돌리네
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1. 개요
돌리네는 지표수의 배수를 흡수하거나, 건조한 지역에서 형성될 수 있는 지형으로, 침식, 기반암의 용해, 붕괴 등의 자연적인 과정이나 인간의 활동으로 인해 발생한다. 돌리네는 석회암, 탄산염암, 염층 등 용해성 암석 지형에서 흔히 발견되며, 지하 공간 발달 후 지표면 붕괴로 이어질 수 있다. 인간의 도시 개발, 지하수 과다 사용 등의 활동은 싱크홀 형성을 가속화하며, 미국 플로리다, 텍사스, 알라바마 등에서 피해가 빈번하게 발생한다. 돌리네는 용식, 덮개 함몰, 덮개 붕괴, 가짜 카르스트 등 다양한 유형으로 분류되며, 블루홀, 세노테, 티엔크엉 등 지역별로 특색 있는 이름으로 불리기도 한다.
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| 돌리네 | |
|---|---|
| 지도 | |
| 기본 정보 | |
| 유형 | 지질학적 침하 지형 |
| 다른 이름 | 싱크홀 돌리나 석회암 함몰지 |
| 특징 | |
| 형성 원인 | 카르스트 지형의 지하 공동 함몰 지하수 용해 작용 |
| 크기 | 수 미터에서 수백 미터 폭 깊이 다양 |
| 모양 | 원형 타원형 불규칙 형태 |
| 분류 | |
| 형성 과정에 따른 분류 | 용해 돌리네 함몰 돌리네 붕괴 돌리네 |
| 형태에 따른 분류 | 깔때기형 돌리네 원통형 돌리네 접시형 돌리네 |
| 분포 지역 | |
| 분포 | 석회암 지대 카르스트 지형 발달 지역 |
| 기타 | |
| 관련 용어 | 우발라 |
| 관련 현상 | 싱크홀 |
| 잠재적 위험 | 지반 침하 건축물 붕괴 홍수 |
| 추가 정보 | |
| 수중 돌리네 | 해저에도 존재 레드 호수 |
2. 형성 과정
돌리네는 지표수의 배수를 흡수하여 형성되지만, 특정 장소의 높고 건조한 곳에서도 형성될 수 있다. 배수를 흡수하는 돌리네는 대규모 석회암 동굴에 물을 저장할 수 있으며, 이러한 동굴은 더 큰 강의 지류로 배수될 수 있다.[6][7]
돌리네는 자연적인 과정과 인위적인 과정으로 형성될 수 있다.
2. 1. 자연적인 과정
돌리네는 석회암, 탄산염암, 염층, 석고[10]와 같이 지하수에 의해 자연적으로 용해될 수 있는 암석이 있는 지역에서 흔하게 나타난다. 사암과 규암 지형에서도 발생한다.암석이 용해되면서 지하에 공간과 동굴이 발달한다. 지표면은 충분한 지지력이 없을 때까지 그대로 유지되다가 갑작스럽게 붕괴되어 극적인 돌리네가 만들어지기도 한다.
돌리네는 침식[8], 용해될 수 있는 기반암(예: 석회암)의 점진적인 제거, 침투하는 물에 의한 붕괴, 동굴 천장의 붕괴, 지하수면의 저하 등의 자연적인 과정을 통해 형성된다. 사면침식 과정을 통해서도 형성되는데,[9] 예를 들어 지하수가 사암 입자들을 결합시키는 탄산염 시멘트를 용해한 다음 느슨한 입자들을 운반하여 점차 공동을 형성하기도 한다.
때로는 돌리네 아래 동굴로 열리는 구멍을 통해 지하 하천이나 강이 보이기도 한다. 파푸아뉴기니의 미니예 돌리네나 켄터키 주 매머드 동굴 국립공원의 시더 싱크홀과 같이 큰 돌리네에서 이러한 현상을 볼 수 있다.
2. 2. 인위적인 과정
인간의 활동은 돌리네 형성을 가속화할 수 있다. 도시 개발, 광산 개발, 지하수 과다 사용 등은 지하의 균형을 깨뜨려 돌리네 발생 위험을 높인다. 노후화된 상하수도관 파손은 토양 유실을 유발하여 돌리네를 만들 수 있다. 산업 시설이나 빗물 저장 연못 조성 시 지표면에 가해지는 무게가 지하 공동의 붕괴를 초래할 수 있다.[79]일반적으로 돌리네로 잘못 분류되는 붕괴는 버려진 광산이나 염층 내 염수 저장고 붕괴와 같이 인간 활동으로 인해 발생하기도 한다. 노후화된 배관 파손으로 인한 상수도관 파열이나 하수관 붕괴는 도시 지역에서 붕괴를 일으킨다. 지하수와 지하 유체의 과도한 양수 및 채굴 또한 원인이 될 수 있다.
