침식
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1. 개요
침식은 물, 바람, 빙하, 중력 등 다양한 요인에 의해 지표면의 암석이나 토양이 깎여나가고 이동하는 현상을 의미한다. 침식의 유형으로는 물에 의한 침식, 바람에 의한 침식, 빙하에 의한 침식, 중력에 의한 침식, 화학적 침식 등이 있으며, 기후, 식생, 지형, 지질, 인간 활동 등 여러 요인에 의해 그 속도와 양상이 달라진다. 침식은 지형을 변화시키고 토양 유실, 수질 오염, 생태계 파괴 등의 결과를 초래하며, 인간 활동에 의해 그 속도가 가속화될 수 있다.
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| 침식 | |
|---|---|
| 침식 | |
| 개요 | |
| 정의 | 자연적인 과정으로 토양과 암석을 제거하는 현상 |
| 주요 요인 | 물 바람 얼음 중력 온도 변화 생물학적 영향 |
| 관련 과정 | 운반 퇴적 |
| 침식률 | 화학적 및 기계적 침식 모두 포함 |
| 역사 | 인간의 토지 이용으로 인해 침식 속도가 증가 |
| 침식의 유형 | |
| 수침식 | 빗물에 의한 침식 강물에 의한 침식 해안 침식 |
| 유형 상세 | 우격 침식: 빗방울의 충격으로 토양이 분리되는 현상 면상 침식: 얕은 물이 넓은 지역을 휩쓸면서 토양을 제거하는 현상 구곡 침식: 작은 수로를 따라 토양이 깎여 나가는 현상 협곡 침식: 구곡 침식이 더 심화되어 깊은 골짜기를 형성하는 현상 하천 침식: 하천 흐름에 의한 침식 해안 침식: 파도, 조류 등에 의한 해안 침식 강 침식: 강물의 흐름에 의한 침식 |
| 풍식 | 바람에 의한 침식 건조 지역에서 주로 발생 토양 입자를 운반 사막화 원인 |
| 빙하 침식 | 빙하의 이동에 의한 침식 빙하의 무게와 움직임으로 암석 파괴 빙하 연마 빙하의 밑부분의 파편 농도에 의존 |
| 중력 침식 | 경사면에서 중력에 의해 발생 토양 유실, 산사태, 지반 침하 등 |
| 생물 침식 | 생물의 활동에 의한 침식 나무뿌리가 암석을 파괴 굴을 파는 동물이나 식물 생장에 의한 침식 미생물의 화학적 분해 |
| 침식 요인 | |
| 기후 | 강수량 기온 바람 습도 |
| 지형 | 경사도 지형 형태 고도 |
| 토양 특성 | 토양 입자 크기 토양 구조 유기물 함량 pH 수준 |
| 식생 | 식생의 종류 식생의 밀도 뿌리 시스템 |
| 인간 활동 | 삼림 벌채 농업 건설 채광 도로 건설 과도한 방목 |
| 침식률에 미치는 영향 | |
| 인간 활동 | 삼림 벌채는 침식 증가 농업은 침식 증가 건설은 침식 증가 광업은 침식 증가 도로 건설은 침식 증가 과도한 방목은 침식 증가 |
| 침식 제어 | |
| 방법 | 식생 복원 등고선 경작 계단식 농업 둑 건설 침사지 설치 |
| 침식 결과 | |
| 영향 | 토양 비옥도 감소 수질 악화 퇴적물 축적 산사태 및 홍수 생태계 파괴 |
| 추가 정보 | |
| 퇴적물 | 퇴적물은 침식 과정을 통해 이동되어 퇴적되는 물질 |
| 인간 영향 | 인간 활동은 침식 속도 증가의 주요 요인 |
| 지속 가능한 토지 관리 | 지속 가능한 토지 관리는 침식을 줄이는 데 필수적 |
| 연구 분야 | 퇴적물 이동, 물 운송, 입자 크기 효과, 침식 모델링 |
2. 침식의 유형
침식은 다양한 자연적 요인에 의해 발생하며, 그 원인과 과정에 따라 여러 유형으로 나눌 수 있다. 주요 유형으로는 물, 바람, 빙하, 중력에 의한 침식이 있다.
- 물에 의한 침식: 강우, 하천, 해안의 파도 등 물의 작용으로 지표면이 깎이거나 토양 입자가 이동하는 현상이다. 물은 물리적인 힘뿐만 아니라 화학적인 용해 작용을 통해서도 침식을 일으킨다.
- 바람에 의한 침식: 주로 건조 지역이나 반건조 지역에서 바람에 의해 모래나 흙먼지와 같은 느슨한 입자가 날리거나(풍식, deflation), 바람에 실려 온 입자가 지표면을 때려 마모시키는(마식, abrasion) 현상이다.
- 빙하에 의한 침식: 거대한 빙하가 이동하면서 그 무게와 움직임으로 지표면을 긁거나(마찰/긁힘), 기반암 조각을 뜯어내고(빙하 뜯어내기), 얼어붙은 퇴적물을 밀어내는(빙하 밀어내기) 현상이다. U자형 계곡, 퇴석 등 독특한 빙하 지형을 형성한다.
- 중력에 의한 침식: 경사면에서 암석이나 토양, 퇴적물이 중력의 영향으로 아래쪽으로 이동하는 현상을 통칭하며, 사면붕괴 또는 질량 이동이라고도 한다. 산사태가 대표적인 예이며, 매우 느린 속도로 진행되는 표면 침식부터 갑작스럽고 빠르게 발생하는 붕괴까지 다양한 형태로 나타난다. 해저에서도 탁류에 의한 침식이나 수중 산사태 형태로 발생하여 해저 협곡을 만들기도 한다.
