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황토

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1. 개요

황토는 주로 실트 크기의 입자로 구성된 퇴적물로, 석영, 장석, 운모 등의 광물을 포함하며, 담황색 또는 회황색을 띤다. 뢰스라고도 불리며, 바람에 의해 운반되어 퇴적된 경우가 많다. 전 세계적으로 분포하며, 특히 북반구의 온대 및 건조 지역에서 흔히 발견된다. 황토는 비옥한 토양으로 농업에 기여하며, 건축 자재나 안료로도 사용된다.

2. 연구사

카를 체자르 폰 레온하르트는 19세기 초 중앙유럽에서 뢰스(Löß)라는 용어를 처음 사용했으며,[9] 하이델베르크 근처 라인강 계곡의 황갈색 실트 퇴적물을 보고했다.[48] 찰스 라이엘라인강미시시피강의 뢰스 절벽을 관찰하며 이 용어를 널리 알렸다.[48] 당시에는 이러한 퇴적물이 큰 강에 의해 퇴적된 하천 기원으로 생각되었다.[48]

19세기 중반, 페르디난트 폰 리히트호펜은 중국 뢰스 연구를 통해 뢰스가 바람 작용(aeolian)에 의해 운반되어 퇴적되었다는 이론을 제시했다.[48][11] 1857년 Virlet D'Aoust가 처음 주장했지만, 리히트호펜의 연구 이후 널리 받아들여졌다.[10]

20세기에는 뢰스를 이용한 연대 측정 연구가 활발히 진행되었다. 1980년대 이후 열발광 (TL), 광자극 발광 (OSL), 적외선 자극 발광(IRSL) 연대 측정법이 개발되어 뢰스 퇴적 시기를 보다 정확하게 측정할 수 있게 되었다.[48] 특히, 단일 알리쿼트 재생(SAR) 프로토콜(Murray & Wintle 2000) 개발로 최후 빙기 기록에 대해 최대 5~10% 정확도로 연령 추정이 가능해졌다.[17][48] 최근에는 발광 연대 측정이 뢰스/고토양 시퀀스의 상관 관계를 파악하는 기술로 자리 잡았다.[18][19]

지난 수십 년 동안 뢰스에서 방사성 탄소 연대 측정 사용도 증가했다. 분석 방법, 기기, 방사성 탄소 보정 곡선 개선을 통해 지난 40–45ka 동안 뢰스 퇴적물에서 신뢰할 수 있는 연령을 얻을 수 있게 되었다.[34][21][22]

3. 성질

황토는 균질하고, 다공성이며, 잘 부스러지는 옅은 노란색 또는 황갈색을 띤다. 약간 응집성이 있으며, 일반적으로 층리가 없고 종종 석회질이다. 황토 입자는 각상이며, 연마되거나 둥글지 않고, 석영, 장석, 운모 또는 기타 광물 결정으로 구성된다. 황토는 비옥하고 먼지 같은 토양으로 묘사되어 왔다.[4]

황토 퇴적층은 매우 두꺼워질 수 있는데, 중국 북서부 지역에서는 100미터 이상, 미국 중서부 일부 지역에서는 수십 미터에 달한다. 황토는 일반적으로 수백 평방 킬로미터를 덮는 담요 퇴적물 형태로 나타나며, 퇴적층은 종종 수십 미터 두께이다. 황토는 종종 가파르거나 수직적인 면을 가지는데,[5] 입자가 각지기 때문에 황토는 종종 수년 동안 사태 없이 둑을 이룰 수 있다. 이러한 토양은 "수직 절리"를 가지고 있어 동굴 주거지를 형성하기 위해 쉽게 발굴될 수 있는데, 이는 중국 일부 지역에서 요동과 같은 인간 거주지를 만드는 인기 있는 방법이다. 그러나 황토는 쉽게 침식될 수 있다.

세계 여러 지역에서 마지막 최대 빙하기 동안 우세한 바람과 일치하는 황토 능선이 형성되었다. 이것들은 미국에서는 "파하 능선"이라고 불리고 유럽에서는 "그레다 능선"이라고 불린다. 이러한 황토 사구의 형성은 바람과 툰드라 조건의 조합으로 설명되어 왔다.

