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‘내 보물 말이냐? 원한다면 줄 수도 있지. 찾아봐라! 이 세상 전부를 거기에 두고 왔으니!’ 동굴에 보물이 숨겨져 있다는 정보를 입수한 보물 사냥꾼 동이와 굴이. 시커멓고 어두컴컴한 동굴에서 보물을 찾기 위한 도전과 모험이 지금부터 시작됩니다! 목적지에는 아주 거대한 명예가 숨겨져 있다나 뭐라나?!

탐험 1 동굴 속 ‘진짜 보물’을 찾아라!

“와, 한겨울인데 여긴 왜 이렇게 따뜻하지? 근데 너무 깜깜하고 무섭다….”
“특별한 보물이 숨겨져 있는 곳이니 바깥 세상하곤 완전 다르겠지!”
한 치 앞도 안 보이는 구멍이 무서웠지만, 보물 사냥꾼 자존심에 포기할 수는 없는 일! 동이와 굴이는 눈앞의 검은 구멍에 발을 내딛었답니다.

우리나라는 동굴 왕국

아무도 없는 조용한 산 속에서 캠핑을 하던 밤이었어요. 갑자기 텐트 뒤에서 부스럭거리는 소리가 들렸어요. 너무 놀라 소리를 지르지도 못하고 긴장해서 뒤돌아봤더니 글쎄, 온몸이 흙투성이인 사람들이 나오는 거예요! 덜덜 떨리는 손으로 경찰을 부르려고 할 때, 말을 걸더라고요. 세상에! 자기들은 동굴을 연구하는 과학자래요. 과학자는 연구실에서 흰 가운을 입고 연구하는 사람인 줄 알았는데, 동굴을 연구하는 사람도 있더라고요.

동굴은 땅 속에 있는 바위에 자연적으로 만들어진, 사람이 들어갈 수 있는 공간을 말해요. 우리나라에는 석회암이 녹아서 만들어지는 용식 동굴이나, 화산 분출로 만들어지는 용암동굴, 파도나 바람에 의해 침식이 일어나 만들어지는 차별 침식 동굴이 있지요. 빙하가 있는 지역에서는 얼음 동굴이 만들어지기도 해요.

동굴에 지하수나 바닷물이 들어와 물이 채워지면 수중동굴이라고 한답니다. 지난해 11월에는 국내에서 가장 큰 수중동굴이 천연기념물로 지정되기도 했어요. 강원도 정선에 있는 용소 동굴인데, 길이가 250m까지 확인됐어요. 주민들은 작은 우물이라고 생각한 곳이 어마어마하게 긴 동굴이어서 깜짝 놀랐다고 해요.

국토의 70%가 산지인 우리나라에는 1000개가 넘는 동굴이 있다고 알려져 있어요. 용소 동굴처럼 뒤늦게 알려지는 굴을 합치면 더 많을 것으로 예상하고 있어요.

과학자는 동굴에서 ‘보물’을 찾는다

지난 1월 12일에는 전라남도 신안에서 계절과 반대되는 바람이 나오는 ‘풍혈’이 발견됐어요. 풍혈은 겨울에는 더운 바람이, 여름에는 서늘한 바람이 불어나오는 구멍이에요. 동굴은 지하에 있기 때문에 지상과 비교해 온도가 매우 느리게 변하지요. 겨울철 차가운 공기가 동굴 안에 영향을 미칠 때쯤엔 여름이 돼요. 그래서 동굴에서 여름에도 차가운 공기가 나오는 거죠. 심지어 동굴 깊숙이 들어가면 바깥의 영향은 전혀 받지 않고 1년 내내 기온이 일정하게 유지된답니다.

이런 특수한 환경은 동굴을 특별하게 만들어요. 동굴 안쪽에서 아주 특별한 생물이 살게 되지요. 박쥐를 예로 들어 볼게요. ‘황금박쥐’로 알려진 붉은박쥐는 동굴이 없었다면 결코 우리나라에서 살 수 없었을 거예요. 이 박쥐는 겨울처럼 온도가 낮으면 살 수 없거든요. 그래서 기온이 13℃보다 내려가면 따뜻한 장소를 찾아 동굴 안쪽으로 깊이 들어와 겨울잠을 잔답니다. 바깥 기온이 13℃가 될 때까지 무려 220일이나 겨울잠을 자면서 자신이 원하는 날씨가 되도록 기다리지요.