자연적인 배수 패턴이 바뀌고 새로운 물 분산 시스템이 개발될 때도 돌리네가 형성될 수 있다. 산업용 및 빗물 저장 연못이 조성되는 등 지표면 변화는 새로운 물질의 상당한 무게로 인해 지하의 기존 공극이나 공동의 지붕을 붕괴시켜 돌리네를 발생시킬 수 있다.
3. 유형
돌리네는 발생 원인과 과정에 따라 용식 돌리네, 덮개 함몰 돌리네, 덮개 붕괴 돌리네, 가짜 카르스트 돌리네 등으로 나뉜다. 덮개 붕괴 돌리네는 지표면이 갑자기 붕괴되는 형태로, 큰 피해를 유발할 수 있다.[13]
각 유형에 대한 자세한 설명은 다음과 같다.
- 용식 돌리네: 토양층 아래의 석회암이 물에 녹아 형성된다.
- 덮개 함몰 돌리네: 석회암 내 공간으로 토양이 침하되어 형성된다.
- 덮개 붕괴 돌리네: 석회암 내 공간으로 많은 토양이 침하하여 지표면이 갑자기 붕괴된다.
- 가짜 카르스트 돌리네: 암석의 용해 작용 외의 다른 요인으로 발생한다.
3. 1. 용식 돌리네 (Solution sinkholes)
용식 돌리네는 토양층 아래의 석회암이 물에 용해될 때 형성된다. 용해 작용은 암석 내의 절리, 균열 및 층리면과 같은 자연적인 개구부를 확장시킨다. 확장된 개구부로 토양이 침하하여 지표면에 작은 함몰지가 형성된다.[13]
3. 2. 덮개 함몰 돌리네 (Cover-subsidence sinkholes)
덮개 함몰 돌리네는 기저의 석회암 내 공극으로 인해 토양이 더욱 침하되어 지표면에 더 큰 함몰 지형이 생성되는 곳에서 형성된다.[13]
3. 3. 덮개 붕괴 돌리네 (Cover-collapse sinkholes)
덮개 붕괴 돌리네는 석회암 내 공극으로 많은 양의 토양이 침하하여 지표면이 붕괴되는 경우 형성된다. 지표면 붕괴는 갑자기 발생하여 심각한 피해를 야기할 수 있다.[13] 인간 활동으로 인해 카르스트 지형의 자연적인 배수 패턴이 변화하면 새로운 돌리네 붕괴가 발생할 수 있다.[13]
3. 4. 가짜 카르스트 돌리네 (Pseudokarst sinkholes)
가짜 카르스트 돌리네는 카르스트 돌리네와 비슷하지만 암석의 자연 용해 이외의 과정에 의해 형성된다. 이는 지하수에 의한 침식 또는 화학적 변화에 의해 지하에 있는 암석이나 공간이 붕괴되어 지표까지 이르는 큰 구멍이 생기는 현상이다.4. 주요 발생 지역
미국 지질조사국은 2015년 석회암 관련 과정으로 인한 피해 복구 비용을 지난 15년 동안 연간 최소 3억달러로 추산했지만, 부적절한 데이터를 바탕으로 과소평가일 수 있다고 지적했다.[19] 미국에서 석회암 함몰지 피해가 가장 큰 지역은 플로리다 주, 텍사스 주, 앨라배마 주, 미주리 주, 켄터키 주, 테네시 주, 펜실베이니아 주이다.[20] 미국에서 최근 발생한 가장 큰 함몰지는 1972년 앨라배마 주 몬테발로에서 발생한 "12월 거대" 또는 "골리 홀" 함몰지로, 길이 129m, 너비 107m, 깊이 46m에 달한다.[14][21]
주요 석회암 위험 지역으로는 북부 스페인의 에브로 분지, 사르데냐 섬, 이탈리아 반도, 남부 잉글랜드의 백악 지역, 중국 쓰촨 성, 자메이카, 프랑스,[22] 크로아티아,[23] 보스니아 헤르체고비나, 슬로베니아 및 러시아(총 토지 면적의 3분의 1이 석회암 지대로 구성됨)가 있다.[24]
돌리네는 여러 형태의 폐기물을 버리는 장소로 수 세기 동안 사용되어 왔으며, 그 결과 지하수 오염이 발생하여 해당 지역의 건강에 심각한 영향을 미치기도 한다.[35][36] 마야 문명은 때때로 유카탄 반도의 돌리네(세노테로 알려짐)를 귀중품과 인신 공양을 버리는 곳으로 사용했다.[37]
