사층리
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1. 개요
사층리는 유체 흐름에 의해 형성되는 퇴적 구조로, 리플이나 사구와 같은 형태가 하류 쪽으로 이동하며 층을 이룬다. 사층리는 층리와 교차층리의 형태에 따라 판상, 곡상, 헤링본 구조, 함몰형 사층리 등으로 분류되며, 유속에 따라 다양한 형태를 보인다. 하천, 조간대, 천해, 사구 등 다양한 퇴적 환경에서 발견되며, 과거의 퇴적 환경과 퇴적물 이동 방향을 파악하는 데 활용된다.
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- 지질학 - 판 구조론
판 구조론은 암석권이 여러 개의 판으로 나뉘어 연약권 위를 이동하며 지진, 화산 활동, 산맥 형성 등의 지질학적 현상을 일으키는 이론으로, 1960년대 후반에 정립되어 해저 자기 줄무늬 패턴과 고지자기 자료로 뒷받침되며 지구과학의 핵심 이론으로 자리 잡았으나, 판 운동의 원동력에 대한 연구는 현재도 진행 중이다. - 지질학 - 판 (지각)
판은 지구 표면을 덮는 조각으로, 대륙판과 해양판으로 구분되며, 유라시아판, 태평양판, 아프리카판 등 14~15개의 주요 판과 40여 개의 소규모 판으로 구성되어 있다. - 지질학에 관한 - 석탄
석탄은 식물이 지하에서 석탄화 과정을 거쳐 생성된 고체 연료로, 산업 혁명 이후 중요한 에너지원으로 사용되었으며, 탄소 함량에 따라 등급이 나뉘고 화력 발전, 제철 등에 사용되지만, 연소 과정에서 환경 문제를 야기한다. - 지질학에 관한 - 인도-오스트레일리아판
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| 사층리 | |
|---|---|
| 사층리 | |
| 정의 | |
| 설명 | 퇴적암의 층리 구조 중 하나로, 기울어진 층들이 쌓여 있는 형태를 보인다. |
| 관련 용어 | 사교층리 (斜交層理), 사엽층리 (斜葉層理) |
| 특징 | |
| 층 기울기 | 층리가 쌓일 때 일정 각도로 기울어져 형성된다. |
| 형태 | 판형 (tabular) 곡형 (trough) |
| 규모 | 작은 규모 (1cm 이하): 사엽층리라고도 함 큰 규모: 사구 퇴적층에서 자주 발견됨 |
| 형성 메커니즘 | 퇴적물 운반 방향: 경사진 층리는 퇴적물 운반 방향을 지시한다. 수류 또는 풍향: 사층리는 흐르는 물이나 바람에 의해 형성된다. 퇴적 환경: 하천, 사막, 해안 등 다양한 환경에서 형성될 수 있다. |
| 형성 과정 | |
| 퇴적 | 모래나 기타 퇴적물이 바람 또는 물에 의해 운반되어 쌓인다. |
| 경사면 형성 | 쌓인 퇴적물이 경사진 면을 형성한다. |
| 침식 | 경사면이 침식되면서 새로운 층리가 쌓인다. |
| 활용 | |
| 퇴적 환경 분석 | 사층리의 방향과 형태를 통해 과거의 퇴적 환경을 추정할 수 있다. |
| 지질학적 해석 | 지층의 형성 과정을 이해하는 데 중요한 단서가 된다. |
| 예시 | |
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| 참고 문헌 | |
| 참고 도서 | 퇴적암 암석학 (2004) 광물 및 암석학 설명서 (1976) |
| 참고 논문 | 해저사면의 퇴적구조에 대한 최근 연구 (2004) 퇴적환경에 따른 퇴적 구조 분석 (2004) |
| 참고 자료 | 지질 시대의 대변동 (2016) 브리태니커 백과사전 - 사층리 일본 대사전 - 사교층리 |
2. 형성
사층리는 유체의 흐름에 의해 리플이나 사구와 같은 퇴적 구조가 하류로 이동하면서 형성된다.[3] 유체의 흐름으로 인해 모래 알갱이들이 퇴적 구조의 상류 쪽 경사면을 따라 도약하여 정상부에 쌓인다. 쌓인 퇴적물이 안식각에 도달하면, 입상 물질의 정상이 너무 커져서 이동하는 물의 힘을 이기지 못하고 사구의 하류 쪽 경사면으로 떨어진다. 반복되는 사면 붕괴는 결국 고유체 흐름 방향으로 기울어진 사층리 구조를 형성한다.