동물조차 없는 깊은 동굴에는 아주 오래된 자료가 고스란히 보관돼 있어요. 바깥 공기에 변질된 다른 암석과 달리 수십만 년 전의 기후 자료가 남아 있는 암석 말이에요. 빛이 전혀 없기 때문에 과학자들이 궁금해 하는 의문을 풀어 줄 생물도 숨어 있답니다. 이들 모두가 바로 과학자가 찾는 동굴의 ‘보물’인 셈이에요.
 

탐험 2 석순 속 기후변화 단서를 찾아라!

“아이고, 길이라도 제대로 나 있으면 좋으련만!”
“대체 동굴에 이 삐죽삐죽한 돌들은 왜 자라는 거야? 넘어지기라도 하면 큰일 나겠어!”
동이와 굴이는 이 바위가 얼마나 중요한 역할을 하는지 알고는 있었을까요?

여름에 많이, 겨울에 적게 자라는 동굴 생성물

과학자 중에는 동굴에서 자라는 ‘동굴 생성물’만을 찾는 사람들이 있어요. 동굴 생성물은 주로 석회암 동굴에서 생기는 물체로, 천장에서 자란 종유석과 바닥에서 올라오는 석순 등이 있지요. 석회암은 탄산칼슘이 퇴적돼 만들어지는 암석으로, 산성 물질에 녹는 성질을 갖고 있어요. 그래서 대기 중에 있는 이산화탄소나 토양에 있는 산성물질이 녹아 있는 비나 지하수와 만나면 조금씩 녹아서 깍여 나가요. 그리고 녹은 자리에는 빈 공간이 생기기 시작한답니다.

이렇게 만들어진 빈 공간이 바깥과 연결되지 않으면 동굴 생성물이 생기지 않아요. 지하 환경은 압력이 높아 지하수 안에 녹아 있는 탄산칼슘이 다시 고체로 만들어지지 않거든요. 하지만 지하 빈 공간과 외부가 연결되는 동굴 입구가 생기면 빈 공간의 압력은 순식간에 낮아지고, 지하수에 녹아 있던 탄산칼슘이 빠져나와 고체가 돼요. 그 결과 탄산칼슘이 차곡차곡 쌓이면서 종유석이나 석순, 유석 같은 동굴 생성물이 만들어진답니다.

그렇다면 이들은 얼마나 빨리 자라는 걸까요? 흔히 1년에 고작 1mm도 채 자라지 않는다고 알려져 있어요. 하지만 실제는 조금 달라요. 기온이나 강수량에 따라 천차만별이거든요. 어떤 곳에서는 큰 종유관(관처럼 생긴 종유석)이 1년에 4cm나 자라기도 한답니다.

동굴 생성물로 기후 변화를 추적하다

과거 기후를 연구하기 위해서 과학자들은 다양한 재료를 사용해요. 빙하나, 산호를 사용하기도 하지요. 하지만 이런 자료는 한계가 있어요. 바로 지구 전체에서 자료를 찾을 수 없다는 거지요. 빙하는 지구 양쪽 끝인 극지방에서만, 따뜻한 바다에서 사는 산호는 적도 부근 열대 지역에서만 찾아 볼 수 있거든요. 하지만 동굴은 육지 어디에서나 찾을 수 있어요. 영토 크기가 작은 우리나라에서도 1000개 넘을 정도니까요.

조경남 한국지질자원연구원 선임연구원은 바로 이 점에 주목했어요. 동굴 생성물인 석순을 이용해 55만 년 전 기후에 대해 밝혀낸 거예요. 이 연구를 위해서 일반인에게 공개되지 않는 동굴 200여 개를 돌아다니며 55만 년 동안 자란 석순을 찾아다녔지요. 그리고 석순에 들어 있는 산소 동위원소 비율을 조사해 당시 기온을 조사했답니다. 기온에 따라 산소 동위원소 비율이 다르거든요.

