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유사 (모래)

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1. 개요

유사(Quicksand)는 전단-수식 비뉴턴 유체로, 평상시에는 고체처럼 보이지만 압력 변화에 따라 점성이 감소하여 액체처럼 변하는 현상이다. 유사는 물과 모래가 분리되어 밀도가 높은 모래 퇴적물 영역이 형성되면서 점성이 감소하는 것처럼 보인다. 유사의 밀도는 인체보다 높아 허리 높이 이상 가라앉기 어려우며, 알루미늄과 같이 밀도가 높은 물체도 정지 상태에서는 떠 있을 수 있다. 움직이거나 당황하면 더 깊이 가라앉을 수 있으며, 열사병, 탈수증, 익사 등의 2차적인 위험이 발생할 수 있다. 유사는 강가, 늪, 해안 근처에서 발생하며, 대중문화에서는 사람이 유사에 완전히 잠기는 모습으로 묘사되지만, 실제로는 불가능하다.

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유사 (모래)
개요
종류모래, 실트, 점토와 물의 혼합물
특징교반 시 액체화된 토양 생성

2. 성질

유타주 파리아 강 유역에서 퀵샌드를 만난 하이커들


오스트레일리아 서부 로어 킹 다리 근처의 퀵샌드 경고 표지판


유사는 전단-수식(shear-thinning) 성질을 가진 비뉴턴 유체이다. 평소에는 교란되지 않은 상태에서 고체와 유사한 (gel) 상태로 존재하지만, 외부에서 응력(stress)이 가해지면 점성이 급격히 낮아져 졸(sol) 상태의 액체처럼 변한다. 아주 작은 응력 변화(약 1% 미만)에도 이러한 상태 변화가 일어날 수 있다.

사람이 유사를 밟는 등 처음 교란이 발생하면 유사의 물과 모래가 분리되어 밀도가 높은 모래 퇴적물 영역이 형성된다. 이러한 높은 부피 분율 영역이 형성되기 때문에 유사의 점성이 갑자기 감소하는 것처럼 보이며, 물체는 가라앉기 시작한다. 유사 내에서 움직이려면 압축된 모래에 충분한 압력을 가하여 다시 물을 도입하여 액화시켜야 한다. 이를 위해 필요한 은 매우 크다. 예를 들어, 1cm/s의 속도로 유사에서 발을 빼려면 자동차 한 대를 들어 올리는 데 필요한 힘과 동일한 양의 힘이 필요하다.[1]

하지만 사람이 유사에 완전히 잠기는 것은 불가능하다.[2] 유사의 밀도는 약 2 g/cm³로, 사람 몸의 평균 밀도인 약 1 g/cm³보다 훨씬 높기 때문이다. 이러한 밀도 차이 때문에 일반적으로 허리 높이 이상으로 가라앉기는 어렵다. 심지어 알루미늄(밀도 약 2.7 g/cm³)처럼 유사보다 밀도가 높은 물체라도 움직임으로 인해 모래가 액화되지 않는 한, 정지 상태에서는 유사 위에 떠 있을 수 있다.[3] 유사의 비중은 물보다 훨씬 크며, 수분을 많이 포함하더라도 물의 비중보다 낮아지는 경우는 없다. 따라서 영화에서처럼 사람이 유사에 완전히 삼켜지는 일은 항복 응력 관점에서도 일어나기 어렵다.[7] 또한 대부분의 유사는 깊이가 1m 정도에 불과하여, 서 있는 자세라면 완전히 표면 아래로 잠길 가능성은 더욱 낮다.

