전라남도 고흥지역에 분포하는 주상절리에 관한 연구
손정모·안건상*
조선대학교 지구과학교육과, 61452, 광주광역시 동구 필문대로 309
A Study of Columnar Joint in Goheung, Jeollanam-do, Korea
Jeong-Mo Son and Kun Sang Ahn*
Department of Earth science, Chosun University, Gwangju, 61452, Korea
Abstract: The columnar joints in Goheung are developed in three places of Yuju-san area, Palyeong-san and Yongbawi area. Vertical and fan-shaped columnar joints which have maximum width 100 m and maximum heigh 50 m are developed in the Yuju-san area Columnar joints are developed next to the road near the the Yuju-san and along the coast of Jijuk-do. Thick columnar joints of maximum width 1m are developed in the Paryeong-san area. Horizontal columnar joints of maximum width 50 cm at length of polygon side are developed on dyke in the Yongbawi area. The columnar joints show high rate of rectangles and pentagons in the number of polygons. The length of polygon side of columnar joints in study area ranges from 10 to 100 cm, and 20 cm among the range appears in high frequency. Columnar joints are developed vertically to the ground from the cooling surface in Yuju-san and Palyeong-san area. Columnar joints in Yongbawi area are developed vertically to the contact of country rocks. As a result, the columnar joints began cooling from the country rock contact. And columnar joints are developed vertically to contact surface. The rocks in columnar joints is rhyolitic welded tuff in Yuju-san and Palyeong-san area, dacite in Yongbawi area. In the acid volcanic rocks flow structure well developed. The white phenocryst mineral about 2 mm size by eye, is usually feldspar, and includes some quartz. The rate of SiO2 is 70wt.% or more. It is the last stage of differentiation to calc-alkaline series. The columnar joints of the Yuju-san area are expected to be distributed along a band that extends to about 1km east of the stone pit.
Keywords: Jeollanam-do Goheung, Columnar joint, Cretaceous, welded tuff, Formation mechanism
요 약: 전라남도 고흥지역에는 도화면 유주산 지역, 팔영산 지역 그리고 용바위 지역의 세 지역에서 주상절리가 발달한 다. 유주산 지역에는 폭 최대 100 m, 높이 최대 50 m 규모로 수직방향과 부채꼴 모양의 주상절리가 발달한다. 유주산 근처의 도로변과 지죽도 해안에도 주상절리가 발달한다. 팔영산 지역에서는 기둥면의 폭이 최대 1 m에 달하는 굵은 주 상절리가 발달한다. 용바위 지역은 암맥 내에서 지표면과 수평한 최대 폭 50 cm의 주상절리가 발달한다. 이 지역 주상 절리의 4각형과 5각형이 높은 빈도를 차지한다. 기둥면의 폭은 10-100 cm 범위이지만, 20 cm가 최대 빈도율을 보인다.
유주산과 팔영산 지역에서 주상절리는 냉각면인 지표와 수직으로 발달한다. 용바위지역에서 주상절리는 관입한 주변암 과의 접촉부와 수직으로 발달한다. 결과적으로 이지역의 주상절리는 주변암의 경계부로부터 냉각이 시작되어 접촉면과 수직한 주상절리가 발달한다. 본 주상절리를 구성하는 암석은 유주산과 팔영산 지역에서 유문암질 용결응회암이고, 용 바위의 암맥을 이루는 암석은 데사이트이다. 산성화산암에는 유상구조가 잘 발달되어 있으며, 육안상 2 mm 정도의 백 색 반정광물은 대부분 장석이고, 일부 석영을 포함한다. 주상절리를 구성하는 암석의 SiO2함량은 모두 70wt.% 이상이
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며, 칼크알칼리계열의 분화 마지막 단계이다. 유주산지역 주상절리는 채석장에서 동쪽으로 약 1 km 이상 분포하는 것으 로 예상된다.
주요어: 전라남도 고흥, 주상절리, 백악기, 용결응회암, 형성 메커니즘
서 론
주상절리는 화산활동에 의하여 형성된 1차적인 구 조로서, 화산활동이 활발하게 일어났음을 증명해줄 결정적 단서이다. 주상절리는 분출된 용암 또는 화산 쇄설물이 쌓여 냉각하는 동안 응력의 해소로 발생하 는 구조로서 그 형태는 3각형에서 8각형까지 매우 다양하게 분포한다.
