퇴적물

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1. 개요

퇴적물은 입자 크기, 모양, 구성 성분에 따라 분류되며, 쇄설성, 화산쇄설성, 생물 유해, 수중 용해 물질 침전물 등이 있다. 입자 크기는 Φ 척도로 분류하며, 입자 모양은 형태, 원마도, 표면 조직으로 정의된다. 퇴적물 운반은 유체의 힘, 입자 크기, 밀도, 모양에 따라 달라지며, 하천, 바람, 빙하 등에 의해 이루어진다. 해양 퇴적 환경은 연안, 대륙붕, 대륙붕 가장자리, 대륙붕 사면, 하구 등이 있으며, 퇴적물 함정은 퇴적물 축적 지역을 의미한다. 퇴적물은 토양 침식과 하천 오염, 연안 개발로 인한 산호초 위협 등 환경 문제를 야기하며, 생물학적 연구 대상이 되기도 한다. 암괴류 퇴적물은 급경사지에서 떨어진 암석 파편이 퇴적되어 형성된 지형을 구성하는 물질이다.

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퇴적물
지도 정보
기본 정보
정의	지표면에 퇴적된 입자상 고체 물질
주요 구성 요소	암석 조각 미네랄 유기물 화학적 침전물
형성 과정
이동	물 바람 빙하 중력
운반 과정	부유 견인 도약 구름
퇴적 장소	강 호수 바다 사막 빙하
유형
기원별 분류	쇄설성 퇴적물 화학적 퇴적물 생물학적 퇴적물
입자 크기별 분류	자갈 모래 실트 점토
중요성
환경	토양 형성 해안선 형성 습지 조성 수질 변화
산업	건설 자재 광물 자원 석유 및 가스 저장소
지질학	과거 환경 변화 기록 지각 변동 연구
퇴적물 제어
침식 방지	식물 심기 테라스 설치 댐 건설
퇴적물 제거	준설 퇴적물 포획 장치
기타
관련 분야	지질학 토양학 수문학 환경 과학

2. 분류

퇴적물은 기원과 구성 성분에 따라 쇄설성 퇴적물, 화산쇄설성 퇴적물, 생물 기원 퇴적물, 화학적 퇴적물로 크게 분류된다.

쇄설성 퇴적물: 역, 사, 이암(실트, 점토) 등 주로 육상에서 유래한 암석 파편들로 구성된다.
화산쇄설성 퇴적물: 화산암괴, 화산탄, 화산력, 부석, 스코리아, 화산재 등 화산 활동으로 생성된 물질이다.
생물 유해: 생물 유해로 구성된다.
수중 용해 물질 침전물: 물속에 녹아 있던 물질이 침전되어 만들어진다.

2. 1. 입자 크기 (입도)

퇴적물의 크기는 로그 2 척도인 "Φ(파이) 척도"로 측정하며, 이 척도는 입자 크기를 "콜로이드"에서 "암괴"까지 분류한다.^[1]

φ 척도	크기 범위 (미터)	크기 범위 (인치)	집합체 등급 (Wentworth)	기타 명칭
< −8	> 256mm	> 약 25.65cm	암괴
−6 to −8	64mm~256mm	약 6.35cm~약 25.65cm	자갈
−5 to −6	32mm~64mm	약 3.20cm~약 6.35cm	매우 거친 자갈	조약돌
−4 to −5	16mm~32mm	약 1.60cm~약 3.20cm	거친 자갈	조약돌
−3 to −4	8mm~16mm	약 0.79cm~약 1.60cm	중간 자갈	조약돌
−2 to −3	4mm~8mm	약 0.40cm~약 0.79cm	고운 자갈	조약돌
−1 to −2	2mm~4mm	약 0.20cm~약 0.40cm	매우 고운 자갈	과립
0 to −1	1mm~2mm	약 0.10cm~약 0.20cm	매우 거친 모래
1 to 0	0.5mm~1mm	약 0.05cm~약 0.10cm	거친 모래
2 to 1	0.25mm~0.5mm	약 0.03cm~약 0.05cm	중간 모래
3 to 2	125μm~250μm	약 0.01cm~약 0.03cm	고운 모래
4 to 3	62.5μm~125μm	약 0.01cm~약 0.01cm	매우 고운 모래
8 to 4	3.9μm~62.5μm	약 0.00cm~약 0.01cm	실트	진흙
> 8	< 3.9μm	< 약 0.00cm	점토	진흙
> 10	< 1μm	< 약 0.00cm	콜로이드	진흙

퇴적물에는 다음과 같은 것들이 있다.

