지구과학1 개념 정리 1-2-1 <퇴적 구조와 퇴적 환경> (2015 개정, 지엽 및 선지 포함)

본 글에서는 퇴적암이 무엇인지, 퇴적 환경과 퇴적 구조에 대해 알아보겠다. 

 퇴적암이란 지표의 암석이 풍화, 침식을 받아 생성된 쇄설물, 물에 녹아 있는 물질, 생물의 유해 등이 쌓인 퇴적물이 다져지고 굳어져 만들어진 암석이다. 퇴적물이 쌓여 퇴적암이 되기까지의 전체 과정을 속성 작용이라고 하는데, 속성 작용은 다시 다짐 작용과 교결 작용으로 구분된다. 다짐 작용은 퇴적물이 쌓이면서 아랫부분 퇴적물이 위에 쌓인 퇴적물에 눌리면서 치밀하게 다져지는 작용이다. 이때 공극의 크기와 부피는 작아지고, 퇴적물의 밀도는 커진다. 교결 작용은 퇴적물 속 수분, 지하수에 녹아 있던 석회 물질, 규질, 산화철 등의 교결 물질이 퇴적물 사이에 침전되어 알갱이들을 붙게 하여 굳어지게 하는 작용이다. 이러한 속성 작용을 거친 퇴적암은 물밑에서만 형성되므로 화성암에 반대되는 의미로 수성암이라고도 불린다.
 
 퇴적암은 구성 물질의 기원에 따라 구분한다. 먼저 풍화, 침식 작용이나 화산 분출로 형성되는 쇄설성 퇴적암이 있다. 쇄설성 퇴적암은 주요 퇴적물의 입자 크기로 구분한다. 풍화, 침식 작용으로 형성되는 쇄설성 퇴적암은 2mm 이상의 자갈이 주요 퇴적물인 역암, 1/16mm ~ 2mm의 모래(석영)가 주요 퇴적물인 사암(변성되면 규암), 1/16mm 이하의 점토가 주요 퇴적물인 이암(층리 없음)이나 셰일(층리 있음)이 있다. 화산 분출로 형성되는 쇄설성 퇴적암은 64mm 이상의 화산탄, 화산암괴가 주요 퇴적물인 집괴암, 2mm~64mm의 화산력이 주요 퇴적물인 라필리 응회암, 2mm 이하의 화산재가 주요 퇴적물인 응회암이 있다. 그다음 화학적 퇴적암은 침전 작용으로 형성된다. 화학적 퇴적암에는 탄산칼슘이 주요 퇴적물인 석회암(변성되면 대리암), 이산화규소가 주요 퇴적물인 처트, 염화칼슘이 주요 퇴적물인 암염이 있다. 석고 또한 화학적 퇴적암에 속한다. 마지막으로 유기적 퇴적암은 동식물의 유해나 골격이 퇴적되어 형성된다. 유기적 퇴적암에는 산호, 유공충 등의 석회질 생물체가 주요 퇴적물인 석회암, 방산충 등의 규질 생물체가 주요 퇴적물인 처트와 규조토, 식물체가 주요 퇴적물인 석탄(주로 호수에서 생성된다)이 있다. 산호 등의 생물체가 퇴적된 것이 석회암이므로 석회암은 주로 따뜻한 바다에서 퇴적된다. 선지에서 퇴적암을 다룰 때 분급이 양호하다는 표현을 할 때가 있는데 이는 입자가 고르다는 뜻이다. 여기에서 중요한 점을 꼽자면 입자의 크기에 따라 구분하는 퇴적암은 쇄설성 퇴적암이라는 점이다.