우리나라의 주상절리는 68개 이상의 지역에서 분 포하고 있다(Ahn, 2014a). 뛰어난 경관을 보이는 제 주도의 대포동 주상절리대와 무등산 주상절리대는 국 가지질공원으로 지정되어 관리되고 있다. 최근 한탄 강을 따라 발달한 주상절리대에 대하여 경기도와 강 원도에서 한탄강 주상절리길 조성사업을 통하여 보 전·활용 방안이 논의 중이며, 경상북도에서도 청송에 위치한 주왕산 주상절리의 보전과 관광 활용을 위한 준비를 진행 중에 있다. 그러나 대부분의 주상절리는 방치되고 있으며, 지구과학적·교육적 가치를 무시한 채 조경석, 자갈 등으로 활용하기 위한 채석이 무분 별하게 진행되고 있는 것이 현실이다.
신생대에 형성된 주상절리는 주로 현무암으로 이루 어져 있으며, 중생대 백악기 주상절리는 대부분이 응 회암을 모암으로 한다. 이들에 대한 연구는 제주도 대포동(Ko et al., 2005), 울산 정자와 경주 읍천(Jin and Kim, 2010), 울릉도 국수바위(Woo et al., 2013) 그리고 무등산 주상절리(Lim et al., 2015)에 대해서 는 비교적 체계적으로 진행되어 왔지만, 대부분은 연 구가 되지 않았거나 존재의 여부만 기술되어 있을 뿐이다. 최근에 이르러 주상절리의 형성과 관련한 연 구전략에 대한 논문이 발표되었으며(Ahn, 2014b), 이 를 통하여 한반도 남부지역에서 산성 내지 중성암을 모암으로 하는 주상절리의 형성 메커니즘에 대한 연 구를 진행하였다(Son, 2016).
우리나라 남부 고흥반도에 분포하는 주상절리는 크 게 세 지역에서 발달한다. 연구지역에 분포하는 주상 절리는 국내에서 연구된 다른 주상절리와 다르게 유 문암질 응회암을 모암으로 하며, 절리의 형태가 일반 적인 수직방향의 절리와 부채꼴 모양의 절리가 혼재 하여 학술적 가치가 매우 크다. 본 연구를 통하여 고 흥지역 주상절리의 분포와 형태를 분석하고, 형성 메
Fig. 1. Geology of study area (modified Son, 2016).
커니즘을 밝히고자 한다. 아울러 주상절리의 추가노 출 예상지역을 추정해보고자 한다.
연구지역 지질
우리나라 남부지역은 선캠브리아대 편마암류를 기 반으로 중생대 후기 대규모 화산활동으로 인한 응회 암류가 넓게 분포하고 있다(Kim et al., 2004). 고흥 지역은 선캠브리아 시대의 소백산육괴 지리산 편마암 복합체를 기반암으로 하고 있으며, 중생대 쥐라기 흑 운모화강암, 백악기 심성암류, 안산암 및 안산암질 응회암, 유문암 및 유문암질 응회암 그리고 퇴적암류 가 상부층을 이루고 있다(Fig. 1).
편마암류는 연구지역의 북부에 넓게 분포하며, 대 서지역에서 발달한 퇴적암류와 부정합 관계이다.
Park et al.(2004)에 의하면 고흥지역의 편마암류는 저압 내지 중압의 고온 변성작용을 받은 후, 저압·
중온의 후퇴변성작용으로 형성되었다. 중생대 퇴적암 류인 두원층은 여러 퇴적구조가 관찰 가능하며, 여러 가지 지질학적 지형요소를 관찰할 수 있는 특징이 있다(Kim, 2012).
화산암류는 중생대 백악기 지층으로 안산암 및 안 산암질 응회암은 비봉산 일원에서 관찰이 가능하며, 사장석, 각섬석, 휘석의 반정을 포함하고 있다(Yoon and Hwang, 1988). 지질도상 연구지역의 상당부분을 차지하고 있는 유문암 및 유문암질 응회암은 전반적 으로 유문암질 응회암이 대부분이며, 그 중 용결구조
를 뚜렷하게 보이는 용결응회암의 분포가 두드러지게 나타난다(Fig. 2). Yoon and Hwang(1988)에 의하면 팔영산응회암의 경우 SiO2가 65.69w~67.45wt%의 범 위를 보이는 것으로 연구되었다.