결과는 놀라웠어요. 그동안 지구의 남반구와 북반구는 계절이 정반대인 것처럼, 빙하기와 간빙기도 서로 반대로 온다고 알려져 있었어요. 다만 지구 전체를 조사할 수 없어서 그 현상은 적도 부근인 열대 지방에서만 일어난다고 확인됐지요. 하지만 조 연구원의 이번 연구로 우리나라 같은 중위도 지방에서도 남반구와 빙하기가 정반대로 온다는 사실이 밝혀졌답니다. 우리나라와 비슷한 위도에 있는 중국과, 남쪽에서 같은 위도에 있는 호주의 동굴 자료까지 모아 밝혀낸 결과예요.
 

탐험 3 생물 진화의 단서를 찾아라!

“으악! 이게 뭐야! 박쥐가 나한테 똥 쌌어! 이게 뭐야!”
“이 물로 좀 씻어 보자. 가만, 저 물 속에 뭔가 보이는데…. 혹시 저게 보물 아닐까?”
보물을 찾아가던 중 거대한 호수를 발견했어요! 혹시 이 호수에 보물이 숨어 있는 것은 아닐까요?

동굴 생물의 먹이는 ‘똥’

국제생물종탐사연구소에서는 매년 발견되는 신종 생물 중 가장 특이하고 흥미로운 종을 10가지를 골라 발표해요. 지난해에는 동굴에서 사는 동물이 두 종이나 포함됐어요. 그 주인공은 ‘해골새우’와, ‘돔 모양 달팽이’랍니다. 캄캄하고 아무것도 없는 동굴에서도 생물이 살고 있고, 해마다 새롭게 발견되고 있다니! 그런데 대체 이들은 동굴의 어디에서, 무엇을 먹고 사는 걸까요?

빛이 전혀 들지 않는 동굴에서는 식물이 자랄 수 없어요. 당연히 큰 초식 동물도 없고요. 대신 동굴에는 아주 작은 동물이 살고 있지요. 척추 동물로는 물고기와 도롱뇽, 박쥐 정도가 일부 있고, 새우같은 갑각류나 노래기, 지네 같은 절지동물이 많이 있어요. 지금까지 동굴 생물은 전세계에서는 70만 종이 넘게 발견이 됐고, 우리나라에서는 약 600종이 밝혀졌답니다.

동굴에서 생물이 가장 많이 사는 곳은 ‘박명부’예요. 햇빛이 직접 비치지는 않지만, 동굴 입구가 보여 빛이 있다는 것은 알 수 있는 곳이지요. 동굴 생물의 60%가 이곳에서 살지요. 동굴 입구가 보이는 만큼 동굴 밖에서 들어오는 낙엽이나 흙같은 유기물이 많아요. 이 유기물이 동굴 생물에겐 아주 소중한 식량이지요. 다만 이렇게 들어오는 유기물은 한정되기 때문에 동굴생물은 아껴 쓰고, 서로의 배설물까지 재활용 한답니다.

생물 진화의 단서, 동굴에서 찾는다

박명부에서 동굴 안으로 더 들어가면 빛을 전혀 찾아볼 수 없는 ‘영구암대’가 나와요. 영구암대에서는 밖에서는 볼 수 없는 신기한 생물들이 등장합니다. 이곳에 사는 생물을 ‘진동굴성 생물’이라고 부르는데, 눈이 없고 피부 색소가 없으며 눈을 대신할 더듬이나 털, 다리가 발달했어요. 그뿐만이 아니에요. 영구암대는 습도가 90%가 넘을 정도로 높아서 땅에서 사는 동물과 물속에서 사는 동물을 구분하는 것이 애매할 정도로 호흡 기관이 퇴화되기도 해요. 또 먹이가 부족하기 때문에 아주 먹은 먹이를 먹고도 오랫동안 살 수 있도록 적응했지요. 해외에서는 먼지벌레 종류가 2년 동안 먹이 없이 생존한 기록이 있을 정도예요.

