산의 일생

가끔 지진이나 화산활동의 이변이 있기 전에는 억년의 시간을 두고 山은 태어나고 변하고 죽어 다시 태어나곤 한다. 그 영겁의 느긋한 시간 속에 산은 쉼없이 변해가고 있다. 백년을 못살 인생 속에 인간이 늙어가듯 6억년 전에는 백두대간이나 시울시가지도 바다였다는 상전벽해(桑田碧海)의 신비를 캐본다.

 

 

 

산은 도대체 어떻게해서 만들어지는 것일까? 

우리가 살고있는 지구 표면에는 많은 요철이 있어 그중 높은 곳이 산이다. 지하에서 분출한 용암이나 화산재가 쌓여서 된 백두산, 한라산과 같은 화산이 있다. 그러나 화산은 하나의 산으로서 높게는 되지만 큰 산맥을 만들지는 못한다. 히말라야, 알프스, 록키, 안데스 등의 세계의 지붕으로 불리우는 대산맥은 거의 모두가 바다에서 두텁게 쌓여서 된 퇴적 지층이 압력에 의한 심한 지각변동을 받아 습곡이나 단층들이 생기면서 큰 산맥을 이룬 것이다.

 
1977년 대한산악연맹 에베레스트 원정등반 때 채집해 온 해발 8,000m 부근의 암석이 바로 바다에서 퇴적된 석회암이었음이 입증되었다. 에베레스트 정상에 분포하는 지층 속에서 바다에서 살았던 동식물의 화석이 발견되고 있는 점에 아무도 놀라지 않고 받아들인다. 한반도의 태백산, 서울시가지도 선캄브리아기(6억년 이전)에는 바다속에 잠겨있었다는 사실이 지질학자들에 의해 밝혀졌다. 이같은 사실들은 모두 지각은 지구의 탄생이래 끊임없이 변해왔고, 한시도 쉬지않고 변동하고 있슴을 말해준다.

 

산악의 형성에 대해 1800년부터 현재에 이르기까지 많은 학설이 생기기도 하고, 버려지기도 했다. 그러나 과학의 발달과 더불어 지질학에서도 챌린저(Challenger)호에 의해 신비의 해저 지형의 베일이 벗겨지기 시작했고, 지진파탐사, 중력탐사, 전기탐사 등의 지구물리탐사와 지하수, 지하자원, 석유자원탐사 등을 위해 실시된 지하심부 시추에서 심부의 물질을 볼 수 있게 되었고, 고지자기연구에 의해 대륙의 공간적 이동이 입증되었고, 지표정밀조사, 측지위성, 위성사진 등에 의해 지표면은 더욱 자세히 조사되었다. 

 

특히 1960-1970년대에 '지구과학의 혁명기'라 불리울 정도로 급속한 발전이 있어 고전적인 베거너(Vegener)의 대륙표리설에서 더욱 발전되어 대양저확장설, 판구조론의 학설이 새로 정립되어 과거에 해결치 못했던 산맥의 성인(成因), 지진의 발생 및 화산의 폭발 등을 포함한 여러 가지 지질학적 문제들이 풀려나가게 되었다. 그러나 조산운동의 해석에 있어 수십억년동안에 일어난 지질학적 자연현상을 불과 100만 년 전에 등장한 우리 인간이 해결하기에는 역부족이긴 하지만 자연의 신비, 산악의 형성사를 캐기 위해 지질학자들은 여전히 높은 산을 오르고 있다.

 

대륙의 구조

산악의 형성과정을 알기 위해서 우선 산속에 무엇이 어떤 상태로 들어 있는지를 알아야 한다. 지구의 평균밀도(5.56g/㎤)와 지표암석의 평균밀도(2.5g/㎤)를 비교해 봄으로써, 우리는 지구의 내부는 밀도가 높은 물질로 되어 있는 것임을 쉽게 추정할 수 있다. 또 지구 내부로 지진파 P S파를 통과 시켜본 결과 50~80km,  2,900km,  5,100km 길이에서 지잔파의 속도변화가 관측되어 지각, 맨틀, 외핵, 내핵의 지구 구조를 알게되었고, 이중 외핵만은 물질의 상태가 액체임을 추정하게 되었다.