Fig. 2. Photographs of welded tuff in study area (site ①).
Fig. 3. Microphotographs of rhyolitic welded tuff (a,b: site ①, c,d: site ③, e,f: site ⑤; Son, 2016).
연구지역에 분포하는 유문암질 응회암에 포획된 암 편의 크기는 최대 10 cm이나 보통은 5 cm 내외이다.
반정은 대부분 장석(pl)이며, 석기는 석영과 유리질 광물이다. 직사각형 장석 반정의 크기는 7 mm 정도 이며, 알바이트 쌍정을 나타내고 내부는 견운모화 되 어 있다(Fig. 3).
주상절리의 형성과 형태
주상절리는 화산활동의 산출물로 전 세계적으로 다 양한 형태로 관찰된다. 화산활동으로 인하여 형성되 지만 모든 화산활동에서 주상절리가 형성되는 것은 아니다. 주상절리의 구조적인 형태는 기둥의 구조를 보이는 컬러네이드(colonnade), 뒤엉킴 구조를 보이는 엔테블러춰(entablature)로 흔히 주상절리라 부르는 것 이 전자인 컬러네이드 구조이다. 용암류 등이 상부 공기층과 하부 지표에 의하여 냉각될 때, 표면으로부 터 균열이 시작되어 만나면 주상절리가 형성된다.
주상절리의 형성은 온도가 표면으로부터 내부를 향 하여 점차 낮아지면서 성장한다. 고온의 용암 또는 이와 비슷한 물질의 냉각이 진행되면서 이에 따른 부피의 감소가 일어나며, 부피 감소의 중심이 되는 곳에 냉각점이 형성된다. 냉각점은 냉각표면에 등간 격으로 형성되고 이를 중심으로 수축하며 굳어진다.
이 때, 수축 중심사이에 응력이 발생하고 이러한 응 력이 인장강도를 초과하면 균열이 만들어 진다. 표면
의 균질하다면, 일반적으로 육각형 모양의 균일한 모 습을 보이며 형성된다.
주상절리의 형성과정에 있어 널리 알려진 이론은 열 수축 모델로서 용암이 냉각되면서 균열은 용암류 의 내부로 진행되고, 패턴은 저에너지인 벌집구조의 형태로 진화한다는 내용이다. 이를 단순화 시키면, 2 차원적으로 균열 길이당 스트레스 방출은 6각형의 패턴을 보일 때 가장 많으며, 이러한 경향은 에너지 소모를 최소화 한다(Mallet, 1875).
주상절리의 형태는 용암의 점성, 지형의 형태 등에 의하여 다양한 모습으로 나타난다. Hetenyi et al.
(2012)은 화산암의 크기와 산출상태에 따라 다음과 같이 주상절리의 형태를 분류하였다(Fig. 4). 수직방 향의 주상절리가 형성되는 두께 10 m 이내의 단일용 암류형태, 상부컬러네이드와 하부컬러네이드가 구분 되며, 때로는 상부와 하부 사이에 엔테블러춰구조가 동반하는 두께 10 m 이상의 두꺼운 용암류형태, 중심 부로부터 가장자리로 갈수록 기둥면의 폭이 작아지는 형상을 보이는 용암호형태, 기둥의 모양이 상부로부 터 하부로 갈수록 휘어진 형태를 보이는 용암돔형태 그리고 수평주상절리를 발달하는 암맥상형태이다.
주상절리의 분포
연구지역의 주상절리는 크게 세 지역에서 분포한다.
도화면 구암리와 지죽도 일대(Area 1) 그리고 점암면
Fig. 4. Schematic drawing of the different geological contexts and geometries of columnar joint (Hetenyi et al., 2012; modified of Ahn, 2014b). (a) thin lava flow (<10 m), (b) high viscosity lava flow, (c) lava lake, (d) lava dome, (e) dyke or sill
성기리(팔영산, Area 2)에서 유문암질 응회암으로 구 성된 주상절리가 분포하고 있으며, 영남면 남열리 해 안(용바위, Area 3)의 중성암맥에서 주상절리가 발견 되었다(Fig 5).
