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석회동굴은 종유석이 만발해서 종유굴이라고도 불리는데, 전세계 자연동굴의 대부분이 이에 속한다.

기암괴석이 장관을 이루고, 미로와도 같이 뚫린 사이로 갖가지 특이한 퇴적물들이 발달된 동굴은 태고의 신비를 간직한 비경이자, 지질·지형학적으로도 중요한 자연학습장이다. 특히 우리나라에는 세계적으로도 유명한 동굴이 많아서 훌륭한 관광자원의 몫도 단단히 하고 있다.

한국에 세계적 동굴 많아

흔히 동굴은 석회동굴 화산동굴 파식(波蝕)동굴 및 파쇄굴(破碎窟) 사암굴(砂岩窟) 절리굴(節理窟) 등으로 세분되는데, 이중 가장 흥미로운 게 석회동굴이다.

석회암층에서 발달된 이 석회동굴은 종유석(鍾乳石)이 만발해서 종유굴이라고도 불리며, 전세계 자연동굴의 대부분이 이에 속한다.
석회동굴은 물의 용식작용(溶蝕作用)으로 이루어지는 관계로 동굴속의 지형지물이 아기자기하고 갖가지 퇴적물을 발달시키고 있어 그 경관이 매우 화려하다.

우리나라의 동굴도 이 석회동굴이 대부분이며 주로 육지부에서 발달되고 있는데 석회암층과 석탄층이 우연하게도 겹치고 있는 관계로 석탄층 있는 곳에 석회암이 있고, 석회암 있는 곳에 석회동굴의 발달이 예측되고 있다.

또한 석회동굴은 화산동굴과는 달라서 땅표면에서 계속 빗물이 스며들고 동굴의 천정면이 석회암층으로 돼있는 경우 계속적으로 동굴이 형성되고, 2차생성물들인 종유석과 석순(石筍)들의 발달이 계속되는 것이다.

따라서 화산동굴이 화산활동 때에 동굴이 형성되고는 영영 성장을 보지 못하고 사멸되어 가는 것과는 대조적이다.

석회암과 동굴의 형성

석회암은 지금부터 수억년 전에 바다속에서 살고 있던 부유생물(浮游生物)인 방산충(放散虫) 이나 유공충(有孔虫) 그밖에 산호류(珊瑚類)나 완족류(腕足類) 조개류 등의 생물들의 유해가 깊은 바다밑에 침적되었다가 오랜 세월을 거친 뒤 굳어져 암석으로 된 것이다.

이 석회암지대가 지각운동에 의하여 융기, 지표면에 올라와서 이른바 석회암산지나 대지(台地)를 이루게 된다.

위와 같은 석회암지대가 융기되면서 육지로 나타날 때 지하수면 밑에서는 지하수에 의한 활발한 용해작용으로 동굴이 형성된다. 지하수가 용해작용을 하면서 지층을 따라 흘러나간 자리가 석회동굴인 것이다.

이러한 지하수동(地下水洞)은 지층의 암석의 성질에 따라 때로는 붕락 또는 낙반(落盤)되면서 그 공동(空洞)이 넓혀져 가기도 하고 한편으로는 용해작용을 하면서 동굴속에 여러가지의 생성물을 부착시키고 있다.

즉 자연계의 동식물들이 부패되어 생기는 CO₂는 빗물과 결합되어 H₂CO₃(탄산)가 이루어져 이 탄산을 포함한 물이 석회암지대에 침투하여 이를 융해시키면서 수많은 동굴을 발달시킨다. 다시 이 동굴천정에서 떨어지는 물들은 동굴속의 공기에 부딛쳐 CaCO₃(탄산칼슘)을 이루어 이것이 종유석과 석순 같은 2차생성물을 형성하는 것이다.

이때 동굴이 먼저 형성되므로 이를 1차 생성이라 하고 그 다음에 종유석과 석순이 발달되는 것을 2차 생성물이라 한다.
 

카르스트지형과 석회동굴

대규모적인 석회동굴이 발달되거나 수많은 석회동굴이 산재하고 있는 지표면의 지형은 대개가 이른바 카르스트지형을 이루는 경우가 많다.
카르스트지형이란 석회암지대의 특유한 지형으로 빗물이 석회암지역에 내리거나 흘러가면서 용식하여 이룬 특이한 지형이다.

이와 같은 지형을 카르스트지형이라 부르는 것은 유고슬라비아의 서해인 아드리아해에 면한 지역이 광대한 석회암지대를 이루고 있어 이곳의 이름인 카르스트지방에서 유래된 것. 이 지역은 빗물에 의한 용식작용으로 지표면에 갖가지 지형을 이루고 있다.