지구내부의 성분을 조사하기 위해 태양계에서 떨어져 나온 지구와 같은 기원의 운석을 연구하여 핵은 Fe,Ni의 혼합물로 이루어졌음을 알게 되었다. 지각은 크게 대륙지각(시알층)과 대양지각(시마층)으로 구분되며, 대륙지각은 주로 도봉산과 백운대에 있는 암석과 같은 화강암질로 이루어져 있고, 두께는 150km에 달하는 곳도 있으나 대양지각은 제주도에서 산출되는 검은 암석과 같은 현무암석으로 되어 있으며, 10~30km의 두께를 가지고 있다. 이들 지각이 맨틀, 특히 상부 맨틀의 유동성이 큰 아스노스페어(저속도충이라고도 함) 위에 떠 있다.

 

 

그림에서 보는 바와 같이 지구 전체로 볼 때 지각은 얇은 판으로 생각할 수 있다. 지각의 형성과정을 보면 30억년 전에는 큰 아세노스페어(저속도층) 위에 떠 있다. 그림과 같이 지구 전체로 볼 때 지각은 얇은 판으로 생각할 수 있다. 지각의 형성 과정을 보면 30억년 전에는 지각이 아주 얇았고, 주로 필로우현무암이나 규산질 화학적 퇴적물로 되어 있었으며, 이 때는 바다가 지구 전체를 덮고 있었을 것이다.

 

그후 현무암질 지질이 맨틀속으로 기어들어가 부분적으로 녹아 안산암질의 화산이 형성되었고, 이 화산이 해수면 위로 올라온 후 침식되어 육성퇴적물을 만들고, 마그마의 분화에 의해 맨틀에서 최초의 화강암이 형성되었다. 지각을 관입한 화강암은 돔처럼 부풀어 오르고 변형되며, 화강암 주위에는 마그마타이트를 형성하고, 지각의 함몰된 부분에는 분지를 형성해 퇴적물이 퇴적되어 만들었다. 이같이 만들에진 대륙은 선캄보리아기의 암석으로 된 안정대륙인 순상비(Shield)를 대륙의 핵으로 해서 그 주위에 습곡산맥들을 만들었으며, 이는 모두 고생대 이후 6억년 동안에 형성된 것이다.

 

산지의 분류

산은 일반적으로 습곡산지(Fold mountain), 화산산지(Volcanic mountain), 단층블럭산지(Fault block mountain)로 분류된다.

 

습곡산지

습곡산지는 그 구조가 아주 복잡하며, 수백km 폭에, 연장도 수백Km에 이르며, 단층작용, 변성작용, 화성활동이 수반된다. 좋은 예로 아팔라치아, 알프스, 우랄, 히말라야, 카파시안 등을 들 수 있고 이들은 주로 중생대와 신생대에 만들어진 것이다. 이들 습곡산맥은 주로 지향사(Geosyncline) 지역에서 발전되어 형성된 것이다.

 

그러면 지향사는 무엇이며, 어떻게 습곡산지로 변해가는 것일까? 지향사란 대륙에 인접한 얕은 바다에서 오랜 지질시대를 통하여 이 지역이 천천히 침강하면서 계속 두터운 퇴적층이 쌓인 지역을 말한다. 이같은 예로 아팔라치아, 알프스, 캐나디안 록키산지와 우리나라의 옥천지향사를 들 수 있다.

 

알프스에서는 심해기원의 해성화석이 많이 산출되었고, 아팔라치아는 얕은 깊이에서 퇴적된 현상들이 관찰되었다. 지향사 퇴적물의 특징은 해양특성과 퇴적물이 두텁다는 것을 들 수 있다. 그래서 이 지역은 가라앉게 되어 그림과 같은 과정을 밟아 습곡산지를 만들게 된다. 이런 습곡산지는 주로 46억년 전 지질시대를 통하여 크게 세 개의 시기에 형성되었다.

 

 

약 5억년 전부터 3억8천만년 전까지 형성된 칼레도니아 조산운동,  3억4천만년 전에서 2억4천만년 전까지 형성된 바리스칸 조산운동, 1억5천만년 전부터 현재까지 형성되는 알프스 조산운동이며, 각 시기에 형성된 산맥의 위치와 시대는 그림과 같다.