Site ① (N34o29'11'', E127o18'39'')
유주산의 동측에 위치한 채석장으로 현재 채석을 진행 중이다. 높이는 20여 m, 그 폭은 약 100 m에 이르는 대규모 주상절리로 수직방향의 주상절리와 부 채꼴 모양의 주상절리가 혼재하여 분포하고 있다 (Fig. 6).
추가노출예상지역은 Fig. 6에서와 같이 채석장 우 측에서 동쪽방향으로 구암저수지와 덕흥리까지 연장 하여 발달할 것으로 추정된다.
채석장의 하부에 분포하는 주상절리는 높이 20여 m, 폭 100 m에 이르는 대규모 주상절리대로 서쪽으 로부터 수직방향의 주상절리가 발달하며 나타나 동쪽 에서 부채꼴 모양으로 변하는 양상을 보인다(Fig 7a).
채석장 상부지역은 수직방향의 주상절리가 발달되어 있다(Fig. 7b).
Site ② (N34o27'46'', E127o19'10'')
구암삼거리로부터 남쪽으로 약 2 km 떨어져 있으 며, 해안을 따라 200 m 정도 주상절 리가 발달하고 있다(Fig. 8). 이 분포지는 만조시 바닷물에 잠기는 지역으로 파도에 의한 침식 및 풍화가 상당부분 진
행되어 2차 절리가 발달되어 있다. 주상절리의 발달 형태는 수직방향의 컬러네이드가 주를 이루며, 일부 지역에서 엔테블러춰가 발달한 모습을 관찰할 수 있다.
Site ③ (N34o27'18'', E127o19'28'')
유주산과 지죽도 사이의 가인동 버스정류장 인근 도로변 약 600 m에 걸쳐 수직방향의 주상절리가 잘 발달되어 있다(Fig. 9). 이 지역 주상절리는 지표면과 거의 수직방향으로 발달하며 엔테블러춰 구조는 관찰 되지 않은 것으로 보아 형성당시의 두께는 두껍지 않은 것으로 사료된다.
가인동버스정류장으로부터 북쪽으로 200여 m에 위 치한 지점에서는 동일한 암종임에도 불구하고 상부는 주상절리가 발달하지만 하부는 주상절리가 발달하지 않아 차별냉각이 진행되었음을 지시한다(Fig. 10).
Site ④ (N34o26'36'', E127o18'23'')
지죽도에 위치한 지역으로 섬 곳곳에 주상절리가 분포하고 있다(Fig. 11). 수직방향으로 발달한 주상절 리가 대부분이며, 높이는 최대 5 m를 넘지 않는다 (Fig. 12). 방파제로 연결되어 있는 무인섬인 대도에 집중적으로 분포하며, 파도에 의한 침식 및 풍화로 만조시 대부분 바닷물에 잠긴다.
Site ⑤ (N34o38'32'', E127o24'51'')
연구지역의 북동쪽에 위치한 주상절리 분포지로 다 도해국립공원 능가사지구입구이다. 다른 분포지에 비 하여 기둥의 폭이 크며, site ①과 마찬가지로 용결응 회암으로 구성된 주상절리가 분포하고 있다. 분포지 의 규모는 폭 50여 m, 높이 약 7 m 정도이며, 수직 방향의 주상절리가 발달하고 있다(Fig. 13).
Site ⑥ (N34o35'36'', E127o30'28'')
영남면 우천리에 위치한 곳으로 중성암맥에서 주상 절리가 발달하고 있다. 용바위라 불리는 지역으로 토 속신앙에서 기도를 올리는 곳으로 활용되고 있다. 높 이 약 10 m, 폭 2~5 m로 지표면과 수평방향의 주상 절리가 발달하고 있으며(Fig. 14), 이러한 발달방향은 암맥류에서 발달하는 주상절리에서 흔하게 발견되는 것으로 냉각면이 주변의 암석 경계부와 수평방향으로 생기기 때문에 일어나는 현상이다.
Fig. 5. Location of columnar joints in study area.
Fig. 6. Distribution and expected area of columnar joint in site ①.
Fig. 7. Photographs columnar joints in site ①. (a) point ⓐ at fig. 6, (b) point ⓑ at fig. 6.
