동굴학

3. 동굴의 지질학 및 수문학

카르스트 지형에서 동굴은 일반적으로 용해라는 화학적 부식 과정을 통해 형성된다.^[3] 부식은 탄산염 암석에서는 화학 반응, 석고와 암염에서는 물리적 작용, 규산염 암석과 따뜻한 기후에서는 물질 분해를 통해 일어난다. 종유동 내부 지하수 흐름은 유로 형태나 강우 반응(유량, 수질, 수온 변화) 면에서 지표의 강과 유사하여 지하강으로 불린다.

3. 1. 동굴 생성

3. 2. 지구화학

3. 2. 1. 동굴 생성물

3. 3. 수문학

3. 3. 1. 지하수계 조사

4. 동굴 지도

동굴의 상세하고 정확한 지도 제작은 동굴에서 수행되는 일반적인 기술 활동 중 하나이다. 동굴 지도는 '측량'이라고 불리며, 동굴 간의 길이, 깊이, 부피를 비교하고, 동굴 생성에 대한 단서를 밝히며, 추가적인 과학 연구를 위한 공간적 기준을 제공하고, 방문객의 길 찾기를 돕는 데 사용된다.

4. 1. 동굴 측량

5. 동굴 생물학

동굴은 다양한 생물들의 보금자리이다. 동굴 생태계는 지표면 생태계와 완전히 분리된 것은 아니지만, 동굴이 깊어질수록 독특한 환경을 가진다.

동굴 생태계는 에너지와 영양분이 제한적이며, 햇빛과 식물 잔해의 유입이 차단되어 지표면에 비해 열악하다. 주요 에너지원은 외부에서 유입되는 유기물이나 박쥐와 같은 주기성 동굴 동물의 배설물 등이다.^[6]

동굴 생태계는 매우 취약하여 댐 건설, 석회암 채석, 수질 오염, 벌목 등 인간의 활동으로 쉽게 파괴될 수 있다.^[7]

5. 1. 동굴 환경

• 내생 환경: 균열과 암석 틈새, 지하수 침투, 뿌리의 돌출을 통해 지표면 토양과 소통하는 동굴의 부분이다.
• 준지하 환경: 동굴 입구 근처의 임계 구역으로, 햇빛이 마지막으로 도달하는 곳까지 확장된다.
• 지하 환경: 또는 "진정한" 동굴 환경. 이는 바람과 지하 강, 또는 동물의 이동을 통해 지표면과 정기적으로 접촉할 수 있거나, 거의 완전히 고립될 수 있다. 깊은 지하 환경은 햇빛이 아닌 석회암 및 기타 광물에서 화학 자가 영양 박테리아에 의해 방출되는 화학 에너지를 주요 에너지원으로 하는 자율적인 생태계를 호스팅할 수 있다.^[12]

또한 생존 이유 없이 동굴에 들어가는 지표면 유기체인 소위 ''우연한 동굴외래생물''도 있다. 일부는 심지어 동굴에서 생존할 수 없는 ''동굴 혐오자''일 수도 있다. 예로는 싱크홀에 빠진 사슴, 홍수로 동굴로 쓸려 들어온 개구리 등이 있다.

동굴 생태계를 제한하는 두 가지 요인은 일반적으로 에너지와 영양분이다. 어느 정도까지는 활발하게 형성되는 카르스트 동굴에서 항상 수분을 이용할 수 있다. 햇빛과 식물 잔해의 꾸준한 퇴적이 차단된 동굴은 지표면의 습한 지역에 비해 열악한 서식지이다. 동굴 환경의 대부분의 에너지는 외부 생태계의 잉여분에서 나온다. 동굴에서 에너지와 영양분의 주요 원천 중 하나는 동굴외래생물(대부분 박쥐)의 배설물이다. 다른 출처는 위에서 언급했다.^[6],^[13]

동굴 생태계는 매우 취약하다. 희소성과 생태계 내 위치 때문에 많은 인간 활동에 의해 위협받고 있다. 댐 건설, 석회암 채석, 수질 오염 및 벌목은 지하 생물 공동체를 파괴하거나 파괴할 수 있는 몇 가지 재해일 뿐이다.^[7],^[14]

5. 2. 동굴 생물의 분류

이 외에도 생존과 관계 없이 동굴에 들어가는 '우연한 동굴외래생물'도 있다. 이들은 동굴에서 생존할 수 없는 '동굴 혐오자'일 수도 있다. 예를 들어 싱크홀에 빠진 사슴이나 홍수로 동굴에 쓸려 들어온 개구리 등이 있다.^[6]

5. 3. 동굴 생태계 보존

6. 동굴 고생물학

동굴에서는 종종 포유류의 화석이 발견되는데, 이는 고생물학과 관련이 있다. 특히 수직갱은 대형 동물에게 함정과 같은 역할을 하기 때문이다. 석회 동굴 내의 지하수는 석회 성분이 풍부하여 화석 뼈가 풍화되지 않고 보존되기에 적합하므로 과거에 살았던 생물군을 밝히는 중요한 자료가 된다. 일본에서는 도치기현 갓산, 히로시마현 테이샤쿠다이, 야마구치현 아키요시다이, 오키나와현 등의 석회 동굴 등에서 발견된 화석 연구가 진행되고 있다.

