이루는 대양저산맥 사면에 석회질연니가 많으며, 깊어질수록 그 함유량이 적어진다.규질인 물질로 중요한 것에는 규조(珪藻:diatom)와 방산충(放散蟲: radiolaria)이 있다. 이들은 작고 구조가 섬세하나 잘 녹지 않고 이들 규질물은 주로 고위도 지방의 심해저와 적도 밑의 태평양저에 많이 쌓여있다.

인산화물(燐酸化物)로서는 동물의 뼈와 이〔〕가 있으나 심해저에 도달하기 전에 대부분이 녹아 버리므로 퇴적물로서는 양적으로 아주 적다. 또 유기물도 생물의 먹이로 되어 버리고 대부분이 없어지나 산소가 부족한 해저에는 5% 정도 퇴적물에 포함된다. 심해저퇴적물 중의 유기물 함유량은 1% 이하이다. 무기적퇴적물로서 중요한 것은 점토광물인 고령석·일라이트(illite)·몬모릴로나이트 (montmorillonite, 스멕타이트:smectite 라고도 함)이다. 앞의 둘은 육지에서 공급된 것이나, 뒤의 것은 화산유리가 바닷물의 작용을 받아 만들어진 것으로 생각된다.

 

작은 석영 입자는 북극과 남극 부근에 많다. 이는 빙하로 운반된 돌가루일 것이고 사하라 (Sahara) 사막 서쪽 바다에 많은 석영 입자는 바람에 불려 들어간 것으로 보인다. 대양저화산에서 공급된 물질로는 현무암질인 화산암편·화산유리가 있고 또한 이들에 뜨거운 물熱水]이 작용하여 만들어진 변질광물들이 있다.

 

 

4. 망간단괴 (manganese nodule)

심해저에는 Mn, Fe를 많이 포함한 단괴가 흔하다. 단괴들은 수십분의 1mm 이하의 작은 것으로부터 850kg에 달하는 것까지 있다. 망간단괴는 심해저 중 점토와 CaCO3의 퇴적이 적게 일어나는 곳에 많다. 단괴의 평균 화학 성분은용액의 상태로 육지에서 공급된 것 및 해저에서 분출된 화산에 의하여 공급된 것의 두 종류가 있을 것이다. 예외적으로 빨리 성장하는 경우도 있으나, 대부분의 단괴는 100만 년에 5~10 mm 의 비율로 자라남이 방사성 동위 원소로 측정되었다. 단괴는 해저면에 많으나 퇴적물 속에 묻힌 것은 극히 적다.

 

 

5. 흔적원소(痕跡元素:trace elements)

1% 내외 또는 그 이상 되는 원소는 흔히 발견되는 것이지만, 다른 원소들은 그 분량이 아주 적다. 그러므로 이들을 흔적원소라고 한다. 해저에는 세립질 퇴적물이 많으며 그 표면에는 물에 녹아 있던 금속원소가 흡착되는 경우가 많다. 특히 퇴적물의 입자가 작아지면 표면적이 커지므로 원소의 흡착률이 커진다. 점토질 해저퇴적물 중에 들어 있는 Co의 양은 대서양저산맥에 많음이 알려져 있다. 이 곳에는 가장 세립질인 점토가 모이기 때문 플랭크톤의 체에 Co의 함량이 높다. CaCO3를 제거한 표 내의 흔적원소품의 Co함량은 대서양저산맥에서 160~320ppm 이고 육지에 가까운 곳에서는 2~20 ppm이다.

 

 

6. 퇴적 속도

후빙기에 대서양저에 퇴적된 점토의 양을 측정하여 본 결과에 의하면 남미 북부의 동해와 북미의 동해에는 1,000 년 동안에 22 gr/cm², 대서양저산맥에는 0.5gr/cm²의 비율로 쌓였음이 C" 연령 측정 결과로 알려졌다. 이는 각각 1,000 년 동안에 10 mm 및 2.5mm 정도의 두께로 점토가 쌓인 셈이 된다. 다른 퇴적물과 합한 퇴적 속도는 이보다 클 것이다.

그러나 좀더 깊은 곳의 심해퇴적물의 퇴적 속도는 C의 방법으로 측정이 불가능하다. 그러므로 반감기가 84, 000 년인 200Th (이오늄)이 사용된다. 280Th은 바닷물 중에 녹아 있던 230U 이 붕괴하여 만들어진 것이며, 이는 점토에 흡수되어 일정한 비율로 해저에 퇴적된다. 그러므로 심해저의 230Th 포함량은 일정하고 깊이 들어갈수록 230Th의 양은 적어진다. 해저퇴적물 속에는 반감기가 긴 232 Th도 포함되어 있다. 그러므로 230Th 과 282Th의 양적 차이를 측정하면 위의 퇴적물과 밑의 퇴적물의 연령을 측정할 수 있고 그 차이로부터 퇴적 속도를 알아 낼 수 있다. 실제로 측정한 결과에 의하면, 남태평양의 심해저퇴적물의 퇴적속도는 1, 000 년에 0.5mm, 북태평양의 심해에서는 1,000년에 1mm이며, 대륙에 가까와질수록 값이 커진다.