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고생대 말인 약 2억6천만년 전 적도. 곤드와나대륙의 북쪽 가장자리에서 조용하지만 큰 변화가 일기 시작했다. 땅속 수백km의 깊은 맨틀로부터 거대한 열기둥이 대륙지각으로 올라온 것이다. 대륙 여기저기가 조각으로 갈라지고, 그 갈라진 대륙의 틈사이로 깊은 계곡이 형성되고 바닷물이 들어온다. 바닷물이 들어온 계곡이 점점 커져가다 결국 새로운 바다, 테티스가 형성됐다. 그 와중에서 미래 한반도를 이루는 조각들은 곤드와나대륙과 이별을 고하고 북쪽으로의 여행을 떠난다.
“지구는 둥그니까 자꾸 걸어 나가면 온 세상 젊은이를 모두 만나보겠네.” 이 노래를 한번쯤 들어본 적이 있을 것이다. 노래가사에서처럼 여행하는 땅덩어리들은 필시 지구 어딘가에서 또다른 땅덩어리와 만나게 된다. 한반도는 바로 이처럼 땅덩어리들의 여행 과정에서 형성됐다.
우리는 지금 곤드와나대륙에서 떨어져나온 대륙조각들 가운데 2개를 주목할 필요가 있다. 하나는 북중한판이고 다른 하나는 남중한판이다. 이 두개의 판에는 한반도를 구성하는 3개의 작은 조각이 있기 때문이다.
고지자기 블랙박스 북중한판에는 한반도의 남동쪽에 해당하는 영남지괴, 그리고 북한에 해당하는 낭림지괴가 있다. 물론 여기에는 이름에서 알 수 있듯 북중국지괴가 포함돼 있다. 그리고 남중한판에는 남중국을 포함해 한반도의 가운데 부분인 경기지괴가 있다. 처음에는 곤드와나대륙에서 북중한판이 떨어져 나오고, 이후 남중한판이 분리됐다. 그리고 이 둘은 곧바로 북반구로 향했다. 이윽고 중생대 초기인 2억4천만년 전, 먼저 출발한 북중한판은 서쪽 귀퉁이에서 로라시아대륙(초대륙 판게아는 남반구의 곤드와나와 북반구의 로라시아대륙으로 구성된다)과 부딪치게 된다. 이로 인해 북중한판은 이동을 멈칫거리고, 그 사이에 뒤따라 북상하던 남중한판이 다가온다. 결국 이 둘은 충돌하고 마는데, 이는 한반도를 포함한 동아시아의 퍼즐조각들이 만나는 극적인 순간이었다.
이 충돌로 북중한판은 북중국지괴-낭림지괴(I)와 영남지괴-서남일본지괴(II)의 두조각으로 나눠진다. 그런 다음 북중한판I은 반시계방향으로 북중한판II는 시계방향으로 급격히 회전한다. 이때 남중한판에 속해있는 경기지괴가 낭림지괴와 영남지괴 사이에 끼게 된다. 그러면서 점차 오늘날과 같은 한반도의 모습을 갖추게 됐다. 그때가 쥐라기 중기인 약 1억8천만년 전이었다. 중생대에 한반도는 주변의 땅덩어리들의 움직임과 복잡하게 얽혀서 형성된 것이다.
이 시나리오는 고지자기 자료들로부터 계산된 시뮬레이션을 근거로 만들어졌으며, 한반도가 한덩어리의 땅이 아니라 여러개가 충돌한 사건으로 완성된 땅임을 말해준다.
한반도의 대륙충돌설은 마치 자가 접히는 모양과 유사하다고 해서 ‘접힘자’ 모델이라고 한다. 1992년 이 모델이 국제지질학술회의에 처음 발표됐을 때만 하더라도 큰 반향을 얻지 못했다. 당시에는 작은 한반도에서 그렇게 극적이고 엄청난 사건이 있었다는 것이 믿어지지 않았기 때문이다.
그러나 그 후 이를 지지하는 구조지질학, 변성암석학, 고생물학, 고지자기학, 암석화학 분야의 연구들이 속속 발표되고 있다. 이러한 일련의 결과들을 바탕으로 현재는 한반도가 충돌에 의해 형성됐다고 학계에서 받아들여지고 있는 편이다. 하지만 충돌의 위치에 대해서는 세부적으로 아직 이견이 존재한다.