주상절리 암석화학
연구지역에 분포하는 주상절리를 구성하는 암석들 의 암석화학적 특성을 파악하기 위해 총 9개 시료에
Fig. 10. Photographs columnar joints in site ③.
Fig. 11. Location of columnar joints in site ④.
Fig. 8. Location of columnar joints in site ②.
Fig. 9. Location of columnar joints in site ③.
Fig. 12. Photographs columnar joints in site ④.
대한 주성분원소 분석을 실시하였다(Table 1). 주성분 원소 분석은 조선대학교 공동실습관에서 운영하는 X 선 형광분석기(Rigaku社 RIX-2000, 50 kv 30 mA)를 이용하여 분석하였다.
고흥지역의 화산암은 SiO2 함량이 모두 70% 이상 으로 산성암에 해당한다. 이들을 TAS(total-alkali vs SiO2)도표에 점시하면, 유주산 지역(Area 1)과 팔영산 지역(Area 2)은 유문암, 용바위 암맥(Area 3)은 데사
이트에 해당한다(Fig. 15). 또한 이들을 비알칼리암계 열에 속하며, AFM도표에 점시하면 칼크알칼리계열 의 분화 마지막 단계에 해당한다(Fig. 16).
SiO2 함량에 따른 주성분원소의 변화는 유문암질 응회암내에서 크게 다르지 않으며, site ⑥ 지역의 암
Table 1. Major elemental analyses (wt.%) of columnar joints in study area
Sample site ① site ② site ③-1 site ③-2 site ④-1 site ④-2 site ⑤-1 site ⑤-2 site ⑥
SiO2 74.49 74.77 74.50 73.89 73.94 73.50 73.50 74.42 70.72
TiO2 0.46 0.51 0.43 0.61 0.57 0.58 0.49 0.44 0.51
Al2O3 13.44 14.08 13.23 13.76 13.76 13.65 14.33 13.55 15.91
Fe2O3 9.09 8.32 9.02 8.58 9.25 8.68 7.66 9.11 12.26
MnO 0.10 0.07 0.08 0.10 0.09 0.09 0.08 0.08 0.05
MgO 0.34 0.27 0.31 0.32 0.25 0.30 0.12 0.29 1.22
CaO 1.37 0.57 1.17 1.13 0.62 0.64 0.52 1.37 4.45
Na2O 3.32 3.73 3.42 3.55 3.93 4.36 4.25 3.68 1.09
K2O 3.79 3.51 4.20 3.71 3.78 3.62 3.86 3.79 1.21
P2O5 0.02 0.03 0.02 0.02 0.02 0.02 0.00 0.01 0.06
Fig. 15. Total alkali vs. SiO2 (wt.%) diagram (TAS) with analyses of rocks in study area (●: Area 1, ○: Area 2, ▲:
Area 3).
Fig. 16. AFM diagram for study area (Irvine and Baragar, 1971). Symbols are shown in Fig. 15.
Fig. 13. Photographs columnar joints in site ⑤.
Fig. 14. Photographs columnar joints in site ⑥.
맥상 발달한 데사이트에서 주성분원소의 함량에 차이 를 보인다(Fig. 17).
주상절리 형태 분석
주상절리의 형성과정을 알기 위해서는 현재상태의 형태를 분석하는 것이 매우 중요하다. 일반적으로 냉 각속도가 빠른 표면 부근에서는 오각형 이하의 모양 이 많으며, 냉각속도가 느릴수록 육각형의 형태를 보 인다(Toramaru and Matsumoto, 2004). 이러한 경향 은 기둥면의 폭에도 영향을 주어 느린 냉각률을 보 이는 곳에서 넓은 기둥 모양이 만들어지며, 빠른 냉 각률을 보이는 곳에서는 좁은 기둥 모양이 형성된다.
균열 단면에서 냉각이 진행되는 동안 상부 표면부터 수축하여 블록화되는 과정을 거치게 된다. 이 때 형 성되는 블록은 세 직선에 의하여 분할되는데 기둥면 사이의 각은 냉각률이 높을수록 90o에 가까운 T형태 로 발달하며, 냉각률이 낮을수록 스트레스 방출이 최
대화 되기에 완전한 육각형 형태의 사이각인 120o에 가깝게 형성된다.