돌리네가 매우 깊거나 동굴과 연결되어 있으면, 숙련된 동굴 탐험가에게는 어려움을 줄 수 있으며, 물이 차 있는 경우에는 다이버에게도 위험할 수 있다. 가장 장관을 이루는 돌리네 중 일부는 멕시코의 사카톤(Zacatón) 세노테(세계에서 가장 깊은 물이 찬 돌리네), 남아프리카 공화국의 보에스만스가트(Boesmansgat) 돌리네, 베네수엘라의 사리사리냐마(Sarisariñama) 테푸이(tepuy), 멕시코의 소타노 델 바로(Sótano del Barro), 그리고 남호주 주 마운트 갬비어(Mount Gambier, South Australia) 마을에 있다. 산호초와 섬에 형성되어 엄청난 깊이로 무너져 내린 돌리네는 블루홀(blue hole)로 알려져 있으며, 종종 인기 있는 다이빙 장소가 된다.[38]
4. 1. 대한민국
대한민국에서는 최근 인위적인 요인으로 발생하는 싱크홀이 증가하고 있으며, 사회 문제가 되고 있다.[79] 2015년 2월 20일, 서울에서 보도가 깊이 약 5미터 가량 갑자기 붕괴되어 버스에서 내린 남녀 2명이 떨어졌지만, 두 사람 모두 경상을 입었다.[84][85]4. 2. 세계
싱크홀은 카르스트 지형에서 발생하는 경향이 있다.[25] 카르스트 지형에는 작은 지역에 수천 개의 싱크홀이 있을 수 있으며, 지형에 움푹 패인 모습을 보인다. 이러한 싱크홀은 모든 물을 배수시키기 때문에 이 지역에는 지하하천만 존재한다. 수많은 거대한 싱크홀이 있는 카르스트 지형의 예로는 라오스의 캄무안 산맥과 파푸아뉴기니의 마모 고원이 있다.[25][26] 사암으로 형성된 것으로 알려진 가장 큰 싱크홀은 베네수엘라의 시마 훔볼트와 시마 마르텔이다.[26]일부 싱크홀은 두꺼운 균질 석회암 층에서 형성된다. 이들의 형성은 높은 지하수 흐름, 특히 높은 강우량에 의해 촉진된다. 이러한 강우량은 파푸아뉴기니 뉴브리튼 섬의 나카나이 산맥에서 거대한 싱크홀 형성을 야기한다.[27] 강력한 지하하천은 석회암과 그 아래의 불용성 암석 사이의 접촉면에서 형성되어 큰 지하 공동을 만들 수 있다.
이러한 조건에서 중국 충칭에 있는 깊이 662m의 소자이 톈컹|소채천갱중국어(Xiaozhai Tiankeng)과 같이 세계에서 가장 큰 싱크홀이 형성되었다. 멕시코 케레타로 주와 산루이스포토시 주에도 거대한 소타노(sótanos) 등이 있다.[26][28]
멕시코 타마울리파스 주의 시스테마 사카톤(Sistema Zacatón)의 거대한 싱크홀은 화산 열로 가열된 산성 지하수에 의해 형성된 특이한 과정을 통해 만들어졌다. 20개 이상의 싱크홀과 기타 카르스트 지형이 이러한 과정으로 형성되었다.[29][30] 이 과정은 세계에서 가장 깊은 물이 찬 싱크홀인 사카톤(Zacatón)을 만들었을 뿐만 아니라 싱크홀 상부에서 특이한 석회화 퇴적 과정을 일으켜 석회화 덮개로 이러한 싱크홀을 봉인했다.[30]
북아메리카의 플로리다 주는 특히 주 중앙부에서 싱크홀 붕괴가 빈번하게 발생하는 것으로 알려져 있다. 그곳의 기저 석회암은 1,500만 년에서 2,500만 년 전 것이다. 주변부에서는 싱크홀이 드물거나 존재하지 않는데, 이곳의 석회암은 약 12만 년 전 것이다.[31]
이탈리아 남부의 무르제(Murge) 지역에도 수많은 싱크홀이 있다. 싱크홀은 많은 양의 비로 인해 저류지에서 형성될 수 있다.[32]
북극 해저에서는 메탄 배출로 인해 대규모 싱크홀이 형성되었다.[33][34]
5. 피해 사례
2010년 과테말라 시티에서는 2010년 5월 싱크홀이 발생하여 3층 건물과 주택 하나가 붕괴되고 15명이 사망했다. 이 싱크홀은 너비 약 20m, 깊이 약 30m에 달했으며, 열대폭풍 아가타로 인한 폭우와 열악한 배수 시스템이 원인으로 지목되었다.[45][46][47] 2007년 2월에도 비슷한 구멍이 근처에서 발생하여 5명이 사망했다.
