융기
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1. 개요
융기는 지질학적 현상으로, 지각이 위쪽으로 솟아오르는 것을 의미한다. 융기는 지각 두꺼워짐, 밀도 분포와 맨틀 대류, 암석권 굽힘, 조산 운동, 등압 융기 등 다양한 원인에 의해 발생한다. 융기 해안, 산호섬 융기 등 융기의 유형이 있으며, 지구 표면의 변위, 암석의 변위, 발굴과의 관계를 통해 융기를 정의할 수 있다. 융기와 발굴의 측정은 고도 변화, 침식률, 퇴적 암석의 시퀀스 보존 등을 통해 이루어지며, 고기후학 복원, 지열기압계, 핵분열 트랙 연대 측정 등을 활용한다.
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2. 융기의 원인
해안 근처의 해저는 파도의 침식 작용으로 평평해지고, 오목한 부분은 토사로 메워져 더욱 평평한 지형이 된다. 이렇게 얕고 평평한 해저가 융기하면 평평하고 출입이 적은 해안선을 가진 육지가 나타난다. 융기 해안은 멀리까지 얕은 모래사장으로 이루어져 있으며, 파도에 쓸려온 모래가 사주를 만들거나 그 안쪽에 개펄이 형성되기도 한다. 또한, 단단한 암석이 얕은 해저에서 파도에 의해 평평하게 깎인 해저가 융기하여 넓은 플랫폼을 이루는 경우도 있다.
융기는 다음과 같은 다양한 원인에 의해 발생한다.
- 지각 두꺼워짐: 대륙 지각이 충돌하여 겹쳐 쌓이면서 발생한다. 히말라야 산맥이 대표적인 예시이다.[1]
- 밀도 분포와 맨틀 대류: 지구의 맨틀 순환과 해양 지각의 생성, 냉각, 섭입 등 밀도 차이로 인해 발생한다.[1]
- 암석권 굽힘: 조산대의 무게나 빙하 작용과 관련된 얼음 두께 변화와 같은 힘으로 암석권이 구부러지면서 발생한다.[1]
- 조산 운동: 판 충돌로 인해 산맥이나 넓은 지역이 융기하는 현상이다. 인도판과 유라시아판의 충돌로 형성된 히말라야 산맥, 파미르 고원, 톈산 산맥 등이 대표적인 예시이다.[2][3]
- 등압 융기 (Isostatic uplift): 빙상이 녹은 후의 빙하 후 반동과 같이 질량 감소가 지각 반등으로 보상되면서 발생한다. 캐나다의 허드슨 만 지역, 오대호, 페노스칸디아 등이 대표적인 예시이다.[5]
2. 1. 지각 두꺼워짐
지각 두꺼워짐은 위쪽 방향의 운동 성분을 가지며, 종종 대륙 지각이 대륙 지각 위로 충상 단층될 때 발생한다. 기본적으로 각 판에서 온 낙하체(충상 시트)가 충돌하여 서로 겹쳐 쌓이기 시작한다. 이러한 과정의 증거는 보존된 오피오라이트 낙하체(히말라야 산맥에서 보존됨)와 역 변성 작용대 기울기를 가진 암석에서 볼 수 있다. 보존된 역 변성 작용 기울기는 낙하체가 실제로 서로 위에 너무 빨리 쌓여 뜨거운 암석이 차가운 암석 위로 충상되기 전에 평형을 이룰 시간이 없었음을 나타낸다. 낙하체 적층 과정은 중력이 결국 추가적인 수직 성장을 허용하지 않기 때문에(수직 산 성장에는 상한선이 있음) 오래 지속될 수 없다.2. 2. 밀도 분포와 맨틀 대류
