암석의 풍화 작용 및 풍화 작용 종류

암석의 풍화 작용

비석이나 석탑, 건물 등 주변에서 흔히 볼 수 있는 오래된 석조물의 표면을 관찰해 보면 표면이 거칠거나 녹아 나간 흔적을 쉽게 볼 수 있는데 이는 풍화 작용에 의한 것입니다.

풍화 작용은 항상 일어나고 있지만 매우 느리기 때문에 쉽게 인지하기 어렵습니다. 하지만 풍화 작용은 암석 순화의 초기 단계에 해당되고 지구시스템을 이해하는데 매우 중요합니다.

 

풍화 작용의 종류

1)물리적 풍화 작용

물리적 풍화는 광물 성분의 변화 없이 암석이 작게 부서지는 현상을 말합니다. 물리적 풍화는 암석을 작게 만들어 퇴적물로 운반하기 쉽게 만들며, 표면적을 넓게 만들어 화학적 풍화가 더 잘 일어날 수 있게 하기 때문에 매우 중요한 과정입니다.

대부분의 물리적 풍화 작용은 압력 변화에 의한 부피 변화에 의해 일어납니다.

물이 얼음으로 바뀌면 부피가 약 9% 증가하는데, 이때 발생하는 압력은 화강암을 쪼갤 수 있을 정도로 큽니다. 이와 같은 동결-융해의 반복 작용에 의해 발생하는 풍화 작용을 동결 쐐기 작용이라고 합니다.

이 작용은 셰일이나 사암처럼 층리가 발달한 암석 또는 절리가 발달한 암석에서 특히 잘 일어납니다. 급사면이나 절벽 지역에서 동결 쐐기 작용이 발생하면 부서진 암석 파편이 하부에 쌓여 애추를 형성합니다.

암석의 표면이 햇빛을 받게 되면 온도가 상승하며 부피가 팽창하게 됩니다. 하지만 암석은 열전도도가 낮아 열이 내부까지 잘 전달되지 않으므로 암석의 내부는 덜 팽창합니다.

이처럼 표면과 내부의 압력 차이에 의해 균열이 생기게 되는데, 이를 일사량 풍화라고 합니다. 화강암과 같은 큰 암체가 상부의 암석이 침식되면서 지표에 노출되면 압력이 감소하므로 인장력에 의해 팽창하면서 표면에 평행한 균열이 생기는데 이를 층상 박리 작용이라고 하며, 이와 같이 풍화 작용을 하중 제거 풍화라고 합니다.

반건조 기후나 해안가에서는 염 풍화 현상이 흔히 관찰됩니다. 해수나 염분이 많은 지하수가 암석의 균열이나 공극에 침투한 뒤 증발하면 염의 결정이 성장하는데 이때 발생하는 압력이 미세한 균열을 형성시킬 수 있습니다.

또한 염이 수화되면서 팽창하는 압력과 햇빛을 받았을 때 염과 암석의 팽창률 차이에 의해 발생하는 압력도 암석의 풍화를 촉진시킵니다. 염 풍화 현상은 타포니를 형성시키는 주요 기작으로 알려져 있습니다.

그 밖에 나무뿌리가 암석의 균열에서 성장하면서 균열을 크게 벌리는 현상, 점토광물의 수화나 광물의 변질에 의한 부피 변화에 의해 발생하는 풍화 등도 물리적 풍화에 해당합니다.

 

2) 화학적 풍화 작용

화학적 풍화는 한 가지 이상의 화학적 성분 변화를 포함하는 풍화 작용을 의미합니다. 화학적 풍화는 기본적으로 암석과 물의 상호 작용에 의해 일어나는데, 빗물에는 이산화탄소가 용해되어 약산성을 띠므로 지표상에서 쉽게 풍화 작용을 일으킨다. 화학적 풍화 작용에는 용해 작용, 가수분해, 산화 작용, 수화 작용, 이온 교환, 킬레이트화 작용 등이 있습니다.

용해 작용은 암석을 구성하는 광물이 물에 의해 용해되는 작용으로 석회암이 탄산에 의해 용해되거나 석영이 규산으로 바뀌는 현상이 대표적입니다. 가수분해는 물의 H+ 또는 OH- 이온이 광물을 구성하는 이온을 치환하는 반응입니다.

광물이 가수분해를 받게 되면 점토광물처럼 안정성이 높은 2차 광물이 생성됩니다. 규산염 광물의 풍화는 주로 가수분해에 의해 이루어지며, 가수분해가 잘 일어나기 위해서는 물에 탄산가스가 많이 녹아 있어야 합니다. 정장석이 분해되어 고령토로 변하는 반응이 대표적인 가수분해 반응입니다.

산화 작용은 하나의 원소나 기존 광물이 산소와 결합하는 과정으로 대기 중에서 일어나지만 물을 필요로 합니다. 산화 작용 주에서는 철의 산화가 가장 대표적입니다. 대부분의 암석은 철을 포함하고 있기 때문에 철이 산화되어 적철석이 형성되면 붉은색을 띠게 됩니다.

광물은 물이 포함되었는지의 여부에 따라 함수광물과 무수광물로 구분할 수 있는데 무수광물이 함수광물로 바뀌는 반응이 수화작용입니다. 적철석이 침철석으로 변하거나 경석고가 석고로 바뀌는 현상이 대표적인 수화 작용입니다. 광물은 보통 수화 작용을 받게 되면 팽창하므로, 이로 인해 물리적인 풍화가 일어나게 됩니다. 화강암이 풍화될 때석영 입자가 잘 떨어져 나오는 것은 장석이 점토광물로 변하면서 팽창하기 때문입니다.

이온 교환은 광물과 물에 있는 이온들이 교환되는 반응으로 점토광물의 K+이온과 공극수 내의 Mg+ 이온이 교환되는 것이 대표적인 반응입니다. 킬레이트화 작용은 유기물이 금속 이온과 결합해 고리형의 착화합물인 킬레이트를 형성하는 생화학적인 풍화 작용으로 생물이 분비하는 산이나 유기물이 부패할 때 발생하는 산에 의해 암석이 용해되는 작용을 말합니다.