[이어도 탐구] 이어도의 자연과학 & 지질학적 특성 > SNS속 이어도

• 목록
• 답변

- 이어도가 육지였다고?

​이어도에 침식과 풍화가 이뤄질 때는 수면 위에 노출돼 있었다. 즉 섬인 상태에서 퇴적물이 깎여나갔다. 그때가 언제였으며, 그 모습은 어땠을까? 첨단 지질학 연구는 우리의 상상력을 응원한다.

마지막 빙하기인 1만 8,000년 전에는 지금보다 해수면이 130m 정도 낮았다. 현재 이어도 주변 수심은 60m 이내이므로 그때는 당연히 육지의 일부였고, 제주도와 타이완섬을 포함한 동중국해 대부분이 육지와 연결돼 있었다. 

이어도는 마라도 서남쪽 149㎞ 지점에 있다. 먼 거리이긴 해도 만약 당시 우리 조상들이 살았다면 걸어서 갈 수 있었을 것이다.  

사실, 현재의 조간대(만조 시의 해안선과 간조 시의 해안선 사이 부분)에서 보듯 갯벌층이 많아 체력소모는 제법 컸을 터이다. 

힘들게 걸어온 이들에게 평탄한 지역에서 갑자기 나타난 60m 높이의 봉우리는 환상적인 장관 아니었을까. 

마치 모자를 쓴 듯한 꼭대기 응회암층, 그 하부에 비교적 어두운 색의 단단한 갯벌층과 모래층이 교대로 퇴적된 지름 500m 원형 봉우리가 모습을 드러냈을 것이다. 

남쪽으로는 10m 높이, 지름 2㎞에 달하는 평탄한 언덕이 펼쳐져 있다. 하지만 이는 바닷물에 침식된 뒤의 형태이니 당시엔 이보다 규모가 더 큰 산 모양이었을 것이다.

[18,000년 전 이어도는 이렇게 나즈막한 봉우리 였을 것이다, 사진:freepik] 

빙하기가 끝나고 해수면이 상승하면서 이어도 주변은 모두 물에 잠겼다. 약 5,000년 전부터는 정상부마저도 물에 잠겼을 것으로 추정된다. 그러니까 이어도가 수중 암초가 된 것은 5,000년 전 무렵 이라는 얘기다. 

지금은 수면 아래 4.6m에 정상이 있지만 기후변화에 따른 해수면 상승이나 파도에 의한 침식으로 이어도 수심은 좀 더 깊어질 가능성이 있다.

이어도 바위의 지질적 특성은 응회암이라는 데 있다. 이어도는 제주도 본섬의 성산층과 유사한 환경에서 생성됐다. 신생대 제4기에 퇴적된 하부 쇄설성 퇴적층과 그 위를 얇게 덮은 상부 화산쇄설성 퇴적층으로 구성되어 있다. 

신생대 제4기에몇차례반복된빙하기와간빙기기간중반복적인퇴적과화산작용이일어났다. 화산활동의 지표는 여러 가지가 있다. 이어도가 화산섬인 것은 주요 구성 암석이 화산재가 쌓여 굳어진 응회암이라는 것으로 확인된다. 

응회암은 물속에서 폭발하는 수중화산지형에서만 보이는 암석이며, 성분상으로는 화산분출물인 화성암이다. 하지만 화산 폭발 때 나오는 암석 부스러기, 즉 쇄설물이 쌓여 시루떡과 같이 층을 이룬다는 점에서는 퇴적암으로 간주된다. 

응회암은 두 종류로 나뉘는데 땅속 마그마 화산재가 쌓여 굳어진 암석은 결정질 응회암(crystaltuff)이라 한다. 

반면에 마그마 위를 덮고 있던 기존 퇴적물 입자들이 화산재가 어 날아올랐다가 내려앉아 굳어진 화산성 퇴적암은 석질 응회암(lithictuff)이라고 한다. 이어도 응회암은 후자에 속한다. 

