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계정을 잊어버리셨나요?

by 성종규 Oct 21. 2016

석회동굴은 어떻게 만들어지나

지하수는 석회암, 대리암으로 이루어진 지역에 암석을 녹인다

강원도, 경상북도 지방에는 석회동굴이 잘 발달하여 있다. 이런 석회동굴은 어떻게 만들어지는 것일까?

석회동굴이 나타나는 지역에는 석회암, 백운암, 대리암이 나타난다. 이 암석들은 어떤 공통점이 있을까? 이것들에 공통으로 나타나는 광물은 방해석이고, 석회암, 대리암은 거의 대부분이 방해석으로 구성된다. 방해석은 탄산칼슘(CaCO3)으로 된 광물이다. 백운암은 석회암에 마그네슘(Mg) 성분이 많이 포함되어 화학식이 (CaMg)CO3으로 표시된다.

탄산칼슘은 그 자체로는 물에 잘 녹는 것은 아니다. 그러나 물과 오래 접촉하여 풍화된 부분은 쉽게 물에 용해되거나 작은 알갱이로 떨어진다. 또는 약한 산성을 띠는 빗물에는 반응하여 녹을 수 있다.

CaCO3(탄산칼슘) + H2O(물) -> Ca(HCO3)2(탄산수소칼슘)

위 반응식에서 약한 산성의 물에서 만들어진 탄산수소칼슘은 물에 쉽게 용해가 된다. 물에 녹거나 작은 알갱이 상태로 떨어져 나오면 공간이 생기고 그것이 점점 넓어지면 지표에는 구덩이를 만들고 지하에는 동굴을 만들 수 있다.

Ca(HCO3)2 -> CaCo3 + H2O

위 반응식과 같이 탄산수소칼슘으로부터 물이 빠져나가면 다시 탄산칼슘이 된다. 이런 과정으로 물에 녹아 있던 석회암이 다시 석회암이 되어 침전되기도 한다.

석회암 지대의 지형

석회동굴이 나타나는 지역에서는 지표에서도 특징적인 형태의 지형이 나타난다. 이런 지형을 카르스트(karst) 지형이라고 한다.

카르스트 지형

카르스트 지형에서 나타나는 대표적인 지형으로는 테라로사, 돌리네, 우발라, 석회동굴 등이 있다.

테라로사

돌리네

테라로사(Terra rossa): 석회암이 용해되어 탄산칼슘은 제거되고 규산, 철, 알루미늄의 산화물 등으로 이루어진 붉은 점토질 토양

돌리네(Doline): 석회암 중의 갈라진 틈으로 이산화탄소를 포함한 빗물이 스며들어 석회암을 녹여서 형성된 깔때기 모양의 웅덩이

성류굴 주위의 암석. 동전이 놓여진 부분의 광물은 방해석이다

비가 내리면 대개 지표로 흘러 강물과 호수를 이루고, 일부는 지하로 흘러들어 지하수를 이룬다. 빗물은 공기 중의 이산화탄소를 녹여 약한 산성을 띠게 된다. 석회암 등 방해석으로 구성된 암석은 산성 용액에 반응하여 거품을 내며 녹는다. 따라서 이산화탄소가 녹은 물이 석회암 지대의 틈 사이를 오랜 세월 흐르면 지하의 석회암이 녹아 석회암 동굴(석회동굴)이 생생된다.