스크랩 황토(Loess)

[작은소]

주로 실트 크기의 입자들로 구성되어 있으며, 탄산칼슘에 의해 느슨하게 교결되어 있는 연황색 퇴적물.

[개요]

황토는 대개 균질하고 층리가 발달되어 있지 않으며, 공극률이 크다. 또한 퇴적층을 수직방향으로 갈라지게 하는 수직한 열극들이 발달해 있다. 황토를 뜻하는 'loess'는 풍성퇴적(風成堆積 : 바람에 의한 퇴적작용) 기원이라는 의미를 내포하고 있는데, 어원은 독일어이며 '느슨하게 교결되어 있다'는 뜻이다. 이 용어는 1821년경 라인 계곡에 최초로 적용되었다. 두꺼운 황토층은 두께 1~5m의 황토단위층으로 구성되어 있는데, 각각의 황토단위층은 황토층 또는 황토와 유사한 퇴적층을 협재(挾在)하고 있으며, 고토양층(과거 지질시대의 토양층), 모래층 및 이들과 유사한 물질을 포함하고 있다. 황토복합체는 이러한 구성원들이 모여서 이루어졌다. 황토는 지역에 따라서 몇 종류의 변이가 나타나는데, 이러한 변이들은 진짜 황토와 함께 황토질 모래, 사질 황토, 황토질 롬(loam), 점토질 황토 등을 포함하는 황토 계열을 구성한다. 황토 계열을 구성하는 각각의 구성원들은 서로 구분하기가 힘들기 때문에 황토를 구성하는 몇 가지 퇴적물 유형은 지역이나 국가에 따라 서로 다르게 해석된다.

오늘날 황토는 온대지역과 사막 주변부에 나타나는 반건조지역에 가장 넓게 분포하며, 지표면의 약 10％를 덮고 있다. 일반적으로 황토는 비옥한 토양으로 덮여 있어 농업에 적합하기 때문에 항상 인구집중에 영향을 미쳐왔다. 중국과 같이 인구가 밀집된 황토지역의 농업인구들은 가파른 경사지에 움막과 유사한 거주지를 파고 살았다(→ 황투 고원). 푸에블로 인디언과 같은 반건조지역 거주자들은 황토로 만든 벽돌을 이용해 집이나 요새와 같은 건물을 지었다. 오늘날 건물의 축조, 토양의 보존과 개량, 토질공학 등에 이용되는 황토는 침식력, 특정한 강도, 화학적 성질 등에 의해 그 중요성이 증가되었다.

[물리적·화학적 성질]

황토크기에 해당하는 입자크기는 0.02~0.05㎜이며, 조립질과 중립질의 먼지를 포함한다. 다양한 방법들에 의한 입자크기 분석에 의하면, 이러한 크기의 비율은 무게비로 50％ 정도이다. 점토크기(0.005㎜ 이하)의 입자들은 5~10％를 구성한다. 일부 황토지역에서 입자크기의 분포는 먼지의 공급지로부터 멀어짐에 따라 세립질 입자들로 전이해가는데, 예를 들면 미국 네브래스카 주의 샌드힐스에서는 동쪽으로 가면서 입자크기가 점차 세립화된다. 먼지·점토·모래의 상대적인 함량은 하나의 황토단위층에서 다른 황토단위층에 이르기까지 수평하게 변할 뿐만 아니라 수직으로도 변한다. 황토 내의 수분 함량은 10~15％로 낮으며, 공극률이 감소함에 따라 증가한다. 황토의 공극률은 50~55％이며, 깊이 약 10m까지는 미약하게 감소한다. 이 깊이 이하에서는 공극률이 입자크기 분포에 따라 다양하게 변하는데, 황토 내에 점토가 풍부하면 공극률은 34~45％로 감소한다. 사질 황토의 공극률은 약 60％이고 밀도는 1.5g/㎤이며, 비중은 평균 2.7이다.