쇄설성 퇴적물: 역, 사, 이암(실트, 점토)
화산쇄설성 퇴적물: 화산암괴·화산탄, 화산력·부석·스코리아, 화산재 등
생물의 유해
수중의 용해 물질이 침전된 것

2. 2. 입자 모양

입자 모양의 차이를 나타내는 개략도. 구형도(세로)와 원마도(가로)의 두 매개변수가 표시되어 있다.

입자의 모양은 세 가지 요소로 분석할 수 있다. '''형태'''는 입자의 전체적인 모양을, '''원마도'''는 입자 모서리의 날카로운 정도를, '''표면 조직'''은 입자 표면의 긁힘, 구멍, 능선과 같은 작은 규모의 특징을 의미한다.^[2]

2. 2. 1. 형태 (구형도)

형태(구형도라고도 함)는 입자의 주축에 대한 크기를 측정하여 결정된다. 윌리엄 크럼바인(William C. Krumbein)은 이러한 수치를 단일 형태 척도로 변환하기 위한 공식을 제안했다.^[3]

:

\psi_l = \sqrt[3]{\frac{D_S D_I}{D_L^2}}

여기서

D_L

,

D_I

, 및

D_S

는 입자의 장축, 중축 및 단축 길이이다. 형태

\psi_l

는 완벽한 구형 입자의 경우 1에서 판상 또는 막대상 입자의 경우 매우 작은 값까지 다양하다.

Sneed와 Folk는 대체 척도를 제안했다.^[4]

:

\psi_p = \sqrt[3]{\frac{D_S^2}{D_L D_I}}

이것은 다시 구형도가 증가함에 따라 0에서 1까지 다양하다.

2. 2. 2. 원마도

둥글기(Roundness)는 입자의 모서리와 모퉁이가 얼마나 날카로운지를 나타내는 지표이다. 정확한 측정을 위해 복잡한 수학 공식이 고안되었지만, 이러한 공식은 적용하기 어렵기 때문에 대부분의 지질학자는 비교 차트를 이용하여 둥글기를 추정한다. 일반적인 기술 용어는 둥글기의 정도가 증가하는 순서로 매우 각진(very angular), 각진(angular), 아각진(subangular), 아원형(subrounded), 원형(rounded), 매우 원형(very rounded) 순서이다.^[1]

2. 2. 3. 표면 조직

표면 조직은 구멍, 균열, 능선, 긁힘과 같은 입자의 소규모 특징을 설명한다. 이러한 특징은 표면 자국이 오랫동안 유지되기 때문에 석영 입자에서 가장 일반적으로 평가된다. 표면 조직은 광택에서 서리까지 다양하며, 입자의 이동 역사를 보여줄 수 있다. 예를 들어, 서리 입자는 바람에 의해 운반되는 풍성 퇴적물의 특징이다. 이러한 특징을 평가하려면 종종 주사전자현미경을 사용해야 한다.

2. 3. 구성 성분

퇴적물의 구성은 모암의 암석학, 광물 조성, 화학적 조성으로 파악할 수 있다. 점토는 크기 범위와 조성(점토광물 참조) 모두로 사용될 수 있어 주의해야 한다.^[1]

퇴적물은 다음과 같이 분류할 수 있다.^[1]

쇄설성 퇴적물: 역, 사, 이암(실트, 점토)
화산쇄설성 퇴적물: 화산암괴, 화산탄, 화산력, 부석, 스코리아, 화산재 등
생물 유해
수중 용해 물질 침전물

3. 퇴적물 운반

퇴적물은 물, 바람, 빙하 등 다양한 운반 매체에 의해 이동한다. 퇴적물의 운반은 운반 매체의 힘과 퇴적물 자체의 크기, 부피, 밀도, 모양에 따라 달라진다. 유체의 힘이 강해지면 입자에 작용하는 양력과 항력이 증가하여 입자가 상승하고, 크거나 밀도가 높은 입자는 유체를 통과하여 침강할 가능성이 더 높다.