또한 아직 한반도에서 대륙충돌이 일어났다는 직접적인 증거는 발견되지 않고 있다. 즉 충돌을 좀더 명확히 증명할 수 있는 지질학적 증거가 더 발견돼야 하는 것이다. 대륙충돌의 증거로는 과거 암석 속에 숨어있는 초고압 광물이 있다.
충돌 증거 찾기 두개의 대륙이 충돌하면 충돌부가 압축된다. 그래서 두 대륙의 지각물질은 땅 위로는 히말라야와 같은 거대한 산을 형성하며 솟아오르고, 땅 아래로는 이보다 훨씬 깊은 곳으로 들어간다. 이때 지각물질이 들어가는 깊이는 1백km 이상의 맨틀 깊이 수준. 초고압 광물은 바로 이곳에서 형성된다. 따라서 초고압 광물은 보통의 지각 물질에서는 볼 수가 없다.
다이아몬드나 코어사이트와 같은 고밀도 광물이 초고압 광물이다. 땅속 깊은 곳에서 형성된 이들 초고압 광물은 오랜 시간에 걸쳐 드물게 지표로 올라오기도 한다. 이때 압력이 낮아지기 때문에 이들 광물은 변성돼 다른 광물로 변해버린다. 이들이 지표까지 무사히 올라오려면 화강암질 편마암에서 지르콘이나 석류석과 같은 광물에 가둬져야 한다. 따라서 실제로 지질학자들은 초고압 광물 자체를 찾기보다 초고압 광물이 다른 광물 속에 갇혀있는 변성암, 즉 에클로자이트를 대륙충돌의 결정적인 증거로 찾고 있다. 에클로자이트는 대륙충돌로 인해 깊이 들어간 지각물질이 지하 약 50km 이상 깊이의 높은 압력에서 만들어진다.
암석학적으로 한반도 충돌설이 제기된 것은 1995년 고압변성광물조합이 임진강습곡대에서 발견되면서부터다. 북중국지괴와 남중국지괴의 충돌대 경계가 산둥반도의 초고압변성대인 수루조산대를 지나기 때문에, 동쪽의 한반도로 연장될 가능성이 있다고 생각한 것이다.
우선 우리가 찾아야 할 것은 우리나라에서 거의 보고된 바 없는 고압 각섬암이다. 각섬암은 현무암질 암석으로부터 만들어진 변성암으로, 주로 각섬석과 사장석으로 이뤄진다. 고압 조건에서는 이들 광물과 함께 석류석이 산출되며, 더 높은 압력에 놓이면 에클로자이트가 형성되기 때문이다. 즉 고압 각섬암 주변에는 대륙충돌의 증거인 에클로자이트가 있을 가능성이 있다는 얘기다.
우리나라에서는 아직 에클로자이트를 찾지 못했지만, 석류석으로 이뤄진 각섬암은 임진강대와 춘천 및 홍성-청양 부근의 서부 경기육괴에서 산출된다. 특히 충남 홍성에서는 에클로자이트의 주요 구성광물인 옴파사이트가 발견됐다고 언론에 보도돼 눈길을 끈 적이 있다. 하지만 홍성의 옴파사이트는 그 자체가 갖는 전형적인 성분을 갖고 있지 않았다. 때문에 우리나라에서는 앞으로 계속 에클로자이트 암석 자체를 발견하고자 노력해야 한다.
석류석 각섬암은 중국의 대륙충돌대에서도 흔히 발견되며, 깊은 곳에서 만들어진 에클로자이트가 지표 쪽으로 올라올 때 각섬암으로 바뀌었다고 알려져 있다. 따라서 우리나라의 석류석 각섬암 역시 초고압 조건을 경험했을 가능성이 있다. 주목할 점은 우리나라 고압 각섬암의 생성 시기는 약 2억3천만-2억5천만년 전으로 밝혀졌다는 것이다. 중국의 대륙충돌대에서 보고된 나이와 엇비슷한 결과다. 이는 한반도의 임진강대와 경기육괴에 걸친 지역에서 트라이아스기에 큰 지각변동, 즉 대륙충돌 사건이 일어났음을 시사한다.