황토의 광물조성은 다음과 같다. 60~70％의 석영을 함유하며 그 함량은 최저 40％에서 최고 80％까지 변화한다. 장석과 운모는 10~20％, 탄산염광물은 5~35％를 구성하고 있다. 약 2~5％의 실트는 각섬석·인회석·흑운모·녹니석·디스텐(남정석)·녹렴석·석류석·해록석·휘석·금홍석·규선석·십자석·전기석·지르콘 등과 같은 중광물들로 구성되어 있으며, 입자들은 전형적으로 미약하게 풍화되어 있다. 세립질(0.002㎜ 이하)의 입자크기에서는 몬모릴로나이트·일라이트·캐올리나이트 등과 같은 점토광물들이 쇄설성(파편성)인 것에 비해 우세하다. 점토광물은 황토가 쌓이는 동안이나 쌓인 후에 다양한 콜로이드 작용 또는 물리화학적 작용에 의해 생성된다. 황토의 광물조성은 매우 균질하지만, 입자크기와 기원지의 차이에 의해 약간씩 변화한다. 먼지크기 입자들의 기원지는 중광물조합에 대한 연구에 의해 밝혀지는데, 연구 결과 이들의 기원지는 퇴적이 일어나는 지역이거나 인접지역, 또는 멀리 떨어진 지역이라는 사실이 밝혀졌다. 황토의 화학조성은 50~60％의 실리카(SiO₂), 8~12％의 알루미나(Al₂O₃), 2~4％의 산화철(Ⅲ)(Fe₂O₃), 0.8~1.1％의 산화철(Ⅱ)(FeO), 약 0.5％의 이산화티탄(TiO₂)과 산화망간(MnO), 4~16％의 석회(CaO), 2~6％의 산화마그네슘(MgO) 등과 같은 비율로 가장 흔하게 나타난다. 황토 내에 있는 탄산염의 함량은 먼지 공급지의 특성, 먼지의 퇴적중이나 퇴적 후에 일어나는 지구화학적·생물학적 작용, 강수현상, 지하수에 의한 용탈작용 등에 의해 좌우된다. 탄산염들은 황토 내에 여러 가지 형태로 존재하는데, 주로 석영·점토 입자로 구성된 집합체 표면에 결각(結殼)으로 존재하거나 작은 크기의 입상체나 패각 파편의 형태로 존재한다. 탄산염들이 2차적으로 농집될 경우에는 단괴나 석회암층(칼크리드)을 형성한다. 석회는 식물뿌리, 열극충전물 및 이들과 유사한 통로를 따라 관 모양의 결각을 형성한다.

황토는 낮은 압축강도로 인해 불량하게 고화된 퇴적물인데, 건조하게 유지되는 한 안정하다. 황토의 분리면은 수직적인데, 이는 풀 종류의 식물뿌리 주변에 발달한 석회의 모세관 결각으로 인해 수직방향의 조직이 형성되기 때문이다. 황토는 물에 젖거나 하중을 받게 되면 쉽게 붕괴되는 성질을 갖고 있다. 물에 젖으면 입자들 사이의 응집력이 2/3로 감소하며, 내부마찰각 역시 32°에서 20°로 감소한다. 황토 내로 흐르는 지하수 흐름은 세립질의 불용성 광물입자들을 멀리 운반하는데, 이러한 기계적 분리는 광물입자들의 용해와 함께 일어나기도 한다. 이러한 작용은 함몰지·용식함지·황토우물·붕괴협곡 등을 형성하며, 구곡침식(溝谷浸蝕)에 의해 상당히 가속화된다.

