Some Evidences for Glacial Landforms on the Baekdusan and Its Implications to Quaternary Volcanic Eruptions

* 고려대학교 교육대학원 지리교육과 석사(Graduate, Department of Geography Education, Graduate school of education, Korea University)

** 고려대학교 지리교육과 조교수(Assistant Professor, Department of Geography Education, Korea University)

*** 부경대학교 환경지질과학과 교수(Professor, Department of Earth and Environmental Sciences, Pukyeong National Univer- sity)

**** 국립환경과학원 연구원(Researcher, National Institute of Environmental Research)

백두산 빙하지형의 존재 가능성과 제4기 화산활동과의 관계

이성이*·성영배**·강희철***·최광희****

Some Evidences for Glacial Landforms on the Baekdusan and Its Implications to Quaternary Volcanic Eruptions

Sungee Lee* · Yeong Bae Seong** · Hee-Cheol Kang*** · Kwang Hee Choi****

요약 :백두산의 현재 지형은 반복적인 화산활동과 함께 신생대 제4기 기후변화로 추동된 빙하 활동의 결과물

이다. 그러나 여전히 백두산 빙하지형의 존재에 대한 의문들은 해소되지 못해왔다. 이에, 본 연구에서는 야외 조사를 통하여, 빙하지형에 관련된 지형들을 제시하고, 이의 연대측정을 실시하였으며, 제4기 화산 활동과의 관련성을 살펴보았다. 가속기 질량 분석기를 이용하여 빙하의 후퇴 이후 지표면에 노출되었을 백두산 천지 서 사면의 빙하 기반암 지형 면에 대하여, 우주선 유발 동위원소 ³⁶Cl의 농도를 측정하여 46~26ka의 표면노출연 대를 얻었으며, 이는 적어도 천지 서쪽 사면은 지난 최종빙기 이후의 화산활동에 영향을 받지 않은 것을 지시 하며, 특히 대략 천 년 전에 있었다고 보고되는 폭발성 분화에도 영향을 거의 받지 않았을 가능성이 매우 높다.

또한, 화산 쇄설물의 비대칭적 퇴적을 고려했을 때, 계절적으로 이 분화는 북서풍이 탁월한 겨울철에 발생한 것으로 사료된다. 빙하지형과 이의 연대 결과를 바탕으로 지형 발달과정을 복원해보면, 백두산의 빙하 지형은 지난 빙기까지 곡빙하(valley glacier)들이 연합한 빙모(ice cap) 형태에서 고립된 곡빙하를 거쳐 화산체 내부의 소규모 권곡(cirque) 형태로 변화한 것으로 추론된다.

주요어 :백두산, 빙하, 우주선 유발 동위원소 ³⁶Cl 노출연대, 찰흔

Abstract : Since the suggestions on the paleo-glacial landforms in and around the northern high mountains

moraines� except morphologic characteristic landforms possi�ly related to glacier. Here we show some evidences for the existence of the glacier in the Baekdusan and their cosmogenic ³⁶Cl exposure ages over the late Quaternary and would put forward a model on the Quaternary landscape evolution of the Baekdusan�

with a focus on the relationship of ���� AD explosive eruption and the glacial landforms. The exposure ages constrained �y cosmogenic³⁶Cl a�undances of the col surface of the western slope located �elow the glacier yield 46~26 ka� which is inphase with the last glacial period. Given all the evidences a�ove� we can

1. 연구 배경

최근의 지구온난화와 더불어 빙하에 관한 관심은 순수 학문의 영역뿐만 아니라, 사회적으로도 급속하 게 증가하고 있다( IPCC, 2��7). 빙하와 빙하지형이 인류에 미치는 커다란 영향에도 불구하고 한반도 주 변지역의 빙하 존재여부와 그 결과물인 빙하지형에 대한 정확한 정보가 부족한 편이다. 백두산 및 북부 산간지대, 특히 관모봉 일대 빙하지형에 관한 일본인 연구자들(Kano� ��37: Sasa and Tanaka� ��38)과 독일 인 Lautensach(��45) 이후 중등 교육과정의 교과서와 지형학 및 자연지리학 관련 서적에서 플라이스토세 및 소빙기까지도 한반도에 빙하가 존재했다는 설이 거의 정설로서 받아들여져 왔다. 하지만, 이런 흐름 과는 상이하게, 유사빙식곡인 이도백하(二道白河)와 같은 증거들은 형태학적 증거만을 제시하기 때문에 일부 지형학자들은 여전히 과거 빙하의 존재에 대한 의구심을 가지고 있다. 아울러, 빙하 존재의 가장 확 실한 증거 중의 하나로 여겨지는 권곡( cirque)의 형성 이 빙하 이외의 사태( mass movements)에 의해서도 형 성될 수 있기 때문에( Turn�ull and Davies, 2��6), 이 러한 의구심은 어찌 보면 정당하다고 할 수 있다. 또 한 기존의 연구( Zhang et al.� 2��8� 2���)에서 모레인 으로 제시되었던 빙하지형도 암설류나 고농도의 물 을 함유한 채 이동하는 퇴적물과 구분이 어렵다는 점 과 �eong and Kim(���2)이 빙하침식의 증거로 제시 한 북서 사면의 U자형 계곡의 사면에서 관찰되는 찰 흔( striation)도, 이 사면의 암상이 화산 분출물 및 응 회암( tuff)으로서 수평적 층리를 오인할 수 있는 가능 성이 매우 크다는 점을 고려하면, 이러한 의구심은 더 욱 증폭된다. 이와 더불어, 백두산 일대는 화산활동

과 빙하 작용이 번갈아서, 때때로 거의 동시적으로 일 어날 가능성이 크기 때문에 두 지형 형성 작용에 대한 명확한 이해 없이는 백두산 일대 지형발달을 밝히는 것은 불가능하다.

연구 지역인 백두산 일대는 과거 일출식 및 폭발성 화산활동이 빈번하게 발생하였던 곳으로 다양한 화 산지형이 나타난다( Kim� ���2; Yun et al.� ���3; Yun and Cui� ���6; �wa et al.� 2��3). 또한 빙하의 침식과 퇴적에 의해 형성되었을 가능성이 높은 지형들도 발 견되고 있으나, 과거의 화산활동으로 빙하지형이 파 괴되어 백두산 빙하의 성장 시기에 대한 다양한 의견 들만 제시되고 있을 뿐( Zhang et al.� 2��8) 현재는 빙 하의 연대를 정확하게 추정하기 어려운 상황이다. 이 에, 본 연구에서는 백두산 천지의 북쪽과 서 사면에 서 발견되는 다양한 빙하 관련 지형의 증거들을 제시 하고, 가속기질량분석기( Accelerator Mass Spectrom- eter)를 이용한 우주선 유발 동위원소

Cl의 측정을 통해 백두산 빙하지형의 표면노출연대를 과학적으 로 제시하고, 이를 바탕으로 빙하지형 형성 과정 유 추 및 백두산 빙하활동 시기와 화산활동의 시기, 특히 AD����년 전후 일어난 것으로 추정되는 마지막 중 심성 분출의 화산 퇴적물의 분포 범위와 이것이 백두 산지형 발달에 미친 영향에 대한 의견을 제시하고자 한다.