이와 같은 이론을 바탕으로 주상절리의 형태를 분 석하기 위하여, 연구지역 중 단면의 측정이 비교적 용의한 2곳에 대하여 다각형의 수(N), 기둥면의 폭 (L) 그리고 기둥면 사이의 각(θ )을 측정하였다.
Site ①
유주산 채석장에서 관찰된 주상절리는 채석장 동쪽 지역에서는 수직방향의 주상절리가 잘 발달하고 있으 며, 서쪽방향으로 갈수록 부채꼴 모양으로 변하는 구 조를 보인다.
이러한 형태는 Hetenyi et al.(2012)의 연구에서 두 꺼운 용암류의 말단부의 형태와 매우 흡사하며, 점성 이 높은 용암류의 끝부분에서 관찰되는 주상절리의 형태와 유사함을 보인다.
주상절리의 형태를 분석하기 위하여 단면이 노출된 곳에 대하여 측정을 실시하였다(Fig. 18). 그 결과 다 Fig. 17. Harker variation diagrams in study area. Symbols are shown in Fig. 15.
각형의 수는 4각형이 42.02%, 5각형이 40.76%의 빈 도율을 보이며, 기둥면의 폭은 1~10cm가 63.77%, 10~20 cm가 33.50%의 빈도율을 보인다. 기둥면 사 이의 각은 모든 각도에서 다양하게 분포한다(Fig. 19;
Son, 2016).
Site ⑤
지죽도 일대에 분포하는 주상절리를 대상으로 측정 을 진행하였다(Fig. 20). 지죽도의 부속 무인섬인 대 도와 그 일대에 대하여 총 3곳을 측정하였으며, 다각 형의 수는 6각형이 각각 37.50, 70.00, 42.42%로 가 Fig. 18. Photograph and sketch of measured columnar joint in site ①.
Fig. 19. Frequency (%) of measurement to columnar joints in site ① (Son, 2016).
Fig. 20. Sketch of measured columnar joint in site ④ (Son, 2016).
장 높은 빈도율을 보였다. 기둥면의 폭은 3곳모두 20 cm내에 분포하고 있으며, 기둥면 사이의 각은 모든 각도에서 고루 분포하는 경향을 보인다(Fig. 21).
연구지역 주상절리의 형성 메커니즘
주상절리의 형성에 있어 화학조성, 산출상태, 주변 지형은 냉각률과 주상절리의 형태에 중요한 역할을 한다(Son, 2016). 일반적으로 SiO2의 함량이 높은 용 암류가 점성이 상대적으로 크기에 용암류의 두께는 두꺼워 지며, 이에 따른 냉각률의 감소로 주상절리가 형성 되면 그 크기는 커지게 되는 것이 일반적이다.
그리고 마그마 또는 용암이 산출되는 상태와 지형에 따라 주상절리의 발달 방향과 형태가 변하는 것은 당연하다. 돔 구조 또는 부채꼴, 방사형 등의 형태를 보이는 주상절리의 경우 용암류에서 형성되었다면 Long and Wood(1986)의 연구에서 제시된 것과 같은 두꺼운 용암류 형태의 일부에서 관찰이 가능하다. 그 리고 점성이 높은 용암류 또는 화산회류에서도 부채 꼴 형태의 주상절리의 발달이 가능하다.
연구지역에 분포하는 주상절리들은 대체로 지표면과 수직인 방향으로 형성되어 있다. 이러한 구조는 고온 의 화산재가 낙하하여 퇴적되고, 냉각하면서 냉각면이 지표면과 수평방향으로 형성되었음을 지시하여 준다.
Fig. 21. Frequency (%) of measurement to columnar joints in site ④ (Son, 2016).
유주산 채석장(site ①)에는 다양한 모양의 컬러네 이드가 발달한다. 서쪽으로부터 수직방향의 컬러네이 드가 동쪽으로 가면서 부채꼴모양으로 변화한다.
화산암의 냉각절리는 냉각표면과 수직으로 발달한 다는 원리를 적용하여 냉각면을 추정하여 보면 Fig.
22와 같은 형태를 보이며, 이를 통하여 냉각이 진행 된 방향과 형성 당시를 일부 추론할 수 있게 된다.