동굴에서 가장 종류가 많은 것은 노래기나 곤충 종류예요. 새우나 도룡뇽도 있지만, 우리나라에서는 그런 멋진 동물이 발견되지 않아요. 본래 물고기도 없다고 알려졌지만, 최근 제주도에 있는 용천동굴에서 동굴 물고기를 발견했답니다.

2010년 KBS 환경스페셜 제작진은 용천동굴에 있는 동굴 호수에서 물고기를 촬영했어요. 문화재청에서는 이 물고기 다시 조사한 결과, 바다에 사는 미끈망둑의 일종이라는 것을 알아내 지난해 발표했지요. 미끈망둑은 전세계에 17종, 우리나라에서는 7종이 서식하는 물고기예요. 다만 호수에서 발견한 미끈망둑은 그 어떤 물고기 하고도 생김새가 달랐어요. 머리가 크고 피부 색이 옅었고, 눈이 퇴화돼 매우 작았거든요.

연구진은 약 6000년 전에 빙하기가 끝나면서 해수면이 높아져, 동굴에 바닷물이 들어갈 때 미끈망둑이와 함께 동굴 안으로 들어간 것으로 추정했어요. 그 뒤 동굴에서 빠져나오지 못하고 독자적인 진화 경로를 밟아 지금과 같은 모습이 됐다는 거예요.

탐험 4 동굴은 천연 콘서트 홀

계속해서 보물을 찾아 동굴 안으로 들어가던 보물 사냥꾼 앞에 탁 트인 공간이 나타났어요! 이런 곳이야 말로 근사한 보물이 있는 게 아닐까요?
“이렇게 넓은 공간은 보물 상자가 가득 쌓여 있을 징조지!”
“헉, 근데 저 사람들은 저기서 뭘 하는 거야? 설마 우리 보물을 가져가려는 건 가?”

여가 시설로 진화하는 동굴

동굴에 들어가 보면 겉보기와 달리 어마어마하게 큰 공간에 깜짝 놀라게 돼요. 말레이시아에 있는 한 동굴은 축구장이 29개나 들어갈 정도지요. 까마득하게 천장이 높아 보이기도 하고, 달리기 시합을 할 정도로 넓기도 하지요. 공간이 있으면 무엇인가 하고 싶은 것이 사람의 본능이에요. 음악가와 공연 기획자들도 그랬지요.

동굴은 다양한 면에서 좋은 공연장의 조건을 가지고 있어요. 게다가 여름에는 덥지 않고, 겨울에는 춥지 않은 만큼 자연 냉난방 기능도 가지고 있지요. 야외무대임에도 지붕이 있어 날씨가 안 좋아도 공연을 할 수도 있고요. 하지만 무엇보다도 동굴은 공연의 ‘질’을 높이는 데 아주 큰 역할을 한답니다.

콘서트홀에 가 본 적 있나요? 벽면은 울퉁불퉁하고, 좌석은 푹신한 천으로 되 있을 거예요. 무대에서 나오는 소리가 벽고 천장에 반사돼 뒷면까지 잘 전달되게 하고, 반대로 좌석은 엉뚱하게 소리가 소리가 튀지 않도록 소리를 흡수하는 역할을 하기 위해서지요. 마이크도 없이 노래하는 오페라 가수 소리가 콘서트홀 가장 먼 좌석에서 잘 들리는 것도 이때문이랍니다.

동굴은 콘서트홀과 비슷한 특징을 갖고 있어요. 특히 제주도의 용암동굴들은 콘서트홀의 조건을 아주 잘 갖추고 있지요. 우선 용암 동굴을 이루고 있는 현무암은 내부에 작은 구멍이 많은 다공질성 암석이에요. 이 구멍이 동굴 안에서 나는 소리의 일부를 흡수하고, 일부는 반사시켜 듣기에 가장 좋은 소리를 만들어 낸답니다.

