지구과학 고2 지구의 역사와 한반도의 암석

지질 구조

습곡·단층·부정합 등 지질 구조를 해석해 과거 지각 변동의 역사를 추론한다.

지층이 힘을 받아 휘어지거나(습곡), 끊어져 어긋나거나(단층), 오랜 시간의 공백을 남긴(부정합) 흔적으로, 과거에 어떤 지각 변동이 있었는지를 읽어 내는 단서입니다.

지질 구조는 땅이 남긴 '사건 기록'입니다. 구겨진 종이를 보면 누가 어느 방향으로 눌렀는지 알 수 있듯, 휘어진 지층을 보면 그 땅이 어느 방향으로 힘을 받았는지 알 수 있습니다.

쉽게 말하면

퇴적암은 원래 물속에서 거의 수평으로 차곡차곡 쌓입니다. 이것을 수평 퇴적의 법칙이라고 합니다. 그렇다면 산에서 지층이 비스듬히 기울어져 있거나, 아예 U자로 휘어져 있거나, 뚝 끊겨 어긋나 있다면 그것은 쌓인 뒤에 무슨 일이 있었다는 뜻입니다. 지질 구조를 읽는다는 것은 바로 이 '무슨 일'을 복원하는 작업입니다.

지층을 변형시키는 힘은 응력이라 부르고 크게 세 방향으로 나뉩니다. 양쪽에서 밀어붙이는 압축 응력, 양쪽으로 잡아당기는 장력, 서로 어긋나게 미는 전단 응력입니다. 어떤 응력을 받았는지에 따라 남는 구조가 달라지므로, 반대로 구조를 보고 응력을 되짚어 갈 수 있습니다.

지층이 부드럽고 깊은 곳에서 서서히 힘을 받으면 끊어지지 않고 휘어집니다. 이것이 습곡이고, 압축 응력의 흔적입니다. 반대로 지층이 단단하고 얕은 곳에서 빠르게 힘을 받으면 견디지 못하고 끊어져 어긋납니다. 이것이 단층이며, 어긋난 방향을 보면 압축·장력·전단 중 무엇이었는지 알 수 있습니다.

한편 쌓이던 지층이 물 밖으로 올라와 깎여 나갔다가 다시 가라앉아 새 지층이 쌓이면, 두 지층 사이에는 아무 기록도 없는 긴 시간의 공백이 생깁니다. 이 공백의 경계면이 부정합입니다. 부정합은 '무엇이 있었는가'가 아니라 '무엇이 사라졌는가'를 읽는 구조라는 점에서 특별합니다.

이 세 구조를 겹쳐 읽으면 한 지역의 지각 변동사를 순서대로 세울 수 있습니다. 예를 들어 습곡된 지층을 단층이 끊고 있다면 습곡이 먼저이고 단층이 나중입니다. 이런 선후 판정이 곧 지사학과 지질 연대의 출발점입니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

기울어진 지층이 말해 주는 것

지층은 원래 수평으로 쌓입니다. 그러므로 지금 45도로 기울어져 있다면 쌓인 뒤에 지각 변동으로 기울어졌다는 뜻입니다. '지층이 비스듬하게 쌓였다'가 아니라 '수평으로 쌓인 뒤 기울어졌다'로 읽는 것이 지질 구조 해석의 첫걸음입니다.
예시 2

습곡을 자르는 단층

휘어진 지층 전체를 가로질러 단층면이 지나가고 있다면, 습곡이 먼저 만들어지고 그 뒤에 단층이 생긴 것입니다. 나중에 생긴 사건은 앞선 사건의 결과물을 자르거나 덮을 수 있지만, 그 반대는 불가능하기 때문입니다.
예시 3

응력의 방향과 남는 구조

양쪽에서 미는 압축 응력은 지층을 짧게 만들어 습곡이나 역단층을 남깁니다. 양쪽으로 당기는 장력은 지층을 늘려 정단층을 남깁니다. 서로 엇갈리게 미는 전단 응력은 주향 이동 단층을 남깁니다. 구조를 보면 응력이, 응력을 보면 그곳이 어떤 판 경계였는지가 보입니다.

자주 하는 오해

습곡과 단층을 '다른 힘'이 아니라 '다른 세기'의 문제로 보기

이렇게 생각하기 쉬움힘이 약하면 습곡, 힘이 세면 단층이 생긴다

실제로는힘의 세기보다 '어떤 방향의 응력을 받았는가'와 '지층이 휘어질 수 있는 상태였는가'가 결정합니다.

습곡은 압축 응력에서만 만들어지지만, 단층은 압축·장력·전단 어느 쪽에서도 만들어집니다. 또 같은 압축 응력이라도 지층이 깊고 온도가 높아 무를 때는 휘어져 습곡이 되고, 얕고 차가워 단단할 때는 끊어져 역단층이 됩니다. 세기가 아니라 응력의 종류와 지층의 상태가 갈림길입니다.

지층이 없으면 사건도 없었다고 읽기

이렇게 생각하기 쉬움두 지층 사이에 아무것도 없으니 그동안 아무 일도 일어나지 않았다

실제로는지층이 비어 있다는 것은 오히려 융기하고 깎여 나가는 큰 사건이 있었다는 뜻일 수 있습니다.

부정합면은 '기록이 없는 것'이 아니라 '기록이 지워진 것'입니다. 지층이 쌓이지 않았거나, 쌓였다가 침식으로 사라졌다는 흔적이므로, 그 자체가 융기·침식·침강이라는 사건의 증거가 됩니다. 지질학에서 공백은 정보의 부재가 아니라 정보입니다.