[분포와 분류]

세계에서 가장 큰 황토 분포지는 북위 24~55° 사이에 있다. 중국에서는 황허 강[黃河] 지방에서 나타나고 아시아 내륙에서는 대륙사막들의 주변부에 나타나며, 중앙 아시아에서는 카자흐스탄과 우즈베키스탄, 중국 톈산[天山] 산맥의 내륙지역, 카스피 해 동쪽에 나타난다. 시베리아에서는 바이칼 호와 레나 강을 따라서 나타나고 오브 강과 예니세이 강의 집수유역 남쪽에 있는 광범위한 지역에서도 나타난다. 유럽에서는 사우스 러시아 평원, 도나우 분지 내의 몇몇 지역들, 라인 강 유역, 게르만-폴란드 평원지역에 존재했던 내륙성 빙모의 주변부, 파리 분지 등지에 광범위하고 교란되지 않은 황토층이 나타난다. 북아메리카의 황토는 플랫·미주리·미시시피·오하이오 강 등과 같은 강유역에 발달하는 평야와 컬럼비아 대지를 덮고 있다. 남반구에서 황토는 남위 30~40° 사이에 분포하는데, 우루과이와 아르헨티나에 나타나는 '팜파스 황토'와 뉴질랜드의 일부지역은 가장 중요한 황토지역에 포함된다.

황토층은 다양한 형태의 기복을 덮고 있다. 황토층은 평지에서 가장 흔하게 나타나며, 특히 하곡 주변의 사면, 평지, 고지, 산맥의 육지 쪽에 있는 페디먼트, 선상지상에 발달한 평지에서 가장 흔하게 나타난다. 황토는 산사면·산간분지와 같이 고지에서 나타나기도 하는데, 황토가 나타나는 최대 고도는 유럽에서는 400~600m, 아시아 내륙에서는 1,000~2,000m, 중국에서는 4,000m에 달한다. 황토의 암상적(岩床的) 분류는 물리적·화학적 성질에 기초하며, 형성조건은 일부 또는 전부 무시된다. 황토질 퇴적물도 전형적인 황토만큼 매우 흔하게 산출된다. 황토질 퇴적물은 색·공극률·강도·가소성 등의 성질뿐만 아니라 실트 크기나 다른 크기의 입자들 및 다른 구성원들(모래·점토·석회)과의 비에 있어 전형적인 황토와 상당한 차이를 보인다. 이들 퇴적물군에는 사질 황토, 황토질 모래, 황토질 롬, 점토질 황토, 토양화작용에 의해 변질된 황토 등이 포함된다. 한편 황토와 유사한 퇴적물은 일부 특정한 특성들(광물조성, 우세한 먼지 성분, 색 등)에 있어서만 전형적인 황토와 유사하다. 이러한 퇴적물들 역시 육성기원으로 황토지역의 내부나 주변부에서 나타나며, 다른 종류의 퇴적물과 섞여 있다. 황토와 유사한 퇴적물군은 경계가 뚜렷하지 않으므로 황토질 롬, 황토질 점토, 황토를 포함하는 암설, 성층화된 황토 등을 포함하는 퇴적물로 간주되기도 한다. 황토의 성인적 분류는 암상적 분류와는 대조적으로 실트의 성인과 실트의 퇴적을 일으킨 작용들에 기초한다. 이 분류체계는 많은 복잡한 점을 내포하고 있으며, 황토가 형성되는 환경에 대한 지식을 요구한다.

황토가 형성되는 지역의 환경조건들은 동물의 뼈, 동물의 은신처, 달팽이의 패각, 꽃가루[花粉], 목탄 조각 등에 의해 밝혀지며, 많은 경우는 구석기시대 인류의 도구와 거주지에 의해 밝혀진다. 황토에서 발견되는 흔한 포유동물의 잔해에는 매머드·아메리카들소·사향소·레밍쥐·마못쥐·시베리아쥐·북극여우·동굴곰·사슴·말코손바닥사슴·순록 등이 있다. 이들은 춥고 나무가 많은 스텝 지대인 북극 근처의 툰드라에 살았다. 황토 내에 포함되어 있는 달팽이류 군집은 춥고 습윤한 기후와 춥고 건조한 기후 모두를 반영하는 주기적인 종의 변화를 나타내며, 또한 제한된 지역에 한해서는 극히 건조했던 기후조건을 나타내기도 한다. 황토단위층들 사이에 협재되어 있는 롬 질 고토양에 존재하는 달팽이들은 대체로 보다 따뜻했던 기후였음을 나타낸다. 숲과 스텝 지대에 사는 달팽이들의 주기적인 변화는 황토가 형성되는 동안의 기후조건이 일괄적으로 춥거나 건조하지만은 않았음을 시사하며, 황토 내에 포함되어 있는 동물 잔해들의 증거도 마찬가지이다. 꽃가루 분석을 하면 과거의 식물생태에 대한 포괄적인 특성을 밝힐 수 있다. 꽃가루의 밀집은 황토의 퇴적환경이 한랭한 초원, 스텝, 나무가 많은 스텝, 나무가 많은 툰드라 중 하나였음을 알려준다. 이들 기후대들은 광범위하게 펼쳐져 있던 홍적세의 빙상 주변 남쪽에 놓여 있었으며, 편서풍대와 함께 이들의 정상위치(비빙하기의 위치)로부터 상당히 떨어져 있었다.