2. 연구 지역

백두산은 한반도의 최북단 압록강과 두만강 지역 에 북동-남서 방향으로 달리는 함경산맥(약 6��km) 의 중앙부에 위치한 최고봉( 2,74�.6m)이며, 4�°3�′

draw a conclusion that the glacier existed on the Baekdusan over the late Quaternary and the style of glacia- a conclusion that the glacier existed on the Baekdusan over the late Quaternary and the style of glacia-a conclusion that the glacier existed on the Baekdusan over the late Quaternary and the style of glacia- conclusion that the glacier existed on the Baekdusan over the late Quaternary and the style of glacia-conclusion that the glacier existed on the Baekdusan over the late Quaternary and the style of glacia- that the glacier existed on the Baekdusan over the late Quaternary and the style of glacia-that the glacier existed on the Baekdusan over the late Quaternary and the style of glacia- the glacier existed on the Baekdusan over the late Quaternary and the style of glacia-the glacier existed on the Baekdusan over the late Quaternary and the style of glacia- glacier existed on the Baekdusan over the late Quaternary and the style of glacia-glacier existed on the Baekdusan over the late Quaternary and the style of glacia- existed on the Baekdusan over the late Quaternary and the style of glacia-existed on the Baekdusan over the late Quaternary and the style of glacia- on the Baekdusan over the late Quaternary and the style of glacia-on the Baekdusan over the late Quaternary and the style of glacia- the Baekdusan over the late Quaternary and the style of glacia-the Baekdusan over the late Quaternary and the style of glacia- Baekdusan over the late Quaternary and the style of glacia-Baekdusan over the late Quaternary and the style of glacia- over the late Quaternary and the style of glacia-over the late Quaternary and the style of glacia- the late Quaternary and the style of glacia-the late Quaternary and the style of glacia- late Quaternary and the style of glacia-late Quaternary and the style of glacia- Quaternary and the style of glacia-Quaternary and the style of glacia- and the style of glacia-and the style of glacia- the style of glacia-the style of glacia- style of glacia-style of glacia- of glacia-of glacia- glacia-glacia- tion changed from extensive ice cap through valley glacier to restricted cirque.

Key Words : Baekdusan� glacier� cosmogenic

N~42°28′N, �27°��′E~�28°55′E에 위치하고 있다.

행정구역상으로는 북한의 양강도와 중국 길림성이 접하는 국경지대에 위치하고 있다. 중앙에 위치한 천 지는 타원 형태이고, 가장 깊은 곳의 수심은 384m 이며 평균 수심은 2�3.3m, 호수면의 해발고도는 2,���m이다(Kang, 2���). 천지의 유일한 유출구는 북측 달문으로서 장백폭포로 이어진다. 백두산의 연 평균 기온은 - 7.8℃이고 �월 평균기온은 -25℃, 가장 더운 7월의 평균기온은 7.8℃가량이다(Ta�le �). 겨울 풍속은 3�~6�m/s로 매우 강한 편이다. 백두산 정상 부근과 천지 일대의 겨울은 사실상 �월부터 이듬해 6 월까지 약 8개월 가까이 지속된다. 이 지역은 동쪽에 서 불어오는 더운 공기와 북쪽에서 불어오는 차고 건 조한 공기가 교차되는 곳이어서 다른 지역에 비해 눈 과 비가 많이 내린다. 북 사면에 있는 천지 기상관측 소의 연강수량은 �,34�mm인 것으로 측정되었고 남 사면에서는 2,5��mm으로 기록되었다. 전체적으로 해발고도가 낮아지면 강수량도 점차 감소한다( Ta�le 2).

백두산은 현무암질 및 조면암질 마그마의 반복 된 분출로 형성된 복합화산체이다. 기저부는 마이

오세부터 플라이오세 전기에 걸쳐 분출한 알칼리 감 람석현무암으로 형성된 용암대지로 이루어졌으며, 이후 플라이 오세 중기 및 후기 플라이스토세에 강 한 화산활동이 재개되어 알칼리 조면암과 판텔러라 이트( pantellerite)로 구성된 천지 화산이 형성되었다 ( Hong et al� ����; Yun et al� ���3; �wa et al� 2��3). 화 산활동에 의한 백두산의 지형은 이도백하로부터 천 지까지 지형기복으로부터 인지되는데 대체로 완만 한 경사를 이루다가 천지부근에서 급경사를 보인다.

종전의 연구( �eong and Kim, ���2)에 따르면 경사의 정도와 특징에 따라 저지로부터 용암대지-산록경사 면- 화산추체의 지형이 나타난다. 이와 같은 지형은 백두산을 중심으로 동심원상으로 분포되며 화산활동 의 시기 및 분출된 암석의 종류와 밀접한 관련이 있다 ( Figure �).

용암대지는 백두산 지역에 최초로 분출된 현무암 과 소량의 조면암으로 구성되어 있으며 경사는 �°미 만이다. 분포의 폭으로 보아 제시된 세 지역 중에서 면적이 가장 넓게 나타난다. 더욱이 제 4기의 빙식작 용이 이 지역에는 미치지 못하였기 때문에 원시대지 의 양상이 그대로 남아있다( �eong and Kim, ���2;

Table 1. Monthly temperatures of Baekdusan area. 백두산 지역의 월평균 기온 월

지점 � 2 3 4 5 6 7 8 � �� �� �2 연평균

천지

- 7.3

- 7.8

삼지연 -��.8 -�6.5 -�.6 �.6 7.8 �2.� �6.4 �5.6 8.� �.3 -7.5 -�6.�

- �.6

modified from http://www.nk.tech.net

Table 2. Annual rainfall and daylight hours of Baekdusan area. 백두산 지역의 연강수량과 일조시수

지점(고도, masl) 연강수량(mm) 일조량(시간)

천지( 2,���)

-

삼지연(�,38�) �4�.�

2,25�

대홍단(�6�) 6�2.8

2,5�6

보천(�45) 666.8

2,�83

adapted from Chae, 2��7

Kang et al, ���2; Park, 2���). 반면 산록경사면은 화 산력응회암이 대부분이며 부분적으로 빙하 침식의 흔적이 나타난다. 특히, 서쪽과 남쪽에서 빙하의 침 식계곡으로 의심되는 지형이 주로 관찰된다. 화산추 체의 지형은 해발 �,8��m 이상인 지역으로서 점성이 대단히 높고 상대적으로 유동성이 낮은 암질로 이루 어져 있다. 이는 천지를 둘러싸며 거대한 하나의 화산 체를 형성하고 지표면의 경사는 평균 �2°~3�° 이상에 이르기도 한다. 특히 빙하침식 지형으로 의심되는 지 역은 사면이 거의 수직에 이를 만큼 급하고 빙하에 의 한 침식흔적이 나타난다( Figure 2, 3).

3. 백두산의 빙하지형

1) 빙하지형의 분포

백두산의 빙하존재에 대한 증거는 이미 여러 학자 들에 의해 보고되었다( �eong and Kim� ���2; Lee et

두산 일대에서는 빙식곡이 비교적 큰 규모로 뚜렷하 게 나타난다. 특히 천지의 북쪽과 서쪽에서 주로 나 타나는데( Figure 2, 3), 그 중 장백폭포에서 이도백하 로 향하는 계곡이 가장 넓은 U자 형태를 이루고 있으 며, 이는 일반적인 빙식 기원의 U자형 계곡의 전형적 인 특징과 일치한다(Har�or� ���2; MacGregor et al.�

2���; Montgomery� 2��2). 빙식곡으로 추정되는 상

류에서는 빙하기저기반암지형( su�glacial �edform)이

관찰된다(Figure 2�� 3�). 이 지형은 서 사면의 상류에

서 뚜렷하게 관찰되며, 북 사면의 장백폭포도 이 지형

et al

의 변형체일 가능성이 높다. 또한, 빙식곡과 빙식곡 사이의 능선은 완만한 형태의 기반암으로 이루어져 있는데, 이들은 빙하의 확장시기에 빙하의 바닥에 위 치했다 다시 지표에 노출된 콜( col)로 해석된다(Fig- ure 2c, 3c). 일반적으로 콜(Col)은 산릉 양쪽에서 권 곡(또는 곡빙하)이 성장하면서 산릉의 양쪽 두 벽면 이 만나 낮은 부분을 형성하는데 이렇게 권곡 사이에 나타나는 완만한 능선을 말한다. 종종 빙하의 성장과 함께, 한쪽의 곡빙하가 인접한 다른 곡빙하로 확장되 어 갈 때, 이 콜을 넘어가며 찰흔( striation)과 같은 빙 하침식의 증거들을 남긴다. 이런 증거들은 연구지역 천지 서 사면 주변의 능선에서 주로 나타난다( Figure 2, 3).

