영구동토

지구상 육지면적의 20％에 해당하는 지역에 걸쳐 나타나며, 북부 시베리아에서는 1,525m 깊이까지 나타난다.

영구동토는 알래스카의 85％ 및 소련과 캐나다의 50％, 그리고 남극 전역에 걸쳐 나타난다. 북반구에 있어 영구동토의 남쪽 경계선은 대략 연평균기온이 0℃인 등온선과 일치한다.

영구동토는 따뜻한 계절에는 녹으며 추운 계절에는 얼어붙는 활동층(活動層)이라고 하는 표면층에 의해 덮여 있어, 일반적으로 활동층의 최대 깊이가 영구동토의 최상부 경계를 결정짓는다. 토양이 녹는 깊이는 여름의 이상기온에 의해 해마다 변화가 심하기 때문에 영구동토 최상부에 나타나는 일부 토양은 특정한 해에만 녹는다.

이러한 층을 일컬어 퍼렐레톡(pereletok) 또는 상(上)영구동토라고 한다. 또한 영구동토와 활동층 사이에 산발적으로 존재하며 연중 계속해서 녹아 있는 상태의 지하토양은 탤릭(talik)이라고 한다.

영구동토는 기본적으로 지표면에서의 열수지(熱收支)가 마이너스가 되어 형성된다.

지표면의 연평균 온도가 0℃ 이하인 곳에서는 겨울에 어는 토양의 깊이가 여름에 녹는 깊이보다 깊게 되어 영구동토가 성장하게 된다. 만약, 이러한 조건이 계속 유지된다면 영구동토는 점진적으로 지하로 확장되어 결국 지구 내부로부터 공급되는 지열류(地熱流)와 평형을 이루게 된다. 결과적으로 평형을 이루는 깊이가 영구동토 기저부(基低部)의 깊이를 결정하게 된다. 따라서 지표면의 평균온도가 낮으면 낮을수록 평형이 일어나는 깊이, 즉 영구동토의 깊이는 깊어지게 된다.

간혹은 영구동토가 얼음을 전혀 함유하지 않은 경우도 있지만, 대개 땅얼음을 수반한다.

영구동토에 존재하는 얼음은 형태와 양에 있어 매우 다양하며, 다른 모든 물질보다도 양적으로 풍부하게 나타나는 경우가 많다. 얼음은 다양한 크기와 모양을 보여주는 결정의 형태로 산출되거나 또는 입자, 얇은 막, 맥(脈), 렌즈 모양 및 커다란 덩어리의 형태로 산출된다. 한편 지표면에서의 연중 온도변화는, 대부분 지표면 아래 약 10~20m 사이에 위치하는 영구동토 최상부의 얼음에 영향을 끼친다.

겨울철에 일어나는 빠른 냉각현상은 열적수축(熱的收縮)에 의한 균열(龜裂)을 일으키는데, 이러한 수축현상에 의한 균열은 영구동토면에서 형성되기 시작하여 지표면까지 전파되며 눈·서리·광물입자에 의해 채워진다. 균열과 얼음의 성장이 반복적으로 일어날 경우 단면에서는 쐐기 얼음의 성장을 나타내며 수평면에서는 얼음의 다각형 모양 구조가 형성되는데, 이러한 구조는 영구동토에 수반되어 나타나는 가장 널리 분포하는 지형상 특징이다.

영구동토층 내에서 복잡하게 작용하는 응력은 머드 스폿(mud spot), 프로스트 블리스터(frost blister), 빙구(氷丘), 핑고(pingo)와 같은 특징적인 표면구조를 형성한다. 핑고는 주로 얼음으로 구성된 언덕으로서 저지대의 늪지에서 형성되는데, 높이는 60m 이상에 달하며 지름은 수십m에서부터 수백m에 이르기도 한다.

대부분의 전문가들은 지리적인 분포양상에 따라 영구동토를 연속대(蓮續帶)와 불연속대로 분류하고 있으며, 일부 전문가는 불연속대 외곽에 테두리로 나타나는 영구동토를 산발대(散發帶)로 분류한다.

연속대로 나타나는 영구동토는 지하의 어느 부분에서나 나타나며, 깊이에 있어서도 아래쪽 경계까지 연속적으로 나타나는 특징이 있다. 반면, 불연속대로 나타나는 영구동토는 수평으로의 연속성이 불량하여 동토와 탤릭이교호하는 양상을 띠며, 산발대 쪽으로 접근함에 따라 영구동토의 양과 두께가 더욱 감소하는 경향을 보여준다.

주 영구동토대를 벗어나 제한적인 지역에 나타나는 영구동토는 주로 고도가 높아 연평균기온이 낮은 지역의 대산괴(大山塊) 중심부를 구성하며 나타난다. 극지방의 경우 영구동토는 항상 연속대로 나타나지만, 저위도지방으로 가면서 점차 불연속대로 변해가며 영구동토 분포지의 지리적 경계부에 이르면 산발적으로 발달한다.

영구동토와 이와 연관된 지형작용들은 식생(植生)과 동물상의 발달 및 분포에 상당한 영향을 끼친다.

영구동토는 인간생활에 있어서도 매우 중요한데, 이는 모든 공학적인 설계에 있어서 특수한 문제를 일으키기 때문이다. 땅얼음의 형성은 장기간에 걸친 복잡한 열적 과정의 산물이며, 땅얼음의 보존은 땅얼음을 덮고 있는 활동층의 단열특성에 따라 좌우된다. 그러므로 영구동토 환경에 있는 땅을 이용할 경우에는 그 지역에 따른 지형변화의 민감도를 반드시 고려해야 한다. 영구동토 지역은 폐기물 처리, 광산개발, 시추 및 도로·활주로·건축물의 건설에 있어 모두 심각한 문제점들을 안고 있다.

영구동토에서 위와 같은 작업을 할 경우에는 활동층 내의 미묘한 열의 균형을 반드시 보존해주어야 하며, 그렇지 않으면 넓은 지역에 걸쳐 영구동토의 파괴가 일어나게 되어 결국 영구동토는 하중을 견디는 내구력(耐久力)을 상실하게 되기 때문이다(자연보존). 영구동토의 또다른 흥미로운 점은 빙하시대에 살았던 멸종한 포유류의 유체를 보존하고 있다는 것이다. 시베리아에서는 적어도 1만 년 전에 살았던 것으로 생각되는 거의 완전한 냉동 매머드가 발견되었다.