2. 1. 물에 의한 침식
물은 강우, 하천, 해안 등 다양한 환경에서 지표면을 변화시키는 주요한 침식 요인이다.강우와 이로 인해 발생하는 표면 유출은 빗방울의 충격이나 흐르는 물이 토양을 깎아내는 방식으로 토양 침식을 일으킨다. 이는 비산 침식, 면상 침식, 미소 침식, 열개 침식 등 여러 형태로 나타나며, 점진적으로 더 심각한 침식으로 발전할 수 있다.[10][13]
하천은 지속적으로 흐르는 물의 힘을 통해 땅을 깎아 계곡을 깊게 만들거나 넓히고, 강둑을 침식시킨다. 이러한 하천 침식 과정은 물의 양이 많은 홍수 시기에 더욱 활발하게 일어난다.[22]
해안선에서는 주로 파도와 해류의 작용으로 침식이 발생하며, 조석에 의한 해수면 변화도 영향을 미친다. 파도의 물리적인 힘, 파도에 실려 온 퇴적물에 의한 마모, 바닷물의 화학적 용해 작용 등 다양한 방식으로 해안 지형을 변화시킨다.[28]
물에 의한 침식은 물리적인 힘뿐만 아니라 화학적인 방식으로도 일어난다. 물이 암석을 녹이는 화학적 풍화는 용존 물질의 형태로 지표 물질을 제거하며, 이는 카르스트 지형과 같은 독특한 지형을 만들기도 한다.[32][33] 또한, 영구 동토층 지역에서는 흐르는 물이 얼어있는 땅을 녹여 약화시키는 '열 침식'이 발생하기도 한다.[24]
극도로 많은 양의 물이 매우 빠르게 흐를 때는 소용돌이가 형성되어 국지적으로 매우 강한 침식을 일으키기도 한다. 이러한 소용돌이는 기반암을 파내어 암석 침식 분지(rock-cut basin)와 같은 웅덩이 형태의 지형을 만들 수 있다. 예를 들어, 과거 미줄라 호수(Lake Missoula)의 빙하 홍수 때 발생한 강력한 물 흐름은 미국 워싱턴주 동부의 채널드 스캐블랜드(channeled scablands)와 같은 지형을 형성하는 데 기여했다.[43]
2. 1. 1. 강우와 표면 유출
강우와 이로 인해 발생하는 표면 유출은 네 가지 주요 유형의 토양 침식을 일으킨다. 바로 '비산 침식', '면상 침식', '미소 침식', 그리고 '열개 침식'이다. 일반적으로 비산 침식은 토양 침식 과정의 첫 단계이자 가장 덜 심각한 단계로 여겨지며, 이후 면상 침식, 미소 침식, 그리고 가장 심각한 열개 침식 순서로 진행된다.[10][13]
'비산 침식'은 떨어지는 빗방울의 충격이 토양 표면에 작은 분화구를 만들면서[14] 토양 입자를 튕겨내는 현상이다.[4] 이렇게 튕겨 나간 토양 입자는 평평한 땅에서 수직으로 최대 0.6m, 수평으로 최대 1.5m까지 이동할 수 있다.
토양이 물로 가득 차 포화 상태가 되거나, 내리는 비의 양이 물이 토양 속으로 스며드는 속도보다 빠를 때 표면 유출이 발생한다. 만약 흘러내리는 물(유출수)이 충분한 흐름 에너지를 가지면, 느슨해진 토양 입자(퇴적물)를 경사면 아래로 운반한다.[15] '면상 침식'은 이렇게 지표면을 흐르는 물에 의해 느슨한 토양 입자가 운반되는 것을 말한다.[15]
'미소 침식'은 빗물이 모여 흐르면서 작고 일시적인 물길을 만드는 현상이다. 이 작은 물길들은 언덕 경사면에서 깎여 나온 흙(퇴적물)을 아래로 운반하는 통로 역할을 한다. 미소 침식은 주로 사람의 활동 등으로 교란된 고지대에서 활발하게 일어나며, 이곳에서 물에 의한 침식률이 가장 높게 나타난다. 미소 침식으로 생긴 물길의 깊이는 보통 몇 센티미터 정도로 얕고, 물길의 경사는 매우 가파를 수 있다. 이는 미소 침식이 강이나 하천처럼 더 깊고 넓은 물길에서 흐르는 물과는 다른 수리적 특성을 보인다는 것을 의미한다.[16]
'열개 침식'은 폭우나 눈 녹은 물이 갑자기 많이 흘러내리면서 좁은 물길을 따라 빠르게 흐를 때 발생한다. 이 과정에서 물길은 상당한 깊이까지 파이게 된다.[17][18][19] 열개는 미소 침식과 구분되는데, 그 기준은 물길의 단면적이 최소 1평방피트(약 0.09m2) 이상으로, 일반적인 농기계 작업으로도 쉽게 메워지지 않을 정도의 크기이다.[20]
열개 침식이 극심하게 진행되면 배드랜드라는 특이한 지형이 만들어질 수 있다. 배드랜드는 주로 건조하거나 반건조한 기후에서 쉽게 침식되는 기반암으로 이루어진 고지대에서 형성된다. 식물이 잘 자라지 못하게 하는 환경 조건이나 지표면의 교란(rhexistasy)은 배드랜드 형성을 촉진하는 중요한 요인이다.[21]
2. 1. 2. 하천 침식
'계곡 침식' 또는 '하천 침식'은 물이 일정한 경로를 따라 계속 흐르면서 지형을 깎아내는 현상을 말한다. 하천 침식은 다음과 같은 방식으로 진행된다.
- 하방침식(하각작용): 하천 바닥(하상)을 아래쪽으로 깊게 파는 작용이다. 이로 인해 하천 바닥이 낮아지고 하류 방향의 경사가 완만해지며, 물의 운반 및 침식 능력이 감소한다.[22]
- 측방침식(측각작용): 하천의 양쪽 기슭(하안)을 옆으로 깎아 하천의 폭을 넓히는 작용이다. 하상 경사에는 큰 변화를 주지 않지만, 운반되는 흙과 모래(하중)의 양을 늘려 침식 능력의 여유분을 줄인다.[22]
- 두부침식(계두침식, 후퇴침식): 하천이 시작되는 최상류부(하곡의 머리 부분)에서 침식이 일어나 하천의 길이가 상류 쪽으로 점차 길어지는 작용이다. 주로 땅속 물길(파이프)의 천장이 무너지거나 물이 솟아나는 지점에서 침식이 시작되어 하천을 뒤쪽(언덕 쪽)으로 확장시킨다. 습윤 지역에서는 지하수나 땅속으로 스며든 물이 솟아나는 지점에서 발생하는 '''사핑'''(sapping, 지하수류에 의한 침식) 작용을 통해 하천이 형성되기도 한다.[22]
하천 침식 초기에는 주로 아래쪽으로 파고드는 하방 침식이 활발하여, 계곡은 보통 V자 모양의 깊은 단면을 가지게 되고 하천 경사도 비교적 가파르다. 시간이 지나 하천이 어떤 기준면(침식이 더 이상 일어나지 않는 해수면 등과 같은 높이)에 가까워지면, 침식의 방향은 옆으로 넓히는 측방 침식으로 바뀐다. 이로 인해 계곡 바닥이 넓어지고 좁은 충적평야가 만들어진다. 하천의 경사는 매우 완만해지고, 하천이 계곡 바닥을 구불구불하게 흐르는 곡류를 하면서 흙과 모래를 양옆으로 쌓는 퇴적 작용이 중요해진다. 일반적으로 하천 침식은 평상시보다 물의 양이 많고 유속이 빠른 홍수 때 훨씬 더 활발하게 일어난다. 이때 물뿐만 아니라 물에 떠내려가는 모래나 자갈, 바위 등도 하천 바닥이나 벽에 부딪히거나 긁히면서 '견인'(traction)이라는 과정을 통해 침식을 일으킨다.[22]
'제방 침식'은 하천이나 강둑이 옆으로 깎여나가는 현상을 말하며, 하천 바닥 자체가 깊게 파이는 '세굴'(scour)과는 구분된다. 제방 침식의 정도는 제방에 금속 막대를 박아두고 시간 경과에 따른 제방 표면 위치의 변화를 측정하여 알 수 있다.[23]
'열 침식'(Thermal erosion)은 주로 영구 동토층 지역에서 발생하며, 흐르는 물이 얼어있는 땅을 녹이고 약화시켜 침식이 일어나는 현상이다.[24] 강가나 해안가 모두에서 발생할 수 있다. 예를 들어, 시베리아의 레나 강 유역에서는 영구 동토층으로 이루어진 약한 제방이 열 침식으로 인해 빠르게 무너져 내리면서 하천의 경로가 급격하게 변하기도 한다.[25] 북극 해안에서도 파도와 따뜻해진 바닷물이 영구 동토층 절벽을 녹이고 무너뜨리는 열 침식이 발생한다. 보퍼트 해 연안의 100km 구간에서는 1955년부터 2002년까지 연평균 5.6m의 속도로 해안선이 침식되었다.[26]
일반적으로 강 침식은 강이 굽이치는 부분에서 활발하게 일어난다. 굽이의 안쪽(길고 완만한 곡선 부분)은 물의 흐름이 느려 흙과 모래가 쌓이는 퇴적이 주로 발생한다. 반면, 굽이의 바깥쪽(짧고 급한 곡선 부분)은 물의 흐름이 빨라 침식이 더 활발하게 일어난다.