이러한 싱크홀은 석회암 용해로 생긴 진정한 싱크홀이 아니라, 도시 지하의 약한 화산 퇴적물이 붕괴되어 발생한 "파이핑 의사카르스트(piping pseudokarst)" 현상이다. 지하수관 누수로 인한 물이 화산 퇴적물을 침식시켜 큰 지하 공동을 만들고, 결국 지붕이 무너지면서 거대한 구멍이 생긴 것이다.[48]
광산 채굴이나 군사 참호 등 인간 활동으로 인한 지반 침하인 크라운 홀(crown hole)의 예로는 제1차 세계 대전 당시 벨기에 이프르의 참호 위, 슬로바키아 니트라의 광산 근처,[52] 영국 더들리의 석회암 채석장,[52][53] 아일랜드 마게라클룬의 낡은 석고 광산 위에서 발생한 사례가 있다.[50][51]
5. 1. 대한민국
대한민국에서는 최근 인위적인 요인으로 발생하는 싱크홀이 증가하고 있으며, 이는 사회 문제로 대두되고 있다.[79] 도심지에서 발생하는 싱크홀은 도로, 건물, 인명 피해를 유발할 수 있으며, 지하철 공사, 상하수도관 파손 등이 그 원인으로 지목되기도 한다.2015년 2월 20일, 서울특별시에서는 보도가 깊이 약 5미터 가량 갑자기 붕괴되어 버스에서 내린 남녀 2명이 떨어지는 사고가 발생했지만, 다행히 두 사람 모두 경상을 입었다.[84][85] 2016년 일본 후쿠오카시 하카타역 앞에서 발생한 대규모 싱크홀 사고는 대한민국에서도 유사한 사고의 위험성을 보여주는 사례로 주목받았다.
5. 2. 일본
일본에서는 석회암으로 인해 자연적으로 발생하는 돌리네는 적지만, 광산 폐광, 채석장 폐장, 하수도 관로, 지하철 공사 현장 등에서는 돌리네가 많이 발생하고 있다. 매우 얕은 곳에서 채굴하는 갈탄 채굴 장소의 폐광지에서 발생하는 경우가 많다. 홋카이도의 탄광 폐광지 등, 탄광이 대규모인 경우 돌리네도 대규모가 된다.[50][51]시가지에서도 과거 채탄이나 채석이 성행했던 지역에서는 자주 발생한다. 예를 들어, 갈탄으로 유명한 가니군 미타케정, 오야석으로 유명한 우쓰노미야시 오야마정, 탄광으로 유명한 홋카이도 유바리군이나 후쿠오카현 치쿠호 지방 등에서 발생하고 있다. 붕괴를 피하기 위해 갱도 흔적에 지하수 충전 등의 대책을 시행하고 있지만, 광업과 함께 마을의 산업도 쇠퇴한 자치단체에서는 그러한 예산이 없는 경우가 많다. 만약 주택 등이 돌리네 바닥에 가라앉은 경우에는, 특정 광해로서 광업법 제109조에 따라 행정의 지원을 받을 수 있는 경우가 있다.
일본 국내에서는 하수관에 기인하는 도로 붕괴 사고가 연간 4,000~5,000건 정도 발생하고 있다.[82]
2016년 11월 8일, 후쿠오카시 하카타구 하카타에키마에 2초메 교차로 부근의 후쿠오카시 지하철 나나쿠마선 건설 공사 현장에서 하카타에키마에 도로 함몰 사고가 발생했다. 대규모 지반 붕괴 사고였지만, 사망자는 1명도 없었다. 복구 공사에 의해 1주일 후인 11월 15일 아침 5시부터 함몰 전과 같이 사람과 차량의 통행이 가능하게 되었다.
5. 3. 기타 국가
플로리다주에서는 석회암 등으로 구성된 기반암이 산성 지하수에 의해 침식을 받아 지표면이 함몰되거나 구멍이 생기는 현상이 반복적으로 발생하고 있다.[81] 특히 힐스버러군은 "함몰 지역"이라고 불릴 정도로 많이 발생하고 있으며, 플로리다주 상원 보험·은행 위원회의 보고서에 따르면 사고로 인한 보험금 청구 건수의 4분의 3이 싱크홀(sinkhole)에 의한 것이다.[81]2007년 2월 23일, 과테말라 시티의 주택가에 깊이 100m의 싱크홀이 발생하여 5명이 사망했다. 2010년 5월 30일에는 과테말라 시티의 공장 지대에서 지름 20m, 깊이 30m의 싱크홀이 발생하여 3층짜리 공장이 붕괴되어 15명이 사망했다. 열대 저기압이 가져온 홍수와 하수관 관리 부실이 원인이었다.
2014년 11월, 러시아 중부 Perm 지방 솔리캄스크(Соликамск)의 칼륨 광산에서 거대한 싱크홀이 발생하여 12월에는 너비가 80m에 달했다.[83]
6. 관련 용어
돌리네는 ‘골짜기’를 뜻하는 dolina|돌리나sr에서 유래하며, 영어로는 싱크홀(sinkhole)이 사용된다.[80]
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