하지만 한반도의 충돌에 대해 많은 지질학자들이 의문을 제기하고 있는 실정이다. 중국에서 대륙충돌대의 존재를 밝히는데는 국제적인 규모에서 수많은 학자들이 10년 이상 가세했다. 아마도 우리나라에서도 이와 비슷한 시간이 걸릴지 모른다. 한반도의 대륙충돌사와 진화사에 관해 좀더 정밀한 결과를 얻기 위해서는 앞으로 국민들의 더 많은 관심, 젊은 과학자들의 패기와 도전이 필요하다.
이윤수 박사는 일본 교토대에서 고지자기학으로 박사학위를 받았다. 현재 한국지질자원연구원 선임연구원으로 동아시아 조구조와 지체구조를 연구하고 있다. 조문섭 교수는 미 스탠퍼드대에서 박사학위를 받았고 현재 서울대 지구환경과학부 교수로 재직중이다. 변성암의 성인과 한반도의 지각발달사, 그리고 동아시아의 지체구조에 관심이 있다. |
출처 : 지리교사 김상태
(2) 한반도의 형성
한반도의 지각은 시생대와 원생대에 형성되었으며, 그후 오랜 지질 시대를 거치면서 견고한 안정 지괴를 이루게 되었다. 각 지질 시대에 따라 조륙 운동, 침강에 의한 해침, 조산 운동, 화산 활동, 암석의 변성 작용, 침식 및 퇴적 작용 등이 다르게 진전되었다.
1) 시·원생대
시생대와 원생대에 만들어진 지각은 오랜 지질 시대를 거치면서 변성되었으며, 변성암은 결정 편마암계와 화강 편마암계로 나뉜다. 한반도에서 지반이 가장 안정된 지역인 평북·개마 지괴, 경기 지괴, 영남 지괴 등을 중심으로 전국에 걸쳐 분포하며, 고생대 이전부터 계속 육지로 남아 있는 부분이다.
2) 고생대
완만한 융기와 침강을 반복하였으며 침강이 이루어졌을 때 오래된 지괴 사이의 낮은 곳은 부분적으로 해침을 받게 되어 그 위에 퇴적층이 형성되었다. 고생대 초기에는 평남 지향사와 옥천 지향사에 조선계가 퇴적되었으며, 고생대 중기에 다시 해침이 일어나 조선계 위에 평안계가 퇴적되었다.
조선계는 고생대 초기에 바다 밑에서 형성된 해성층으로 평남, 황해도, 강원 남부, 충북 북동부에 주로 분포하며 대부분 석회암으로 이루어졌다. 이 석회암은 시멘트의 원료로 쓰이며 삼척·동해·영월·단양·문경 등지의 시멘트 공업은 이를 바탕으로 발달했다. 또한 이곳은 석회암의 용식 작용으로 인한 카르스트 지형이 발달한다. 조선계층이 퇴적된 이후 한반도는 융기하여 오랫동안 육지로 남아 있어서 지층이 쌓이지 않았다.
평안계는 고생대 말에서 중생대 초기에 걸쳐 얕은 바다와 습지에서 형성된 관계로 습지에 무성했던 식물이 탄화, 퇴적되었기 때문에 우리 나라 무연탄의 대부분이 이 평안계 지층에 매장되어 있다. 조선계와 거의 같은 지역에 분포하며, 주요 분포 지역은 평남 북부와 평양 부근, 강원도 남동부, 충북 북동부이다.
3) 중생대
중생대 지층은 대동계와 경상계로 나뉜다. 중생대 중기의 대동계는 충남 보령을 중심으로 그 주변에 분포하며 무연탄이 소규모 매장되어 있다. 대동계가 쌓인 후에는 가장 격렬했던 후대동기 조산 운동(대보 조산 운동)이 일어났다.
후대동기 조산 운동(대보 조산 운동)은 중생대 쥐라기에 한반도 전역에 일어난 대규모 조산 운동으로 랴오둥 방향과 중국 방향의 구조선이 형성되었으며, 전국적으로 화강암의 관입이 이루어졌다. 지각 변동으로 만들어진 지질 구조선은 풍화와 침식에 약해 태백산맥과 낭림산맥에서 서쪽으로 뻗은 구조선을 따라 침식에 약한 부분이 하곡이 되고 그 사이의 산릉은 산맥으로 발달했다. 심성암인 화강암을 주변에서 흔히 볼 수 있게 된 것은 중생대에 관입이 일어났으며, 오랫동안 계속 침식을 받은 결과 그 위의 지층이 제거되어 노출되었기 때문이다. 화강암은 전 국토의 20% 정도를 덮고 있어 한반도에서는 중요한 암석이며 편마암에 비해 풍화와 침식에 약해 차별 침식으로 추가령 구조곡, 침식 분지와 같은 지형을 형성한다.