그러나 계속 움직이거나 당황하면 오히려 더 깊이 빠질 수 있다.[4] 유사는 가소성 유체의 특성상 진동이 가해지면 유동성이 증가하므로, 발버둥 칠수록 더 가라앉게 된다. 물론 부력 때문에 일정 깊이 이상 가라앉지는 않지만, 움직임이 점점 더 어려워지면서 다른 위험에 노출될 수 있다. 즉, 유사 자체에 빠져 죽기보다는, 움직일 수 없는 상태에서 열사병, 탈수증, 저체온증에 걸리거나, 밀려오는 조수익사하거나, 주변의 포식성 또는 공격적인 동물에게 공격당하는 등 2차적인 요인으로 위험에 처할 가능성이 더 크다.[4] 정지 상태에서는 유사가 토사처럼 행동하여 물체를 빼내려면 매우 큰 힘이 필요하므로, 기진맥진하거나 하여 유사에서 빠져나오지 못하고 꼼짝 못하게 되는 위험성이 더 높다. 꼼짝 못하게 되면 기아나 홍수 등의 2차적인 재해에 휘말릴 위험이 있다.

유사에서 빠져나오려면 다리를 천천히 움직여 주변 유체의 점성을 높이고, 앙와위(얼굴과 몸통을 위로 향한 채 수평으로 눕는 자세) 자세로 몸을 회전시켜 떠오르는 것이 좋다.[3]

한편, 어떤 원인으로 인해 유동성을 띤 유사는 일반적인 물이나 홍수보다 더 위험할 수 있다. 비중이 물보다 훨씬 커서 액압이 높고 파괴력도 더 크기 때문이다.

3. 특징



유사(퀵샌드)는 전단-수식 특성을 가진 비뉴턴 유체이다. 평소에는 교란되지 않은 상태에서 처럼 고체와 유사하게 보이지만, 외부에서 가해지는 응력이 약간만 변해도(전단 변형력이 1% 미만으로 변해도) 점성이 급격히 낮아져 졸 상태, 즉 액체처럼 변하는 특징이 있다.

사람이 유사를 밟으면, 그 압력으로 인해 유사 내부의 물과 모래가 분리되면서 국소적으로 밀도가 높은 모래 퇴적물 영역이 형성된다. 이 과정에서 점성이 급격히 떨어지면서 밟은 사람은 가라앉기 시작한다.

하지만 사람의 몸은 유사보다 밀도가 낮기 때문에 완전히 가라앉는 것은 불가능하다.[2] 유사의 밀도는 약 2g/cm3인 반면, 인체의 평균 밀도는 약 1g/cm3 정도이다. 이 밀도 차이 때문에 사람은 기껏해야 허리 높이까지만 가라앉는 것이 일반적이다.[7] 심지어 알루미늄(밀도 약 2.7g/cm3)처럼 유사보다 밀도가 높은 물체라도, 움직임으로 인해 유사가 액화되지 않는 한 표면에 떠 있을 수 있다.[3]

그러나 유사는 가소성 유체의 특성을 지녀 진동이나 움직임이 가해지면 유동성이 증가한다. 따라서 당황하여 발버둥치면 오히려 더 깊이 빠지게 되어 탈출이 어려워진다.[4] 물론 부력 때문에 일정 깊이 이상 가라앉지는 않지만, 움직임은 상황을 악화시킨다.

유사에서 빠져나오려면 매우 큰 이 필요하다. 굳어진 유사 속에서 발을 빼내려면, 압축된 모래 입자들 사이에 다시 물이 스며들도록 하여 주변을 액화시켜야 하는데, 이때 필요한 힘은 상당하다. 연구에 따르면, 1cm/s의 속도로 발을 빼내려면 자동차 한 대를 들어 올리는 것과 맞먹는 힘이 필요할 수 있다.[1] 정지 상태의 유사는 단단한 토사처럼 작용하여 움직임을 방해한다.

이 때문에 유사에 빠졌을 때 가장 큰 위험은 완전히 잠기는 것 자체가 아니라, 탈출하지 못하고 기진맥진하거나 움직일 수 없게 되는 것이다. 이런 상태에서는 열사병, 탈수증, 저체온증과 같은 환경 요인이나, 조수가 밀려와 익사하거나, 포식자에게 공격당하는 등 2차적인 재해에 노출될 위험이 크다.[4]

만약 유사가 산사태나 이류처럼 대량으로 흘러내리는 경우에는 일반적인 홍수보다 훨씬 더 위험하다. 비중이 물보다 훨씬 높기 때문에 액압과 파괴력 역시 물보다 크다.