산맥의 융기된 표면은 주로 지각이 두꺼워지면서 발생하지만, 판 구조 운동을 일으키는 다른 힘들도 작용한다. 모든 판 구조 과정은 밀도 차이가 존재할 때 중력에 의해 추진된다. 좋은 예시는 지구의 맨틀의 대규모 순환이다. 표면 근처의 측면 밀도 변화 (예: 해양 지각의 생성, 냉각 및 섭입) 역시 판 이동을 유발한다.산맥의 역학은 전체 암석권의 ''기둥''에 대한 중력 에너지의 차이에 의해 지배된다(아이소스타시 참조). 표면 높이의 변화가 지각 두께의 아이소스타시 보상 변화를 나타내는 경우, 단위 표면적당 포텐셜 에너지 변화율은 평균 표면 높이 증가율에 비례한다. 중력에 거스르는 가장 높은 작업률은 지각(암석권이 아님)의 두께가 변화할 때 필요하다.[1]
2. 3. 암석권 굽힘
암석권 굽힘은 성장하는 조산대의 무게나 빙하 작용과 관련된 얼음 두께의 변화와 같은 힘의 작용으로 암석권이 구부러지는 과정이다. 암석권은 지질학적 시간 척도에서 유체처럼 작용하는 점성층인 연약권 위에 놓여 있다. 따라서 하중이 가해지면 암석권은 점진적으로 정역학적 평형에 도달한다. 예를 들어, 섭입대에서 해구의 해양쪽 암석권은 지구 지각의 탄성으로 인해 위쪽으로 굽어진다.[1]2. 4. 조산 운동
판 충돌의 결과로 조산 융기가 나타나며, 이는 산맥이나 더 넓은 지역의 완만한 융기를 초래한다. 대륙-대륙 지각 충돌은 조산 융기의 가장 극단적인 형태일 것이다. 이 과정에서 두 대륙이 봉합되어 거대한 산맥이 형성된다. 인도판과 유라시아판의 충돌은 조산 융기가 얼마나 광범위하게 일어날 수 있는지를 보여주는 좋은 예이다. 인도판이 유라시아판 아래로 침강하는 심각한 역단층 운동과 습곡 작용이 두 판의 봉합을 일으켰다.[2] 인도판과 유라시아판의 충돌은 히말라야 산맥을 만들었으며, 북쪽의 시베리아 지역의 지각 두꺼워짐 현상도 이로 인한 것이다.[3] 파미르 고원, 톈산 산맥, 알타이 산맥, 힌두쿠시 산맥 및 기타 산맥 지대는 모두 인도판과 유라시아판의 충돌에 의해 형성된 산맥의 예이다.오자크 고원은 아칸소주, 오클라호마주, 텍사스주 남부에서 일어난 페름기 와치타 조산운동의 결과로 넓게 융기된 지역이다. 또 다른 관련 융기 지형으로는 텍사스주에 있는 라노 융기가 있는데, 이 지역은 융기 지형에서 이름을 따왔다. 그랜드 캐니언을 포함하는 콜로라도 고원은 광범위한 지각 융기에 이어진 강의 침식의 결과이다.[4]
산이 조산 융기 또는 기타 과정(예: 빙하 작용 후 반동)으로 인해 서서히 솟아오를 때, 수계곡이라는 특이한 지형이 나타날 수 있다. 이 지형에서는 하천의 침식이 산의 융기보다 빠르게 일어나 한쪽의 저지대에서 다른 쪽의 유사한 지역으로 산맥을 통과하는 협곡 또는 계곡이 형성된다. 이러한 수계곡의 예로는 뉴질랜드의 마나와투 협곡과 메릴랜드주의 컴벌랜드 내로우스가 있다.