즉 냄비속 모양의 지형을 한 돌리네, 이 돌리네들이 겹쳐져 넓은 분지를 이루는 우발레, 바닥이 넓은 골짜기 모형의 폴리에, 그리고 돌리네바닥에 빨대구멍모양으로 된 흡인구(吸引口)를 포노르, 그밖에도 용식돼 우뚝 솟은 대지위의 바위기둥(岩柱)을 카렌, 이들 암주들이 널려있는 지역을 카렌필드라고 부른다.

이와 같은 지형을 이른바 카르스트지형이라 하는데 일본의 아끼요시다이(秋吉台)와 히라오다이(平尾台)의 카르스트지형은 매우 전형적인 것으로 알려져 있다.

우리나라에서는 충북 단양과 제천지구에서 이들 지형이 나타나고 있으나 전형적인 곳은 아직 발견되지 않고 있다.

사실상 지표면에 돌리네나 우발레 같은 지형이 발견되면 그 부근의 지질은 동굴이 잘 발달될 수 있는 석회암지역임을 판단하게 되는데 강원도에서는 이러한 돌리네를 발구덕이라고 부르고 있다.

석회동굴에서는 용식작용(溶蝕作用)이 계속된다. 용식작용이란 지하수가 모암(母岩)을 화학적인 작용으로 용해시키는 것을 말한다.

이 용식작용은 흘러내리는 지하수가 용식하는 경우와 물이 동굴속에 포화상태에 있을 때 용식하는 두가지 경우로 나뉘게 된다.

순환수대(循環水帶) 에서의 동굴지형

먼저 동굴속에 지하수가 흘러내려가면서 만들어지는 용식지형으로는 닛찌와 놋찌, 포트홀 도움핏드 수직조흔(垂直條痕) 펜단트 천정용식구(天井溶蝕溝) 스카랖 수평천정 등의 지형이 나타나고 있다. 우리나라의 동굴에서도 이와 같은 작은 지형을 많이 보게 되는데 단양에 있는 고수굴에서는 이들의 갖가지 지형을 모두 볼 수 있다.

즉 닛찌란 동굴의 지하수류(地下水流)가 흘러내려가면서 깊숙히 옆으로 파고든 상태인데 구비쳐 흐르는 동굴류(洞窟流)는 더욱더 깊히 파고 들게 된다. 이에 반하여 놋찌란 동굴벽면을 옆으로만 아니라 수직으로도 침식한 흔적이 있다.

그리고 포트홀(欧穴)은 동굴바닥이나 동굴벽면, 동굴천정에 원형미를 이룬 오목한 작은 지형을 가리키는데 지하수가 소용돌이치면서 흘러내리는 곳에 발달한다. 즉 동굴류가 가득차서 흘러내릴 때 틈바구니 같은 곳에 작은 돌들이 밀려들어 깎여버린 지형들이다. 역시 고수굴속에서 많이 보게 된다.

다음 도움핏드는 원통형의 수직동굴인데 고수동굴의 만물상(萬物相) 지역이 이에 해당된다. 한편 수직조흔은 벽면을 따라 나타난 작은 줄기인데 수직동굴에서 많이 볼 수 있다.

천정용식구란 흘러내리는 동굴류가 석회동굴 천정까지 꽉 차 흐를 때 파여서 이루어지는 천정바닥의 도랑모양의 지형으로 역시 고수동굴속에서 볼 수 있다. 이밖에도 펜단트는 동굴벽면에 매달려 있는 모암의 수하물(垂下物)인데 이는 여러 동굴속에서 볼 수 있다.

포화수대(飽和水帶)의 지형

포화수대의 지형은 동굴속에 물이 가득차 있는 상태에서 모암이 용식받아 이루어진 것이다. 이 지형도 고수굴에서 볼 수 있는데 동굴포켓 캐비티 스폰지워크 록스판아나스토모시스 용식관(溶蝕管) 원형통로 등의 미지형(微地形)을 이룬다.

즉 포켓이란 석회동굴의 천정이나 벽면에 패인 용식구멍(溶蝕孔)으로 반구상(半球狀)을 이루고 있는데 그 모양에 따라 단일포켓, 또는 복합포켓 등으로 구별되고 있다. 그리고 그 포켓의 위치에 따라 시일링포켓(天井포켓), 윌포켓(벽면포켓) 으로 나뉘기도 한다.

대개의 경우 순환수대에서 나타나는 포트홀이라는 미지형과 비슷하며 그 지형이 용식에 의한 생성일 때 포켓이라 한다. 커다란 공동(空洞)으로 되는 동굴천정에 발달된 경우는 대개가 포켓이라 하겠다.

한편 캐비티는 포켓과 비슷하나 그 발달된 암석층의 절리면(節理面)을 따라서 용식된 지형을 가리킨다.