뢰스(황토)의 덩어리와 그 입자. 실트 입도의 세립분이 눈에 띄며, 덩어리에는 응집된 석회분도 보인다.(독일 남서부)


뢰스 중에 산출되는 석회분 생성물 "황토 인형"(오스트리아)


뢰스-고토양 층서, 오스트리아에서.가장 아래에 약 45만 년 전 도나우강 유역의 자갈층(회갈색). 그 위에 상대적 온난기와 한랭기에 대응하는 풍화 뢰스층(적갈색)과 뢰스층(황갈색). 그 위는 퇴적이 중단되었음을 나타내는 짙은 색의 층으로, 최상부는 현재까지의 후빙기 층.


뢰스의 입경은 선별이 잘 되어 있고, 전형적으로 0.02 - 0.05mm(20 - 50μm)의 세사로, 이 크기가 중량비로 약 50%를 차지한다.[52] 0.005mm 미만의 점토 입자는 5 - 10% 정도이다. 지역별로 보면 공급원으로부터 멀어질수록 입경이 작아지는 분포를 보인다. 전형적인 뢰스는 무층리(균질), 다공질이며, 담황색 또는 회황색의 색상은 탄산염과 함께 입자 표면을 덮는 과 망간 산화물에 의한 것이다.

입자를 구성하는 광물은 주로 석영, 장석, 운모, 방해석 등이다. 석영의 비율은 보통 60 - 70%이며, 낮은 경우는 40% 정도, 높은 경우는 80% 정도이다. 장석과 운모는 10 - 20% 정도이다. 방해석을 포함하는 탄산염 광물은 5 - 35% 정도이며, 석회암 지대가 공급원이라면 높아진다. 또한 각섬석, 인회석, 흑운모, 녹니석 등의 실트 입도의 중광물이 2 - 5% 포함될 뿐만 아니라, 몬모릴로나이트, 일라이트, 카올리나이트 등의 점토 광물도 포함된다. 중광물의 조성에는 지역 차이가 있으며, 그 비교는 공급원 추정법 중 하나가 되고 있다.

화학 조성으로 보면, 탄산칼슘()은 30%를 넘는 경우도 있지만, 포함되지 않는 경우도 있어서 폭이 넓다. 탄산칼슘을 제외한 나머지 성분은, 전형적인 것으로 이산화 규소()가 80% 전후, 산화 알루미늄() 6 - 10%, 산화 제이철() 1 - 6% 등이다.

뢰스의 공극률은 보통 50 - 55%이지만, 입도가 작을수록 공극률이 작아지는 경향이 있으며, 점토가 많은 경우에는 40% 전후가 되는 경우가 있다. 지표에서 깊이 10m까지의 표층에서는 깊어짐에 따라 완만하게 공극률이 저하된다. 함수율은 보통 10 - 15%이지만, 공극률이 작은 것은 이것보다 높아진다. 또한 다공질이기 때문에 투수성이 높다.

뢰스는 세로로 쪼개지기 쉽고, 침식 등으로 무너질 때 단면은 수직이 된다. 이는 뿌리를 따라 모세관처럼 축적되는 석회분이 덩어리를 지지하고 있기 때문이다. 이 성질이 잘 나타나는 황토 고원에서는, 강에 면한 하곡에 수직의 절벽이 보인다. 건조한 환경에서는 미세 입자로 이루어져 응집력이 크다는 점 등으로 뢰스는 안정되어 있지만, 물에 젖으면 붕괴나 침하가 일어나기 쉽다. 유수의 침식에는 약하며, 강우에 의한 표토의 유망 및 가리 침식은 심하다. 지하수 흐름에 의한 함몰이 일어나는 경우도 있다.

3. 1. 속성 (다짐 작용)

퇴적된 실트질의 풍성진은 속성 작용에 의해 뢰스로 변화하는 것으로 생각된다. 실트 표층에서는 탄산칼슘이나 산화철 등이 포함된 경우, 점토 크기의 입자를 응집시키거나 석영 입자 표면을 코팅하여 입자끼리 접합시켜 0.02 - 0.05mm의 전형적인 크기의 뢰스 입자를 형성한다. 이는 건조 기후 하에서 잘 진행되는 미립자의 수화 시멘트화이며, 이윽고 굳은 정도가 약한 실트암을 만드는 작용이다. 응집에 의해 입상, 반상(斑狀)의 단립 구조를 낳아 비교적 큰 공극이 있는 다공질의 토층이 된다.