규모가 큰 강에서 침식이 빠르게 진행되면, 지표면의 많은 양의 퇴적물이 제거되면서 그 아래에 있던 암반이 받는 압력이 줄어든다. 이로 인해 암반이 서서히 솟아오르는 등지적 반등 현상이 발생하여 하천 배사층(fluvial anticline)이라는 지질 구조가 만들어질 수 있다.[27]
하천 바닥이 단단한 기반암으로 이루어진 하천을 '''암반하천'''(bedrock river), 퇴적물로 덮인 충적층으로 이루어진 하천을 '''충적하천'''(alluvial river)이라고 부른다. 하천의 침식 양상은 이 두 유형에 따라 다르게 나타난다.
'''암반 하천에서의 침식 작용'''
- 용식 (Solution/Corrosion): 하천 물이 암반과 접촉하면서 암석이나 광물을 녹이는 화학적 작용이다. 특히 석회암과 같은 탄산염암 지대에서 활발하며, 물에 녹은 탄산이 암석을 용해시켜 운반한다.
- 마모 (Abrasion/Corrasion): 흐르는 물 자체나 물에 실려 운반되는 모래, 자갈 등이 하상 암반을 깎거나 마찰하여 닳게 하는 물리적 작용이다. 하상 침식에 가장 큰 영향을 미치는 작용으로, 암반의 강도, 운반되는 입자의 종류와 양, 입자의 운동 에너지 등에 따라 속도가 달라진다. 많은 입자를 운반하는 홍수 시에 마모 작용이 강해지는 경향이 있다. 하지만 운반되는 암석 조각의 양이 하천의 운반 능력을 초과하면 오히려 암반을 덮어 보호하게 되어 침식이 잘 일어나지 않기도 한다.
- 마멸 (Attrition): 운반되는 자갈이나 바위 조각들이 서로 부딪히거나 하상과의 충돌로 인해 깨지고 닳아서 크기가 작아지고 둥글게 변하는 작용이다. 암반 하천 바닥에 움푹 파인 구멍인 포트홀(pothole)은 주로 이 작용에 의해 만들어진다.
- 플러킹 (Plucking/Quarrying): 암반에 존재하는 층리나 절리와 같은 틈새로 물이 들어가 암석 조각을 떼어내는 작용이다. 암반에 틈이 많을수록 쉽게 일어난다.
- 캐비테이션 (Cavitation): 물이 매우 빠른 속도로 흐를 때 국소적으로 압력이 급격히 낮아졌다가 다시 높아지는 과정에서 발생하는 충격파로 인해 암반이 파괴되는 현상이다. 댐의 방수로(물넘이)나 폭포 아래처럼 유속이 매우 빠른 특정 장소에서 주로 발생한다. 다만, 실제 암반 하천에서의 캐비테이션 영향이 크지 않다는 보고도 있다.
'''충적 하천에서의 침식과 퇴적'''
충적 하천의 특정 구간에서 침식이 일어날지 퇴적이 일어날지는 그 구간으로 흘러 들어오는 토사(흙과 모래)의 양과 흘러 나가는 토사량의 균형, 즉 '토사 수지'(sediment budget)에 따라 결정된다.
- 퇴하작용 (Degradation): 흘러 나가는 토사량이 흘러 들어오는 양보다 많을 때 하상이 침식되어 낮아지는 현상이다. 예를 들어, 댐 건설로 상류에서 토사가 쌓이는 대신 댐 하류에서는 맑은 물만 흐르게 되어 하상이 침식되는 경우가 이에 해당한다.
- 상승작용 (Aggradation): 흘러 들어오는 토사량이 흘러 나가는 양보다 많아서 하상이 높아지는 현상이다. 상류 지역의 침식 증가, 산사태와 같은 매스무브먼트, 또는 광산 개발과 같은 인간 활동으로 토사 공급량이 늘어날 때 발생할 수 있다.
- 세굴 (Scour): 주로 홍수 시에 유속이 빨라지면서 하상이 국지적으로 깊게 파이는 현상이다. 반대로, 홍수 후에 유속이 느려지면서 파였던 곳이 다시 퇴적물로 메워지는 것을 매몰(fill)이라고 한다.
2. 1. 3. 해안 침식
해안선 침식은 노출된 해안과 보호된 해안 모두에서 발생하며, 주로 해류와 파도의 작용에 의해 발생하지만 해수면(조석) 변화도 영향을 줄 수 있다.
해안 침식은 다양한 방식으로 일어난다.
- 수압 작용(Hydraulic action): 파도가 암석의 갈라진 틈(절리)으로 밀려 들어가 내부의 공기를 압축시키면서 틈을 넓히는 작용이다.
- 파랑 충격(Wave pounding): 파도가 절벽이나 암석에 부딪히는 물리적인 힘 자체로 인해 암석 조각이 떨어져 나가는 현상이다.
- 마식 또는 침식: 파도가 모래나 자갈 같은 퇴적물을 절벽에 던져 깎아내는 작용이다. 이는 가장 효과적이고 빠르게 해안선을 침식시키는 방식 중 하나이다. 이는 화학적 용해 작용인 부식과는 다르다.
- 부식(Corrosion): 바닷물 속의 탄산(carbonic acid) 성분이 암석을 화학적으로 녹이는 작용이다.[28] 석회암(Limestone) 절벽은 특히 이러한 부식 작용에 약하다.
- 마모(Attrition): 파도에 의해 운반되는 암석 조각이나 퇴적물들이 서로 부딪히거나 절벽에 부딪히면서 점차 닳아 작아지는 과정이다. 이로 인해 물질이 더 쉽게 씻겨나가며, 결국 자갈이나 모래가 된다.