[성인과 연령]

1세기가 넘는 기간 동안 부분적으로는 상충되고 부분적으로는 만족스러운 많은 가설들이 황토의 실트 크기 입자들의 성인을 설명하기 위해 제시되었다. 석영이나 장석 같은 황토의 구성광물은 주로 반건조지역이나 건조지역에서 풍화작용에 의해 미세한 입자들로 부서진다. 미국의 오갈랄라 층군의 예에서 볼 수 있듯이, 먼지의 공급원은 제3기(250만~6,500만 년 전)의 실트질 및 사질의 고화되지 않은 퇴적물일 수도 있다. 모래와 실트는 바람에 의해 크기별로 분급되기도 하는데, 바람은 그후 실트를 운반하고 퇴적시킨다. 이러한 암석단위들로부터 기원한 모래폭풍은 오늘날에도 아시아의 대륙사막에서 흔히 볼 수 있는데, '대륙황토' 내에 포함되어 있는 실트는 이러한 방법으로 기원한 것이다. 먼지의 다른 주요공급원은 유럽과 북아메리카에 분포하는 홍적세 빙상의 주변부일 수도 있다. 몇 차례에 걸쳐 빙하작용이 일어나게 되면 빙하가 존재하는 지역에는 실트가 풍부한 표석점토가 대량으로 쌓이게 된다. 실트는 후에 편서풍에 의해 날아가며, 기복이 있는 지형과 부딪히게 되면 바람이 부는 방향의 반대쪽에 쌓이게 된다. 이 이론을 빙하황토설이라고 한다. 또한 실트는 하성작용에 의해 최초의 퇴적이 일어나는 기원지에서 제거되거나 분급되기도 한다. 강은 실트를 풍부하게 함유하고 있으며, 실트는 홍수시에 산악지역에 접해 있는 분지나 선상지에 퇴적된다. 일부 실트는 후에 바람에 의해 넓은 범람원에서 제거된다. 따라서 실트는 한 번은 물에 의해, 한 번은 바람에 의해 이중으로 분급되며, 결국 매우 좁은 범위의 전형적인 입자크기를 갖게 된다. 이런 경우 황토의 퇴적은 반드시 빙하작용과 연관되지 않으며 사실상 대부분의 충적황토들이 과거의 빙하작용과 연관되지는 않는다. 또다른 이론은 언덕 사면에 나타나는 황토퇴적물을 설명하기 위해 고안되었는데, 이러한 이론이 제시된 이유는 황토 형성에 토질물의 사면운동이 관여하는 것으로 생각되기 때문이다. 언덕 사면에 나타나는 황토 및 황토와 유사한 퇴적물은 흔히 사면에 평행한 반복층리를 보여주며, 이들로 구성된 층은 흔히 암설 및 재이동한 토양으로 구성된 박층들과 교호(交互)한다. 이러한 퇴적물들의 암상적인 특성과 야외관계들은 황토의 초기 퇴적이 층상류나 돌발 홍수에 의해 일어나지만 영구동토 위에서의 토양의 운동, 사면 아래쪽으로 일어나는 포행 또는 이들과 유사한 작용 등에 의해 재퇴적이 일어날 수 있음을 지시한다(→ 퇴적작용).