사층리를 형성하는 퇴적물은 일반적으로 사구의 "하류" 쪽에서 퇴적되기 전과 퇴적되는 동안 분급되기 때문에, 암석과 퇴적물 퇴적층에서 사층리를 인식할 수 있다.[4]
사층리의 각도와 방향은 일반적으로 상당히 일관적이다. 개별 사층리의 두께는 퇴적 환경과 사층리 형태의 크기에 따라 수십 센티미터에서 수백 피트 또는 그 이상까지 다양하다.[5] 사층리는 유체가 이동성 물질이 있는 기저면 위로 흐르는 어떤 환경에서든 형성될 수 있다. 하천 퇴적물(모래와 자갈로 구성됨), 조간대 및 풍성 사구에서 가장 흔하게 나타난다.
사층리는 일정한 흐름 속에서 쇄설물이 반복적으로 퇴적됨으로써 형성되며, 같은 환경에서는 연흔이나 이것이 연속된 사구가 형성되기도 하며, 그 내부 구조가 되기도 한다. 또한, 사층리나 사층엽리의 내부에서는 급화층리가 관찰되기도 한다.
유속이 느린 곳에서는 평판형 사층리가, 빠른 곳에서는 트라프형 사층리가 형성된다. 이것은 연흔의 형태가 직선형에서 곡선형으로 변화하는 것과 일치하며, 이러한 사층리와 사층엽리는 연흔과 사구의 이동에 따라 형성된다.
지층에 사층리 또는 사층엽리가 존재하는 경우, 물이나 바람과 같은 유동성 물질이 존재했던 퇴적 환경을 나타낸다.
2. 1. 내부 분류 패턴
사층리는 현장에서 여러 층의 "사층면"으로 인식되는데, 이는 사구(dune) 또는 리플(ripple)의 하류나 바람의 아래쪽에 형성되는 일련의 층이다. 이러한 사층면들은 크기와 밀도가 다른 재료 층 사이의 소규모 분리가 있기 때문에 개별적으로 구분할 수 있다.사층리는 또한 사층면 집합의 절단(truncations)으로 인식될 수 있는데, 이는 이전에 존재하던 하천 퇴적물이 후대의 홍수에 의해 침식되고, 새로운 사층이 침식된 지역에 퇴적되기 때문이다.
3. 종류
사층리는 층리와 교차층리의 형태에 따라 판상 사층리와 요상 사층리로 세분될 수 있다. 판상 사층리는 층의 두께에 비해 수평적으로 넓고 평평한 경계면을 가지는 반면, 요상 사층리는 경계면이 곡선 형태를 띠어 수평적 범위가 제한적이다.[3]
3. 1. 판상 사층리 (Tabular cross-beds)
판상 사층리는 집합체 두께에 비해 수평 방향으로 넓게 퍼져 있으며, 본질적으로 평면적인 경계면을 갖는 사층리 단위로 구성된다. 전면 사층리는 기저면에 접선이 되도록 휘어져 있다.[3]판상 사층리는 주로 대규모의 직선상의 리플과 사구의 이동에 의해 형성된다. 이는 저류 상태에서 형성된다. 개별 지층의 두께는 수십 센티미터에서 1미터 이상까지 다양하지만, 10센티미터까지의 지층 두께도 관찰되었다.[6] 집합체 높이가 6센티미터 미만이고 사층리 층이 수 밀리미터 두께에 불과한 경우 사층리보다는 사엽층이라는 용어를 사용한다. 사층리 집합체는 일반적으로 입상 퇴적물, 특히 사암에서 발견되며, 퇴적물이 물이나 공기의 흐름으로 인해 이동하는 리플이나 사구로 퇴적되었음을 나타낸다.[7]
3. 2. 곡상 사층리 (Trough cross-beds)
곡상 사층리는 아래쪽 표면이 곡선, 즉 숟가락 모양으로 굽어져 있으며, 아래쪽의 지층을 잘라내고 있다. 전면층(foreset beds) 또한 곡선 형태이며 아래쪽 표면과 접선 방향으로 만난다. 이러한 특징은 사구의 이동과 관련이 있다.[9]3. 3. 헤링본 구조 (Herringbone structure)