 이제 퇴적암이 형성되는 퇴적 환경에 대해 알아보겠다. 크게 구분해서 육상 환경, 연안 환경과 해양 환경으로 구분할 수 있다. 육상 환경에서는 주로 쇄설성 퇴적물이 퇴적된다. 대표적으로 선상지, 강, 호수, 사막, 범람원, 빙하 등이 있다. 선상지는 부채를 펼친 모양으로, 경사가 급한 산지와 평지 사이에서 자갈, 모래 등 다양한 퇴적물이 쌓인다. 계곡과 평지가 만나는 곳이므로 물을 따라 내려오는 퇴적물이 크기에 따라 퇴적될 여유가 없으므로 분급이 불량하다. 호수는 주변의 육지나 하천을 통해 유입되는 퇴적물이 쌓이는 곳으로, 점이 층리, 건열, 연흔 등이 형성된다. 사막은 바람에 운반된 모래가 쌓여 사층리가 발달한 사암이 생성된다. 범람원에서는 사층리, 건열이 관찰된다. 빙하에서는 모난 자갈과 모래, 점토 등이 쌓여 역암이 생성된다. 각진 퇴적물이 퇴적되므로 원마도가 낮다고도 표현한다. 연안 환경은 육상 환경과 해양 환경의 사이에서 나타나는 환경으로, 대표적으로 삼각주, 조간대, 해변, 사주, 석호 등이 있다. 삼각주는 삼각형 모양의 하천과 바다가 만나는 곳으로, 사층리가 형성된다. 삼각주는 퇴적물이 크기에 따라 퇴적될 여유가 있으므로 위로 갈수록 입자가 커지는 상향 조립과 점이 층리가 나타난다. 해빈은 모래가 쌓여 모래사장을 이루고, 얕은 해안에는 연흔이 형성된다. 사층리와 사암이 나타난다. 석호는 퇴적에 의해 생긴 호수로 염분 변화가 커서 생물의 흔적이 거의 발견되지 않는다. 해양 환경은 가장 넓은 면적을 차지한다. 대표적으로 대륙붕, 대륙 사면, 대륙대, 심해저 평원이 있다. 해양 환경에서는 해안에서 멀어질수록 퇴적물의 입자 크기가 작아진다. 대륙붕은 파도와 조류의 작용으로 층리가 넓게 발달하고 연흔이 형성되기도 한다. 대륙대는 대륙붕과 대륙 사면의 퇴적물이 다시 이동하여 쌓이는 곳으로, 점이 층리가 형성된다.

 퇴적 구조에는 어떤 것이 있을까? 퇴적 구조란 퇴적 장소, 환경에 따라 퇴적암에 나타나는 특징적인 구조이다. 이를 통해 퇴적 당시의 환경을 추정하고 지층의 역전 여부를 판단할 수 있다. 사층리는 수심이 얕은 물 밑, 바람 방향이 자주 바뀌는 곳에서 나타난다. 비탈면에 층리가 기울어진 상태로 쌓이고, 사막이나 하천에서 형성된다. 사층리를 보면 과거에 물이 흐른 방향과 바람이 분 방향을 추정할 수 있다. 주로 사암에서 관찰된다. 점이 층리는 한 지층 내에서 위로 갈수록 입자가 작아지는 구조이다. 저탁류로 형성되는 쇄설성 퇴적암에서 나타난다. 빠르게 퇴적될 때 퇴적물의 침강 속도 차이에 의해 형성된다. 심해저와 수심이 깊은 호수에서 형성된다. 이때 수심이 깊은 호수는 육상 환경임에 유의하자. 주로 역암과 사암에서 관찰되며 점이 층리만 역암층에서 관찰된다. 사층리와 점이 층리는 지층의 단면 중 옆에서 바라본 수직 단면에서만 관찰할 수 있다. 연흔은 퇴적물 표면에 물결 모양의 흔적이 남은 퇴적 구조이다. 물이나 바람의 흐름이 양쪽 방향(파도)이었다면 물결 모양이 대칭적으로, 한쪽 방향(흐르는 물, 흐른 방향 추정 가능)이었다면 물결 모양이 비대칭적으로 나타난다. 수심이 얕은 물밑과 사막에서 형성된다. 주로 사암과 점토질 퇴적암에서 관찰된다. 건열은 퇴적층의 표면이 갈라져 쐐기 모양의 틈이 생긴 퇴적 구조이다. 수심이 얕은 물 밑에 점토질 물질이 퇴적된 후 퇴적물의 표면이 대기에 노출되면 건조되어 갈라지며 형성된다. 건조 기후 지역에서 형성된다. 연흔과 건열은 수직 단면뿐만 아니라 위에서 바라본 층리면에서도 관찰된다.