뢰스에 포함된 탄산염은 원래 석영 입자나 응집된 점토 입자 표면에 부착되거나, 과립상 입자나 조개 껍질 파편 등의 형태로 존재한다. 이것들이 토양 중 간극에 용해, 재침전되어 응집、석회분이 축적되어 이차적인 탄산염을 생성한다. 칼리쉬(caliche)라고 불리는 퇴적층을 만들기도 한다. 또한 종종 식물 뿌리를 둘러싸는 것처럼 관상으로, 또는 균열 표면에 축적된다. 때로는 특징적인 결절 모양의 덩어리를 만들기도 하며, "황토 인형", "황토 소승", "생강석"이라는 별칭이 있다. 황토 인형(loess doll)은 노듈 또는 콘크리션의 일종이다.

3. 2. 뢰스-고토양층서

뢰스는 뢰스-고토양층서(황토-고토양층서[2])라고 불리는 복합적인 층을 이루는데,[2][3] 뢰스, 뢰스질 퇴적물, 고토양, 모래 등이 각각 1~5미터 두께의 층을 이루며 겹쳐져 있다.[3] 뢰스-고토양층서에서 고토양은 온난한 간빙기에 뢰스가 풍화되어 만들어진 것이다.[2][4] 고토양은 뢰스와 비슷한 갈색, 옅은 갈색을 띠기도 하지만, 붉은색이나 검은색을 띠는 것도 있다.[5]

혼합·변질된 뢰스질 퇴적물은 전형적인 균질 뢰스와 구분하여 loess series(뢰스 계열(가칭))라고도 부르며, 뢰스질 모래, 사질 뢰스, 뢰스질 롬, 점토질 뢰스 등 여러 유형이 있다. 이러한 분류는 지역에 따라 다르다.[3]

4. 분포 지역과 기원

뢰스는 전 세계적으로 널리 분포하며, 주요 분포 지역은 다음과 같다.

지역특징 및 설명
중국황허 강 상류 및 중류 유역 주변의 황토 고원(약 64만 km2)이 대표적이다. 이 지역의 토양은 "지구상에서 침식이 가장 잘 되는 토양"으로 불린다.[33] 황토 고원은 산시 성, 산시 성, 간쑤 성의 거의 전체와 닝샤 후이족 자치구 등의 일부를 덮고 있다.
유럽잉글랜드 남부와 프랑스 북부에서 독일, 폴란드, 우크라이나 남부까지 뻗어 있는 북유럽 황토 지대가 있다. 주빙하 환경의 영향을 강하게 받았다.[35] 동남유럽 황토는 주로 다뉴브 강 유역의 고원 지형에 퇴적되었다.[36][37][38] 남서유럽에서는 에브로 계곡과 스페인 중부에 주로 분포한다.[39][40]
북아메리카아이오와 주의 황토 언덕은 빙하기 이후 축적된 유기물이 풍부한 부식토로 이루어져 있다. 미시시피 강 근처 미시시피주 빅스버그의 황토는 플라이스토세 동안 다른 시기에 축적된 세 개의 층으로 구성되어 있다.[42]
뉴질랜드캔터베리 평원[43]과 뱅크스 반도[44][45] 등지에 광대한 규모의 황토 지대가 분포한다.
아르헨티나남위 30° 북쪽의 신열대 황토와 팜파스 황토로 구분된다.[47]



뢰스의 기원은 크게 두 가지로 나뉜다.


  • 주빙하(빙하) 황토: 빙하 주변 지역에서 발생한다. 봄과 여름 동안 빙하가 녹으면서 발생하는 빙하 망상 하천의 범람원에서 유래하며, 가을과 겨울에 물의 흐름이 줄어들면서 건조해진 퇴적물이 바람에 의해 운반되어 쌓인다.[24][25]
  • 비빙하 황토: 사막, 사구, 플라야 호, 화산재 등에서 유래한다.[26] 사막 황토,[27] 화산 황토, 열대 황토, 석고 황토, 무역풍 황토, 반사이클론 황토 등이 있다.


한국에서는 뢰스가 주로 중국 황토 고원에서 기원하여, 황사의 형태로 유입되는 것으로 알려져 있다.