한편 현곡은 지류빙하와 본류빙하의 침식 차이에 서 형성되는 지형으로 본류빙하 양쪽의 가파른 곡벽 위에 지류빙하의 빙식곡이 높이 걸린 상태로 현곡에 서 흘러나오는 하천은 곡구에서 폭포를 이루게 되는 데 이곳 백두산 천지의 유일한 유출구인 달문의 장백 폭포도 이와 매우 유사하다( Figure 2c). 장백폭포의 암석은 알칼리 조면암이며 폭포는 주상절리와 더불 어 빙하작용에 의하여 형성되었다(Hong� ����).

백두산 화산체의 동 사면 하부에는 남쪽으로 열린 빙식곡이 있으며 화구분지 동 사면의 향도봉 밑과 남 사면 청석봉 밑 그리고 서 사면 차일봉 밑에 빙하권곡 이 존재한다( Lee et al.� ���3)는 연구 결과가 있다. 이 들은 북한령에 속하여 직접 확인이 불가능하다. 이와 더불어 천지 외륜산의 유일한 출구인 달문 계곡도 빙 하 권곡이 중첩되어 형성되었을 가능성이 있다. 중국 령의 백두산 화구(백운봉·청석봉)의 내부 측벽에 권 곡들이 중국인 학자들( Zhang et al� 2��8)에 의해 보고 되었다. 이들은 청석봉 화구 내부의 북동부에서 직경 3�~4�m의 원형 함몰 지형 두 곳과 권곡의 표면에서 빙하 퇴적물을 확인하였고, 이를 소빙기에 형성된 빙 퇴석으로 동정하였다. 또한 화구 안의 권곡 이외에 화 구 바깥쪽 면에 몇몇의 작은 유사 권곡들이 해발고도 2,4��~2,6��m의 위치에서 발견되고 있는데 그것들 은 화구 안의 권곡처럼 전형적인 모습을 보이지는 않 는다.

백두산 일대 빙하 권곡은 그 형성 시기에 대하여도

의문점이 많은데 백두산 화산 폭발로 인한 두꺼운 부 석층의 형성은 AD����년을 전후한 시기이므로 분화 구 내벽의 권곡들은 최종빙기에 형성된 것으로 추정 된다( �eong and Kim� ���2; Zhang et al.� 2��8, 2���).

그러나 이런 경우 부석층이 형성되었을 만한 화산 폭 발을 권곡이 어떻게 견디어 내었는지가 의문이다. 또 한 소빙기의 형성물이라고 하기에는 이들 권곡의 규 모가 상대적으로 광대하다( Lee et al.� ���3). 이러한 점들을 고려할 때, 백두산 일대의 지형은 화산 활동과 함께 빙하의 활동에 영향을 많이 받았으므로 두 지형 형성 작용을 밀접하게 고찰하여야 할 것이다. 이 연구 에서는 빙하지형의 분포와 연대측정 결과를 바탕으 로 권곡의 형성시기에 대해 고찰하고자 한다.

이 이외에도 백두산 일대에는 식별 가능한 유사 빙 퇴석 지형들이 나타나고 있다. 천문봉과 청석봉 일 대에서 종퇴석과 측퇴석을 발견했다는 주장( Zhang

하고 있는 천문봉 북쪽과 청석봉 서쪽에 형성된 각각 의 빙퇴석 지형의 형성 연대인 �.75±�.�35ka~�.5�±

�.�35ka, 2�.�±�ka조차도 연대측정법의 한계와 샘 플링에 대한 정보의 부족으로, 정확한 연대임을 확 신할 수는 없다. 특히, 대부분의 빙퇴석으로 추정되 는 지형은 근본적으로 퇴적물의 공급되는 경로에 따 라 암설류( de�ris flow)의 성격을 가질 수도 있기 때 문에 사면에서 발생한 암설류 퇴적물과의 구분은 매 우 어려우며, 이로 인한 많은 논쟁들이 진행되어 왔 다( Seong et al.� 2��7). 특히, 연구지역의 북서쪽에 위치한 흑풍구 지역에서 보고된 빙퇴석( Zhang et al.�

2��8)도 연구자의 현장조사 결과, 찰흔 등을 포함한 역 또는 탄환( �ullet shape) 형태의 역이 전혀 발견되 지 않은 점, 그리고, 일반적인 모레인에 비해 비고가 너무 작은(~ �m) 점 등을 고려하면 주빙하성 사면이 나 우기시의 포화수의 중가로 인하여 발생한 암설류 에 의해 형성된 사면퇴적물로 보는 것이 보다 타탕하 다.

2) 빙하지형의 형성과정과 빙하형태

백두산 천지 주변의 빙하지형은 위에서 살펴보았

Figure 2. (a) The distribution of major glacial landforms on the Baekdusan. 백두산의 주요 빙하관련 지형. S (striation of trace slip of the glaciers to appear in the col), BDS (Beakdusan Sample for cosmogenic ³⁶Cl surface exposure dating), A and B (Moraine area, which is mapped by Zhang (2008)). (b) Glacial Landforms of the western valley on the Baekdusan. 백두산 서 사면의 주요 빙하관련 지형. (c) Glacial Landforms of the northern valley on the Baekdusan. The geomorphic symbols are same as (b). 백두산 북 사면의 주요 빙하관련 지형. 지도에 사용된 기호는 (b)와 동일하다.

듯이 다양한 형태로 존재하고 있다. 이들 빙하의 형성 과정과 그 형태를 확인하기 위한 방법으로 빙하의 유

동방향을 활용한 방법(�eong and Kim, ���2)이 소개

되었다. 이 연구에서 연구자들은 빙하의 유동방향이

집수구역의 산릉을 경계로 천지를 향한 안쪽과 바깥 쪽으로 구분하고 안쪽 빙식곡은 백두산의 칼데라가 형성된 이후로, 그리고 바깥쪽의 것은 칼데라 형성 이 전 혹은 그 이후로 보았다( �eong and Kim� ���2). 이 연구는 아레떼( arête)를 경계로 두 빙식곡의 선후시기 를 확인하고, 천지쪽 능선이 불안정한 근거로, 이미 존재하였던 빙식곡의 일부가 칼데라 형성 시에 파괴 된 것으로 해석하였다. 달문에서 장백폭포에 이르는 구간에도 하나의 빙식곡이 추정된다. 이 빙식곡은 천 지와 접한 빙식곡 중에서 유일하게 천지 반대 방향의 유동 경사를 갖는데, 이는 달문 부근의 외륜산이 주변 보다 상대적으로 낮아 칼데라 형성과정에서 용암이 흘러 넘쳤을 가능성과 이 지점에서 칼데라의 외벽이 가장 얇은 지역임을 지시한다.

백두산 빙식 지형의 형성과정을 5단계로 제시한 견 해도 있다( Kim� 2��4). 이들은, �단계는 이도백하 양 측과 동쪽의 거대한 빙식곡이 형성되는 시기, 2단계 는 이도백하 양측의 빙식곡의 형성 시기, 3단계는 이 도백하 서쪽 빙식곡의 형성 시기, 4단계는 달문 양측 빙식곡의 발달 시기, 5단계를 천지주변 외륜산이 형 성된 시기로 보았다. 장백폭포에서 이도백하에 이르 는 깊은 계곡은 약선대( weak gap of tectonic valley)에 해당하는 지질구조를 따라 형성된 빙식곡이기 때문 이며 백두산 화산활동의 말기에는 특히 폭발력이 큰 용암이 분출되어 달문지역의 외벽이 허물어졌을 가 능성이 가장 큰 곳으로 보고 있다. 따라서 이곳은 빙 하가 형성되기 이전 이미 경사가 천지 외측으로 향한 것으로 추정하였다.