- 생물 침식(bioerosion): 특히 탄산염으로 이루어진 해안에서는 생물들이 구멍을 뚫거나 표면을 긁고 갈아내면서 침식이 일어나기도 한다.[29]
퇴적물은 주로 연안 표류(longshore drift)라고 불리는 우세한 해류 방향을 따라 해안선을 이동한다. 만약 상류에서의 연안 퇴적물 공급(Coastal sediment supply)이 해류에 의해 운반되어 나가는 양보다 적으면 해안선 침식이 발생한다. 반대로 공급되는 퇴적물의 양이 더 많으면 퇴적이 일어나 모래나 자갈로 이루어진 제방이 만들어지는 경향이 있다. 이러한 제방은 연안 표류 방향으로 해안선을 따라 서서히 이동하면서, 해안선의 특정 부분을 보호했다가 다시 노출시키기를 반복할 수 있다. 해안선이 꺾이는 부분에서는 침식된 물질이 쌓여 길고 좁은 사주가 형성되는 경우가 많다. 인공적인 방어 시설이나 바닷속 모래톱(사주) 역시 해안선의 일부를 침식으로부터 보호할 수 있다. 시간이 지남에 따라 사주가 점차 이동하면, 침식의 영향이 해안의 다른 부분으로 옮겨갈 수 있다.[30]
해안 침식이 일어난 후 해수면이 낮아지면, 과거의 파식대나 해변이 현재의 해수면보다 높은 곳에 위치하게 되는 융기 해변(raised beach)이라는 독특한 지형이 만들어질 수 있다.[31]
2. 1. 4. 화학적 침식
화학적 풍화는 지표면에서 용존 물질 형태로 물질이 손실되는 것을 의미하며, 이는 일반적으로 하천에서 발견되는 용존 물질의 양을 통해 계산된다. 안데르스 라프(Anders Rapp)는 1960년에 발표한 케르케바게(Kärkevagge) 연구를 통해 화학적 풍화 연구의 기초를 마련했다.[32] 돌리네나 카르스트 지형 같은 지형 형성은 극심한 화학적 풍화의 대표적인 예이다.[33]화학적 침식의 주요 과정 중 하나는 용식(溶蝕)이다. 용식은 하천의 물이 강바닥의 암반과 접촉하면서 암반을 이루는 암석이나 광물 성분을 녹이는 현상을 말한다. 이 작용은 특히 석회암과 같이 탄산염을 주성분으로 하는 암석에서 뚜렷하게 나타난다. 물에 녹아있는 탄산 등이 암석을 화학적으로 용해시켜 용액 상태로 만든 뒤, 물의 흐름에 따라 운반한다.
2. 2. 바람에 의한 침식
풍식(風蝕)은 특히 건조 지역과 반건조 지역에서 중요한 지형 형성 작용이다. 또한 토지 황폐화, 증발, 사막화, 유해한 대기 중 먼지, 농작물 피해의 주요 원인이 되며, 특히 삼림 벌채, 도시화, 농업과 같은 인간 활동으로 인해 자연 발생률을 훨씬 웃도는 수준으로 증가하고 있다.[44][45]
풍식은 크게 두 가지 유형으로 나뉜다. 하나는 바람이 느슨한 입자를 들어올려 날려 버리는 '풍식(deflation)'이고, 다른 하나는 바람에 실려온 입자가 지표면을 때려 마모시키는 '마식(abrasion)'이다. 풍식은 세 가지 방식으로 진행된다. (1) 크고 무거운 입자가 지표면을 따라 미끄러지거나 구르는 '표면 크리프(surface creep)', (2) 입자가 공중으로 약간 떠올라 지표면을 따라 튀어 오르는 '도약(saltation)', (3) 매우 작고 가벼운 입자가 바람에 의해 공중으로 떠올라 종종 먼 거리까지 운반되는 '현탁(suspension)'이다. 바람에 의한 침식의 대부분(50~70%)은 도약 방식으로 일어나며, 다음으로 현탁(30~40%), 표면 크리프(5~25%) 순이다.[46][47]
풍식은 건조 지역과 가뭄 시기에 훨씬 심각해진다. 예를 들어, 대평원에서는 가뭄 시기의 풍식에 의한 토양 손실이 비가 오는 해보다 최대 6100배나 더 클 것으로 추정된다.[48]
2. 3. 빙하에 의한 침식
빙하는 주로 세 가지 과정을 통해 침식을 일으킨다: 마찰/긁힘, 빙하 뜯어내기(plucking), 그리고 빙하 밀어내기(ice thrusting)이다.
마찰/긁힘 과정에서는 빙하 바닥에 있는 암석 파편들이 기반암을 긁고 갈아내면서 마치 사포처럼 기반암을 연마하고 파낸다. 과학자들은 온도가 계곡 깊이 형성에 영향을 미치는 것 외에도, 이러한 침식 작용이 계곡 단면의 형태를 결정하는 중요한 요인임을 밝혀냈다.[35] 기반암이 균질할 경우, 빙하 아래에는 곡선 형태의 수로 단면이 형성된다. 빙하는 계속해서 수직 방향으로 침식을 진행하지만, 빙하 아래 수로의 형태는 점차 안정되어 결국 우리가 흔히 보는 U자형 계곡 모양에 도달한다. 과학자들은 이 U자형 계곡이 안정된 형태를 갖추기까지 약 10만 년이 걸릴 것으로 추정한다.[35] 반면, 주변 암석보다 침식에 약한 물질을 포함하는 기반암 지역에서는 빙하의 이동 속도와 침식률이 감소하여 과도한 침식이 제한된다.[35]
빙하 뜯어내기 과정에서는 빙하가 이동하면서 기반암 조각을 뜯어낸다. 빙하 밀어내기에서는 빙하가 기저부에 얼어붙은 다음, 전진하면서 빙하와 함께 기저부의 큰 얼어붙은 퇴적물 판을 이동시킨다. 이 방법으로 캐나다 방패 지역 가장자리에 수많은 호수 분지가 형성되었다.
빙하 침식은 산맥의 높이에도 큰 영향을 미친다. 산맥의 높이는 지각판의 융기 같은 지각 작용뿐만 아니라 지역 기후 변화와도 관련이 있는데, 과학자들은 전 지구적 지형 분석을 통해 빙하 침식이 산의 최대 높이를 조절한다는 사실을 밝혀냈다. 이는 산봉우리와 설선 사이의 고도 차이가 일반적으로 1500m 미만으로 제한되기 때문이다.[36] 전 세계적으로 빙하가 산을 매우 효과적으로 침식하여 산맥의 높이를 제한하는 현상을 일컫는 "빙하 톱날(glacial buzzsaw)"이라는 용어가 널리 사용된다.[37] 산이 높아질수록 빙하 활동(특히 빙하 평형선 고도 위의 누적대에서)[38]이 활발해져 침식률이 증가하고, 이는 등지반작용으로 산이 높아지는 속도보다 더 빠르게 산의 질량을 감소시킨다.[39] 이것은 음의 되먹임 고리의 좋은 예이다.