2. 5. 등압 융기 (Isostatic uplift)
지구의 맨틀의 대규모 순환과 같이 밀도 차이가 존재할 때 발생하는 중력은 모든 판 구조 과정을 추진하는 힘이다. 해양 지각의 생성, 냉각 및 섭입과 같은 표면 근처의 측면 밀도 변화 역시 판 이동을 유발한다.[1] 산맥의 역학은 전체 암석권 기둥에 대한 중력 에너지의 차이에 의해 지배된다. 지각 두께의 아이소스타시 보상 변화가 표면 높이의 변화를 나타내는 경우, 단위 표면적당 포텐셜 에너지 변화율은 평균 표면 높이 증가율에 비례한다. 중력에 거스르는 가장 높은 작업률은 지각(암석권이 아님)의 두께가 변화할 때 필요하다.[1]조산 융기는 판 충돌의 결과로 나타나며 산맥 또는 더 넓은 지역의 완만한 융기를 초래한다. 대륙-대륙 지각 충돌은 조산 융기의 가장 극단적인 형태이다. 이 과정에서 두 대륙이 봉합되어 거대한 산맥이 형성된다. 인도판과 유라시아판의 충돌은 조산 융기가 얼마나 광범위하게 일어날 수 있는지를 보여주는 좋은 예이다. 인도판이 유라시아판 아래로 침강하는 심각한 역단층 운동과 습곡 작용이 두 판의 봉합을 일으켰다.[2] 이 충돌은 히말라야 산맥을 만들었으며, 북쪽의 시베리아 지역의 지각 두꺼워짐 현상도 이로 인한 것이다.[3] 파미르 고원, 톈산 산맥, 알타이 산맥, 힌두쿠시 산맥 및 기타 산맥 지대는 모두 인도판과 유라시아판의 충돌에 의해 형성된 산맥의 예이다.
오자크 고원은 아칸소주, 오클라호마주, 텍사스주 남부에서 일어난 페름기 와치타 조산운동의 결과로 넓게 융기된 지역이다. 그랜드 캐니언을 포함하는 콜로라도 고원은 광범위한 지각 융기에 이어진 강의 침식의 결과이다.[4]
질량 감소는 지각 반등에 의해 등압적으로 보상된다. 일반적인 지각 및 맨틀 밀도를 고려할 때, 넓고 균일한 표면에서 평균 100m의 암석 침식은 지각이 약 85m 정도 등압적으로 반등하게 하고, 평균 표고는 15m만 감소하게 한다.[5] 등압적 융기의 예로는 빙상이 녹은 후의 빙하 후 반동이 있다. 캐나다의 허드슨 만 지역, 캐나다와 미국의 오대호, 그리고 페노스칸디아는 1만 년 전 빙상의 융해로 인해 현재 점진적인 반등을 겪고 있다.
지각 두꺼워짐 또한 표면 융기를 유발할 수 있는데, 예를 들어 현재 인도 판과 유라시아 판 간의 대륙 충돌로 인해 히말라야 산맥에서 발생하고 있다. 그러나 두꺼워진 지각의 등압적 침강으로 인해 표면 융기의 크기는 지각 두꺼워짐의 약 6분의 1에 불과하다. 따라서 대부분의 수렴 경계에서 등압적 융기는 비교적 작은 역할을 하며, 높은 봉우리 형성은 더 많은 구조적 과정에 기인할 수 있다.[6]
3. 융기의 유형
융기는 지각 변동의 한 유형으로, 해안 융기와 산호섬 융기 등 다양한 형태로 나타난다.
3. 1. 융기 해안
해안에 가까운 해저는 파도의 침식 작용으로 인해 편평해지며, 오목한 부분은 토사에 묻혀 더욱 편평한 지형이 된다. 이처럼 얕고 편평한 해저가 약간 융기하면 편평하고 드나듦이 적은 해안선을 가진 육지가 나타난다. 융기 해안은 멀리까지 얕은 모래사장으로 이루어져 있으며, 파도에 쓸려온 모래가 사주를 만들거나 그 안쪽에 개펄이 형성되기도 한다. 또한, 융기 해안에는 단단한 암석이 얕은 해저에서 파도에 의해 편평하게 깎인 해저가 그대로 융기하여 넓은 플랫폼을 이루는 경우도 있다.3. 2. 산호섬 융기
몇몇 경우, 산호섬에서 융기를 관찰할 수 있다. 이는 다양한 산호로 완전히 구성된 해양 섬의 존재로 입증되는데, 그렇지 않다면 화산섬으로 보일 것이다. 이러한 섬의 예로는 태평양에서 발견되며, 특히 나우루, 마카테아, 바나바의 세 인산염 섬과 누벨칼레도니의 마레와 리푸, 마르키즈 제도의 파투 후쿠, 핏케언 제도의 헨더슨 섬 등이 있다. 이 섬들의 융기는 해양 지각판의 움직임의 결과이다. 산호초를 가진 침강된 섬 또는 가이요는 해양판이 섬을 더 깊거나 낮은 해양 지각 영역으로 이동함에 따라 지각 침강의 결과이다.4. 융기와 발굴
"융기"라는 단어는 중력 벡터의 반대 방향으로의 변위를 의미하며, 변위는 변위되는 객체와 기준 프레임이 지정될 때만 정의된다. 몰나르(Molnar)와 잉글랜드(England)[1]는 "융기"라는 용어가 적용되는 세 가지 종류의 변위를 식별하였다.