결론적으로 이전의 연구( �eong and Kim, ���2;

Kim, 2��4; Zhang et al, 2��8, 2���)에서는 빙하가 여러 차례의 빙기와 간빙기를 거쳐 형성되었음을 알 려주고 있다. 그러나 빙하의 형성과정과 그 형태를 대 략적으로 알려주었을 뿐 정확한 형성연대를 제시하 지 못한바, 본 연구에서는 더욱 정확한 빙하지형의 형 성 연대를 추정하기 위해 우주선 유발 동위원소를 이 용한 빙하지형의 노출연대측정 방법을 시도하였다.

3) 빙식곡의 형태학적 분석

빙하에 의해 형성된 계곡은 하천에 의해 형성된 계 곡과 달리 뚜렷한 U자형의 단면을 보인다(Har�or�

���2; MacGregor et al.� 2���; Lee and Han� 2���;

Montgomery� 2��2). 일반적으로 계곡의 형성에는 빙 식작용뿐만 아니라 하천의 흐름과 지형의 융기 속도 도 많은 영향을 미친다. 계곡 너비와 높이의 비율( Vf;

계곡형태지수; 식- �)은 형성 원인을 파악하는데 유 용하며, 폭이 넓은( V

≥ �) 계곡과 상대적으로 폭이 좁 고 깊은( V

≤ �) 계곡으로 분류 할 수 있다(Bull and McFadden, ��77). 상대적으로 V

의 수치가 높은 계 곡은 기저부 밑바닥의 폭이 넓게 나타나고 반면 상대 적으로 V

낮은 계곡은 V자곡에 가깝다. 높은 V

의 수 치 값은 낮은 융기율과 관련지어 생각할 수 있고, 또 한 하천의 침식과 융기의 영향이 미비할 경우에도 나 타난다. 높은 V

가 나타나는 것은 낮은 융기율 또는 적은 하천 침식력을 반영한다. 반면 낮은 V

수치 값을 지니는 계곡은 하천의 하방 침식력이 크고 (또는) 높 은 융기율에 의해 형성된다. 이런 경우 계곡은 하천 의 침식과 융기가 복합적으로 작용하여 V자형의 형 태를 갖게 되고 융기의 속도가 빠르게 이루어질 경우 더욱 가속화 된다. 이러한 계곡형태지수( V

)는 세계 의 여러 지역에서 빙식계곡과 하성계곡의 구분을 위 한 일차적 도구로서 성공적으로 이용되어왔다( Bull and McFadden� ��77; Zeitler et al.� 2���; Seong et al.�

2��8).

일반적으로 빙하의 영향을 더 많이 받은 지역은 그 것을 덜 받은 지역에 비해 계곡의 사면경사각이 크게 나타난다. 이러한 높고 불안정적인 사면경사는 빙하 침식에 의해 형성되었으며 이는 빠른 속도의 매스무 브먼트에 의해 주변 지형을 변화시킨다. 백두산의 장 백폭포에서 이도백하를 향하여 열려있는 계곡의 경 우 빙식에 의한 U자곡으로 인식되지만, 좀 더 정량적 인 특성을 파악하기 위해 계곡형태지수(ratio of valley floor width to valley height; 식 �)를 측정해 보았다.

Vf

= 2V

(Eld-Esc)+(Erd-Esc) (�)

Vf

: 계곡 사면의 높이에 대한 계곡 기저부 폭의 비.

Vfw

: 계곡 기저부의 폭. Eld·Erd: 계곡의 좌·우 사면 의 고도.

위의 조건들을 고려하여 백두산의 장백폭포에 서 이도백하로 열려있는 U자곡 일부 횡단면의 계곡 형태지수( V

)를 계산한 결과 계곡형태지수는 각각

�.�7(A-A′), �.26(B-B′), �.3�(C-C′), �.2�(D-D′)의 크기로 나타남을 확인할 수 있다( Figure 4). 즉 계곡의 하류(연구지역의 경우 하상고도 �,85�~�,75�m)로 내려가면서 V

수치가 커지고 있으며, 결과적으로 장 백폭포에서 이도백하를 향해서 나타나는 계곡은 한 정된 고도 하에서 빙하의 침식으로 상대적으로 넓은 계곡이 형성되었다는 것을 보여주며, 아울러 폭이 가

백두산 북 사면 U-형 계곡의 계곡형태지수

장 넓은 단면 C-C′(하상고도 �,75�m)이 빙하의 기저 침식력이 가장 증가되는 구간인 과거 곡빙하의 빙하 평형고도( Equili�rium Line Altitude) 부근으로 추정 된다.

4) 빙하의 전단운동에 의한 단열구조

일반적으로 지각에서 단열의 발달은 어떤 응력 조 건 하에서 암석이 취성변형작용( �rittle deformation) 을 받는 동안에 형성된다. 이들 단열은 가해지는 응력

의 방향에 따라 특정한 방향성을 보이는 규칙적인 단 열로 발달하며 기하학적 특징에 따라 인장단열, 전단 단열 그리고 단층으로 구분된다. 또한 이들 규칙적인 단열은 지각에 가해지는 응력과 밀접한 관련을 이루 며 공간적 분포를 나타낸다.

현장조사 및 위성사진을 이용하여 백두산 천지 일 원에 분포하는 단열들의 관찰결과 대부분 현무암질 및 조면암질 화산암류에 발달한 주상절리와 화산분 출시 형성된 방사상 분포의 단층들이 확인되었다. 그 러나 백두산 서 사면을 따라 형성된 U자형 계곡(Fig-

Figure 5. Extension fractures of the western valley on the Baekdusan. 백두산 서 사면에 발달한 인장단열. (a) U자형 계곡 측면에서 반지구(half-graben) 형태를 형성하고 있는 인장단열(화살표), (b) 구글 위성영상에서 확인되는 서북서 내지 동서 방향의 단열구조(빨강 화살표)로 (a)에 화살표로 표시한 단열들과 동일한 위치를 나타냄, (c) A schematic diagram showing the mechanism of extension fracture (red arrows) development induced by dextral-shear stress of downvalley glacier advance (purple arrow). 단열구조의 생성기구를 나타낸 모식도로 빙하의 우수향의 전단응력(보라색 화살표)에 의하여 생성된 2차 인장단열(빨강색 화살표)의 분포.

ure 2�)의 측면과 이어지는 능선에는 좁은 지역임에 도 불구하고 주위지역에는 나타나지 않는 일정한 방 향성을 보이는 규칙적인 단열들이 안행상( en echelon) 으로 발달하고 있다( Figure 5). 이들 단열들은 계곡의 하류로 내려오면서 반지구( half-gra�en)의 지형을 형 성하며( Figure 5a) 대체로 서북서 내지 동서 방향의 일정한 주향을 보인다( Figure 5�). 이들 단열은 위성 영상사진과 지표상에 모두 인지되는 것들로 단열들 의 연장성 및 세밀한 운동학적 분석을 위한 접근은 비 록 불가능하나 인장단열의 기하하적 특징을 보이는 것들이다. 따라서 이들 단열들의 공간적 분포 및 기하 학적 특성을 고려한 취성변형의 형성 기구는 세 가지 로 해석가능하다.

첫째는 북동-남서 주향의 U자형 계곡이 우수향의 주향이동성 단층으로 작용한 경우이다. 보편적으로 주향이동성 단층은 전단응력( shear stress)의 작용에 의해 발달하며 주단층의 주변에는 R-전단단열, R′- 공액전단단열 그리고 인장단열 등의 2차적인 단열들 이 서로 연결되면서 연속하는 주단층과 함께 성장해 간다( Sylvester� ��88; Woodcock and Schu�ert� ���4;

Peacock� ����). 즉, 백두산 서 사면에 발달한 단열들 이 주향이동성 단층운동에 의한 2차 인장단열의 가 능성 여부이다. 또 하나는 이 지역이 마그마 상승에 의한 지각융기 혹은 빙하 이후의 지각융기로 인한 지 각균열의 가능성이며 마지막으로 연구지역 서 사면 의 계곡이 빙하에 의해 형성될 때 암반 측면에 가해 진 압축전단응력으로 인하여 생성된 인장단열의 경 우이다( Randall� ��6�; Glasser et al� ���8; A�er 2��8;

Dühnforth et al.� 2���).