그러나 최근 연구는 빙하가 산의 크기를 줄이는 경향이 있지만, 특정 조건에서는 오히려 침식 속도를 늦춰 산을 보호하는 "빙하 보호막(glacial armor)" 역할을 할 수도 있음을 보여준다.[37] 즉, 빙하는 산을 침식할 수도 있지만, 동시에 보호할 수도 있는 것이다. 빙하의 상태에 따라 가파른 산악 지형도 오랜 시간 동안 얼음의 도움으로 보존될 수 있다. 과학자들은 스발바르 제도 북서부 정상 8곳의 암석 표본(Be10, Al26 동위원소 분석)을 통해 이를 증명했다. 연구 결과, 스발바르 북서부는 비교적 온화했던 빙기 최대 온도에서는 활발한 빙하 침식을 겪었지만, 제4기 빙하기가 진행되면서 훨씬 추워진 빙기 최대 온도에서는 차가운 기반암 빙하에 의해 보호되는 빙하 보호막 상태로 변화했음을 보여준다.[40]
빙하 아래 물의 흐름에 의한 침식 및 운반 작용과 결합된 이러한 과정들은 빙하가 멈추거나 후퇴하면서 다양한 빙하 지형을 남긴다. 대표적인 예로는 퇴석, 드럼린, 기반 퇴석(티르), 빙하 카르스트, 케임, 케임 삼각주, 몰린, 빙하 이류암 등이 있다.[41]
가장 잘 발달된 빙하 계곡 지형은 암석 융기율이 낮고(연간 2mm 이하) 고도 차가 큰 지역에서 주로 발견되며, 이는 지형 형성에 오랜 시간이 필요함을 시사한다. 암석 융기율이 연간 2mm를 초과하는 지역에서는 빙하기 이후 빙하 계곡 지형이 크게 변형되는 경향이 있다. 이처럼 빙하 침식과 지각 작용의 상호작용은 활동적인 조산대의 높이에 영향을 미치고, 빙하기 동안의 침식 패턴을 변화시켜 빙하 작용이 지형에 미치는 영향을 결정한다.[42]
2. 4. 중력에 의한 침식
사면붕괴 또는 질량 이동은 주로 중력의 힘으로 인해 경사면에서 암석과 퇴적물이 아래쪽과 바깥쪽으로 이동하는 현상이다.[49][50]
사면붕괴는 침식 과정의 중요한 부분이며, 산악 지역에서 풍화된 물질의 분해와 운반의 첫 단계인 경우가 많다.[51] 이는 고지대의 물질을 저지대로 이동시키고, 하천이나 빙하와 같은 다른 침식 요인이 물질을 흡수하여 더 낮은 고도로 이동시킬 수 있게 한다. 사면붕괴 과정은 모든 사면에서 지속적으로 발생하며, 일부 과정은 매우 느리게 작용하는 반면, 다른 과정은 매우 갑자기 발생하여 종종 재앙적인 결과를 초래한다. 암석이나 퇴적물이 눈에 띄게 사면 아래쪽으로 이동하는 현상은 일반적으로 산사태라고 불린다. 그러나 산사태는 이동 메커니즘과 속도에 따라 더 자세하게 분류할 수 있다. 이러한 활동 중 매우 느린 형태의 가시적인 지형적 현상 중 하나는 사면붕괴 퇴적물 경사면이다.
사면붕괴는 급경사에서 발생하며, 종종 점토와 같은 물질 내에서 명확한 파쇄대를 따라 일어난다. 일단 방출되면 상당히 빠르게 비탈 아래로 이동할 수 있다. 이러한 사면붕괴 지형은 종종 물질이 비탈 아래로 미끄러지기 시작한 함몰 지형을 보여준다. 어떤 경우에는 사면 아래의 물이 사면을 약화시켜 사면붕괴를 일으키기도 한다. 고속도로 건설과 같은 부적절한 토목 공사의 결과로 발생하는 경우도 흔하다.[52]
표면 침식은 중력에 의한 토양과 암석 파편의 느린 이동으로, 장기간 관찰을 통해서만 인지될 수 있다. 그러나 이 용어는 또한 토양 표면을 따라 바람에 의해 직경 0.5mm에서 1.0mm 크기의 분리된 토양 입자가 이동하는 현상을 설명하는 데 사용되기도 한다.[53]
대륙 사면에서는 해저 침식으로 인해 해저 협곡이 생성될 수 있다. 이는 탁류(turbidity current)와 같이 빠르게 경사면 아래로 이동하는 퇴적물이 섞인 물체인 퇴적물 중력류(sediment gravity flow) 때문이다. 탁류에 의한 침식으로 경사면이 과도하게 가팔라지면 수중 산사태나 쇄설류(debris flow)가 발생할 수도 있다. 탁류는 최근에 퇴적된 다져지지 않은 퇴적물부터 단단한 결정질 기반암까지 다양한 종류의 기반암에 해저 협곡을 침식시킬 수 있다.[54][55][56] 거의 모든 대륙 사면과 심해 분지에는 퇴적물 중력류로 인해 생성된 이러한 해저 협곡이 나타나며, 해저 협곡은 대륙과 천해 환경에서 심해로 퇴적물을 이동시키는 중요한 통로 역할을 한다.[57][58][59] 탁류에 의해 생성되는 퇴적암인 터비다이트(turbidite)는 지구상에서 가장 두껍고 큰 퇴적층 서열 중 일부를 구성하며, 이는 관련된 침식 과정이 지구 역사에서도 중요한 역할을 했음을 시사한다.
3. 침식에 영향을 미치는 요인
침식은 다양한 요인의 복합적인 상호작용에 의해 발생하고 진행된다. 주요 요인으로는 기후, 식생, 지형, 지질, 그리고 인간 활동 등이 있다. 각 요인은 침식의 종류, 속도, 규모에 영향을 미치며, 이들의 상호작용은 특정 지역의 침식 특성을 결정한다.