인공 방파제는 물의 흐름 속도를 줄이기 때문에 퇴적물이 쌓인다. 유속이 느려지면 하천이 운반할 수 있는 퇴적물의 양이 줄어들기 때문이다.

하천에 의한 운반, 바람에 의한 운반, 빙하에 의한 운반은 각각 하위 섹션에서 자세히 설명한다.

3. 1. 하천에 의한 운반 (Fluvial processes)

> 제거 대상 템플릿

최종 출력:

하천은 유속과 유량에 따라 다양한 크기의 퇴적물을 운반하며, 하천의 침식, 운반, 퇴적 작용은 하천 지형을 형성하는 주요 요인이다.

3. 2. 바람에 의한 운반 (Aeolian processes)

바람은 미세 퇴적물의 운반과 공중 먼지로부터 사구 지대와 토양의 형성을 초래한다.^[1]

3. 3. 빙하에 의한 운반 (Glacial processes)

빙하는 다양한 크기의 퇴적물을 운반할 수 있으며, 빙하가 녹으면서 쌓이는 퇴적물을 모레인이라고 한다.

3. 4. 질량 균형 (Mass balance)

운반 중인 퇴적물과 하상에 퇴적되는 퇴적물 사이의 균형은 Exner 방정식으로 설명할 수 있다. 이 식은 퇴적에 의한 하상 고도 증가율이 유동에서 떨어져 나오는 퇴적물의 양에 비례한다는 것을 보여준다. 유동의 힘이 변하면 퇴적물을 운반하는 유동의 능력도 변하고, 이는 하천 전체에서 나타나는 침식과 퇴적 패턴에 반영된다.

이는 국지적인 현상일 수 있다. 예를 들어 암석 뒤와 같이 유동이 가속되는 곳에서는 세굴공(scour holes)이 발생하고, 곡류 굽이 안쪽에서는 퇴적이 일어난다. 침식과 퇴적은 지역적일 수도 있다. 침식은 댐 제거와 기준면 하강으로 인해 발생할 수 있으며, 퇴적은 강이 고여 전체 하중을 퇴적하게 만드는 댐 건설이나 기준면 상승으로 인해 발생할 수 있다.^[1]

4. 해양 퇴적 환경

바다, 대양, 호수에는 시간이 지나면서 퇴적물이 쌓인다. 퇴적물은 육지의 강이나 하천을 통해 운반되거나, 바다 생물의 껍데기 등이 쌓여 만들어진다. 이렇게 쌓인 퇴적물은 퇴적암이 되기도 하고, 그 속에 묻힌 생물은 화석이 되기도 한다. 호수 바닥에 쌓인 퇴적물은 과거의 기후 변화를 연구하는 데 사용될 수 있다.

영점 이론은 해양 퇴적물이 해안에서 멀어질수록 입자 크기가 작아지는 현상을 설명한다.^[1]

4. 1. 주요 해양 퇴적 환경

해양 환경에서 퇴적물이 퇴적되는 주요 지역은 다음과 같다.

연안 모래: 해변 모래, 유출 하천 모래, 해안 사주와 사취 등이 있으며, 대부분 쇄설성이고 동물상 함량이 적다.
대륙붕: 실트질 점토로 구성되어 있으며, 해양 동물상 함량이 증가한다.
대륙붕 가장자리: 육상 기원 물질 공급량이 적고, 대부분 석회질 동물 골격으로 구성되어 있다.
대륙붕 사면: 훨씬 더 미세한 입자의 실트와 점토로 구성되어 있다.
하구: 만 갯벌이라고 불리는 퇴적층이 생성된다.