연구지역 서 사면의 U자형 계곡부에서는 대부분 화산활동에 의한 방사상 분포의 경사이동단층들이 발달하며 주향이동성의 단층들은 발견되지 않는다.

그리고 지각융기에 의한 단열분포는 대부분 연장성 이 좋은 방사상 또는 환상의 분포를 보이는 것이 일반 적이나 연구지역의 단열은 특정방향으로 짧은 연장 성을 나타내고 있음이 특징이다. 따라서 백두산 서 사 면의 U자형 계곡의 측면과 능선부에 발달한 단열은 빠른 속도로 이동하는 빙하의 흐름이 빙식계곡을 형 성하며 계곡의 측면 암반에 작용한 전단응력 혹은 압

축전단응력의 산물로 여겨진다(Figure 5c).

4. 빙하지형의 연대측정 및 결과

1) 우주선 유발 동위원소 연대측정

��8�년 후반 가속기질량분석기의 분석능력의 향상 과 함께, 우주선 유발 동위원소를 이용한 지형연구는 단순한 편년연구를 넘어 다양한 지형학적 프로세스 를 밝히는 목적에도 성공적으로 사용되어왔다( Gosse and Phillips� 2���; Seong and Kim� 2��3; Cock�urn and Summerfield� 2��4; more references in there). 우 주선 유발 동위원소

Cl의 경우는 석영이 존재하지 않은 암석(현무암, 석회암 등)에서 주로 사용되며, 특 히 현무암의 연대는 또 다른 절대 연대 측정( K/Ar, Ar/Ar)에 의해 결정지어 질 수 있기 때문에 단순한 편 년뿐만 아니라, 우주선 유발 동위원소의 생성률 측정 에도 적용되고 있다( Stone� 2���). 본 연구에서는 백 두산 천지 주변의 화산암, 특히 빙하의 후퇴 이후 노 출된 기반암을 대상으로 우주선 유발 동위원소

Cl 의 측정을 통해 빙하의 존재시기를 규명하고자 한다.

빙하에 의한 침식과 이후 빙하의 후퇴에 의한 노출과 더불어 우주선( cosmic ray)은 지표에 침투하여 기반 암내에 존재하는 다른 광물내의 원소들과 반응하여

36

Cl을 만들어 낸다. 또한

Cl는 화산암 내에 존재하 는 U, Th, K과 같은 방사성 원소에 의해서도 형성되 기 때문에 독립적으로 원소 분석을 실시하였다( Ta�le 3).

본 연구에서 우주선 유발 동위원소

Cl을 통한 백 두산 빙하지형의 연대를 추정하기 위해 사용된 5개의 시료 채취 지점( Figure �)은 천지에서 북쪽으로 8㎞

떨어진 삼거리에서 서측 계곡 길을 따라 오르는 지점

(42°�4′74″N, �28°�4′44″E)이다. 이곳은 지형적으로

콜( col)로 해석되며, 과거 빙모형태의 빙하 기저부에

위치하여 충분히(› 2m) 침식되고, 빙하의 후퇴이후,

누적적으로 우주선 유발 동위원소

Cl가 기반암 표

면에 생성되었다. 따라서 표면의 노출연대는 그 지점

에서 빙하의 후퇴 연대를 지시하는 것으로 해석할 수 있다.

채취된 시료 표본들은 실험실로 옮겨져 세척과정 을 통해 이물질을 포함한 오염원을 제거하였다. 세척 과정이 끝난 뒤, 모든 시료들은 분쇄되어 25�~5��

㎛의 크기를 얻기 위해 체로 걸렀다. 또한 시료에 포 함된

Cl의 오염원을 제거하기 위해 체에 거른 시 료들은 첫 번째 �8㏁의 물에, 그리고 이후에는 실온 에서 �2시간 이상 ��% HNO

에 반응시켰다. U과 Th, K과 주요 원소들은 한국기초과학지원연구원 서

울분소에서 ICP-AES와 ICP-MS를 이용하여 분석 하였다. 이후 석영 이외의 모든 물질을 제거하기 위 하여 6�~7�℃의 �5M HF와 2M HNO

의 혼합물 에 이틀 동안 반응을 시킨 후, 대략 �mg에 가까운 염 화물(

Cl) 을 용해된 시료에 첨가하였고, 이 염화물 은 AgCl의 형태로 추출하였다.

Cl을 측정하기 위 한

Cl/

Cl,

Cl/

Cl은 미국 PRIME La�oratory of Purdue University의 가속기질량분석기(AMS)를 사 용하여 측정하였다. 우주선 유발

Cl의 노출연대 는 PRIME La�oratory of Purdue University에서 제

Figure 6. A closer view of sampling locations for in-situ produced cosmogenic ³⁶Cl surface exposure dating on the col, which was likely to be under the glacier during some of the last glacial period. The upper yellow arrow indicates the polished surface from which BDS-1 and -2 were taken and the lower one for the surface from which the other samples (BDS-3, -4, -5) were collected. 백두산 북 사면의 남쪽에 발달한 콜 지형과 우주선 유발 동위원소 ³⁶Cl 표면 노 출 연대 측정을 위한 주요 시료 채취 지점. 상부 노란 화살표는 BDS-1과 -2를 채취한 빙하 기저면이고 하부 노란 화살표는 나머지 시료(BDS-3, -4, -5)를 채취한 지점이다.

작한 we�-cn program의 가장 최근의 버전을 이용하 여 계산하였다. 고도-위도에 따른 Spallation에 의한 생성률 보정은 Lal(����)과 Stone(���6)에 기초하였 고, 뮤온에 따른 생성률은 Phillips et al.(2���)에 기 초하였다. 기반암의 밀도는 응회암( tuff)의 평균 밀도 2.4gcm

를 이용하였고, 중성자 감쇠계수 �7�gcm

를 사용하여 기반암의 노출연대를 추정하였다. 또 한

Cl 분석의 표준 오차범위는 연대의 ��% 미만으 로 신뢰도가 높은 것으로 알려져 있다( Phillips et al.�

���7).

3) 노출연대(surface exposure age) 측정 결 과

본 연구의 백두산 연구지역에서 채취한 샘플 시 료 5개의 AMS 분석 결과 노출연대의 분포 범위는

��.�±8.4ka~26.2±�.4ka이다(Figure 5; Ta�le 3). 5 개의 샘플이 비교적 큰 편차를 보이고 있으나, 모두 지난 마지막 빙기를 지시하고 있다. 이 중 BDS-�의 경우

Cl의 노출 연대가 다른 시료(BDS2~5)에 비해 상대적으로 크게 나타났다. 이는 BDS-�이 시료 채취 지역인 콜의 가장 상단부이기 때문에 빙하 확장 시기 에 빙하에 의해 충분히( 2m 이상) 침식되지 않았을 가 능성이 있다. 이 경우 과거에 축적된

Cl이 포함될 수 있어, 노출연대가 과대 추정된다. 또한 빙하의 후 퇴이후, 상대적으로 장시간 잔류빙하의 기저부에 위 치해서 완벽한 노출이 이루어지지 않은 것으로 추정

될 수 있다. 나머지 4개의 시료는 46~26ka의 연대를 보이고 있어, 최종빙기의 후반부에 해당된다. 따라서 백두산의 북서 사면에서 지난 최종빙기시에 빙하가 존재했으며, 콜과 같은 지형이 발달된 점을 고려하면 빙하 형태는 산정상부에서 발달한 빙모( Ice Cap)의 형 태였으며, 여기서부터 곡빙하들이 성장하여 발달했 던 것으로 사료된다.