 

 

화산산지

남미 안데스와 같이 많은 습곡산지 역시 화산암을 많이 가지지만 융기와 더불어 주로 습곡, 단층작용을 많이 받았다. 그러나 여기서 화산산지란 하와이 처럼 단순히 화산분출에 의해서 만들어진 것을 말하며, 해수면 위로 솟은 것도 있고, 해수중에 잠겨 있는 화산도 많다. 이와 같은 산지를 호상열도(Island arc)라 부른다.

 

판구조론에 의하면 대양지각판이 기어들어가는 부분(Subduction zone, 또는 Benioff zone이라고도 부름)에 안산암질 및 현무암질의 화산섬을 형성하게 된다, 호상열도 중에는 연장이 2000Km 이상 되는 곳도 있으며, 알류산열도, 캄챠카에서 쿠릴, 일본에 이르는 곳과 수마트라 - 자바 - 소앰바 - 티모르섬에 이르는 지역이 좋은 예가 된다.

단층블럭산지

세계의 도처에서는 산맥이 주위의 평원과 고립되어 나타나는 곳이 있다. 정단층에 의해 큰 지괴가 상하로 이동되어 높은 곳이 산맥을 이루고 있는 지역을 말한다. 네바다, 유타 서부, 오레곤, 아리조나, 캘리포니아 일부를 잇는 베이진과 레인지 지역(Basin and Range Province)이 대표적인 예이다. 이 지역은 2천5백만년 전부터 강렬한 화산작용이 일어남과 동시에 30 ~ 40Km 폭의 블럭이 연장 150Km에 이르는 정단층에 의해 지괴가 갈라지게 된 곳이다.

 

조산운동의 종래의 학설

오늘날 지각을 구성하고 있는 판(Plate)들이 맨틀 위에서 움직이고 있다는 사실이 여러 연구자들에 의해 확인 되었지만 대륙의 이동에 관한 이야기는 1858년 안토니오 슈나이더 펠레그리니가 '창조와 그 신비한 폭로'란 저서에서 노아의 홍수기에 미주대륙이 대서양을 경계로 갈라져 나갔다고 처음 발표했을 때부터 시작된 것이다.

 

그 후 1930년11월 그린랜드 빙상에서 소식이 끊긴 유명한 연구자 베게너는 거대한 초대륙인 汎大陸(Pangea)이 중생대부터 계속 갈라지기 시작했다는 가정을 해 오늘날 '대륙표리설'의 중요한 기설이 된 것이다. 

 

19세기 말 지질학의 시조라 불리는 수에스(Suess)는 사과가 마르면 쭈글쭈글 주름이 잡히듯이 지구가 수축해짐에 따라 산맥이 형성되었다는 '지구수축설'을 주장하였으나 높은 산악이 지구상 특정지역에만 편재 분포하는 사실을 설명할 수 없었고, 적어도 최근 20억년간 지구가 냉각했다는 이유가 명백히 없었으므로 수축설은 깨어지고 말았다.

 

그 후 같은 같은 오스트리아의 지질학자 암펠러는 지각 하부의 맨틀 중에 고온의 마그마 중에서 온도차가 생기면 그것을 평균화 시키려는 대류가 생겨 대양저를 끌어올리거나 낮추거나 한다는 '하층류설'을 제창하였다. 이 설은 복잡한 지질구조를 가지는 알프스산맥을 설명하는데 크게 기여했다.

 

지진학, 심부시추, 대양저연구에 의해 지각은 유달리 대양저에 무수한 지구(地溝)가 있어 잘려져 있다는 것이 알려지고, 지구는 옆으로 끌어당기는 운동으로 넓어져 지구(地球)도 우주의 팽창과 같이 천천히 팽창하고 있다고 생각하게 되었다. 이를 물리학자인 파르카르 요르단이 '지구팽창설'이라 이름 붙였다.

 

또 스위스의 지질학자 슈다트는 알프스 조산운동을 설명하기 위해 지구자전에 의해 생긴 원심력이 작용해 무거운 대륙덩어리는 관성에 의해 반대 방향으로 향하고, 즉 서쪽으로 편운동을 하여 남북아메리카 서쪽에 발달한 산맥과 알프스, 히말라야산맥이 형성되었다고 하였다. 또한 한스 왈프칸 워더리히 등은 1950년 소성(塑性)인 맨틀내에 내류설을 정립해 지각의 확대, 수축운동을 설명했다.

