지하수의 지질작용

지하수의 지질작용

1. 용해작용(溶解作用:solution)

지하수는 암석 중 또는 광물 입자들 사이를 통과하며 이들의 일부를 용해하고,다른 곳에 이를 침전시킨다. 이런 용해작용을 돕는 것은 비가 내릴 때에 빗물에 용해된 CO2 가스와 물이 토양 중을 통과할 때에 흡수한 CO, 가스(박테리아의 작용으로 만들어진)이다. 이는 전술한 바와 같이 H,CO3 로 되어 암석을 잘 용해한다. 용해작용으로 만들어진 물질은 Ca, Mg, Na, K 및 Fe의 수화물·탄산염·중탄산염으로서 알칼리성인 염류가 많으므로 지하수는 약한 알칼리성을 나타낸다.

미국 노스캐롤라이나 (North Carolina)의 피먼트(Piedmont) 지방은 섬록암으로 되어 있다. 이 지방의 지하수가 녹여 내는 고형물의 양을 측정한 결과 이 섬록암으로 된 지역이 28,000 년간에 용해되어 30cm 낮아지는 계산이 됨을 알았다. 또 어떤 석회암 지대는 전 지역이 30cm 용해되어 낮아지는 데에 2,000 년 걸린다는 결과가 나왔다. 실제에 있어서는 용해작용이 어느 정도 진행되면 암석은 부스러져 떨어지므로 30cm 의 암석의 층을 용해시키는 작용만으로도 더 많은 암석을 효과적으로 침식케 할 수 있는 것이다.

 

용해작용에 있어 특히 주의할 것은 석회암·고회암.대리암으로 된 지대에 일어나는 지하수의 작용이다. 이런 지대에서는 이들 암석의 성층면 또는 절리에 따라 삼투하는 지하수가 그 통로의 암석을 용해하여 작은 틈을 만들고 이것을 점점 확대하여 큰 동굴을 지하에 만든다. 처음에는 삼투 속도가 느릴 것이므로 용해는 대단히 서서히 일어날 것이다. 구멍이 커져서 지하수의 유통이 빨라지면 동굴의 확대는 비교적 빠른 속도로 이루어질 것이다. 그러나 이런 용해작용도 전술한 용해 속도에 비추어 보아 얼마나 오랜 시일 (수만 년 내지 수십만 년)을 요할 것인가를 짐작할 수 있다.

이렇게 하여 생긴 동굴은 얕은 곳의 것부터 무너져서 지표에 원형의 요소(凹所:이를 doline 또는 sink 라고 한다)나 긴 골짜기를 만드는데 골짜기에는 샘으로 시작되었다가 돌연 스며드는 짧은 하류가 생기는 일이 있다. 이런 골짜기를 우발라 (uvala)라고 한다. 이런 특이한 모양을 가진 석회암 지대의 지형을 카르스트지형(karst topography)이라고 부른다. 이런 지형은 유고슬라비아의 카르스트(Karst)지방에 현저하다. 이런 곳의 지하수면이 상승하면 돌리네와 우발라가 침수되어 호수로 변하게 된다.

 

석회암 중에는 봉합선상(縫合線狀)의 굴곡을 보여 주는 선이 생기는 일이 있다. 이는 성층면에 따라 일어난 용해작용으로 만들어진 동굴이 압력으로 그 천정과 바닥이 합하여 선으로 남게 된 것이다. 선의 굴곡은 천정과 바닥의 요철이 압력으로 무리하게 맞추어져서 만들어진 것으로 생각된다. 이런 선을 스타일롤라이트 (stylolite)라고 부른다.

 

 

2. 침전작용 (precipitation)

지하수는 경우에 따라 그 중의 용해되어 있는 광물질 (중요한 것으로 CaCO3, SiO2, Fe2O3, 2Fe2O3.3H2O 가 있음)의 일부를 지하의 빈 곳에 침전시킨다. 이미 지하수의 용해작용으로 만들어진 동굴·틈·퇴적물 중의 공극이 후에 침전의 장소로 변하게 된다. 이 때에는 광물질이 빈곳의 내면을 얇은 층으로 덮기 시작하여 점점 그 두께를 증가하고 작은 공극은 쉽게 충진되어 버린다. 퇴적물의 공극은 광물질의 침전으로 고화되어서 굳은 암석으로 변하게 된다. 틈도 광물질이 충진되어 맥(脈)으로 변한다. 동굴이 지하수면 위로 상승하게 되면 빈 동굴 천정에 물방울이 생기고 물에 녹아 있던 석회분[Ca(HCO3)2)은 동굴 천정에 매달려 있는 동안에 약간의 CO2 가스를 잃고 소량의 CaCO3 를 침전시킨다. 이런 침전이 오랫동안 계속되면 고드름 모양의 종유석(鍾乳石:stalactite)이 생기고 그 밑에는 석순(石筍:stalagmite)이 생긴다.

 

어떤 곳에서는 용해작용과 침전작용이 거의 동시에 일어나 기존물질의 화학 성분은 변하여도 그 구조는 완전히 원형을 보존하는 일이 있다. 규화목(珪化木:silicified wood)은 그 좋은 예이다. 광물질이 퇴적암 중의 어떤 부분을 중심으로 거의 구형으로 또는 불규칙하게 침전되면 단괴 (團塊:nodule) 또는 결핵체(結核體 : concretion)를 만든다.