5. 백두산의 지형발달: 빙하지형과 화산활동과의 관계를 중심으로

1) 빙하지형 발달과정

백두산은 반복적인 화산활동으로 현재의 화산체의 원형은 적어도 최종빙기 이전에 형성된 것으로 cn추 측된다. 이후, 전 지구적인 기온하강과 함께, 백두산 인근에서도 곡빙하를 중심으로 빙하가 확장되고 최 종빙기를 거치면서 곡빙하의 연합체인 빙모의 형태 로 존재했던 것으로 추정되며 이러한 빙모는 때론, 인 접한 곡빙하로 분수계를 타고 넘어 콜과 같은 빙하기 저기반암지형( su�glacial �edform)을 형성하였다. 이 후, 홀로세 동안의 천지가 형성 되었으며, 이후, 소빙 기를 중심으로 권곡들이 형성 및 확장되어 현재의 형 태를 갖추게 된 것으로 추정된다( Figure 7). 이러한 곡빙하의 형태는 천지 북쪽의 장백폭포에서 이도백

Table 3. Chemical composition of the tuff forming glacier erosion landforms in the col and the surface exposure age of the cosmogenic ³⁶Cl. 빙식지형으로 추정되는 콜 지형 응회암의 화학적 구성과 ³⁶Cl 노출연대

Sample ID Latitude (±�.���°N)

Longitude (±�.���°E)

Altitude (m asl)

K2�

(%)

CaO (%)

Cl (ppm)

Spallation Production`(%)

36Cl/³⁵Cl (10-16)†

36Cl exposure age (ka)§

BDS-� 42.�474 �28.�444 22�4 5.4� �.76 56.�5 85.46 2�6.�±�8.� ��.�±8.4 BDS-2 42.�474 �28.�444 22�2 5.48 �.7� 28.4� 87.2� ��4.7±�.4 37.�±3.2 BDS-3 42.�474 �28.�442 22�2 5.4� �.78 26.63 87.66 8�.�±4.3 26.2±�.4 BDS-4 42.�46� �28.�44� 2��4 5.5� �.�8 27.78 88.4� ��5.�±6.7 38.5±2.3 BDS-5 42.�46� �28.�44� 2��2 5.62 �.�2 �7.65 86.57 �23.8±8.2 46.4±3.2

† After su�traction of the radiogenic ³⁶Cl/³⁵Cl.

§ All the ages assume no erosion.

하를 향하여 열려있는 계곡과 서쪽 그리고 일부남쪽 사면에서도 잘 나타나고 있다( Figure 2� 3). 빙식곡을 형성한 빙하는 이후 쇠퇴하고 후퇴하는 과정에서 빙 퇴석 지형들을 형성시키는데 백두산 지역에서도 이 러한 빙퇴석 지형들이 보고되고 있다 ( Zhang et al.�

2��8� 2���). 기존의 연구와 달리, 이번 연구에서는 처음으로 빙식곡으로 유추되는 장백폭포에서 이도백 하에 이르는 주 계곡의 측면부 안쪽 서쪽 능선에서 이 와 흡사한 형태의 빙하 찰흔이 나타나는 기반암 표류 석을 발견하였다( Figure 8).

연구지역에서 발견된 찰흔의 방향은 복수의 서로 다른 방향성을 가지고 있으며, 표면 침식은 매우 미 약하다. 이러한 찰흔은 빙하뿐만 아니라, 단층에 의 해서도 형성될 수 있으나, 연구 지역의 찰흔은 빙하 의 이동에 의한 흔적일 가능성이 크다. 단층운동을 받 은 기반암 표면의 찰흔은 서로 평행 또는 일정한 방향 성을 가지고 한 지역에 대상( zone)의 형태로 나타나는 반면 빙하에 의한 찰흔은 빙하의 무게에 눌린 미립 물 질들에 의해 형성되어 다소 이산적이며, 뚜렷한 경향 성 없이 주로 세립으로, 견고한 암석의 표면에 잘 남 는다. 한편, 이러한 찰흔은 ����년 충남대학교 백두 산 자연생태 종합학술 조사에서도 확인되었으나 응 회암의 층리를 오인했을 가능성이 높다. 빙하에 의해 매끄럽게 깎여진 연마면에는 무수히 많은 미세한 찰 흔이 곧잘 나타난다. 또한 빙하 이외의 외적 에너지에 의한 찰흔은 그 형성에 필요한 시간이 빙하에 의한 그 것보다 일반적으로 지극히 짧으므로 대개 빙하 찰흔 만큼 현저한 발달을 이루지 못한다. 따라서 연구지역 의 찰흔은 빙하에 의한 침식이 그 요인이라고 말할 수 있다. 그러나 현재 풍화의 진전으로 찰흔의 발견이 쉽 지 않은데다가 찰흔의 존재만으로 과거의 빙하작용 의 증거임을 주장하는 것은 무리가 있을 수 있다.

천지의 서쪽 사면에서는 비교적 U자형에 가까운 복수의 계곡들이 존재하며, 계곡을 따라 양배암과 유 사한 다양한 빙하기저 기반암지형들이 나타나고 있 다. 특히, 서파노선의 북쪽능선에서는 연속적으로 낮아지고 있는 남북 주향의 단열구조들이 안행상( en echelon)으로 나타나고 있다. 이는 주로 전단변형으 로 형성되며, 특히, 곡빙하의 양 사면에서 주로 관찰

된다(Randall� ��6�; Glasser et al.� ���8; A�er 2��8;

Dühnforth et al.� 2���).

결과적으로 백두산 지역에서는 플라이스토세와 홀 로세 사이에 백두산의 거대한 화산 폭발로 천지 지형 이 형성되었을 것이며, 이전의 초기 천지주변 빙하 지 형은 이때 크게 파괴되었을 것으로 생각되며, 이후 소 빙기( Little Ice Age)와 같은 홀로세의 한랭한 시기에 소규모의 제한적인 빙하 활동으로 인해 현재 모습으 로 변화되었을 것이다. 천지 안쪽 벽의 권곡 빙하 발

Figure 7. A Schematic diagram on the glacial landscape evolution of the Baekdusan. 백두산의 빙하지형 발달과 정. (a) Initial development of volcanic cone. 화산체 형 성. (b) Ice cap during the last glacial period. 곡빙하 의 연합형태인 빙모발달. (c) Formation of the present- day Cheonji. 천지의 원형 형성. (d) Cirque development during the Holocene. 홀로세 동안의 권곡형성 및 확장

달이 이 시기에 해당한다( Zhang et al.� 2��8; Figure 7d).

2) 빙하지형과 화산활동과의 관계

홀로세 동안 백두산 화산 활동은 주로 조면암 과 알칼리유문암의 부석질 화산 쇄설류와 플리니 식의 폭발적 분출이었으며, 백두산 천지에서 약 4,���~5,���년 전과 약 �,���년 전에도 이러한 분출 의 경험이 있으며 최근 ���3년까지도 화산활동이 보 고되어 있다( Liu et al.� ���8: Soh and Yun� ����). 또 한 조면암질 용암 분출이 있던 초기 플라이스토세 이 후부터 홀로세 기간 동안에도 천지를 중심으로 한 소 규모 현무암질 용암 분출이 일어났다고 보고되기도 하였다( Yun et al.� ���3).

백두산 화산의 역사 분출기록에 따른 연구 결과 ( Yun and Cui� ���6; Hwang and Kim� 2���)에 의하 면 �5�7년, �668년, �7�2년, �724년, ����년, ���3년 등 여러 차례에 걸쳐 백두산 지역에서 화산의 분출이 계속된 것으로 나타난다. 이 중에서 천지 칼데라 화 산의 역사 분출 기록은 표에서 제시한 세 차례에 국한 된다는 보고도 있다(Yun and Cui� ���6). 기록에 따르 면 약 ����년 전 마지막 중심성 화산 분출로 인해 그 동안 존재하던 많은 빙하지형들 중 특히 백두산 천지 북동부의 빙하지형들이 화산쇄설물에 뒤덮여 함몰된 상태로 지속되고 있는 것으로 추정된다. 이는 현재의

백두산 주변 지형도나 위성사진 등을 통해 백두산 북 서부의 지형은 기복이 심하고 지형 형세가 다양한데 반해 북동부 지역의 지형은 기복이 비교적 단순하게 나타나는 것으로부터 확인할 수 있다( Figure 3a).