3. 1. 기후
강수량과 강수 강도는 물에 의한 토양 침식을 좌우하는 주요 기후 요인이다.[60] 특히 토양 표면이 식생에 의해 잘 보호되지 않는 시기나 장소에서 집중호우가 발생할 경우 그 관계가 매우 강하다. 이는 농업 활동으로 토양이 노출되는 시기 또는 반건조 지역처럼 식생이 자연적으로 희소한 지역에서 주로 나타난다. 풍력 침식에는 강한 바람이 필요하며, 특히 식생이 희소하고 토양이 건조하여 침식되기 쉬운 가뭄 시기에 심화된다. 평균 기온 및 기온 범위와 같은 다른 기후 요인도 식생과 토양 특성에 영향을 미쳐 간접적으로 침식에 영향을 줄 수 있다. 일반적으로 유사한 식생과 생태계를 고려할 때, 강수량(특히 고강도 강우), 풍속 또는 폭풍이 잦은 지역은 침식이 더 심할 것으로 예상된다.세계 일부 지역(예: 미국 중서부)에서는 강수 강도가 침식력의 주요 결정 요인이며,[60] 강도가 높을수록 일반적으로 물에 의한 토양 침식이 더 많이 발생한다. 빗방울의 크기와 속도 또한 중요한 요소인데, 크고 속도가 빠른 빗방울은 더 큰 운동 에너지를 가지므로 작고 느리게 움직이는 빗방울보다 토양 입자를 더 멀리 이동시킨다.[61]
반면, 세계의 다른 지역(예: 서유럽)에서는 이전에 포화된 토양에 내리는 비교적 낮은 강도의 층상 강수로 인해 유출과 침식이 발생한다. 이러한 상황에서는 강수 강도보다는 총 강수량이 물에 의한 토양 침식의 심각성을 결정하는 주요 요인이 된다.[17] 기후 변화 예측에 따르면 유럽의 침식력이 크게 증가하고 2050년까지 토양 침식이 13~22.5% 증가할 수 있다.[62]
21세기에 태풍 빈도가 크게 증가한 타이완에서는 폭풍 빈도 증가와 하천 및 저수지의 토사량 증가 사이에 강력한 연관성이 확인되어, 기후 변화가 침식에 미치는 영향을 보여주는 사례가 되고 있다.[63]
3. 2. 식생
식생은 대기와 토양 사이의 경계 역할을 한다. 식생은 토양의 투수성을 증가시켜 표면 유출량을 감소시키는 효과가 있다. 또한 바람으로부터 토양을 보호하여 풍식을 줄여주고, 미기후에도 유리한 변화를 가져온다. 식물의 뿌리는 토양 입자들을 서로 단단히 묶어주고 다른 뿌리들과 얽히면서 토양 덩어리를 형성하는데, 이는 수침식[64]과 풍식에 대한 저항성을 높이는 중요한 역할을 한다. 반대로 식생이 제거될 경우, 지표면의 침식 속도는 빨라지게 된다.[65]3. 3. 지형
지형은 지표 유출의 속도를 결정하며, 이는 유출수의 침식력을 결정하는 중요한 요소이다. 일반적으로 길고 가파른 경사면은 짧고 완만한 경사면에 비해 침식률이 훨씬 높다. 특히 식생 피복이 부족할 경우, 폭우 시 토양 침식이 매우 심하게 발생할 수 있다. 또한, 가파른 지형은 산사태, 토석류와 같은 중력 침식 과정에 더 취약하다.[61][66][67]더 큰 규모에서 지구조 운동은 지구 표면의 침식률과 분포를 제어하는 역할을 한다. 지각 변동으로 인해 산맥과 같은 지형이 융기하거나 침강하면 지표면의 경사가 변하게 된다. 침식률은 지역적인 경사에 민감하게 반응하므로, 지형 변화는 해당 지역의 침식 속도에 직접적인 영향을 미친다. 또한, 활발한 지구조 운동은 풍화되지 않은 신선한 암석을 지표면으로 노출시켜 침식 작용을 받게 한다.
반대로, 침식은 지구조 운동 과정에도 영향을 미칠 수 있다. 특정 지역에서 많은 양의 암석이 침식되어 다른 곳으로 운반 및 퇴적되면, 그 아래 지각과 맨틀에 가해지는 하중이 줄어든다. 이러한 하중 감소는 해당 지역에서 지구조적 융기나 등압적 융기를 유발할 수 있다.[51][68] 일부 지역에서는 이러한 상호작용이 매우 빠른 침식률과 융기가 동시에 발생하는 현상으로 이어지기도 하는데, 예를 들어 서부 히말라야의 낭가파르밧과 같은 가파른 지형 아래에서 관찰되는 빠른 심부 암석의 노출 현상이 이에 해당한다. 이러한 지역을 '지구조 동맥류'라고 부르기도 한다.[69]
3. 4. 지질
화학적 풍화는 지표면에서 용존 물질 형태로 물질이 손실되는 것을 말한다. 이는 주로 하천에서 발견되는 용존 물질의 양을 통해 측정된다. 스웨덴의 지리학자 안데르스 라프(Anders Rapp)는 1960년 케르케바게(Kärkevagge) 연구를 통해 화학적 풍화 연구의 선구자 역할을 했다.[32] 돌리네나 카르스트 지형과 같은 지형들은 극심한 화학적 풍화의 대표적인 예시다.[33]빙하는 주로 세 가지 과정, 즉 마찰/긁힘, 빙하 뜯어내기(plucking), 빙하 밀어내기(ice thrusting)를 통해 침식을 일으킨다.
- 마찰/긁힘: 빙하 바닥에 있는 암석 파편들이 아래의 기반암을 긁고 갈아내면서 침식시킨다. 마치 사포로 나무를 문지르는 것과 같다. 과학자들은 빙하 침식이 계곡 단면의 형태 변화를 조절하며, 특히 기반암이 균질할 경우 빙하 아래에 곡선 형태의 수로 단면이 만들어진다는 것을 밝혀냈다. 빙하는 계속해서 수직으로 침식하지만, 수로의 형태는 점차 안정되어 오늘날 우리가 보는 U자형 계곡(빙식곡) 형태에 도달한다. 이 과정은 약 10만 년 정도 걸리는 것으로 추정된다.[35] 기반암이 약한 경우(주변보다 침식되기 쉬운 물질 포함)에는 빙하의 속도와 침식률이 감소하여 과도한 침식이 제한된다.[35]
- 빙하 뜯어내기: 빙하가 움직이면서 기반암 조각을 뜯어내는 과정이다.
- 빙하 밀어내기: 빙하가 바닥의 퇴적물에 얼어붙은 상태로 전진하면서, 거대한 퇴적물 판을 함께 밀어내는 현상이다. 이 방식으로 캐나다 순상지 가장자리에 수많은 호수 분지가 형성되었다.
산맥의 높낮이는 지각판의 융기 같은 지각 활동뿐만 아니라, 지역 기후 변화와 빙하 침식의 영향을 받는다. 전 지구적 지형 분석을 통해, 빙하 침식이 산의 최대 높이를 조절한다는 사실이 밝혀졌다. 이는 산 정상과 설선(snowline) 사이의 고도 차이가 보통 1500m 미만으로 제한되기 때문이다.[36] 빙하가 산을 효과적으로 깎아내려 높이를 제한하는 현상을 "빙하 톱날(glacial buzzsaw)"이라고 부른다.[37] 산이 높아질수록 빙하 활동(특히 빙하 평형선 고도 위의 누적대에서)[38]이 활발해져 침식률이 증가하고, 이는 등지반작용으로 산이 높아지는 속도보다 빠르게 산의 질량을 감소시킨다.[39] 이는 음의 되먹임 고리의 좋은 예시다.
그러나 최근 연구에 따르면, 빙하가 항상 산을 깎아내리는 것만은 아니다. 특정 조건에서는 오히려 침식 속도를 줄여 산을 보호하는 "빙하 보호막(glacial armor)" 역할을 하기도 한다.[37] 예를 들어, 스발바르 제도 북서부에서는 제4기 빙하기 동안 기온이 매우 낮아지면서, 차가운 기반 빙하가 산 정상을 덮어 침식으로부터 보호했다는 연구 결과가 있다.[40]
빙하 침식과 빙하 아래 물의 흐름에 의한 운반 작용은 빙하가 녹아 후퇴할 때 다양한 빙하 지형을 남긴다. 여기에는 퇴석, 드럼린, 기반 퇴석(till), 빙하 카르스트, 케임, 케임 삼각주, 몰린(moulin), 빙하 이류암 등이 포함된다.[41] 잘 발달된 빙하 계곡 지형은 암석 융기율이 낮고(연간 2mm 이하) 고도 차가 큰 지역에서 주로 발견되며, 이는 오랜 시간에 걸쳐 형성됨을 시사한다. 암석 융기율이 연간 2mm를 초과하는 지역에서는 빙하기 이후 빙하 지형이 크게 변형되는 경향이 있다. 이처럼 빙하 침식과 지각 작용은 서로 영향을 주고받으며, 특히 활동적인 조산대(산맥 형성 지역)의 높이와 형태를 결정하는 데 중요한 역할을 한다.[42]
지구조 운동은 지구 표면의 침식률과 분포를 제어한다. 지구조 작용으로 지구 표면의 일부(예: 산맥)가 주변 지역에 비해 상승하거나 하강하면 지표면의 경사가 반드시 변해야 한다. 침식률은 거의 항상 국지적 경사에 민감하기 때문에, 이는 상승 지역의 침식률을 변화시킬 것이다. 활동적인 지구조 운동은 또한 신선하고 풍화되지 않은 암석을 지표면으로 가져와 침식 작용에 노출시킨다.