이 지역의 주상절리에서 관찰된 냉각면을 바탕으로 형성과정을 모식적으로 살펴보면 Fig. 23와 같다. 정 확한 위치는 확인할 수 없으나 유주산 인근에서 폭 발한 화산쇄설물과 뜨거운 용암덩어리들이 현 채석장 부터 동쪽으로 낙하하여 쌓였다(Fig. 23a). 뜨거운 화 산분출물은 열과 자체 압력으로 용결되면서 약 50미 터 이상 두껍게 쌓이며, 경사진 곳의 일부 응회암은 유동하여 동남쪽을 향해 기울어졌다(Fig. 23b). 화산 활동이 종료된 이후 용결된 화산분출물은 냉각과정에 서 표면과 수직으로 균열이 발생하여 주상절리가 형 성되었다. 화산암의 표면이 수평인 서쪽 부분은 수직 으로 절리가 형성하며, 둥굴게 경사진 동쪽 부분은 부채꼴 형태의 주상절리가 형성되었다(Fig. 23c).
Site ③ 지역에서는 수직방향의 주상절리가 발달하 고 있다. 냉각면은 지표면과 평행하게 발달하였을 것 으로 사료되며, 상부의 주상절리층과 하부의 래피리 응회암층으로 구분되는 것이 특징이다. 이러한 형태 로 발달하는 이유는 차별냉각이었을 것으로 생각되 나, 추가연구를 통하여 밝혀내야 할 것이다.
Site ⑥ 지역에서는 데사이트질 암맥에서 주상절리 가 발달하고 있으며, Fig. 24와 같이 수평방향의 주 상절리가 발달하고 있다. 이는 암맥이 주변 암석을 관입하는 동안 접촉부로부터 암맥의 중심부를 향하여 냉각이 진행되어 현재의 형태를 띠고 있다.
결 론
주상절리는 연구지역의 남부에 집중적으로 분포하 며, 특히 유주산에 위치한 채석장에서는 규모(폭 100 m, 높이 20~30 m)가 큰주상절리가 발달하고 있다.
주상절리를 구성하는 암석의 화학분석과 형태분석을 진행하고, 종합적으로 판단한 결과 주상절리의 발달 형태에 따라 연구지역에는 크게 3가지 형태의 주상 절리가 발달하며, 기존의 연구를 토대로 얻어진 결론 은 다음과 같다.
고흥지역에 분포하는 주상절리를 구성하는 암석은 SiO2 함량이 70.72~74.77wt.%의 범위를 보이는 유문 암질 응회암이며, 암맥상 발달한 주상절리는 데사이 트질이다. 이를 AFM도에 점시하면 칼크알칼리계열 의 분화 마지막 단계에 해당한다.
연구지역에 분포하는 주상절리는 대부분 수직방향 의 주상절리로 지표면과 수평한 냉각면을 가지고 냉 각이 진행되었으며, 유주산 채석장(site ①)에 분포하 Fig. 22. Sketch of columnar joint structure in site ① (dot
line: isothermal lines).
Fig. 23. Forming processes of columnar joints in site ①. (a) volcano during eruption, ash and lava lumps fall, (b) welded and cooling processes, (c) formation of columnar joint
는 주상절리는 용결응회암의 형성과 지형적 영향으로 인하여 서에서 동으로 진행하는 동안 부채꼴 모양의 형태를 보인다.
주상절리의 크기를 분석한 결과 유주산 채적장 지 역(site ①)은 4각형과 5각형이 높은 빈도율을 보이 며, 기둥면의 폭이 20 cm 이내에서 대부분을 차지하 는 것으로 보아 주상절리가 생성되는 동안 냉각률이 높았을 것으로 사료된다.
지죽도(site ④)에 분포하는 주상절리는 6각형이 다 수를 이루며, 기둥면의 폭은 20 cm 이내에서 높은 빈 도율을 보이는 것으로 보아 유주산 채석장에 분포하 는 주상절리보다는 비교적 낮을 것으로 사료되나, 기 둥면의 크기가 크게 형성되지 않은 것으로 보아 냉 각의 진행이 빨랐음을 알 수 있다.