백두산 화산 분출을 다룬 기존 연구에서는 주로 방 사성 탄소 연대와 화산암의 K-Ar 연대측정을 활용 하였다( Figure �). 백두산 천지 동쪽 방향에 주로 덮 여 있는 회백색 부석층에서 발견된 목탄과 나무 시료 를 대상으로 AMS를 이용한 방사성 탄소 연대측정을 실시한 연구( �wa et al.� 2��3)가 대표적이다. 아울러 북한 영토에서 수행된 많은 연구에서도 동일한 시기 의 폭발을 제시하고 있다( Lee et al.� ���3). 이 이외에 도 최근 들어 백두산의 신생대 화산암류의 동위원소 연대 측정표가 제작되어 백두산의 분출시대 구분과 분출 순서 등을 알 수 있게 되었다( Hwang and Kim�

2���). 이제까지 다양한 자료 등을 통해 얻어낸 탄화 목의 위치와 화산회 및 부석 등을 통해 밝혀진 동위원 소의 연대를 Figure 8에 나타내었다. 그러나 한 가지 주목해야 할 사항은 이번 우주선 유발 동위원소

Cl 의 측정을 통한 연구 결과, 백두산 천지 칼데라 화산 분출에 관한 이전 연구도 실제 천지 칼데라 한 가운데 에서 발생한 화산 분출이었다고 단언할 수 없다는 것 이다.

백두산 천지 홀로세의 플리니식( L e y r it a nd Montenat� 2���) 화산 분출은 중국과 한반도 육지와 동해 해저 퇴적물뿐 아니라 일본열도에 이르기까지

콜 지형에 나타나는 빙하 이동 흔적(찰흔)이 나타나는 기반암체

테프라를 퇴적시킨 것으로 확인되고 있다( Machida et

Machida et al.� ����; Chun et al.� 2��6a� �; Figure

��). 백두산의 화산분출과 관련된 일본의 고고학적 층서 연구에서도 ��5~�33�AD 사이에 백두산이 분 출했다는 증거가 있다( Machida et al.� ����). 이 연구 에 따르면 부석층은 주로 천지 동쪽 방향에 분포하고 있으며, 이 층의 상위에 부석질의 화산 쇄설류가 매우 넓게 분포하고 있다. 일본열도의 북쪽과 동해에서 발 견되고 있는 백두산-도마코마이 화산재(Baekdusan- Tomakomai ash, 약칭 B-Tm)가 이 백두산 화산으로 부터 유래한 것으로 주장하고 있으며( Machida� et al.�

����), 일본 북서부 Anden 해안의 제4기 퇴적층의 테 프라 층서를 이루고 있다는 주장도 있다( Chun et al.�

2��6�). 테프라 층의 연대 및 층위는 제4기에 퇴적된 경우가 많기 때문에 제 4기 편년에 이용되고 있다. 즉, 다양한 테프라 퇴적물의 흔적들을 통해 층서학적 관 점에서 백두 화산의 북동쪽 사면이 천 년 전에 분화한 백두화산의 화산 퇴적물이라는 증거를 뒷받침한다 ( Lee et al.� ���3; �wa et al.� 2��3).

아울러 동해 분지에서 채취된 시추코어에서 백두 산 기원으로 추정되는 B-�(Baegdusan-�apan Basin) 테 프라가 보고되었다( Machida et al.� ��83). 또한 동해 야마토 분지에서도 이전까지 일본 화산 기원으로 분 석되었던 테프라( GH8�-2-27� GH8�-2-28)가 백두산 기원으로 밝혀졌다( Nakajima et al.� ���6). 이러한 기 존 연구들을 종합(Figure ��)해 볼 때, 백두 화산은 반 복적인 폭발성 분화를 겪은 것으로 추정된다. 한편,

채취 지점 및 추정연대 (Jeong and Kim, 1992; Jwa

et al

● : Charred wood and volcanic rock sampling area 탄화목 및 화산암류 채취 지점

■ : This study. 본 연구의 시료 채취 지점

▲ : �.백운봉 2.천문봉 3.비류봉 4.장군봉 5.청석봉

42°�3´N

42°��´N

�28°��´E

�28°�3´E

B-�(Baegdusan-�apan Basin) 테프라는 퇴적물 내의 유 공충의 탄소연대 측정을 통해 48,���~5�,���년 전 으로 계산되었다( Ikehara et al.� 2��4). 이 B-� 테프라 는 여러 가지 주목할 만한 특징들을 지니고 있는데 일 찌감치 백두 화산이 기원으로 알려진 B-Tm 테프라 에 비해 남쪽으로 약 ���km 이상이나 치우쳐 있다 는 점이 그 중의 하나이다. B-� 테프라가 유독 남쪽으 로 치우쳐 나타나는 이유로는 겨울철 동아시아 제트 류의 영향을 강하게 받은 것으로 짐작하고 있다. 동아 시아 제트류는 여름철 평균 북위 35°에 위치하고 평균 최대풍속이 7�.5m/s이며, 겨울철에는 제트류의 형 성 위치가 고위도로 이동된다고 보고되었다( Ha et al.�

���7).

또한 백두 화산의 지형 형성 단계를 통해 이러한 막 대한 양의 부석과 화산재 및 화산 쇄설물이 주로 분화 구 동쪽 지역에 분포하는 비대칭성에서도 AD ����

년 폭발성 분화는 북서풍 및 서풍(제트류)이 강하게

형성되는 겨울철일 가능성이 크다.

6. 결론

① 형태학적으로 백두산 일대의 지형은 빙하 기원 의 지형에 가깝다. 특히 권곡, 그리고 장백폭포와 이 를 관통하는 계곡은 거의 U자 형태에 가까우며 계곡 형태지수( V

)가 상류에서 하류로 갈수록 증가하다 빙 하평형고도( ELA)에 해당하는 ~�75�m 부근에서 최 대값을 보이고 그 하류 부분에서는 다시 감소하는 경 향을 보이고 있는 점으로 미루어 빙식곡의 가능성이 크다. 또한 연구지역의 빙식지형인 콜 주변지역에서 빙식 기원의 찰흔을 갖고 있는 표류석이 발견되었고, 빙하기저부에서 형성되는 다양한 마식된 기반암 지 형 등이 확인되었으며, 곡빙하의 전단운동에 따른 안 행상의 인장 단열구조가 나타나고 있다.

② 빙하의 기저부에서 형성된 기반암 지형을 대 상으로 우주선 유발 동위원소

Cl를 이용한 연대 측정의 결과 빙하지형이 지표면에 노출된 시기는 46~26ka으로 나타났으므로, 최종 빙기에 형성된 것 으로 판단되며 결과적으로 현재의 화산체는 최종빙 기 이전에 형성된 것으로 추정되고, 최종빙기시에는 계곡빙하들이 연합된 빙모 형태의 빙하가 존재했던 것으로 사료된다.

③ 최종빙기 이후, 반복적인 화산활동으로 천지의 원형이 형성되었으며, 이후 소빙기를 중심으로 화산 체 내에서 권곡이 성장하여, 현재의 형태를 나타내게 되었다.

④ 천지 북 사면과 서 사면이 최종빙기부터 노출되 었음에도 불구, 동 사면의 형성연대가 주로 AD ����

년 전후라는 것은, 당시의 분화가 겨울철에 일어난 것 임을 강하게 시사한다. 겨울철 북서풍의 영향으로, 대부분의 강하퇴적물이 동쪽으로 치우친 대규모 플 리니식 분화로 추정된다. 이러한 사건은 동서방향으

B-J basin tephra reportedly originated from volcanic eruptions of the Baekdusan. 백두화산에서 기인한 백두- 도마코마이 화산재(B-T 테프라, Machida

et al

et al

로 백두산의 지형과 기복 차이를 가져왔으며 동쪽 지 형은 이때 분출한 부석으로 매몰되어 서쪽 지형에 비 해 비교적 단조로운 기복을 나타내는 지형들이 형성 되었다.