[신생대하면 떠오르는 대표적인 동물-맘모스, 사진: Sutori] 

마그마성 화산 폭발은 수심이 깊은 곳에서 이뤄진 뒤 식기 때문 에 퇴적물질에 수분이 유지되면서 점성이 커져 경사가 급한 응회구(tuff cone)가 된다. 제주도의 오름 중 성산 일출봉과 우도가 대표적인 응회구이다. 

이와 달리 얕은 수심의 화산활동으로 퇴적물 온도가 100℃ 이상이 되면 퇴적물이 빨리 마르면서 안식각(安息角)이라 부르 는 자연경사도가 작아져 경사가 완만한 분화구를 이루게 된다. 

이를 응회환(tuff ring)이라 한다. 제주의 오름 중 수월봉, 송악산, 용머리 해안 등이 이에 해당한다.

이어도는 제주도 초기 화산활동 결과 중 하나이며, 제주도 화산 활동으로 형성된 서귀포층과 관련이 있다. 제주도가 기원으로 추정되는 화산쇄설물(응회암)이 표층을 덮고 있는 구조이다. 

이어도가 응회구인지 응회환인지를 규명하기 위해서는 더 깊이 있는 연구가 필요하다.

[유네스코가 소개하는 제주 화산의 유산-만장굴, 사진:asiasociety] 

​

- 다시 섬이 될 가능성은?

지질활동은 장구한 시간에 걸쳐 일어난다. 언젠가는 이어도가 지금보다 더 커지거나 섬이 될 수는 없을까 하는 궁금증이 자연스레 생긴다. 결론부터 말하면 이어도의 면적이 더 커질 가능성은 거의 없다.

이어도는 화산활동으로 만들어진 바닷속의 봉우리인 해산(seamount)이나 바다 밑의 화산암체가 파도에 깎여 평탄해진 기요(guyot)와는 다르게 형성됐다. 

해산이나 기요는 보통 해저 화산활동에 의해 마그마가 바닥의 현무암을 뚫고 분출하면서 만들어진다. 

그래서 분출이 이어지면 면적이 커질 수 있다. 실제로 열점(hot spot) 같은 지하 깊은 곳의 마그마 활동으로 만들어진 하와이제도 남쪽 하와이섬 동 남부 킬라우에아 화산은 계속 마그마를 분출하고 있으며, 이로 인해 섬이 계속 커지고 있다. 

하와이섬 동남부 해저의 로이히 해산도 융기하고 있어, 3만 년 뒤에는 새로운 섬으로 발달할 것으로 예상 된다. 성장이 멈춘 해산도 있지만 이렇게 계속 성장하여 섬(화산도)이 되기도 한다.

이어도가 지하 마그마 활동으로 만들어졌다면 제주도나 하와이처럼 단단한 암반 구조를 가진 섬으로 발전할 수 있을 것이다. 그러나 아쉽게도 이어도는 퇴적작용으로 형성된 지형이다. 

진흙과 모래층이 반복하여 퇴적된 후 그 위에 상대적으로 더 단단한 화산쇄설물인 응회암이 모자를 씌운 것과 같은 구조다. 각 퇴적층의 단단함 차이에 따라 개별적 침식이 일어나 현재의 모습을 가지게 되었다. 

따라서 이어도가 지금보다 더 커질 가능성은 희박하다.

   
[화산쇄설물(좌)과 벽돌로 가공이 가능한 응회암(우), 사진:pitt.edu]

이어도가 섬이 될 가능성도 높지 않다. 하부 기반이 단단하지 않기 때문에 앞으로 파도에 의한 침식작용으로 오히려 지금보다 높이가 낮아질 수 있다.

마지막 빙하기가 끝나가는 1만 년 전부터 빙하가 녹기 시작했다. 그에 따라 급격한 해수면 상승이 나타나고 이어도 주변도 바닷 물에 잠기기 시작했다. 해수면이 지속적으로 상승하면서 어느 순간 부터 섬의 형태를 유지했을 것이다. 

그러나 약 5,000년 전부터는 섬정상부가 해수면에 잠기기 시작해, 섬의 모습은 사라지고 높은 파고에만 순간적으로 보이는 수중 암초가 되었을 것으로 추정된다. 따라서 다시 빙하기가 와서 해수면이 내려가지 않는 한 이어도가 섬이 될 수는 없다.