스폰지워크는 벌집지형이라고 불리우는데 동굴의 천정부 또는 벽면에서 보는 작은 구멍들이다. 모암을 벌레가 먹은듯이 연결되게 용식한 경우가 많다.

또한 록스판이란 지형도 역시 단양의 고수굴속에서 볼 수 있는 지형물이다. 그 모양에 따라 달리 불리우고 있으나 벽면을 이루고 있는 형태로 부분적으로 모암으로 되는 경우이다. 그밖에 교량같이 연결되어 통로위로 덮고 있을 때는 천연교(天然橋)라 하고, 기둥 같은 것은 주석(柱石), 동굴벽면을 이룰 때는 칸막이벽이라 부르고 있다.

이들의 성인은 용식작용으로 제거된 나머지의 모암들이 기둥 교량 칸막이로 되고 있을 때의 경우이다. 고수굴의 가장 밑바닥의 통로에서 많이 볼 수 있는 지형이다.

한편 동굴을 형성하고 있는 석회암의 구조면에 따라 용식작용을 받아 나타난 작은 튜브모양의 도랑을 마'이나스토모시스' 라고 한다. 고수동굴의 경우에는 자연보호구역과 갈라지는 밑바닥 끝머리 동굴통로의 천정면에 나타나고 있다. 사실상 용식관(溶蝕管)이 계속 연결되고 다시 확대된 상태의 지형으로 소규모 지형인 용식관과는 구분되고 있다.

원형통로라고 하는 포아패시지는 지하수류가 지층의 층리(層理), 절리(節理) 등의 암석의 구조면을 따라 흐르기 때문에 점차 그 용식작용이 활발해가는데 이때 용식관이나 아나스토모시스의 단계를 지나서 점차 커다란 원형의 횡단면 모양으로 통로가 이루어지며 계속 타원형으로 변화는 경우를 말한다. 고수굴에서는 용수골로 들어가는 구역이나 밑바닥 통로에서 볼 수 있다.

장관 이루는 종유석 석순 석주

동굴속에는 여러가지 생성물들이 성장하고 있다. 종유석과 석순 그리고 석주 종유관 그밖의 유석(流石), 석회화단구(石灰華段丘) 등이 동굴속의 생성물들인데 이들은 동굴이 형성된 다음에 2차적으로 자라기 때문에 2차생성물이라고 한다.

이것들은 동굴속에 퇴적되어 이루어지기 때문에 퇴적물이라고 하는데 그 동굴을 덮고 있는 석회암이 있는 한, 그리고 지표면에서 계속 물이 스며 동굴속에 침투되는 한 이 퇴적물들은 계속 자란다. 그리고 이들은 침투하여 투수(透水)되는 물방울의 크기와 이동, 동굴속의 통풍상태와 온도 습도 및 그밖의 동굴속의 환경조건에 따라 그 성장상태와 성장속도가 달라지기도 한다.

이 동굴퇴적물은 동굴속에서 떨어지는 물방울에 의하여 생기는 것과 흐르는 동굴류에 의하여 생기는 것 그리고 그밖에 다른 원인에서 생기는 것들이 있으며 이들은 다시 천정과 동굴의 벽면 그리고 동굴바닥에 생기는 것들로 나뉜다.

주요 동굴생성물들을 소개하면 다음과 같다. 종유관은 천정에서 내려뻗는 스트로우 같은 것으로 방해석(方解石)으로 되는 두께 0.1~0.5mm 지름 5mm 정도의 관상(管狀)인데 그 길이는 50cm에서 1m에 가까운 것까지 있다. 우리나라 영월의 연하굴과 단양의 천동굴에서 볼 수 있다.
종유석은 여러가지 형태로 성장하고 있다. 천장에서 길게 내려뻗는 굵다란 봉상(棒狀) 종유석을 비롯하여 엷고 길게 뻗어내린 커튼형 종유석, 그리고 천정을 따라 옆으로 뻗은 베이콘종유석 등의 갖가지가 자라고 있는데 우리나라의 모든 동굴에서 흔히 볼 수 있다.

이 종유석은 지하수가 땅속에 투수할 때 석회석을 용해시키면서 동굴 천정에서 그 물방울이 흘러떨어지게 되는데 이때 종유관이 먼저 생기고 이를따라 성장하는 것도 있고 독자적으로 맺혀서 종유석을 이루기도 한다. 종유석의 성장속도는 우리나라에서는 1㎤ 자라는데 5~10년이 걸리는 것으로 추정되고 있으나 이것은 지하수의 공급량, 모암의 성분, 동굴내의 환경에 따라 달라진다.