중생대 백악기에는 경상남북도 지역(경상 분지)에 습지와 넓은 호수가 형성되고 이곳에 두꺼운 육성 퇴적층인 경상계가 쌓였다. 그후 습곡작용을 경미하게 수반한 지각 변동(불국사 변동)으로 지층이 기울어지기는 했으나 원래의 수평 구조를 보존하고 있다. 경상계 지층에는 중생대에 살았던 공룡의 화석과 발자국 흔적이 다양하게 나타난다.
[보충]중생대의 지각변동
한반도의 주요 지각 변동으로는 송림 변동(송림 조산 운동), 대보 조산 운동 및 불국사 변동 등을 들 수 있다. 그중 가장 격렬했던 것은 대보 조산 운동이다.
송림 변동(송림 조산운동)은 중생대 트라이아스기에 일어났다. 이로 인해 평안계와 대동계가 구분된다. 평안계가 퇴적된 후 일어난 송림 변동으로 인해 북부 지방에는 랴오둥 방향(동북동-서남서)의 구조선이 형성되었다. 대보 조산 운동은 중생대 쥐라기 말엽에 일어났다. 송림 변동 이후 대동계가 퇴적되고 그 이후에 일어났기 때문에 후대동기 조산운동이라고도 한다. 이 때에 중남부에 걸쳐 대보 화강암이 대상(帶狀)으로 길게 관입되었으며 그 방향은 중국 방향(북북동-남남서)이었다. 불국사 변동은 중생대 백악기 말에 일어났다. 백악기에 퇴적된 경상계 지층은 대동계와는 달리 조산 운동의 영향을 받지 않았다. 불국사 변동은 습곡 활동보다는 주로 화강암 관입을 통해 일어났다. 이 때 불국사 화강암이 경상 분지 일대에 관입되었다.
한편, 송림 변동 시에 생긴 구조선들은 주로 북부 지방에, 그리고 대보 조산 운동 시에 생긴 구조선들은 주로 중남부에 발달하여 2차적인 산맥들의 형성에 영향을 크게 미쳤다.
[보충]구조선
구조선이란 조산 운동 시에 생기는 절리로 단층 등에 의하여 지각이 갈라지거나 약해진 곳을 말한다. 한반도에서는 중생대에 격렬한 지각변동이 있었는데 송림운동의 영향으로 랴오둥 방향, 한국 방향, 대보조산운동의 영향으로 중국 방향의 구조선이 형성되었다. 단층작용으로 갈라진 틈을 따라 화강암의 관입 및 분출이 이루어졌는데, 관입된 암석은 풍화에 강한 곳에서는 산지를 이루었고, 풍화에 약한 곳에서는 평야나 분지를 이루었다. 암석의 관입이 없고 구조선만 나타나는 곳은 물이 모여 하천 및 계곡을 이루게 되어 구조선이 지표의 지형 발달에 영향을 주고 있다.
[보충]화강암
화강암은 마그마가 지하 깊은 곳에서 굳어져 형성된 산성의 심성암이다. 구성 광물은 무색 투명한 석영, 흰색을 띠는 장석, 검은 흑운모 또는 납작하고 반짝이는 백운모 등으로 되어있다. 보통 '숫돌'로 불리며 건물 외벽, 탑이나 불상, 지하철 계단과 같이 다양한 건축 자재로 이용되어 왔다. 남한의 화강암은 대보 화강암과 불국사 화강암으로 구별된다.
대보 화강암은 중생대 쥐라기 말엽에 있었던 대보 조산 운동(후대동기 조산 운동)시 생겨난 화강암을 말한다. 서울의 관악산, 도봉산 등은 기반암이 모두 이 화강암으로 이루어져 있다. 불국사 화강암은 중생대 백악기 말의 불국사 변동 시에 경상계 지층을 관입하였다. 대보 화강암이 조산 운동과 함께 일어난 데 비하여 불국사 화강암은 습곡 운동 없이 진행되었다.