7. 동굴 기상학

동굴 내 기류, 기온, 습도, 동굴 내 안개 등에 대한 연구가 진행된다. 지중 온도는 보통 -50cm에서 일변화가, -10m에서 연변화가 소실된다고 하지만, 카르스트와 같은 동굴 지대에서는 이를 훨씬 넘는 수 배에서 수십 배 깊이까지 외기온의 영향을 받는다.^[11] 이는 동굴 계통이나 틈새를 통해 외부 공기의 유출입(굴뚝 효과)이나 빗물의 침투가 격렬하게 일어나기 때문이다.

굴뚝 효과가 나타나지 않고, 지표수의 동굴 내 침투가 적은 동굴에서는 지표 온도의 영향을 덜 받는다. 동절기에 영하로 떨어진 기류가 대량으로 동굴 내로 유입되는 동굴에서는 차갑고 밀도가 높은 공기가 동굴 내에 체류하여 하절기에도 동굴 내 기온이 영하로 유지되고, 얼음에 의한 동굴 내 장식이 보이는 경우가 있다. 이러한 동굴을 빙동(얼음 구멍)이라고 한다.

동굴 내 기류가 지표와의 미지의 연결 동굴 탐사에 응용되는 경우도 있다. 굴뚝 효과가 일어나는 것으로 인한 동굴 내 공기의 계절적인 이산화탄소 분압의 변화에 의해, 동굴 생성물은 주로 동절기에 성장한다는 연구도 있다.^[11]

8. 화산 동굴학

화산 지대의 동굴에서는 용암이 때때로 강한 자성을 띠기 때문에 나침반을 사용한 측량이 불가능하며, 이산화탄소 등의 화산성 가스의 체류 등에 충분히 주의해야 하는 등, 일반적인 동굴 조사와는 다른 조사・연구의 방법과 탐험 기술이 요구되기 때문에 화산동굴학이라는 독립된 분야를 이루고 있다.

9. 기타 분야

동굴학자들은 고고학자들과 협력하여 로마의 클로아카 막시마와 같은 지하 유적, 터널, 하수도 및 수로를 연구한다.^[15]

네덜란드 마스트리흐트에는 1500년경부터 이웃 나라 벨기에까지 뻗어있는 고밀도 망상 구조로 굴착된 백악질 채굴 갱도가 있다. 총 연장은 200km에 달한다. 광부들이 벽면에 남긴 그림이나 조각상 등 많은 유물이 발견되었다(ST. PIETERSBERG 동굴).

일본 우쓰노미야 지방에는 에도 시대부터 굴착된 오야석 지하 채굴장이 많이 있으며, 거대한 공간을 만들어 왔다. 1989년에는 그러한 오래된 공동의 붕괴로 인해 지름 100m, 깊이 30m의 함몰이 일어났다.

참조

_[1] 논문 Disciplinary identities and crossing boundaries: The academization of speleology in the first half of the twentieth century https://meridian.all[...] 2015-01-01
_[2] 웹사이트 What is the UIS? http://www.uis-spele[...] 2019-04-28
_[3] 서적 Karst Hydrology and Physical Speleology https://books.google[...] Springer Science & Business Media 2012-12-06
_[4] 논문 Speleothems https://www.scienced[...] 2019
_[5] 웹사이트 Microbial diversity and proxy species for human impact in Italian karst caves https://www.nature.c[...] 2023-01-13
_[6] 문서 Classifications of Cave Biota & Cave Environments 1996
_[7] 문서 The Fragile Underground
_[8] 간행물 Rome's Ruins http://ngm.nationalg[...] National Geographic Magazine 2006-07
_[9] 문서 1977
_[10] 문서 1987
_[11] 문서 2009
_[12] 문서 1978
_[13] 문서 Classifications of Cave Biota & Cave Environments 1996
_[14] 문서 The Fragile Underground
_[15] 웹사이트 Ruins Under Rome http://www7.national[...]
_[16] 두피디아 동굴학