석순은 천정에서 떨어지는 물방울이 동굴바닥위에 위로 자라 올라오는 방해석 성분이다. 석순이 방해석이 아니고 이토질(泥土質)일 때에는 이순(泥筍)이라고 한다. 석순의 형태는 물방울의 화학성분, 용해물질, 혼성물질, 낙하 거리, 물방울의 빈도, 장소의 형태 등에 따라 달리 성장한다.

그리고 플로우스톤이라고 부르는 유석(流石)은 동굴벽면이나 바닥의 경사면에 넓게 발달한다. 지하수는 대기와 잘 접촉하므로 이산화탄소는 발산되고 방해석만 침적하게 되는데 이 유석현상은 동굴속에 좋은 경관을 이루게 한다.

한편 동굴산호는 보통의 동굴에서도 흔히 볼 수 있다. 이들은 천정이나 동굴벽면에 성장하는데 그 모양에 따라 달리 불리운다. 옥수수형 산호형 포도형 돌꽃형 등이 그것이다.

다만 이들은 모두가 물이 가득차 있는 상태에서 성장한 것이다. 그리고 동굴진주(洞窟眞珠)는 동굴에 부착돼 있지 않고 콩돌(豆石)이라고 불리우듯이 콩알크기만한 것이 보통인데 이보다 큰것은 어란석(魚卵石)이라고 불리운다. 동굴진주는 얕은 물속에서 계속 떨어지는 물방울 때문에 회전하면서 성장한다.

한편 석회화단구는 느린 경사면인 동굴바닥에서 논두럭같이 형성되는 지형을 뜻한다. 논두럭 같은 방해석의 언덕제방을 휴석(림스톤), 그 언덕으로 막혀 있는 물이 고인 곳은 림푸울이라고 하고 이와 같은 계단상의 지형을 총괄하여 석회화단구라고 부른다.

이밖에 종유석과 석순이 연결된 것은 석주(돌기둥)라 하는데 흔히 볼 수 있는 생성물이다.
 

변화작은 동굴속의 기상(気象)

보통 동굴속은 기온과 습도의 변화가 작은 상태에 있다. 즉, 동굴속에서는 바깥 공기의 영향을 받지 않기 때문에 사철을 통하여 거의가 비슷한 환경을 이루고 있다.

물론 동굴입구부근과 깊숙히 들어간 곳 그리고 높은 지점에 있는 동굴과 낮은 곳에 있는 동굴 등 각각 그 위치에 따라 기온과 습도에는 다소 차이가 있게 마련이다. 그러나 대체로 우리나라의 동굴에서는 여름에는 기온이 섭씨 16~18도, 수온이 13~15도, 습도는 80~90%를 이루고 있는 것이 보통이다. 그리고 겨울에도 기온이 10~14도 습도는 60~70%를 이루고 있어 일년동안 기온·습도가 크게 변하지 않고 있다.

이와 같이 동굴속의 기상은 거의가 일정하므로 기후의 변화가 심한 외부와는 다른 생물의 서식환경을 이루고 있다. 즉 기후변동이 심한 외부에서는 퐁화작용이 일어나고 있으나 동굴속에서는 거의 작용이 없거나 작은 편이라 하겠다.

그리고 동굴속은 여름에는 서늘하고 겨울에는 훈훈하기 때문에 여름철에는 동굴 속에서 밖으로 기류가 흐르고 겨울철에는 반대로 바깥의 기류가 동굴속에 스며들어 간다.

물론 동굴을 덮고 있는 지층의 두께가 엷을 때는 동굴속이라 하더라도 밖의 대기상태에 영향을 받기도 한다.

따라서 가끔 겨울철 산속에 눈이 내렸을 때 어떤 곳만 눈이 빨리 녹아버린 곳이 있어 그밑에 동굴이있다는 것을 알게 된 경우도 있다. 반대로 여름에는 동굴이 있는 틈바구니에서 찬바람이 불어 나오기도 한다.

어떤 생물들이 살고 있나

동굴속에 살고 있는 동물을 동굴생물이라고 하나 흔히 지하수생물을 말한다. 동굴속은 항상 캄캄하고 온도와 습도의 변화가 비슷하기 때문에 일반생물과는 다르다.

사실상 동굴생물은 오랜동안 특수한 환경에 적응해왔기 때문에 색채가 없는 것 외에도 눈이 필요치 않아 점차 퇴화되어가고 있다. 그리고 이 시각(視覺)이 없어지는 대신에 촉각 등 감각기관을 발달시키고 있다.

또한 영양분이 적으므로 동굴생물들은 영양이 빈약하여 토양동물이나 거미류, 수생갑각류(水生甲殼類)등이 대부분이다. 따라서 몸통이 작고 흰빛을 띠며 더듬이가 길고 눈이 없는 것이 특징이다.