퇴적작용

퇴적작용(sedimentation)

넓은 의미의 퇴적작용에는 빙하퇴적물, 애추(崖錐)퇴적물, 절벽 아래에 쌓이는 암설 등과 같이 중력작용에 의해 집적되는 물질도 포함된다.

이 용어는 흔히 퇴적암석학 및 퇴적학과 비슷한 학문분야에서 사용된다.

퇴적작용에 있어 가장 흔한 물리적 작용은 고체물질이 유체로부터 가라앉는 침적작용으로, 이는 오래전부터 알려져왔다. 1851년 G. G. 스토크스는 침적속도식을 공식화했는데, 이 식은 퇴적작용 연구의 전통적인 출발점이 되었으며, 오늘날 모든 퇴적작용에 대한 연구에서 항상 언급되고 있다(스토크스의 법칙). 스토크스는 그의 식을 통해 유체 내에 있는 구형입자의 최종 침적속도는 유체의 점성도에 반비례하고, 유체와 고체 사이의 밀도차, 구의 반지름, 중력에 비례한다는 사실을 입증했다.

그러나 이 식은 입자의 지름이 0.04㎜ 이하인 작은 크기의 입자들에만 적용되기 때문에, 구형이 아니거나 큰 입자들에 대해서는 여러 가지 변형된 스토크스식이 제안되었다. 자연상태의 퇴적물에 대한 기본적인 물리적 성질을 충분히 설명할 수 있는 침적속도식은 아직 없다. 쇄설성 물질의 입자크기·분급도·모양·원마도·조직·충전도 등은 퇴적물을 운반하는 매개물인 유체의 밀도와 점성도뿐만 아니라 퇴적을 일으키는 유체의 병진속도, 유체의 운동에 따른 난류성(亂流性), 유체가 이동하는 바닥의 기복 정도 등의 복잡한 과정에 의해 결정된다.

또한 이러한 작용들은 운반되는 고체물질의 다양한 기계적 성질, 퇴적물의 운반기간 및 그밖의 이해되지 않고 있는 요인들과 관련이 있다.

지질학자들은 일반적으로 다른 지리적·지형적 환경에서 쌓인 퇴적물들의 조직·구조·화석함량 등을 이용해 퇴적작용을 연구한다. 지질기록에 나타나는 육성층, 육성-해성 혼합층, 해성층 및 다른 퇴적층을 구분하기 위해 많은 노력을 해왔지만, 아직도 퇴적환경의 분류와 이들을 인식하는 데 필요한 분류기준에 대해서는 활발한 논쟁이 진행중이다.

고기(古期)의 퇴적층에 대한 분석과 해석은 현생 퇴적작용에 대한 연구에 의해 발전되어왔다. 해양탐사 및 호수탐사는 멕시코 만, 흑해, 발트 해 등지에서 일어나고 있는 퇴적작용과 함께 전세계의 하구·호수·하성분지에서 일어나고 있는 퇴적작용을 규명하는 데 큰 역할을 했다.

화학적 퇴적작용은 화학적인 원리와 법칙에 의해 이해되고 있다.

1905년 유명한 물리화학자인 J. H. 반트 호프가 이미 상평형법칙을 사용해 염수로부터 고체가 침전하는 문제와 암염 퇴적물의 기원에 관한 문제들을 해석하기도 했지만, 화학적 퇴적에 관한 문제에 물리화학을 적용한 연구사례는 거의 없는 실정이다. 그러나 최근 들어 많은 화학적 퇴적물의 침전을 연구하기 위해 산화-환원 전위와 pH(수소이온농도)가 조사되기도 했다.

또한 기존의 열역학적 원리들을 이용해 경석고와 석고로 구성된 퇴적물의 성인 연구, 백운석 형성의 화학적 조건, 철광층과 이와 관련된 다른 퇴적물들을 연구하려는 노력이 재개되고 있다.

지구화학자들도 퇴적작용을 화학작용의 최종산물로 이해하고 있다. 이들은 퇴적작용을 실험실에서 정량분석에 의해 암석물질을 분리하는 작용과 비슷한 작용, 즉 규산염이 풍부한 지각의 주요성분들을 분리하는 대규모 화학분석작용으로 보고 있다.

이러한 화학적 분별작용의 결과는 항상 완전한 것은 아니지만, 대체로 대단히 훌륭하다. 선캄브리아기에 시작된 지구화학적 분별작용의 결과 바다에는 나트륨, 석회암과 백운암에는 칼슘과 마그네슘, 층상 처트와 정규질 사암에는 규소, 탄산염암과 탄소질 퇴적층에는 탄소, 층상 황산염암에는 황, 철광층에는 철이 각각 엄청난 양으로 축적되었다. 마그마의 분별작용도 어떤 경우에 있어서는 듀나이트나 휘석암처럼 단일광물로 구성된 암석을 형성하기도 하지만, 화성작용이나 변성작용은 각종 원소들의 분별과 농집에 있어 퇴적작용만큼 효과적이지는 못하다.