풍화 작용

풍화작용

마그마의 화산 활동으로 생긴 화산섬인 제주도의 한라산은 오랜 시간이 지난 지금 나무와 풀이 우거져 있다. 이렇게 식물이 살 수 있으려면 흙으로 된 땅이 있어야 한다. 암석만 있던 곳에 어떻게 흙으로 된 땅이 만들어질 수 있었을까? 지구의 표면에서 단단한 암석이 잘게 부서지는 풍화 현상에 대해 알아보자.

 

종이가 오래되면 누렇게 색이 변하고 자동차가 칠이 벗겨지면 녹이 슨다. 또 오래된 석초상의 겉모습은 그 형태가 뚜렷하지 않고, 오래된 비석의 표면에 새겨진 글자가 알아보기 힘들게 흐릿해지는 것을 볼 수 있다.

이러한 현상은 왜 일어나는 것일까?

사람이 돌로 만든 조각상이나 비석이 오랜 시간이 지나면 겉 부분의 형태가 흐릿해지는 것처럼, 지표 부근의 암석에도 물, 공기, 생물 등의 작용으로 오랜 시간에 걸쳐 서서히 성분이 변하거나 잘게 부서지는 현상이 나타난다.

이와 같이 지표 부근의 암석이 더 작은 조각들로 쪼개지거나 암석 내의 광물이 물과 공기의 접촉을 통해 그 성분이 변하고 분해되는 현상을 풍화라고 한다. 풍화에는 물리적인 힘에 의해 암석이 부서지는 기계적인 풍화 작용과 암석의 성분을 변화시키는 화학적 풍화 작용이 있다.

 

풍화의 요인

암석의 풍화는 물, 공기, 생물 등의 작용에 의해 일어나고, 풍화의 정도는 모암의 성질, 기후, 토양의 존재 유무, 암석의 대기 중 노출된 시간, 지형 등의 영향을 받는다. 암석은 종류와 구조에 따라 용해되거나 부서지는 정도가 다르고, 구성하는 광물의 종류에 따라 풍화의속도가 다르므로 모암의 종류에 따라 풍화의 양상이나 정도가 달라진다.

기온이나 강수량과 같은 기후도 풍화 작용에 영향을 미친다. 건조하고 추운 곳은 암선의 일부 성분을 녹일 수 있는 물이 적고 얼어 있는 때가 많으므로 화학적 풍화에 미치는 영향이 상대적으로 약하다. 반면에 물이 얼어 얼음이 되면서 물리적인 힘에 의한 암석의 균열을 촉진시킬 수 있다. 토양은 빗물을 저장하고 박테리아와 같은 유기물이 포함되어 있으며, 식물을 자라게 한다. 이러한 물과 유기물은 화학적 풍화를 촉진시키고, 토양에서 자라는 식물의 뿌리는 암석에 균열을 형성하게 한다. 또한 지표에 오랫동안 노출된 암석은 겉 부분에 변질된 얇은 층이 있고, 경사면에 있는  암석은 중력의 영향을 받아 풍화에 취약하다.

 

▶ 기계적 풍화 작용

대부분의 암석은 지표보다 높은 압력과 온도에서 만들어진다. 암석이 지표에 노출되면 압력이 감소하여 부피가 팽창하며 암석 사이에 균열이 생긴다. 이런 암석의 틈 사이로 물이 스며들어 가 암석의 성분을 녹이기도 하지만, 물에 녹아 있는 물질이 암석의 틈 사이에서 결정을 만들고, 이런 결정이 자라면서 암석은 천천히 부서지게 된다. 특히 기온이 낮은 고산 지방이나 추운 지역에서는 물이 얼면서 부피가 9% 정도 증가하므로 암석의 틈을 더욱 커지게 한다.

이와 같이 암석의 성분 변화 없이 암석에 물리적인 힘이 가해져 풍화되는 것을 기계적 풍화 작용이라고 한다.

이러한 작용의 결과 암석의 균열이 많아지면 물이나 공기와 접촉할 수 있는 표면적이 넓어지므로 풍화 작용이 더욱 촉진된다.

암석의 틈에 있던 물이 얼게 되면 틈이 더 크게 벌어져 암석이 풍화된다.

또 식물의 뿌리가 자라면서 암석 속을 뚫고 들어가 암석의 틈을 확장시켜 풍화를 촉진 시킨다. 어떤 암석들은 표면이 얇게 벗겨지면서 마치 양파 껍질과 같은 모습을 보이기도 한다. 이와 같이 절리와 같은 틈이 없는 암석 표면에 얇은 층으로 균열 면이 생기는 풍화 작용을 박리 작용이라고 한다.

건조한 사막 지방에 가면 바람이 불 때 날리는 작은 모래 알갱이가 오랜 시간에 걸쳐 암석의 표면에 부딪치면서 암석이 서서히 풍화되고 침식되어 생긴 특이한 모양의 바위들을 볼수 있다.

 

▷ 화학적 풍화 작용

실외에 드러나 있는 대리암 조각상이 훼손된 모습을 흔히 볼 수 있다. 이러한 현상은 석회암이나 대리암이 산성을 띠는 빗물에 쉽게 녹는 성질이 있기 때문이다. 이와 같이 물이나 공기의 작용에 의해 암석을 구성하는 광물의 성분이 변하거나 용해되어 암석이 풍화되는 현상을 화학적 풍화 작용이라고 한다.

산성비에 훼손된 대리석 조각상

화학적 풍화 작용은 암석을 구성하는 광물이 물에 용해되거나 물이나 공기 중의 이산화탄소 또는 산소와 결합하여 새로운 성분으로 변해 일어난다. 대기 중의 이산화탄소가 물에 녹으면 암석의 구성 광물 중의 하나인 정장석과 반응하여 고령토라는 흰색의 점토 광물을 만들고, 석회암이나 대리암의 주성분인 탄산칼슘을 녹여 암석을 풍화시킨다. 또 지표에 노출된 암석 표면에 끼어 있는 이끼와 같은 식물이 호흡할 때 방출되는 이산화탄소는 습한 주변 환경으로 물에 녹아 탄산으로 변해 암석의 화학적 풍화를 촉진시킨다.

기계적 풍화와 화학적 풍화는 환경에 따라 우세하게 작용하는 정도가 다르다. 건조하고 한랭한 지방에서는 기계적 풍화가 우세하지만, 온난 다습한 지방에서는 화학적 풍화가 상대적으로 더 강하다. 또 한두 가지 풍화 작용은 서로의 작용을 강화시키는 관계에 있다. 즉, 화학적 풍화는 암석을 약하게 만들어 쉽게 부서지게 하고, 기계적 풍화로 부서진 암석 조각은 표면적이 증가하므로 화학적 풍화에 약해지게 된다.

이러한 풍화 작용은 지권의 주 구성물인 단단한 암석을 기권, 수권, 생물권 등의 작용으로 부수거나 약화시키는 작용으로 지표에 식물이 자랄 수 있는 토양을 형성하고, 매우 오랜 시간에 걸쳐 서서히 지권의 표면을 변화시킨다.