이어도의 표층은 어떤 상태일까. 표층에는 주로 펄과 모래가 퇴적돼 있다. 황해와 동중국해 전체가 크게 다르지 않다. 중국 쪽은 양쯔강 등 큰 강의 영향을 많이 받는다. 양쯔강 하구의 니질(펄) 퇴적 물은 하구 남쪽으로 연안을 따라 띠 모양 삼각주를 형성하고 있다. 

양쯔강에서 유입된 퇴적물은 주로 남쪽으로 이동하지만 일부는 이어도 해역까지 와 쌓이기도 한다. 퇴적물은 쿠로시오해류나 대만해류 등에 의해 운반된다.

해양 퇴적물 연구는 시추나 직접 채집, 고주파 탄성파 지구물리비를 이용한 고해상도 천부퇴적층(지상이나 해저 지층의 표면 부근에 퇴적층의 유기물이 분해되어 생긴 가스-주로 메탄-가묻혀 있는 곳)방법을 사용한다. 

한국지질자원연구원, 한국해양과학기술원, 국립해양조사원, 해양연구 관련 대학과 자원탐사를 목적으로 조사하는 한국석유공사 등이 이어도를 포함한 제주 남부 동중국해 퇴적층에 대한 연구활동을 벌이고있다.

2003년 한국지질자원연구원은 이어도 부근 퇴적층을 시추, 탐사했다. 신생대 제4기층인 퇴적층 65m까지 심부 시추한 자료를 탄소동위원소(C14)로 측정했다. 그 결과 크게 4개 퇴적층이 발견됐으며 최하부층의 나이는 5만 3,000년 이상으로 밝혀졌다. 

이어도 부근 퇴적층의 표층은 두께 1.7m 정도의 균질한 니질층이다. 그 아래는 13.7m 두께의 모래와 펄의 교차층이 퇴적돼 있으며 위쪽으로 갈수록 입자 크기가 작아진다. 

세 번째 층은 약 27m 두께로 모래와 점토가 교대로 나타나는데, 생물교란 흔적이 많고 얇은 모래층이 수평으로 잘 발달해 있다. 최하부층 두께는 23m이고 강한 침식 흔적이 있는 자갈과 모래층으로 돼 있다.

퇴적물이 수직적으로 변하는 이유는 빙하의 발달과 쇠퇴 때문이다. 아래쪽의 2개 층은 빙하가 발달해 해수면이 하강했을 때 퇴적된, 비교적 입자가 큰 퇴적물로 돼 있다. 

위에서 두 번째 층은 빙하기가 끝나가면서 해수면이 상승할 때 만들어진 것이다. 

펄이 주성분인 맨 위 표층의 퇴적물은 마지막 빙하기가 끝나고 해수면이 완전히 상승해 바닷물로 채워진 상태에서 퇴적된 것으로, 현생 퇴적물이라 한다.

한국지질자원연구원과 한국석유공사는 1979년부터 2008년까 지 7,600㎞에 걸친 다중채널 에어건 탐사 결과 소코트라분지에서 중생대 백악기에 해당하는 기반암층이 지하 4,500m에 있음을 밝혀 냈다. 

심부 시추한 대륙붕 분지 기반암은 화성암(화강암, 안산암)과 편 마암 같은 변성암으로 돼 있었다. 특히 후기 백악기(중생대) 이후 퇴적층인 셰일과 사암층이 우세해 원유와 가스의 부존 가능성을 시사 한다.

[사진: GeologyIn.com] 

오늘은 이어도의 소중한 지질적 특성에 대한 조금은 어려운 이야기를 소개해 드렸어요. 

여러분들의 과학적 호기심을 자극하는 내용이 되었으면해요. 

본 내용은 이어도연구회가 2022년 출간한 <이어도 오디세이>에서 소개해 드린 내용입니다. 

우리 연구회는 이어도의 역사와 문화눈 물론 지구과학 교육과 지속 가능한 환경 관리에 초점을 맞추어 지역 사회에 긍정적인 영향을 미치는데 최선을 다하겠습니다.  

늘 함께 해 주셔서 감사합니다! 

​

​