'''헤링본 구조'''(herringbone structure|헤링본 구조영어)는 서로 다른 방향을 가진 두 개의 흐름에 의해 형성되는 청어의 뼈 모양 구조이며, 주로 조류에 따른 퇴적 작용에 의해 형성된다.3. 4. 함몰형 사층리 (Hummocky cross stratification, HCS)
'''함몰형 사층리'''(hummocky cross stratification|허모키 크로스 스트래티피케이션영어, HCS[1])는 사질에서 모래에 이르기까지 나타나는 사층리의 한 종류이다. 이 구조에서 위쪽으로 볼록한 부분을 "함몰", 반대로 아래쪽으로 볼록한 부분을 "스웨일"이라고 부른다.강한 수리 조건에서 형성되는 것으로는, 함몰이 존재하지 않고 스웨일만 존재하는 "스웨일형 사층리"(swaley cross stratification|스웨일리 크로스 스트래티피케이션영어, SCS[1])가 있다. 이것은 Leckie와 Walker(1982)에서 제안된 것이다.[2]
4. 퇴적 환경
사층리는 유체의 흐름에 의해 리플이나 사구와 같은 형태가 하류로 이동하면서 형성된다.[3] 유체의 흐름으로 인해 모래 알갱이들이 상류 쪽 경사면을 따라 도약하여 정지각에 도달할 때까지 꼭대기에 모인다. 이 때, 입상 물질의 정상이 너무 커지면 이동하는 물의 힘을 이기지 못하고 하류 쪽 경사면으로 떨어진다. 반복되는 사면 붕괴는 결국 고유체 흐름 방향으로 기울어진 퇴적 구조를 형성하는데, 이것이 바로 사층리이다.
사층리를 형성하는 퇴적물은 대개 사구의 "하류" 쪽에 쌓이기 전후에 분급되므로, 암석과 퇴적물 퇴적층에서 사층리를 확인할 수 있다.[4]
사층리는 유체가 이동성 물질이 있는 기저면 위로 흐르는 환경이라면 어디에서든 형성될 수 있다. 하천 퇴적물(모래와 자갈), 조간대, 풍성 사구에서 가장 흔하게 나타난다. 사층리의 각도와 방향은 보통 상당히 일정하다. 개별 사층리의 두께는 퇴적 환경과 사층리 형태의 크기에 따라 수십 센티미터에서 수백 피트 이상까지 다양하다.[5]
4. 1. 하천 (Rivers)
하천은 기후(눈, 비, 빙하 융해)와 경사에 따라 특징이 나타나며, 다양한 시간 척도로 측정된 유량 변화는 수심과 속도를 변화시킬 수 있다. 일부 하천은 눈이 녹는 시기 또는 우기(雨期)를 반영하는 예측 가능한 계절적 유량곡선(hydrograph)으로 특징지어질 수 있다. 다른 하천들은 알프스 빙하 유출이나 불규칙적인 폭풍우 사건으로 인한 급격한 유량 변화가 특징적이다. 암석 기록에서 장기간에 걸쳐 일정한 유량을 보이는 하천은 거의 없다.[2]하상 지형은 상대적으로 역동적인 퇴적물 저장체이며, 유량 특성의 주요 변화에 비해 반응 시간이 짧다. 대규모 하상 지형은 주기적이며 수로 내에서 발생하며(수심에 비례하여) 존재와 형태 변화는 평균 속도 또는 전단 응력으로 표현되는 유량의 세기와 관련이 있다.[2]
하천 환경에서 하천의 물은 에너지를 잃고 퇴적물을 운반하는 능력이 감소한다. 퇴적물은 물에서 "떨어져 나와" 사주(point bar)를 따라 퇴적된다. 시간이 지남에 따라 하천이 말라붙거나 다른 곳으로 이동할 수 있으며, 사주는 사층리로 보존될 수 있다.
4. 2. 조석 지배 환경 (Tide-dominated)
조석 지배 환경은 다음을 포함한다.[2]- 지형에 의해 부분적으로 둘러싸여 있지만 바다와 자유롭게 연결된 연안 수역.
- 조차가 1m를 초과하는 해안선.
- 유출량이 조석량 또는 영향에 비해 적은 지역.
일반적으로 조차가 클수록 최대 유속이 커진다. 조석 지배 지역의 교차층리는 헤링본 교차층리의 형성으로 이어질 수 있다.