유사에 빠졌을 경우, 당황하지 않고 침착하게 행동하는 것이 중요하다. 몸을 뒤로 젖혀 앙와위(등을 대고 눕는 자세)를 취해 체중을 넓게 분산시키고, 다리를 매우 천천히 움직여 점성을 높이며 빠져나오는 것이 권장된다.[3]

4. 유사 발생 지역



유사는 주로 강가, 또는 해안 근처에서 발견된다. 유사를 일으키는 늪은 속칭 '''밑 빠진 늪'''이라고도 부른다. 또한, 습원에는 "야치마나코"라는 옛 명칭으로 불리는 유사 지역이 다수 존재한다.

지진 등으로 지하수에 압력이 가해지는 경우에도 유사가 발생할 수 있으며, 이때 건물 등을 삼키기도 한다. 이는 액상화 현상과 관련이 깊다.

유사가 위험한 곳으로 잘 알려진 장소 중 하나는 영국의 Morecambe Bay|모어컴 베이영어이다. 이 만은 넓고 얕으며 간조와 만조의 차이가 커서 변화가 급격하다. 이 때문에 간조 시 유사에 빠진 사람이 만조 때 수면 아래에 잠길 위험이 있다. 실제로 1988년 알래스카에서는 유사에 갇힌 여성이 만조로 인해 사망하는 사고가 발생하기도 했다.

5. 대중문화 속 유사

유사는 모험 소설전형적인 기법으로 자주 등장하며, 특히 영화에서 많이 활용된다. 영화 등에서는 비현실적으로 흡입 효과를 통해 유사에 들어간 사람이나 물건이 완전히 잠겨 익사하는 위험한 모습으로 묘사되는 경우가 많다. 이는 인간이 유사에 완전히 잠겨 익사할 수 있다는 흔한 오해를 낳았지만, 실제로는 불가능하다.[5] 2010년 미국 잡지 ''슬레이트(Slate)''의 기사에 따르면, 이러한 묘사는 1960년대에 특히 유행했으며, 당시 제작된 영화의 약 3%에서 등장인물이 점토, 진흙 또는 모래에 빠지는 장면이 포함되었다고 한다.[6]

6. 유수의 이동

토사(土砂)가 하천으로 유입되거나, 흐르는 물 등에 의해 하상이 씻겨 내려가면서 유사가 발생한다. 이 유사는 하천 내에서 이동하고 퇴적되면서 하천의 형태를 변형시킨다. 구성 재료와 유사의 형태에 따라 베드 매터리얼 로드(Bed Material Load)와 워시 로드(Wash Load)로 분류된다.

베드 매터리얼 로드는 주로 하상에 유의미하게 존재하는 사력(砂礫)으로 이루어져 있으며, 하상을 구성하는 사력과 반복적으로 교환되는 유사를 말한다. 이러한 움직임은 소류력(물이 흐르면서 바닥을 미는 힘)에 의해 크게 지배되며, 이동 형태에 따라 소류사(掃流砂)와 부유사(浮遊砂)로 분류된다.

워시 로드는 하상 사력에 유의미하게 존재하지 않는 미세한 토사 입자로 구성되어 있으며, 유속이 느려져도 쉽게 침전되지 않아 하상과 교환되기 어렵다.

참조

[1] 논문 Rheology: Liquefaction of quicksand under stress. http://www.nature.co[...] Nature 2005
[2] 웹사이트 Will Quicksand Really Kill You? http://thescienceexp[...] 2020-04-08
[3] 웹사이트 Quicksand Science: Why It Traps, How to Escape https://web.archive.[...] National Geographic News 2011-10-09
[4] 간행물 Killer Quicksand. Discovery Channel 2004-10-20
[5] 웹사이트 Quicksand myth exposed https://www.abc.net.[...] Reuters 2020-04-08
[6] 뉴스 Terra Infirma: The rise and fall of quicksand. http://www.slate.com[...] 2010-08-23
[7] 웹사이트 Humans Cannot Fully Sink in Quicksand? https://www.snopes.c[...] Snopes 2024-10-10
[8] 문서 자신의 힘



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