5. 퇴적량 변화 및 편년 (연대 측정)

뢰스의 퇴적 속도는 기후 변화와 밀접하게 관련되어 있다. 온난한 간빙기에는 퇴적 속도가 느리고, 한랭한 빙기에는 퇴적 속도가 빨라진다.[48] 이는 빙기에 사막이 확장되거나 편서풍·무역풍이 강해지는 것과 같은 요인 때문이다.[48] 후기 홍적세 동안 세계 각지의 황토 퇴적 속도는 평균적으로 1000년에 수십 밀리미터에서 수천 밀리미터였으며, 간빙기와 빙기의 속도 차이는 2~3자리수에 달했다.[48]

황토와 고토양(오래된 토양이 퇴적물 아래에 묻힌 것)의 층서는 과거 기후 변화를 복원하는 데 중요한 정보를 제공한다.[48] 오스트레일리아에서 풍성진(바람에 의해 운반된 먼지)이 퇴적되는 남극 대륙에서는 74만 년 전,[48] 황토 고원의 황토에서는 약 260만 년 전까지 거슬러 올라가 기후 변화를 복원할 수 있다.[48]

열발광(TL), 광자극 발광(OSL), 적외선 자극 발광(IRSL) 연대 측정과 같은 발광 연대 측정 방법은 뢰스(먼지) 퇴적 시간을 측정하여, 광물 입자가 마지막으로 햇빛에 노출된 이후 경과된 시간을 알 수 있게 해준다.[48] 특히, 단일 알리쿼트 재생(SAR) 프로토콜의 개발로[17] 최후 빙기 기록에 대해 최대 5~10%의 정확도로 신뢰할 수 있는 연령 추정치를 얻을 수 있게 되었다.[48] 발광 연대 측정은 유럽과 북반구 전체에 걸쳐 최소한 지난 두 번의 간빙기/빙하기 주기에 대한 뢰스/고토양 시퀀스의 신뢰할 수 있는 상관 관계를 가능하게 하는 견고한 연대 측정 기술로 자리 잡았다.[18][19]

방사성 탄소 연대 측정 방법도 뢰스 연구에 사용되어 왔으며, 분석 방법, 기기 및 방사성 탄소 보정 곡선 개선을 통해 지난 40–45ka 동안 뢰스 퇴적물에서 신뢰할 수 있는 연령을 얻을 수 있게 되었다. 그러나 이 방법은 숯, 씨앗, 지렁이 과립 또는 달팽이 껍질과 같은 퇴적물 내의 적합한 현장 유기 물질을 찾는 것에 의존한다.[34][21][22]

제4기 빙하기가 시작된 후, 약 260만 년 전에 황토 고원, 타지키스탄, 우크라이나의 드네프르 강 유역에서 황토 퇴적이 시작되었고, 약 170만 년 전에는 오스트리아의 크렘스에서 황토 퇴적이 시작되었지만, 분포는 제한적이었다.[48] 약 90만 년 전 이후, 빙기가 길어지고 기온 저하가 커지면서 각지에서 황토 분포가 확대되었다. 북아메리카에서는 약 100만 년 전에서 70만 년 전에 컬럼비아 강 대지나 미시시피 강 유역에서 황토 퇴적이 시작되었다.[48] 황토 고원의 황토 두께는 50~200미터이지만, 초기에 퇴적이 시작된 중앙부나 란저우에서는 약 300미터에 달한다.[48]

6. 황토 토양 (뢰스 토양)

뢰스는 비옥한 토양을 형성하는 모재가 된다.[30] 뢰스에서 유래한 토양은 배수가 잘 되고, 양이온 교환 능력(토양이 영양분을 유지하는 능력)과 다공성(토양 내 공기 공간)이 높아 농작물 재배에 유리하다.[30] 열대 토양은 유기물 함량에 의해 비옥함이 결정되지만, 뢰스는 유기물 함량이 낮은 경향이 있음에도 높은 비옥함을 유지한다.[30]

동유럽 평원체르노젬, 북미 대평원의 Kastanozem|캐스터노젬영어 등은 뢰스를 기반으로 형성된 세계적인 곡창 지대이다.[30]

하지만 잘 관리된 황토 경작지조차도 연간 2.5 kg/m2 이상의 극심한 침식을 경험할 수 있다.[30] 중국 황토 고원의 황하는 황토 퇴적층으로 인해 특유의 색을 띠며, 1,000년 이상 경작되어 엄청난 수확량을 냈지만, 바람에 의한 침식은 황사 오염 문제의 원인이 된다.[30] 미국 아이오와와 네브래스카 경계에 있는 황토 언덕은 집약적 농업과 나쁜 농업 관행으로 거의 150년 동안 보습 쟁기로 경작되었고, 때때로 연간 10kg/m2 이상의 침식률을 겪었다. 오늘날 이 황토 퇴적층은 최소 경운 또는 무경운 농법과 계단식 농업으로 관리되고 있다.