 

그 후 1965년에 미국의 지질학자 월슨은 지구과학의 혁명이라고 불리우는 새로운 '지구구조론'(New Global Tectonics) 또는 '판구조론'(Plate Tectonics)이라 불리우는 놀라운 학설을 발표해 산악의 형성과정, 지진의 발생, 화산폭발, 변성작용, 화성작용, 광화작용 등의 지질학의 많은 수수께끼를 시원하게 풀어주게 되었다.

 

판구조론이란 ?

지구에 원시대륙과 같이 해양이 출현한 이래 이들이 영구히 보존되어 왔다는 정적(靜的)인 생각과는 달리 고생대 말까지 지구상에 범대륙(汎大陸, Pangea)이라는 하나의 거대한 대륙이 있었는데 이 대륙이 오늘날의 북미, 남미, 아프리카, 인도, 오스트렐리아, 남극대륙 등으로 떨어져 나갔다는 이론이다. 이들은 100Km 내외의 두께로 된 판상지로 리소스피어(Lithosphere)라 불리우며, 이들이 맨틀내의 대류에 의해 소성(塑性)인 아세노스피어(Asthenosphere,저속도층) 위를 미끄러져 상호 이동하게 된다. 지각은 크게 유라시아판, 태평양판, 아메리카판, 아프리카판, 오스트렐리아판, 남극판들로 나뉘어지며, 이들 판들이 모자이크상으로 서로 붙어있는 것이다. 그런데 이들 판이 그림의 화살표시 방향으로 이동하는 것이다.

 

 

이와 같은 판의 이동에 의해 조산운동, 화산, 지진 등과 같은 여러 가지 지질학적인 현상들이 일어나게 되는 것이다. 따라서 판의 경계부가 아주 중요하며, 판과 판 사이의 경계는 그림1에서와 같이 서로 회합하는 경계(Convergent boundary), 서로 분리되는 경계(Divergent boundry) 및 서로 반대 방향으로 어긋나게 이동하는 수평이동단층경계(Strike Slip fault boundry)의 3형태로 구분할 수 있다.

 

판들이 서로 충돌해서 만들어지게 되는 산지는 판과 판이 서로 회합하는 경계부에 산지가 형성된다, 마주치는 판의 경계 중에서도 대양지각판과 대양지각판이 마주치는 곳에서는 태평양의 양안, 즉 남북미대륙의 서안이나 인도네시아에서 일본열도에 연하는 호상열도들이 형성된다.

 

 

마주치는 판들의 경계 중에 대륙지각판과 대양지각판이 만나는 경계부에서는 습곡산맥과 해구가 형성된다. 예로서 일본해구나 칠레해구에서와 같이 주로 현무암으로 된 대양지각이 화강암질로 된 대륙지각 밑으로 40~45˚경사로 기어들어가는 지역, 즉 판과 판이 마주치는 이 지역에서 충돌에 의해 대양지각이 맨틀 내에서 부분적으로 녹게되어 안산암질인 마그마를 형성해 안산암질 화산을 폭발시킨다.

 

또 그림3에서와 같이 이같은 지역에서 형성된 지향사지역에 두껍게 퇴적된 퇴적층이 습곡 융기되어 습곡산맥을 만들게 되어 록키산맥, 안데스산맥, 동아시아의 여러 산맥을 만들었다. 또한 판과 판이 마주쳐 기어들어가는 부분에는 가장 깊은 바다가 생기게 되는데 이것이 바로 칠레해구, 일본해구와 같은 것이다. 히말라야산맥은 서로 마주치는 판의 경계 중, 대륙지각판과 대륙지각판, 즉 인도대륙판과 유라시아대륙판이 서로 충돌함으로써 만들어진 것이다.