사사

본 연구는 2���년도 정부재원(교육과학기술부 인문 사회연구역량강화사업비)으로 한국학술진흥재단의 지원( KRF-2���-332-B��6��)을 받아 수행되었습니 다.

참고문헌

A�er� �. S.� 2��8� Glacier-induced �edrock deformation in the Cule�ra Range� southern Colorado. Transac-

tions of the Kansas Academy of Science� ���(�-2)� 2�-

Bull� W. B. and McFadden� L. D.� ��77. Tectonic geomor-� W. B. and McFadden� L. D.� ��77. Tectonic geomor-W. B. and McFadden� L. D.� ��77. Tectonic geomor-. B. and McFadden� L. D.� ��77. Tectonic geomor-B. and McFadden� L. D.� ��77. Tectonic geomor-. and McFadden� L. D.� ��77. Tectonic geomor-and McFadden� L. D.� ��77. Tectonic geomor-� L. D.� ��77. Tectonic geomor-L. D.� ��77. Tectonic geomor-. D.� ��77. Tectonic geomor-D.� ��77. Tectonic geomor-.� ��77. Tectonic geomor-��77. Tectonic geomor-. Tectonic geomor-Tectonic geomor- phology north and south of the Garlock Fault�

California. In: Doehring� D. O. (Ed.)� Geomor-. In: Doehring� D. O. (Ed.)� Geomor-In: Doehring� D. O. (Ed.)� Geomor-: Doehring� D. O. (Ed.)� Geomor-Doehring� D. O. (Ed.)� Geomor-� D. O. (Ed.)� Geomor-D. O. (Ed.)� Geomor-. O. (Ed.)� Geomor-O. (Ed.)� Geomor-. (Ed.)� Geomor-Ed.)� Geomor-.)� Geomor-Geomor- phology in arid regions. State University of New York� Binghamton� NY� ��5-�38.

Chae� �. S.� 2��7� Concerning the climate situation of Mt.

Paekdu area� Meteorology and Hydrology� 3� 36- 37 (in Korean).

Chun� �. H.� Cheong� D. K.� Lee� Y. �.� Kwon� Y. I.� Kim�

B. C.� 2��6a� Stratigraphic implications as a tine narker if the B-� tephra erupted from Baekdusan volcano discovered in the marine cores of the East Sea/�apan Sea during the late Pleistocene� Journal

of the Geological Society of Korea� 42(�)� 3�-42.

Chun� �. H.� Cheong� D. K.� Son� B. K.� and Ikehara� K.�

2��6�� Tephrostratigraphy of the Quaternary sedimentary deposits in the Anden coast� north-� north-north- western �apan� Journal of the Geological Society of

Korea� 42(�)� 43-55.

Cock�um� H. A. P. and Summerfield� M. A.� 2��4� Geo-� H. A. P. and Summerfield� M. A.� 2��4� Geo-H. A. P. and Summerfield� M. A.� 2��4� Geo-. A. P. and Summerfield� M. A.� 2��4� Geo-A. P. and Summerfield� M. A.� 2��4� Geo-. P. and Summerfield� M. A.� 2��4� Geo-P. and Summerfield� M. A.� 2��4� Geo-. and Summerfield� M. A.� 2��4� Geo-and Summerfield� M. A.� 2��4� Geo-� M. A.� 2��4� Geo-M. A.� 2��4� Geo-. A.� 2��4� Geo-A.� 2��4� Geo-.� 2��4� Geo-2��4� Geo-� Geo-Geo-

morphological Application of cosmogenic isotope analysis� Progress in physical Geography� 28� �-4�.

Dühnforth� M.� Anderson� R. S.� Ward� D.� and Stock� G.�

2���� Bedrock fracture control of glacial erosion processes and rates� Geology� 38(5)� 423-426.

Furuta� T.� Fujioka� K. and Arai� F.� ��86� Widespread su�-� T.� Fujioka� K. and Arai� F.� ��86� Widespread su�-T.� Fujioka� K. and Arai� F.� ��86� Widespread su�-.� Fujioka� K. and Arai� F.� ��86� Widespread su�-Fujioka� K. and Arai� F.� ��86� Widespread su�-� K. and Arai� F.� ��86� Widespread su�-K. and Arai� F.� ��86� Widespread su�-. and Arai� F.� ��86� Widespread su�-and Arai� F.� ��86� Widespread su�-� F.� ��86� Widespread su�-F.� ��86� Widespread su�-.� ��86� Widespread su�-��86� Widespread su�-� Widespread su�-Widespread su�- marine tephras around �apan-Petrographic and chemical properties� Marine Geology� 72� �25-�42.

Glasser� N.F.� Crawford� K.R.� Ham�rey� M.�.� Bennett�

M.R.� and Huddart� D.� ���8� Lithological and structural controls on the surface wear character- istics of glaciated metamorphic �edrock surfaces:

Ossian Sarsfjellet� Sval�ard� Journal of Geology�

��6� 3��-32�.

Gosse� �. C. and Phillips� F. M.� 2���� Terrestrial in situ cosmogenic nuclides : theory and application�

Quaternary Science Review� 2�� �475-�56�.

Ha� S. Y.� Lim� G. H.� Kwon� H. �.� ���7� The Interrela-� S. Y.� Lim� G. H.� Kwon� H. �.� ���7� The Interrela-S. Y.� Lim� G. H.� Kwon� H. �.� ���7� The Interrela-. Y.� Lim� G. H.� Kwon� H. �.� ���7� The Interrela-Y.� Lim� G. H.� Kwon� H. �.� ���7� The Interrela-.� Lim� G. H.� Kwon� H. �.� ���7� The Interrela-Lim� G. H.� Kwon� H. �.� ���7� The Interrela-� G. H.� Kwon� H. �.� ���7� The Interrela-G. H.� Kwon� H. �.� ���7� The Interrela-. H.� Kwon� H. �.� ���7� The Interrela-H.� Kwon� H. �.� ���7� The Interrela-.� Kwon� H. �.� ���7� The Interrela-Kwon� H. �.� ���7� The Interrela-� H. �.� ���7� The Interrela-H. �.� ���7� The Interrela-. �.� ���7� The Interrela-�.� ���7� The Interrela-.� ���7� The Interrela-���7� The Interrela-� The Interrela-The Interrela- tionships �etween the Atmospheric Variations of the East-Asia �et Stream and Tropical Convections during the Northern Hemisphere Wintertime�

Journal of the Korean Meteorological Society� 33�

2��-3�4.

Har�or� �. M.� ���2� Numerical modelling of the develop-� �. M.� ���2� Numerical modelling of the develop-�. M.� ���2� Numerical modelling of the develop-. M.� ���2� Numerical modelling of the develop-M.� ���2� Numerical modelling of the develop-.� ���2� Numerical modelling of the develop-���2� Numerical modelling of the develop-� Numerical modelling of the develop-Numerical modelling of the develop- ment of U-shaped valleys �y glacial erosion� Geo--shaped valleys �y glacial erosion� Geo-shaped valleys �y glacial erosion� Geo-� Geo-Geo- logical Society of America Bulletin� ��4� �364-

�375.

Hong� Y. K.� ����� Geology of the Mt. Baekdu� Journal of

the Geological Society of Korea� 26(2)� ���-�26.

Hwang� S. K.� and Kim� B. R.� 2���� Volcanic geology of the Baekdusan� Korea academic information co.

Ikehara� K.� Kikkawa� K. and Chun� �. H.� 2��4� Origin and correlation of three tephras that erupted dur- ing oxygen isotope stage3 found in cores from the Yamato Basin� central �apan Sea. The Quaternary

Research� 43� 2��-2�2 (in �apanese).

IPCC� 2��7� Climate Change 2��7: The Physical Science Basis. Contri�ution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovern- mental Panel on Climate Change. Solomon� S.�

D. Qin� M. Manning� Z. Chen� M. Marquis�

K.B. Averyt� M.Tignor and H.L. Miller (eds.).