하천과 해양이 혼합된 또 다른 퇴적 환경은 터비다이트 시스템으로, 심해 퇴적 및 심해 분지뿐만 아니라 심해 해구에 퇴적물을 공급하는 주요 원천이다.

시간이 지남에 따라 퇴적물이 축적되는 해양 환경의 어떤 함몰부도 퇴적물 함정으로 알려져 있다.

영점 이론은 퇴적물 퇴적이 해양 환경 내에서 수리학적 분류 과정을 거쳐 해양 쪽으로 갈수록 퇴적물 입자 크기가 고와지는 현상을 설명한다.

4. 2. 퇴적물 함정 (Sediment trap)

해양 환경에서 퇴적물이 축적되는 함몰 지형을 퇴적물 함정이라고 한다.^[1] 영점 이론은 해양 퇴적물이 해양 쪽으로 갈수록 입자 크기가 작아지는 경향을 설명한다.^[1]

5. 환경 문제

토양 침식과 농업 활동으로 인한 퇴적물 유출은 하천 생태계와 수질에 심각한 영향을 미친다. 열대림의 화전 농업이나 이동식 경작은 토양 침식을 유발하며, 현대 농업 지역에서도 단일 작물 재배로 인해 토양이 침식된다. 연안 개발은 산호초 주변 해역의 퇴적물 증가를 유발하여 산호 생태계를 위협한다.

5. 1. 토양 침식과 하천 오염

열대림의 화전 농업이나 이동식 경작은 심각한 토양 침식을 유발한다. 지표면의 식생이 제거되면 상층 토양은 바람과 물의 침식에 취약해진다. 마다가스카르 고원 중앙부에서는 기반 토양이 침식되어 '라바카(lavaka)'라고 불리는 독특한 협곡이 형성되었다. 이 협곡들은 일반적으로 너비 약 40m, 길이 약 80m, 깊이 약 15m이다.^[5] 이러한 토사 퇴적은 하천의 색깔을 짙은 적갈색으로 변색시키고 물고기 폐사를 유발한다.^[7]

현대 농업 지역에서도 단일 작물 재배로 인해 토양이 지지력을 잃어 침식이 문제가 된다.^[9] 침식으로 인한 토양 손실은 경작지를 없애고 토사량을 증가시키며, 비료 성분이 하천으로 유입되어 부영양화를 일으킨다.^[10]

토사 공급률(SDR)은 침식된 토양 중 하천으로 유입되는 비율을 나타낸다.^[11] 토사 이동과 퇴적은 WaTEM/SEDEM과 같은 모델을 사용하여 예측할 수 있다.^[12]

5. 2. 연안 개발과 산호초

연안 개발은 산호초 주변 해역의 퇴적물 증가를 유발하여 산호에 스트레스를 주고, 산호 생태계를 위협한다. 개발을 위해 유역 내 자연 식생을 제거하면 토양이 강한 바람과 강우에 노출되고, 그 결과 노출된 퇴적물이 침식되어 해양 환경으로 유입될 가능성이 높아진다.^[14]

퇴적물은 산호를 물리적으로 질식시키고, 표면을 마모시키며, 퇴적물 제거 과정에서 산호가 에너지를 소모하게 한다. 또한 조류 번성을 야기하여 어린 산호(폴립)가 정착할 수 있는 해저 공간을 줄이는 등 여러 방법으로 산호에 악영향을 미칠 수 있다.^[14]

퇴적물이 해양 연안 지역으로 유입되면 퇴적물 배출원 근처 해저를 특징짓는 육지, 해양 및 유기 퇴적물의 비율이 변화한다. 퇴적물의 기원(육지, 해양, 유기적)은 해당 지역의 평균적인 퇴적물 입자 크기(거칠거나 고운 정도)와 상관관계가 있다. 육지(일반적으로 고운 입자), 해양(일반적으로 거친 입자), 유기 기원(나이에 따라 다름) 퇴적물의 상대적인 유입에 따라 퇴적물의 입도 분포가 변화한다. 이러한 해양 퇴적물의 변화는 특정 시점에서 수중에 부유하는 퇴적물의 양과 퇴적물 관련 산호 스트레스를 나타낸다.^[14]