그러나 침식은 지구조 과정에도 영향을 미칠 수 있다. 특정 지역에서 많은 양의 암석이 침식에 의해 제거되고 다른 곳에 퇴적되면 하부 지각과 맨틀의 하중이 감소할 수 있다. 지구조 과정은 지각에서 발생하는 응력장의 기울기에 의해 구동되기 때문에 이러한 하중 감소는 차례로 해당 지역에서 지구조적 또는 등자기적 융기를 일으킬 수 있다.[51][68] 어떤 경우에는 이러한 상호 작용이 지구 표면에서 침식률이 매우 높은 곳, 예를 들어 서부 히말라야의 낭가파르밧의 매우 가파른 지형 아래의 깊은 지각암의 매우 빠른 삭박대를 국지화하고 강화하는 역할을 한다는 가설이 세워졌다. 이러한 장소는 "지구조 동맥류"라고 불린다.[69]
河床(하상)이 기반암으로 이루어진 하천을 '''암반하천'''(岩盤河川), 퇴적 작용에 의한 충적층으로 이루어진 하천을 '''충적하천'''이라고 하는데, 하천의 침식은 이러한 하상의 형태에 따라 크게 다르다.
3. 5. 인간 활동
농업 및 도시 개발을 포함한 인간의 토지 개발은 침식과 퇴적물 수송을 가속화하는 중요한 요인으로 간주되며, 이는 식량 안보를 악화시킬 수 있다.[70] 특히 삼림 벌채, 도시화, 농업과 같은 인간 활동은 토지 황폐화, 증발, 사막화, 유해한 대기 중 먼지, 농작물 피해의 주요 원인이 되는 바람에 의한 침식의 자연 발생률을 훨씬 웃도는 수준으로 증가시키기도 한다.[44][45] 대만의 경우, 섬의 북부, 중부, 남부 지역에서 퇴적물 부하의 증가는 20세기 동안 각 지역의 개발 시기와 연관성을 보인다.[63] 인간이 의도적으로 토양과 암석을 제거하는 행위는 ''토사채취''라고 명명된 침식의 한 형태이다.[71]4. 침식의 결과
침식은 지형을 변화시키고, 토양을 유실시키며, 수질을 오염시키고 생태계를 파괴하는 등 다양한 결과를 가져온다.
산맥과 같은 거대한 지형이 침식 작용으로 거의 평탄한 평원으로 변하는 데에는 수백만 년이라는 매우 긴 시간이 소요될 수 있다.[72] 이 과정에서 산봉우리들의 높이가 비슷해지는 정상 일치 현상이 나타나기도 한다.[73]
토양 생성 속도보다 침식 속도가 빠르면 토양이 파괴된다.[76] 특히 인간 활동은 자연적인 침식 속도를 전 세계적으로 10배에서 40배까지 증가시켜 문제를 심화시킨다.[10][78] 과도한 침식은 영양분이 풍부한 표토층을 잃게 하여 농업 생산성을 떨어뜨리고, 자연 경관에서는 생태계 붕괴를 초래하며, 심한 경우 사막화로 이어질 수도 있다. 또한, 침식된 흙과 퇴적물이 하천이나 호수로 흘러 들어가 수로를 메우거나 부영양화를 일으켜 수질을 오염시킨다.[10][78]
이처럼 물과 바람에 의한 침식은 토지 황폐화의 주요 원인이며, 전 세계 황폐화된 토지 면적의 약 84%가 이로 인해 발생한 것으로 추정될 만큼 중요한 환경 문제로 인식되고 있다.[10][78]
4. 1. 지형 변화
산맥이 침식되어 거의 평탄한 평원이 되기까지는 수백만 년이 걸릴 수 있다. 예를 들어, 해수면 변화가 크지 않다고 가정할 때 Himalaya|히말라야eng와 같은 거대한 산맥이 완전히 평탄화되는 데는 4억 5천만 년 이상이 걸릴 것으로 추정된다.[72] 산맥이 침식되는 과정에서 산봉우리들이 비슷한 높이를 가지게 되는 정상 일치 현상이 나타나기도 한다.[73] 한편, 조산 운동으로 만들어진 산맥의 높이를 낮추는 데에는 침식보다 신장성 조산 운동과 같은 지각 변형 과정이 더 효과적일 수 있다는 주장도 있다.[74]러시아 북부의 티마니드 조산대는 심하게 침식된 산맥의 한 예이다. 이 조산대의 침식으로 생성된 퇴적물은 현재 동유럽 지괴에서 발견되는데, 라도가 호 근처의 캄브리아기 사블랴층 등이 여기에 해당한다. 연구에 따르면 이 조산대의 침식은 캄브리아기에 시작되어 오르도비스기에 더욱 활발해졌을 가능성이 높다.[75]
침식 작용은 다음과 같이 독특하고 다양한 지형을 만들어낸다.
- 그랜드 캐니언 (미국): 지각 변동으로 융기한 지층이 콜로라도강의 오랜 침식 작용으로 깎여나가면서, 평탄한 고원 위에 깊은 협곡이 형성되었다.
- 카파도키아 (터키): 화산 활동으로 쌓인 응회암이 빗물 등에 의해 차별적으로 침식되면서, 단단한 부분이 남아 원뿔이나 버섯 모양의 독특한 바위 기둥들이 만들어졌다.
- 계림 (중화인민공화국): 석회암 지대가 빗물에 의해 화학적으로 녹아내리는 '''용식'''(침식의 일종) 작용을 받아, 봉우리들이 솟아 있는 광대한 카르스트 지형이 형성되었다.