1. 지오이드에 대한 지구 표면의 변위. 이것을 "표면 융기"라고 하며, 표면 융기는 지정된 크기의 표면 영역에 걸쳐 고도 및 고도 변화를 평균하여 정의할 수 있다.
2. "암석의 융기"는 지오이드에 대한 암석의 변위를 의미한다.
3. 표면에 대한 암석의 변위를 발굴이라고 한다.
이 간단한 방정식은 세 종류의 변위를 관련시킨다.
::''표면 융기 = 암석의 융기 - 발굴''
지오이드라는 용어는 위에서 ''해수면''을 의미하며 좋은 기준 프레임을 만든다. 이 기준 프레임 내의 주어진 변위는 중력에 반하여 수행되는 작업량을 정량화할 수 있게 한다.
융기와 발굴을 측정하는 것은 까다로울 수 있다. 한 지점의 융기를 측정하려면 고도 변화를 측정해야 한다. 일반적으로 지구과학자들은 단일 지점의 융기를 결정하려는 것이 아니라 지정된 영역의 융기를 결정하려는 것이다. 따라서 해당 영역 표면의 모든 지점의 고도 변화를 측정해야 하며, 침식률은 0이거나 최소여야 한다. 또한 해당 융기 동안 퇴적된 암석의 시퀀스가 보존되어야 한다. 말할 필요도 없이, 고도가 해수면보다 훨씬 높은 산맥에서는 이러한 기준을 쉽게 충족할 수 없다. 하지만 고기후학 복원은 가치가 있을 수 있다. 이러한 연구에는 온도와 강우량에 민감한 것으로 알려진 동식물의 시간 경과에 따른 변화로부터 관심 지역의 기후 변화를 추론하는 것이 포함된다.[7] 암석이 겪은 발굴의 크기는 지열기압계 (암석 또는 집합체의 이전 압력 및 온도 이력 측정)에서 추론할 수 있다. 지역의 압력 및 온도 이력을 알면 주변 지열 경사에 대한 추정치와 발굴 과정에 대한 경계를 얻을 수 있다. 그러나 지압/지열 연구는 발굴 속도 (또는 시간에 대한 다른 정보)를 생성하지 않는다. 발굴 속도는 핵분열 트랙 연대 측정과 방사성 연대 측정에서 열 프로파일을 추정할 수 있는 한 추론할 수 있다.
5. 한국의 융기 지형
(참조할 원문 소스가 제공되지 않았으므로, 이전 출력을 수정할 수 없습니다. 원문 소스를 제공해주시면 수정 작업을 진행하겠습니다.)
참조
[1]
논문
Surface uplift, uplift of rocks, and exhumation of rocks
http://geology.gsapu[...]
1990
[2]
간행물
Evolution of the Himalaya
[3]
논문
Cenozoic Tectonics of Asia: Effects of a Continental Collision: Features of Recent Continental Tectonics in Asia Can Be Interpreted as Results of the India-Eurasia Collision
1975
[4]
논문
Mantle-driven dynamic uplift of the Rocky Mountains and Colorado Plateau and its surface response: Toward a unified hypothesis
http://lithosphere.g[...]
2012
[5]
서적
Tectonic Geomorphology
J. Wiley & Sons
2011
[6]
논문
Landscape Dissection, Isostatic Uplift, and the Morphologic Development of Orogens
1994
[7]
서적
Tectonic Geomorphology
Blackwell Science
2000
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