황토의 형성에 대한 견해에 논란이 있는 이유는 실트 크기의 입자들이 위에서 언급한 여러 작용들 가운데 어느 작용에 의해서도 퇴적되거나 재이동될 수 있기 때문이며, 우세한 작용은 환경이나 다른 여건들에 의해 시간이 경과함에 따라 변할 수도 있기 때문이다. 퇴적된 먼지입자들이 황토로 변하기 위해서는 반드시 속성작용(퇴적 후에 일어나는 물리적·화학적 변화)을 겪어야 한다는 점에는 의견이 일치하고 있다. 속성작용은 건조기후에서의 수화작용에 의해서 일어나는 석회, 규산알루미늄 및 다른 물질들의 풍화작용을 포함한다. 지표 근처에서 세립질 점토입자들과 실트는 이동하는 탄산칼슘과 산화철 용액, 콜로이드질 철 화합물 등에 의해 교결되고, 석영입자들은 석회나 철의 피각이나 피복물을 갖고 주변 입자들을 서로 교결시킨다. 이러한 작용들의 결과, 일부 세립질의 입자들은 0.01~0.05㎜의 황토 크기를 갖게 된다. 약 0.05㎜의 입자 크기는 풀 종류의 식생(植生)이 살기에 가장 적합한 것으로 밝혀졌다. 속성작용은 필수적으로 먼지 형태로 퇴적된 퇴적물을 느슨하게 교결된 미사암으로 변화시킨다. 황토의 특성들은 토양형성작용과 유사한 황토형성작용이 일어나는 동안 발달한다. 이것은 황토의 생성이 토양화작용에 의한 현상이라는 이론, 즉 황토는 기본적으로 반건조 기후조건의 초원과 스텝 지대에서 풍화작용과 토양화작용을 받아 형성된 것이라는 이론에 대한 기초를 제공해준다. 그러나 이러한 방법으로는 몇 개의 고토양층에 의해 나누어지는 두꺼운 황토층의 형성을 설명하기는 어려울 수도 있다. 황토의 생성에 대한 더욱 적절한 이론으로는 다기원설이 있다. 다기원설에서, 먼지는 시간과 공간에 따라 변하는 모든 작용으로 쌓일 수 있으며, 황토는 적절한 기후조건 하에서 작용하는 토양화작용의 결과로 형성될 수 있다고 설명하고 있다. 이러한 토양화작용들은 다음과 같이 3가지의 방법으로 일어난다. ①후생성(後生成 epigenesis) : 실트와 석회의 함량이 높은 광물집합체, 즉 황토의 성질을 띠지 않는 광물집합체가 쌓이는 작용이다. 쌓인 광물집합체는 후생성에 의해 풍화작용과 토양화작용을 겪으면서 황토로 변한다. ②동시생성(syngenesis) : 풍성기원의 광물입자들이 쌓이고, 동시에 토양화작용의 영향하에서 모든 황토의 성질을 얻게 되는 작용이다. ③조기생성(早期生成 protogenesis) : 쌓인 광물집합체가 이미 모든 황토의 주요성질들을 지니고 있는 경우에 적용되는 토양화작용이다. 조기생성에서 운반작용은 풍화작용과 토양화작용 이후에 일어난다. 황토생성의 최적조건은 한랭한 스텝 지대, 나무가 많은 스텝 지대, 황토 툰드라 및 사막에 접해 있는 스텝 지대 등과 같이 대륙빙상의 경계부를 따라 존재하는 것으로 생각된다. 최적조건을 제외한 조건하에서 쌓인 먼지는 황토질 롬, 무석회 황토, 갈색 흙, 적색 롬 등과 같이 전형적인 황토와는 다른 황토와 유사한 퇴적물이나 토양으로 변한다. 황토단위층의 형성은 빙하주변지역에서 홍적세의 춥고 건조한 기후기와 상호 연관되어 있다. 춥고 건조한 기후기와 빙하의 형성은 홍적세 동안 3~5차례에 걸쳐 반복되었다.