유향이 정기적으로 반전되지만, 밀물과 썰물의 유형 패턴은 일반적으로 일치하지 않는다. 따라서 물과 운반 퇴적물은 강어귀로 들어가고 나오는 데 우회 경로를 따를 수 있다. 이는 강어귀의 일부는 밀물이 지배하고 다른 부분은 썰물이 지배하는 공간적으로 다양한 시스템으로 이어진다. 유량과 퇴적물 수송의 시간적 및 공간적 변동성과 정기적인 수위 변동은 다양한 층상 형태를 만든다.[2]
4. 3. 천해 (Shallow marine)
대규모 저층 지형은 강한 지균류, 간헐적인 폭풍 해일 및/또는 조류의 영향을 받는 얕은 육성 또는 탄산염질 쇄설성 대륙붕과 대륙붕상 지대에서 나타난다.[2]4. 4. 바람의 영향 (Aeolian)
애올리언(바람의 영향) 환경에서 사층리는 종종 역급화를 보이는데, 이는 입자류에 의한 퇴적 때문이다. 바람이 지표면을 따라 퇴적물을 날려서 쌓이기 시작한다. 퇴적이 일어나는 쪽을 풍상측이라고 한다. 퇴적이 계속되면 일부 퇴적물이 끝 부분으로 넘어간다. 이쪽을 풍하측이라고 한다. 풍상측에 퇴적물이 너무 많이 쌓여 안식각에 도달하면 퇴적물이 굴러 떨어지는 입자류가 발생한다. 위에 더 많은 퇴적물이 쌓이면 무게 때문에 아래 퇴적물이 서로 결합하여 사층리를 형성한다.[8]5. 활용
사층리의 존재는 과거의 퇴적 환경, 퇴적물의 이동 방향(고유동)을 밝혀낼 수 있으며, 심지어 퇴적 당시의 환경 조건 등을 추정할 수 있게 해준다.
지질학자들은 사층리가 기울어진 방향(경사)을 통해 고유동, 즉 퇴적물이 이동한 대략적인 방향을 파악한다. 퇴적물의 종류와 상태(원마도, 분급도, 구성 등)는 환경의 종류를 알려준다. 현대 환경을 유추하여 과거 환경을 추론할 수 있다. 고유동은 사층리 세트의 단면을 관찰하여 결정할 수 있지만, 정확한 측정을 위해서는 사층리의 축이 보여야 한다. 또한 사구의 사층리와 역사구의 사층리는 구분하기 어렵다.(사구는 하류 방향, 역사구는 상류 방향으로 기울어진다.)[1]
5. 1. 고유동 (Paleocurrent)
사층리는 과거의 유동 또는 풍향(고유동)을 보여줄 수 있다. 사층리의 경사면 방향과 경사를 측정하여 고유동 방향을 계산할 수 있다. 대부분의 사층리는 판상이 아니고 도랑 모양이기에, 전면사면을 무분별하게 측정하면 잘못된 고유동이 나타날 수 있다. 이때 진정한 고유동 방향은 도랑의 축으로 결정된다.[1]평판형 사층리에서는 경사면의 방향과 경사를 측정하여 고유향을 복원할 수 있다. 수평에 가까운 사층리에서는 경사면과 직교하는 방향이 고유향이 된다. 경사가 있는 지층에서는 경사면과 그 지층의 방향, 경사를 측정한 후, 스테레오 투영을 통해 고유향을 복원할 수 있다.[1]
사층리 연구를 통해 과거 기후와 배수 패턴을 재구성할 수 있다. 예를 들어, 모래 사구는 우세한 풍향을, 유동 리플은 강이 이동했던 방향을 보여준다. 퇴적물의 입자 모양, 분급, 조성은 사층리의 역사에 대한 추가 정보를 제공한다. 잘 둥글고, 잘 분급되고, 대부분 석영 입자로 구성된 모래는 해변 환경에서 흔히 발견되는 반면, 다양한 광물로 구성된 불량하게 분급되고 각진 퇴적물은 강에서 더 흔히 발견된다.[8]
참조
[1]
서적
Sedimentary Structures
Academic Division of Unwin Hyman Ltd
[2]
간행물
Classification of Large-Scale Subaqueous Bedforms: A New Look At An Old Problem
[3]
서적
Principles of Sedimentology and Stratigraphy
Pearson Prentice Hall
[4]
간행물
Influence of superimposed bedforms and flow unsteadiness on formation of cross strata in dunes and unit bars
[5]
웹사이트
Task Geoscience - the Borehole Image and Dipmeter Experts
http://www.taskgeosc[...]
2010-12-02
[6]
서적
Sedimentary rocks in the field. A color guide
[7]
서적
The Planet We Live On, An Illustrated Encyclopedia of the Earth Sciences
Harry N. Abrams, Inc.
[8]
서적
Encyclopedia of Sedimentary Rocks
MPG Books
[9]
서적
Sedimentology
Oxford University Press
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