과학자의 실험에 따르면 제주도 우도에 있는 동안경굴은 잔향 품질이 아주 훌륭한 동굴이에요. 잔향은 소리를 낸 음원에서 진동을 멈춘 뒤에도 계속 들리는 현상이에요. 음악은 잔향이 1.5~2.5초 정도 있는 것이 가장 듣기에 좋아요. 강성훈 대전보건대학교 방송콘텐츠과 교수는 경기용 권총을 이용해 동안경굴의 잔향을 실험했어요. 그 결과 우리나라에 있는 실내 콘서트홀에 비해 잔향 품질이 좋다는 것을 알아냈어요. 현무암으로 된 밀폐된 공간이 적절히 반사를 하는데다, 동굴 내부에 있는 다양한 암석 구조가 불규칙하게 있기 때문이었답니다.
 

동굴이 무너지지는 않을까?

지하에 음악회를 열 정도로 거대한 공간이 있다면 동굴이 쉽게 무너지는 것은 아닐까? 최근 지하에 공동이 생기면 무너져 내리는 싱크홀 같은 사례가 있어, 지하 공간인 동굴에 사람을 모으는 것이 조심스러울지도 모른다. 실제 동굴은 위에 쌓여 있는 흙이나 암석이 내리누르는 압력과 침식이나 단층, 지진과 같은 여러 지각 활동에 의해 양쪽에서 누르는 힘을 지속적으로 받는다. 이런 동굴에 가해지는 힘을 ‘응력’이라고 하는데, 응력의 평형상태가 깨지면 동굴은 무너지게 된다.
정용복 한국지질자원연구원 지하공간연구실 책임연구원은 자연동굴이 무너질 것은 걱정하지 않아도 된다고 잘라 말한다. 응력이 평형을 이루지 않는다면 거대한 동굴이 만들어지기 이전에 이미 무너져 내리기 때문이다. 다만 음악회가 열릴 때 지진 같은 급작스러운 지각 변동이 생긴다면 그때는 응력 상황이 변하므로 무너질 수도 있다고 설명했다.

탐험 5 각양각색 별별동굴

“아이고오~, 이렇게 돌아다녔는데 대체 보물은 어디에 있는 거야?”
“그래도 이젠 희망이 보여! 저기 번쩍 번쩍 화려한 동굴이 보이잖아!”
세상에는 정말 별별 동굴이 많이 있어요. 소금으로 된 암염동굴도 있고, 서울에서 부산까지 거리보다 더 길게 뚫린 거대한 동굴도 있지요. 세상 속 별별 동굴, 한 번 만나 볼까요?
 

➊ 세계에서 가장 큰 동굴 ‘매머드’
이 동굴은 ‘매머드’라는 이름처럼 거대한 동굴이에요. 전체 길이가 무려 643km가 넘거든요. 복잡하게 얽힌 동굴을 끝까지 탐사하면 더 길 것으로 예상하고 있답니다.

➋ 암염 동굴
소금은 바다에서 나는 것이라고 알려져 있지만 때로는 산에서 나기도 해요. 소금이 퇴적되 암석으로 만들어진 ‘암염’이 있거든요. 이 동굴은 이스라엘 소돔 산에 있는 암염동굴이랍니다. 진짜 소금이 퇴적된 만큼 동굴벽에 혀를 대면 짭짤한 맛을 느낄 수 있어요.

➌ 석고 동굴
합성사진처럼 보이는 이 동굴은 사실은 거대한 석고 결정이 자란 모습이에요. 옆에 보이는 사람을 보면 그 크기가 얼마나 클지 짐작되지요? 수십 톤에 달하는 거대한 석고 결정이 놀랍네요! 멕시코에 있는데, 내부 온도가 매우 뜨거워서 방열복을 입어야만 한다네요.

“동굴이라고 하면 어둡고 눅눅한 곳이라고 생각했는데, 이렇게 신기한 게 많다니!”
“아니, 이게 뭐야! 동굴사랑탐사대, 1기 수료?! 거대한 명예가 이거였어? 어차피 이렇게 된 거, 동굴에 대해 더 공부해서 동굴 마스터가 될 테야! 박사님~, 동굴 탐사 같이 가요~!”