산은 영원할 것 같지만 실제로는 끊임없이 깎이고 있습니다. 높이 솟은 히말라야 산맥도 매년 조금씩 낮아지고, 그랜드 캐니언의 깊은 협곡은 수백만 년 동안 침식으로 만들어졌습니다. 지표의 암석을 깎아내는 과정에는 풍화작용과 침식작용이라는 두 가지 메커니즘이 있습니다. 많은 사람들이 이 둘을 혼동하지만, 사실 완전히 다른 과정입니다. 풍화작용은 암석이 제자리에서 부서지는 것이고, 침식작용은 부서진 물질이 운반되는 것입니다. 이 두 과정이 협력하여 산을 깎고 계곡을 만들며, 토양을 형성하고 지형을 변화시킵니다. 이 글에서는 풍화작용과 침식작용이 어떻게 다른지, 각각의 종류와 메커니즘은 무엇인지, 그리고 이들이 우리의 환경과 생활에 어떤 영향을 미치는지 상세히 알아보겠습니다.
풍화작용 - 암석이 부서지는 과정
풍화작용은 암석이 물리적으로 부서지거나 화학적으로 분해되는 과정입니다. 중요한 점은 암석이 원래 위치에서 변화한다는 것입니다. 이동이 일어나지 않으면 풍화작용이고, 이동이 일어나면 침식작용입니다. 풍화작용은 크게 물리적 풍화와 화학적 풍화로 나뉩니다. 물리적 풍화는 암석의 화학 성분은 변하지 않고 단순히 조각으로 부서지는 과정입니다. 가장 흔한 메커니즘은 동결 융해 작용입니다. 물이 암석의 틈에 스며들어 얼면 부피가 약 9퍼센트 증가하면서 암석을 밀어냅니다. 밤에 얼었다가 낮에 녹는 과정이 반복되면 틈이 점점 벌어지고 결국 암석이 쪼개집니다. 고산 지대나 한대 지방에서 특히 활발합니다. 온도 변화에 의한 풍화도 중요합니다. 낮에는 뜨겁고 밤에는 추운 사막에서 암석 표면이 팽창과 수축을 반복하면서 표면이 벗겨집니다. 이를 박리 작용이라고 합니다. 양파 껍질처럼 암석 표면이 층층이 벗겨지는 모습을 볼 수 있습니다. 염류 풍화는 암석 틈의 물이 증발하면서 소금 결정이 성장하여 암석을 깨트리는 현상입니다. 해안가나 건조 지역에서 흔합니다. 생물학적 풍화도 물리적 풍화에 포함됩니다. 나무뿌리가 암석 틈으로 자라 들어가면서 암석을 쪼개고, 지의류나 이끼가 암석 표면에 붙어살면서 조금씩 분해시킵니다. 화학적 풍화는 암석의 광물 성분이 화학반응으로 변하는 과정입니다. 용해는 광물이 물에 녹는 현상입니다. 암염은 물에 쉽게 녹고, 석회암도 약산성 물에 녹습니다. 석회암 지대에 발달하는 석회동굴이 용해 작용의 결과입니다. 산화는 암석 속 철 성분이 산소와 결합하여 녹이 스는 현상입니다. 철을 포함한 암석이 붉은색으로 변하는 것이 산화의 증거입니다. 가수분해는 광물이 물과 반응하여 다른 광물로 변하는 과정입니다. 장석이 점토 광물로 변하는 것이 대표적입니다. 탄산화는 이산화탄소가 물에 녹아 만든 탄산이 광물을 분해하는 현상입니다. 석회암이 탄산에 녹아 동굴을 만드는 것이 탄산화입니다. 풍화작용의 속도는 여러 요인에 달려 있습니다. 기후가 가장 중요합니다. 온도가 높고 습도가 높을수록 화학적 풍화가 빠릅니다. 열대 지방은 풍화가 매우 빠르고, 극지방은 느립니다. 암석의 종류도 중요합니다. 화강암은 풍화에 강하지만, 석회암은 약합니다. 암석의 틈이 많을수록 물과 공기가 침투하기 쉬워 풍화가 빨라집니다.
침식작용 - 물질을 운반하는 힘
물에 의한 침식
침식작용은 풍화된 물질이 중력, 물, 바람, 빙하 등에 의해 운반되는 과정입니다. 가장 강력한 침식 작용은 흐르는 물에 의해 일어납니다. 빗물이 지표면을 흐르면서 토양과 암석 조각을 씻어내는 것을 면상 침식이라고 합니다. 경사가 급한 산지나 식생이 없는 곳에서 특히 심합니다. 흐르는 물이 모여 작은 도랑을 만들면 세류 침식이 시작됩니다. 세류가 더 깊어지면 협곡이 되고, 계속 깊어지면 V자 계곡이 만들어집니다. 하천은 세 가지 방식으로 침식합니다. 첫째, 하천 바닥의 암석을 직접 깎아냅니다. 둘째, 운반되는 자갈과 모래가 하천 바닥을 긁고 깎습니다. 셋째, 물에 녹은 화학 물질이 암석을 용해시킵니다. 하천의 침식력은 유속과 유량에 비례합니다. 홍수 때 하천의 침식력은 평상시의 수백 배에 달합니다. 그랜드 캐니언은 콜로라도 강이 수백만 년 동안 침식하여 만든 거대한 협곡입니다. 깊이가 1.6킬로미터에 달하며, 강바닥에는 20억 년 전의 암석이 노출되어 있습니다. 폭포는 침식이 만드는 극적인 지형입니다. 단단한 암석층 아래에 무른 암석층이 있으면, 무른 층이 먼저 침식되어 단단한 층이 돌출됩니다. 물이 떨어지면서 아래쪽을 계속 침식하여 폭포가 점차 상류로 후퇴합니다. 나이아가라 폭포는 1년에 약 30센티미터씩 후퇴하고 있습니다.