유주산 채적장지역(site ①)의 주상절리는 화산활동 이 진행되는 동안 화산재의 낙하, 용결, 냉각하는 과 정에서 형성된 것으로 지형적 영향으로 채석장 동쪽 지역에서 부채꼴 모양의 형태가 발달되었다. 용바위 지역(site ⑥)에서는 암맥이 주변 암석을 관입하는 과 정에서 형성된 것으로 지표면과는 수직방향으로 발달 하고 있다. 이 때문에 냉각은 주변 암석과의 경계로 부터 시작되었으며, 주상절리는 지표면과 수평하게 발달한다.
고흥지역에 분포하는 주상절리는 세계적으로 보기 드문 산성암계열에서 발달한 주상절리로서 그 동안 연구되어 왔던 염기성암에서 발달한 주상절리와는 형 성 메커니즘이 다르다.
사 사
본 연구는 2015년 조선대학교 교내연구비 지원으 로 수행되었다. 건설적인 조언을 보내주신 장윤득 교 수님과 조규성 교수님께 깊은 감사를 드립니다. 이 논문의 삽화를 도와준 정희천 군과 최원영 군에게도 감사를 드립니다.
References
Ahn, K.S., 2014a, Distribution and Petrology of the Columnar Joint in South Korea, Journal of the Petrological Society of Korea, 23(2), 45-59. (in Korean) Ahn, K.S., 2014b, Research Strategy on Columnar Joint in South Korea, Journal of the Korean Earth Science Society, 35(7), 501-517. (in Korean)
Hetenyi, G., Taisne, B., Garel, F., Medard, E., Bosshard, S., and Mattsson, H. B., 2012, Scales of columnar jointing in igneous rocks: field measurements and controlling factors. Bulletin of volcanology, 74(2), 457-482.
Jin, K.M. and Kim, Y.S.,, 2010, Study on development and value for geotourism of horizontal columnar joints at the Jeongja beach area, Ulsan and Eupchon beach area, Gyeongju, Journal of the Geological Society of Korea, 46(4), 413-427. (in Korean)
Kim, K.M., 2012, The responses of elementary teachers and the development of geoloical fieldwork in the area of Goheung, Jeollanamdo, M.S. dissertation, Gwangju National University of Education, Gwangju, Korea, 95 p.
Kim, H.G., Koh, Y.K. and Oh, K.H., 2004, A Study on the Mechanical Properties of the Cretaceous Tuffs in Goheung Area, The Journal of Engineering Geology, 14(3), 273-285. (in Korean)
Ko, J.S., Yun, S.H. and Hong, H.C., 2005, Morphology and petrology of Jisagae columnar joint on the Daepodong basalt in Jeju Island, Korea, Journal of the Petrological Society of Korea, 14(4), 212-225. (in Korean)
Lim, C.W., Huh, M., Yi, K.W. and Lee, C.Y., 2015, Genesis of the columnar joints from welded tuff in Mount Mudeung National Geopark, Republic of Korea, Earth, Planets and Space, 67(1), 1-19.
Mallet, R., 1875, XVI. On the origin and mechanism of production of the prismatic (or columnar) structure of Fig. 24. Sketch of columnar joint structure in site ⑥.
basalt. The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, 50(329), 122-135.
Park, B.Y., Shin, S.E. and Cho K.B., 2004, A Study on the Metamorphism of Gneisses in the Northern Gohung Area, Chonnam, Journal of the Korean Earth Science Society, 25(6), 443-473. (in Korean)
Son, J.M., 2016, Formation mechanism of columnar joint on the southern coast, Korea. Ph.D. dissertation, Chosun University, Gwangju, Korea, 195 p.
Toramaru, A., and Matsumoto, T., 2004, Columnar joint morphology and cooling rate: A starch-water mixture experiment. Journal of Geophysical Research, 109,
2205-2214.
Woo, H.D., Park, J.S., Oh, H.S. and Jang, Y.D., 2013, Forming processes and the Value of the Natural Heritage of the Guksubawi in Ulleung Island, Korea, Journal of the Petrological Society of Korea, 22(1), 9- 17. (in Korean)
Yun, S.H. and Hwnag, I.H., 1988, Volcano-Stratigraphy and Petrology of the Volcanic Mass in the Koheung Peninsula, South Cheolla Province, Korea, The Korean Society of Economic and Environmental Geology, 21(4), 335-348. (in Korean)
Manuscript received: June 22, 2016 Revised manuscript received: August 24, 2016 Manuscript accepted: September 22, 2016