화강암은 단단하지만 지표에 노출되면 절리(바위의 쪼개진 틈)가 발달한다. 절리의 밀도가 높고 토양층 피복이 있어 수분이 잘 침투할 수 있는 환경이면 화학적 풍화나 수분의 동결·융해에 의한 기계적 풍화가 잘 일어난다. 풍화를 심하게 받은 화강암은 쉽게 모래나 점토로 분해되어 침식을 받게된다. 그리하여 분지나 산록 완사면을 이루는 경우가 많다. 그러나 화강암이 항상 풍화와 침식에 약한 것은 아니다. 절리의 밀도가 낮고 지표에 노출되어 수분이 침투하기 곤란하면 쉽게 풍화되지 않는다. 대표적인 예로 설악산, 월출산, 그리고 서울의 북한산, 도봉산, 관악산 등은 화강암 산지를 이룬다.
[보충]퇴적층-해성층과 육성층
퇴적층은 해성층보다는 육성층이 많다. 대략 고생대 전기까지는 해성층이 많으며, 고생대 말기 이후에는 육성층이 대부분이다.
해성층이란 말 그대로 바다 퇴적물이 굳어져서 생겨난 지층을 말한다. 대표적인 해성층으로는 주로 석회암이 퇴적된 조선계 지층을 들 수 있다. 그 주된 분포 지역은 평남 분지와 옥천 지향사인데, 평남, 강원 남부 및 충북 동부 지역이 이에 해당된다. 이들 지역에는 카르스트 지형이 발달하였으며 석회암을 원료로 이용하는 시멘트 공업이 발달하였다.
육성층이란 하천, 호수, 산사면 등에 퇴적된 물질이 굳어져 생겨난 지층을 말한다. 대표적인 육성층으로는 평안계, 대동계 및 경상계 지층을 들 수 있다. 그 중 고생대의 평안계 지층은 조선계와 마찬가지로 평남 지향사와 옥천 지향사에 주로 분포한다. 이 지층 중에는 무연탄을 포함한 지층이 있어 이들이 분포한 지역은 주요 석탄 산지를 이루고 있다. 석탄은 중생대의 대동계 지층에서도 일부 생산된다. 이 지층은 평남 분지와 충남 중서부 지역에 주로 분포한다. 한편, 중생대 백악기 지층인 경상계는 경상 분지에 주로 퇴적되어 있다. 최근에 관심이 집중되는 한반도의 공룡 발자국 화석도 경상계 지층에서 발견된다.
4) 신생대
신생대 제3기의 퇴적층은 두만 지괴와 길주·명천 지괴에 분포하며 이 지층에는 갈탄이 매장되어 있다. 이 3계층은 그 분포 면적이 육지에는 1.5%에 불과하지만 동해 및 황해의 해저에는 넓게 분포하여 석유 탐사가 이루어지고 있다.
신생대 3기 중엽에는 지각 변동(경동성 요곡 및 단층 운동)으로 한반도가 전반적으로 융기했으며 융기 축이 동해안 쪽으로 치우쳐 동고 서저의 경동 지형이 형성되었으며, 한국 방향의 산맥이 만들어졌다.
신생대 제4기의 플라이토세에는 화산 활동이 곳곳에서 활발히 일어나 현무암과 조면암이 분출해 백두산 일대, 제주도, 철원 등지의 기반암을 이루고 있다. 제주도는 주로 현무암, 울릉도는 주로 조면암으로 이루어졌으며, 강원도의 철원·평강, 황해도의 신계·곡산에는 현무암의 용암대지가 발달되어 있다.
신생대 제4기의 지층은 아직도 암석화되지 않은 퇴적층으로 과거 빙하기에 퇴적된 홍적층과 그 이후의 하천 퇴적에 의한 충적층으로 구분된다.
[보충]신생대 3기의 지각변동(융기)에 의한 지형
- 동고 서저의 경동 지형을 형성하였다.
- 개마고원, 태백산지의 서사면에는 고위 평탄면이 발달하였다.
- 감입 곡류천, 단구 지형(해안단구, 하안단구)이 발달하였다.
- 한국 방향의 산맥이 만들어졌다 |