바람, 빙하, 파도의 침식
바람에 의한 침식은 건조한 지역에서 중요합니다. 바람은 모래와 먼지를 날려 운반하는데, 이를 풍식이라고 합니다. 바람에 실린 모래 입자가 암석을 때리면서 마모시키는 것을 마식 작용이라고 합니다. 사막의 버섯 바위나 자연 아치는 바람의 마식 작용으로 만들어진 것입니다. 바람은 입자 크기에 따라 선택적으로 운반합니다. 가벼운 먼지는 멀리 날아가고, 무거운 모래는 가까운 곳에 쌓입니다. 이렇게 만들어진 것이 사구입니다. 빙하는 느리지만 강력한 침식 작용을 합니다. 빙하가 천천히 흘러내리면서 바닥과 측면의 암석을 깎아냅니다. 빙하 속에 포함된 암석 조각들이 거대한 사포처럼 작용하여 기반암을 긁고 마모시킵니다. 이를 빙식 작용이라고 합니다. 빙하는 U자 계곡을 만듭니다. 하천이 만든 V자 계곡과 달리 바닥이 넓고 측면이 가파른 것이 특징입니다. 노르웨이의 피오르는 빙하가 깎은 계곡이 바닷물로 채워진 지형입니다. 빙하가 후퇴한 후에는 다양한 빙하 지형이 남습니다. 빙하에 깎인 흔적인 빙하 조흔, 빙하가 운반하다 떨어뜨린 표석, 빙하 퇴적물이 쌓인 모레인 등입니다. 파도는 해안을 침식합니다. 파도가 해안 절벽에 부딪치면서 암석을 깎아내고, 파도에 실린 자갈이 해안을 마모시킵니다. 파도의 충격력은 상상을 초월합니다. 폭풍 때의 파도는 1제곱미터당 수십 톤의 압력을 가할 수 있습니다. 해식 절벽, 해식 동굴, 해식 아치, 시스택 같은 해안 지형이 파도의 침식으로 만들어집니다.
풍화와 침식이 만드는 지형과 영향
풍화와 침식은 함께 작용하여 지표를 변화시킷니다. 산은 융기하지만 동시에 풍화와 침식으로 깎입니다. 융기 속도가 침식 속도보다 빠르면 산이 높아지고, 침식이 더 빠르면 낮아집니다. 히말라야는 현재 융기가 침식보다 빠르지만, 오래된 애팔래치아 산맥은 침식으로 많이 낮아졌습니다. 풍화와 침식은 토양을 만드는 데 필수적입니다. 암석이 풍화되어 부서지고, 여기에 유기물이 섞이면서 토양이 형성됩니다. 토양이 없으면 식물이 자랄 수 없고, 식물이 없으면 동물도 살 수 없습니다. 풍화와 침식은 인간에게 이로운 면도 있습니다. 퇴적 작용으로 비옥한 평야가 만들어지고, 하천이 운반한 퇴적물이 삼각주를 형성하여 농경지가 됩니다. 나일강 삼각주와 갠지스강 삼각주는 풍부한 퇴적물 덕분에 인구 밀집 지역이 되었습니다. 하지만 해로운 면도 있습니다. 과도한 침식은 토양 유실을 일으켜 농경지를 황폐화시킵니다. 미국의 더스트 볼은 1930년대 대평원 지역에서 과도한 경작과 가뭄으로 표토가 날아간 재앙이었습니다. 산사태와 토석류도 중력에 의한 침식 작용입니다. 경사가 급하고 토양이 물에 포화되면 갑자기 미끄러져 내려와 막대한 피해를 줍니다. 해안 침식은 해변과 절벽을 깎아 주택과 도로를 위협합니다. 영국 동부 해안은 1년에 2미터씩 후퇴하고 있으며, 많은 마을이 바다에 잠겼습니다. 인간은 침식을 막거나 늦추려고 노력합니다. 식생을 심어 토양을 고정하고, 계단식 경작으로 물의 흐름을 늦추며, 해안에 방파제를 쌓아 파도를 막습니다. 댐을 건설하여 하천의 침식을 조절하기도 합니다. 하지만 자연의 힘을 완전히 막을 수는 없습니다. 풍화와 침식은 지구 표면을 끊임없이 재형성하는 근본적인 과정이며, 인간은 이와 공존하는 방법을 배워야 합니다. 지질학적 시간 척도로 보면 지금 우리가 보는 산과 강도 언젠가는 사라지고 새로운 지형으로 바뀔 것입니다. 풍화와 침식은 느리지만 멈추지 않는 지구의 조각가입니다.