4. 2. 토양 유실
침식률이 토양 생성 속도를 넘어서면 토양은 파괴된다.[76] 침식률이 낮더라도 오랜 시간에 걸쳐 발달하는 토양의 특징 형성을 방해할 수 있다. 예를 들어, 인셉티솔은 침식이 활발한 지형에서 주로 발달하는데, 만약 지형이 안정적이었다면 더 발달된 형태인 알피솔이 형성될 수도 있었을 것이다.[77]토양 침식은 자연적인 과정이지만, 인간 활동은 전 세계적으로 침식 속도를 10배에서 40배까지 증가시켰다. 이렇게 과도하게 빨라진 침식은 침식이 일어나는 '현장'과 침식된 물질이 이동해 쌓이는 '이탈 지점' 모두에서 문제를 일으킨다. 현장에서는 영양이 풍부한 표토층(토양층)이 사라져 농업 생산성이 떨어지고, 자연 경관에서는 생태계 붕괴로 이어질 수 있다. 심한 경우, 땅이 사막화되기도 한다. 이탈 지점에서는 침식된 흙이 하천 바닥에 쌓여 물길을 막거나, 물에 영양분이 과도하게 흘러들어 부영양화를 일으키기도 한다. 또한, 쌓인 퇴적물이 도로나 주택에 피해를 주기도 한다. 물과 바람에 의한 침식은 토지 황폐화의 가장 큰 두 가지 원인이며, 전 세계 황폐화된 토지 면적의 약 84%가 이로 인해 발생한다. 이처럼 과도한 침식은 매우 중요한 환경 문제 중 하나이다.[10][78]
미국에서는 침식에 매우 취약한 땅(높은 침식성 토지)에서 농사를 짓는 농부들이 정부의 농업 지원을 받으려면, 토양 침식을 막기 위한 보전 계획을 반드시 따라야 하는 경우가 많다.[79]
충적하천의 특정 구간에서 침식이 일어나거나 퇴적물이 쌓이는 것은 그 구간으로 흘러 들어오는 토사량과 흘러 나가는 토사량의 균형(토사 수지)에 의해 결정된다.
- 퇴하작용(Degradation): 토사의 유출량이 유입량을 초과하여 하상이 침식되어 저하되는 현상이다. 예를 들어, 댐 건설에 의해 상류에 토사가 퇴적되는 한편, 하류에서는 하상이 침식되는 경우를 들 수 있다.
- 상승작용(Aggradation): 반대로 유입량이 초과하여 하상이 상승하는 현상으로, 상류부의 침식이나 매스무브먼트, 채광 등 인위적인 활동이 원인이 된다.
- 세굴(Scour): 홍수 시에 하상이 크게 침식되는 현상이다.
- 매몰(Fill): 반대로 하상에 퇴적되어 함몰지가 메워지는 현상이다.
4. 3. 수질 오염
토양 침식은 자연적으로 발생하는 현상이지만, 인간 활동은 전 세계적으로 침식이 일어나는 속도를 10배에서 40배까지 증가시켰다.[10][78] 이렇게 과도하게 발생하거나 가속화된 침식은 다양한 문제를 일으키는데, 특히 침식된 토양 입자가 하천이나 호수 등 수역으로 운반되면서 수질 오염을 유발하는 주요 원인이 된다.침식 과정에서 이동하는 퇴적물은 물길을 따라 흘러 들어가 수로의 퇴적을 유발하고 물을 탁하게 만든다. 더 심각한 문제는 토양 입자에 포함된 질소나 인과 같은 영양 물질이 과도하게 수계로 유입되어 부영양화를 일으키는 것이다.[10][78] 부영양화는 녹조나 적조 현상을 발생시켜 수중 생태계를 교란하고, 물속 용존 산소를 고갈시켜 어류 폐사 등 심각한 환경 문제를 초래한다. 이처럼 과도한 침식은 토지 황폐화의 주요 원인 중 하나이며, 전 세계 황폐화된 토지 면적의 약 84%가 물과 바람에 의한 침식으로 발생했을 정도로 심각한 환경 문제로 인식되고 있다.[10][78]
4. 4. 생태계 파괴
침식은 자연적인 과정이지만, 인간 활동은 전 세계적으로 침식이 발생하는 속도를 10~40배 증가시켰다.[10][78] 침식률이 토양 생성 속도를 넘어서면 토양 자체가 파괴될 수 있다.[76] 이렇게 과도하게 진행되는 침식은 다양한 문제를 일으키며, 특히 생태계에 심각한 영향을 미친다.과도한 침식은 땅 위에서 직접적으로 문제를 일으키기도 하고(현장 문제), 침식된 물질이 다른 곳으로 이동하며 문제를 일으키기도 한다(이탈 문제).[10][78] 현장에서는 식물 성장에 필수적인 영양분이 풍부한 표면 토양층이 사라지면서 농업 생산성이 크게 감소하고, 자연 경관에서는 생태계 붕괴로 이어질 수 있다. 심각한 경우, 땅이 완전히 황폐해지는 사막화가 진행되기도 한다.[10][78] 또한, 침식된 흙과 퇴적물이 하천 등으로 흘러 들어가 수로를 막거나, 호수나 바다로 유입되어 물을 오염시키고 부영양화를 일으키는 이탈 문제도 발생한다.[10][78]
이처럼 물과 바람에 의한 침식은 토지 황폐화를 일으키는 가장 큰 원인 중 하나이며, 전 세계 황폐화된 토지 면적의 약 84%가 이러한 침식 때문에 발생한 것으로 추정된다. 이는 침식이 매우 중요한 환경 문제임을 보여준다.[10][78] 낮은 침식률이라도 오랜 시간에 걸쳐 형성되는 특정 토양의 특징 발달을 방해할 수 있다. 예를 들어, 침식이 진행되는 땅에서는 인셉티솔과 같은 미숙한 토양이 발달하는데, 만약 지형이 안정적이었다면 더 발달된 알피솔 같은 토양이 형성될 수도 있었을 것이다.[77]
5. 한국의 침식 문제와 대응
대한민국은 국토의 약 70%가 산지로 이루어져 있고 경사가 급한 지역이 많다.[1] 또한, 강수량이 여름철에 집중되는 몬순 기후의 특성상 짧은 시간에 많은 비가 내리는 경우가 잦아 토양 침식에 취약한 자연환경을 가지고 있다.[2]
과거 급격한 산업화와 도시화 과정에서 이루어진 무분별한 산림 벌채와 개발은 토양 침식을 더욱 심화시키는 요인이 되었다. 산림이 파괴되고 지표면이 콘크리트나 아스팔트로 덮이면서 빗물이 땅속으로 스며들지 못하고 빠르게 흘러내려 토양 유실을 가속화했다.[3] 특히, 도로 건설이나 택지 개발 등으로 인해 산지가 절개되면서 불안정한 비탈면이 늘어나 산사태 위험이 커졌다.
이러한 토양 침식은 다양한 문제를 야기한다. 비옥한 표토층이 유실되어 농작물 생산성이 감소하고, 쓸려 내려간 흙은 하천과 저수지에 쌓여 수질 오염과 저수 용량 감소의 원인이 된다.[4] 집중 호우 시에는 산사태나 토석류가 발생하여 인명과 재산에 큰 피해를 주기도 한다.
이에 대응하기 위해 정부는 지속적으로 사방사업을 추진하여 황폐해진 산림을 복구하고 산사태 위험 지역을 관리하고 있다.[5] 댐 건설을 통해 홍수를 조절하고 토사 유출을 막으려는 노력도 이루어지고 있다. 최근에는 환경 문제에 대한 인식이 높아지면서 친환경적인 국토 관리와 지속 가능한 개발의 중요성이 강조되고 있으며, 개발 사업 시 환경 영향을 최소화하기 위한 제도적 장치들이 마련되고 있다.
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