단단한 지층이 휘어질 수 있을까?

퇴적암이나 변성암에서 볼 수 있는 지층이 휘어져 있는 구조는 도대체 어떤 힘이 작용하여 형성된 것일까? 지층의 한 점을 중심으로 양쪽에서 서로 밀어붙이는 힘을 횡압력이라 하고, 잡아당기는 힘을 장력이라고 한다. 지층은 크게 횡압력과 장력을 받아 휘거나 끊어진다.

지층이 물 밑에서 퇴적될 때는 대체로 수면과 나란하게 쌓인다. 이렇게 쌓인 지층에 양쪽에서 미는 힘이 작용하면 지층이 휘어지면서 주름이 생기는데 이러한 지질 구조를 습곡이라 한다. 습곡 구조에서 위로 볼록하게 솟아오른 부분을 배사, 오목하게 들어간 부분을 향사라고 한다.

배사 부분은 원래의 지층이 늘어난 것이므로 대체로 풍화에 약하여 쉽게 부서진다. 따라서 지표면의 굴곡은 원래 습곡 구조와는 다른 모습을 보이기도 한다. 양쪽에서 작용한 힘의 크기나 지층의 성질 등에 따라 습곡의 모습은 매우 다양하게 나타난다.

지층이 잘렸어요

단단하게 굳은 엿가락을 양손으로 잡고 서서히 힘을 줘서 구부리면 처음에는 휘어지다가 나중에는 버틸 수 있는 한계를 넘어서게 되면서 뚝 부러진다. 이와 마찬가지로 지층이 압력을 받으면 처음에는 휘어져 습곡이 생기지만 그 힘이 점점 커져 한계를 넘어서면 지층이 끊어져 어긋나게 된다. 이러한 지질 구조를 단층이라 하고, 단층의 경계면을 단층면이라고 한다. 잘려진 단층면이 경사져 있을 때 깔려 있는 부분을 하반, 얹혀 있는 부분을 상반이라고 한다. 단층의 모양은 지층에 작용하는 힘의 방향에 따라 다르다. 단층면을 경계로 양쪽에서 잡아당기는 힘인 장력이 작용하면 상반보다 하반이 올라가 정단층이 되고, 미는 힘인 횡압력이 작용하면 반대로 상반이 올라가 역단층이 된다.

잃어버린 1억 3천만 년의 역사

강원도 정선·태백 일대에는 고생대부터 만들어진 퇴적암 지층들이 차곡차곡 쌓여 있다. 이 지층들에는 고생대에 살던 생물들의 화석이 많이 포함되어 있어 고생대의 우리나라 환경이 어땠는지 잘 알 수 있다. 그런데 특이하게도 이들 고생대 지층에는 1억 3천만 년 정도 이상, 매우 긴 시간 동안의 기록이 존재하지 않는다. 즉 한반도 고생대 지층에는 1억 년 이상 퇴적이 되지 않은 긴 시간적 공백이 있다는 말이다. 고생대 지층에서 시간적인 공백이 존재한다는 것을 어떻게 알 수 있을까?

퇴적은 지구 표면에서 낮은 곳을 이루는 물속에서 주로 일어난다. 이런 곳에서 퇴적물이 끊임없이 공급되어 연속적으로 쌓여 퇴적암층이 만들어졌을 때, 각 지층들 사이의 관계를 정합이라고 한다. 그러나 물속에 있던 지층이 솟아올라 지표로 드러나면, 이 지층은 퇴적보다는 주로 풍화·침식 작용을 받게 된다. 이와 같이 지층이 연속적으로 쌓이지 않고 퇴적이 한동안 중단되었다가 다시 쌓였을 때, 위와 아래 두 지층 사이의 관계를 부정합이라고 한다. 따라서 지층속에서 부정합이 발견되면, 아래위의 두 지층 사이에는 오랜 시간 간격이 있었음을 알 수 있다.