 

 

판과 판이 갈라지는 경계의 경우는 해저에 높은 해저산맥이 연속적으로 분포하며, 이 해저산맥을 해령(海嶺)이라고 부른다. 이 해령은 무수히 많은 단층(이 단층을 변환단층이라고 부름)에 의해 잘려져 있다. 해양지각 중 대서양 해저에는 대서양중앙해령이 발달하는데 이 대서양중앙해령은 해령의 중앙부가 양측으로 1년에 수cm까지 갈라져 그곳에서 새로운 마그마가 계속 올라와 화산체를 만들고 이들은 계속 양쪽으로 갈라져 멀어져 간다. 이를 '대양저확장설'(Sea floor spresding)이라 부른다.

 

또한 대륙지각에서는 아프리카의 지구대에서처럼 대륙지각과 대륙지각이 갈라지는 곳도 있으며, 이같은 사실은 암석이나 지층 속에 포함되어 있는 자성광물의 자화방향을 측정하는 연구, 즉 고지자기(Paleomagnetism) 연구에 의해서 잘 입증 되었다. 두 개 판이 서로 어긋나게 이동하는 수평이동단층 경계는 캘리포니아의 악명 높은 산 안드레스 단층이 좋은 예이며, 이 지역은 판의 접촉부를 따라 지진이나 화산폭발이 많이 일어나고 있다.

 

이같은 판구로론은 해변을 따라 발달하고 있는 산맥의 성인을 잘 설명할 수 있게 되었다. 비중이 큰 현무암질 암석으로 된 대양지각판과 가벼운 화강암질 암석으로 된 대륙지각판은 필연적으로 마주치게 되고, 이 마주침으로 인해 이곳에서 지진이 많이 일어나고, 화산이 많이 폭발하며, 해구, 지향사가 발달해 대륙에서 운반된 퇴적물이 두껍게 퇴적되어 이들이 횡압력에 의해 천천히 상승, 습곡되어 산악으로 형성되어간다.

 

산악의 일생

조산운동이나 화산활동에 의해서 형성된 높은 산은 비나 바람의 힘에 의해 점점 침식이 되어 그 형태가 변해 결국 평지가 된다. 이와 같은 산의 변화는 우리 인간의 성장기의 유년기 ~ 장년기 ~ 노년기로 구분되는 것과 마찬가지로 <그림5>와 같은 준평원을 이루게 되며, 다시 유년기로 돌아가 윤회를 하게 된다. 이같은 현상을 지형학에서 지형의 윤회(Geomorphic cycle)라고 부르고 있다. 우리나라의 지형은 대개 장년기 지형에 해당되며, 노년기 지형도 더러 관찰된다. 평택 평야지역과 김제 평야지역은 노년기 말의 지형으로 볼 수 있다.

 

 

미래의 산맥은 어디에 ?

위에 설명한 계속적인 판의 이름은 언제쯤 멈출 것인가? 아무도 알 수 없다. 만일 판의 이동이 계속 일어난다면 지구상의 대륙의 분포는 달라져 새로운 지도가 만들어지게 될 것임은 두 말할 나위도 없다. 디츠와 홀덴에 의하면 5천만년 후의 대륙의 분포는 <그림6>과 같이 되어, 파나마운하와 홍해는 바다가 열리어 자유로이 큰 배들이 항해를 할 수 있게 되고, 아프리카 북동쪽 대륙의 일부가 떨어져 나가게 되고, 동부 인도네시아의 수 많은 섬들은 그 자취를 감추게 될 것이므로 미리 다른 대륙으로 피난을 가야 될 것이고, 오스트렐리아와 뉴기니아 대륙은 북으로 이동해 우리나라에 아주 접근해 지정학적인 면에서 새로운 차원의 이미지를 부여해 줄 것이며, 물론 항공료도 절감될 것이 예상된다.

 

 

그러면 미래의 대습곡 산맥은 지구상에 어디에 형성될 것인가? 미래학자가 아니라 그 어느 누구도 대답하기 어려울 것이다. 불확실하지만 지질현상 중 현제 퇴적물이 분포한 지역, 즉 현재의 지향사지역을 보면 <그림7>에서와 같이 대륙연변에 연속적으로 길게 발달하므로 우리의 추론이 맞아 들어간다고 가정하면 새로운 습곡산맥은 이들 지향사지역에 만들어져 오늘의 산맥의 모습은 또다시 탈바꿈하게 될 것이므로 이런 지역이 미래의 우리 산악인들의 좋은 산행대상지가 될 것이다.   

 

 

 

 

END . . . .