6. 생물학적 연구

2020년 7월, 해양생물학자들은 남태평양 환류(SPG) 해저 약 76m 아래 퇴적물에서 최대 1억 150만 년 된 호기성 미생물을 발견했다. 이 미생물들은 유기물이 부족한 환경에서 "준정지 상태"로 발견되었으며, 이는 생명체가 극한 환경에서 생존할 수 있는 능력을 보여주는 중요한 발견으로 평가된다. 이 발견은 지금까지 발견된 가장 오래 사는 생명체일 수 있다는 점에서 의미가 크다.^[15]^[16]

7. 암괴류 퇴적물 (崖錐堆積物)

급경사지 등에서 떨어져 나온 암석 파편들이 하부 사면에 퇴적되어 형성된 지형을 암괴류(崖錐)라고 하며, 일반적으로 반원추형을 이루는 선상지 등을 형성한다. 그렇게 형성된 지형을 구성하는 물질이 암괴류 퇴적물(崖錐堆積物)이다. 유사한 지형이나 구성물을 포함하여 암괴류성 퇴적물(崖錐性堆積物)이라고 하며, 이들은 불균질하고 미고결된 토괴류(혹은 암괴류)로 구성되어 느슨한 상태이기 때문에 투수성이 풍부하고, 사면은 자주 토사재해의 원인이 된다. 퇴적된 층후 등의 토질 상황에 따라 지하수가 형성되거나 기반암과의 층 경계에 지하수가 흐르는 불안정한 사면을 형성하며, 그 이동 형태에 특징이 나타난다(매스무브먼트 - 산사태). 이러한 암괴류성 퇴적물을 포함하여 원위치에서 생성된 퇴적물을 일차 퇴적물이라고 하고, 그 외 이동이나 활동 등에 의한 퇴적물을 이차 퇴적물(붕적토)이라고 하며 불안정 정도에 따라 분류된다.

참조

_[1] 웹사이트 Sediment https://education.na[...] 2024-12-10
_[2] 서적 Principles of sedimentology and stratigraphy Pearson Prentice Hall 2006
_[3] 논문 Measurement and Geological Significance of Shape and Roundness of Sedimentary Particles 1941
_[4] 논문 Pebbles in the Lower Colorado River, Texas a Study in Particle Morphogenesis 1958-03-01
_[5] 웹사이트 Erosion Landforms: What Is A Lavaka? https://www.worldatl[...] WorldAtlas 2021-09-24
_[6] 논문 Relation Between Bedrock Geology, Topography and Lavaka Distribution in Madagascar 2012-06-01
_[7] 논문 Erosion Rates and Sediment Sources in Madagascar Inferred from 10 Be Analysis of Lavaka, Slope, and River Sediment 2009-07-01
_[8] 논문 Understanding the cost of soil erosion: An assessment of the sediment removal costs from the reservoirs of the European Union https://linkinghub.e[...] 2024-01-01
_[9] 논문 Long-Range Effects of Intensive Cultivation and Monoculture on the Quality of Southern Ontario Soils 1980-03-01
_[10] 서적 Food safety management: a practical guide for the food industry Elsevier 2021-09-24
_[11] 논문 Estimating water erosion and sediment yield with GIS, RUSLE, and SEDD http://www.jswconlin[...] 2003-05-01
_[12] 논문 Modelling mean annual sediment yield using a distributed approach https://lirias.kuleu[...] 2001-10-01
_[13] 논문 A step towards a holistic assessment of soil degradation in Europe: Coupling on-site erosion with sediment transfer and carbon fluxes 2018-02-01
_[14] 논문 Assessing the effects of sediments and nutrients on coral reefs 2014-04-01
_[15] 뉴스 These Microbes May Have Survived 100 Million Years Beneath the Seafloor - Rescued from their cold, cramped and nutrient-poor homes, the bacteria awoke in the lab and grew. https://www.nytimes.[...] 2020-07-28
_[16] 논문 Aerobic microbial life persists in oxic marine sediment as old as 101.5 million years 2020-07-28

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