이처럼 뢰스 토양은 침식에 매우 취약하므로, 지속 가능한 농업을 위해서는 적절한 토양 관리가 필수적이다.

7. 재료로서의 황토

황토는 건축, 미술, 의학 등 다양한 분야에서 재료로 사용된다.

황토는 노란색 안료인 '''옐로 오커'''(yellow ochre영어) 또는 '''오커'''(ochre영어)로 사용되어 왔으며, 흙벽, 어도비 벽돌 등 건축 재료로도 사용된다. 또한, 예로부터 천연 머드팩으로도 사용되었고, 에베르스 파피루스에서는 소화기 질환이나 안질 등의 치료약으로 황토 처방을 권장하기도 했다.[58]

7. 1. 안료

노란색 안료로 사용되는 황토는 '''옐로 오커'''(yellow ochre영어) 또는 단순히 '''오커'''(ochre영어)라고 불리며, 고대부터 사용되어 왔다.[58] 천연 황토 안료는 침철석, 갈철석, 적철석, 산화 망간 등을 포함하며, 퇴색되기 어려운 특징을 가진다.[58] 화학적으로 합성된 합성 황토는 수화 산화철 등을 성분으로 한다.[58] Colour Index Generic Name은 천연 황토가 Pigment Yellow 43,[58] 합성 황토가 Pigment Yellow 42이다.[58] 이 안료의 색은 황토색이다. 회화 물감[58] 외에도 도재 등에 사용된다.

7. 2. 건축

황토는 흙벽, 어도비 벽돌 등 건축 재료로 사용된다. 중국 황토 고원의 요동은 뢰스 절벽을 파서 만든 주거 형태로, 뢰스의 수직 절리 특성을 잘 보여준다.[32][33]

황토의 판축이나 벽돌로 만들어진 가욕관의 성벽 (중국)


일본 건축의 전통 공법인 흙벽 재료, 색토의 일종에 황토가 있다. 산지 이름으로 불리는 것도 많으며, 노란색의 대표적인 예로 이나리야마 황토가 알려져 있다. 서경벽·에도 칠벽이라는 말이 있듯이 간사이 지방에서는 교토 흙벽이 많고, 간토 지방에는 회반죽 벽이 많은 것과는 대조적이다. 간사이 지방에서는 점토질의 양질의 벽토를 풍부하게 산출하기 때문이다. 이나리야마 황토는 교토부 후시미 산으로, 빛나는 듯한 색감을 가지고 있다.

센노 리큐의 영향으로 다도에서 교토 흙벽의 다실이 선호되면서 교토 흙벽이 널리 퍼졌다. 유력 상인의 주거에도 퍼져 나가, 슈라쿠토, 오사카토, 사비토, 이나리야마 황토와 같은 교토 주변에서 산출되는 점토질의 색토가 마감용 벽재로 널리 사용되었다. 황토로 만든 교토벽 다실로는 닌나지의 비토테이(에도 말기, 중요 문화재 지정)가 있다. 붉은 기운을 띤 황토가 사용되어, 경년 변화에 의한 지녹이 무늬를 만들어 와비의 분위기를 낸다. 다도구의 노단에도 황토를 사용하는 것이 이상적이지만, 제작과 취급이 어려워 다른 재료로 대체되는 경우가 많다.

북아메리카의 선주민 푸에블로는 주거를 비롯한 건물에 어도비라고 불리는 햇볕에 말린 벽돌을 사용하는데, 그 주원료는 뢰스이다.

7. 3. 기타

황토는 예로부터 천연 머드팩으로 사용되어 왔으며, 최근에는 황토가 가진 미네랄과 원적외선 방사를 이용한 사우나찜질방에도 사용되고 있다.

기원전 1500년경에 쓰인 에베르스 파피루스에서는 소화기 질환이나 안질 등 다양한 질환의 공통 치료약으로 황토 처방을 권장하고 있다.

참조

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