경상분지 (3). 유천층군과 불국사 화강암-공룡시대 말기의 화산활동

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경상분지 (2)-경상분지의 두 퇴적층군과 화석

(이전 글에서 이어집니다.)

 

 앞에서 보듯 우리나라 영남 지방에 분포한 경상분지에는 2개의 퇴적층으로 이루어진 층군이 존재합니다. 그리고 그 지층들이 쌓이고 난 뒤 즈음에 강력한 화산의 활동이 시작되면서 그 결과로 쌓인 층군이 있습니다. 그 충군을 학자들은 유천층군이라고 부릅니다. 유천층군은 현재 경상분지의 동남쪽 지역과 남해안 일대에 분포해있지요. 그리고 이 유천층군을 마그마가 관통해서 만들어진 화강암층이 있습니다. 이 층을 불국사 화강암이라고 합니다. 이번 글에서는 화산활동으로 인해 만들어진 유천층군과 불국사 화강암을 살펴보겠습니다.

 

1. 유천층군

(1). 유천층군 최하부의 퇴적암층

 화산활동의 결과로 만들어졌지만, 유천층군의 하부에는 퇴적암으로 만들어진 지층이 존재합니다. 이 지층은 고성층으로 불리는데, 고성층이 이전의 다른 지층들과 다른 점이 있다면 화산활동의 흔적이 매우 강력하게 남아있었다는 점입니다. 암석에서 화산재가 쌓여서 만들어진 응회암 (tuff) 성분이 다량으로 검출되기 때문이죠. 즉, 화산이 분출하면서 날아온 화산재의 영향을 다량으로 받은 지층이 고성층 입니다. 고성층에서는 50개가 넘는 공룡의 알과 6개의 둥지의 화석이 발견되었습니다. 연대 측정 결과 고성층은 지금으로부터 9처 2백만 년 전 ~ 8천 9백만 년 전 즈음에 생성된 것으로 보입니다.

 

고성층에서 발견된 공룡알. 출처- Kim et al (2011).

 

고성층에서 발견된 공룡의 둥지 화석. 출처- Kim et al (2011).

 고성층은 유천층군에서 최하부에 있는 층입니다. 즉, 이 층 이후로는 화산 활동으로 쌓여서 만들어진 층이 존재한다는 것이죠.

 

(2). 유천층군의 화산활동 결과로 만들어진 소분지

 유천층군에서 고성층 이후로는 본격적으로 화산활동의 결과 때문에 화산암 즉, 용암이 분출하면서 굳어진 암석으로 이루어진 분지가 만들어졌습니다. 이 분지를 학자들은 유천소분지라고 이름 붙였습니다. 유천소분지는 암석에 따라서 총 4개의 층군으로 나누어지는데, 주사산아층군, 운문사아층군, 욕지아층군, 그리고 사량아층군으로 나누어집니다. 주사산아층군과 욕지아층군은 주로 안산암질 암석으로 이루어져 있고, 운문사아층군과 사량아층군은 유문암질 암석으로 이루어져 있습니다. 

 유천소분지는 중앙부, 남부에 따라 분지의 구성에서 차이가 있는데, 중앙부 (대구-부산 사이)는 하양층군의 건천리층 위에 있으며, 남부는 고성층 위에 형성되어 있습니다. 이를 자세히 파고들면 굉장히 복잡해지니 여기에선 간략하게 암석으로 나누어진 시대순서만 다루어보겠습니다. 이 소분지는 시대적으로 어떤 순서를 따라서 형성되었을까요? 절대연령 측정  결과, 유천소분지를 구성하는 아층군은 주사산아층군 (9천 4백만 년 전 ~ 8천 9백만 년 전)->운문사아층군 (8천 9백만 년 전 ~ 8천만 년 전)->욕지아층군 ((7천 8백만 년 전 ~ 7천 3백만 년 전)->사량아층군 (6천 9백만 년 전 ~ 6천만 년 전) 순서로 구성되어 있습니다.

유천층군을 이루는 4개의 아층군이 만들어진 순서.

3. 화산활동의 변화

 유천층군을 이루고 있는 암석은 크게 안산암질 암석과 유문암질 암석으로 나누어집니다. 그런데 이 두 암석은 그냥 섞여 있는 것이 아니라 일정한 규칙을 가지고 있습니다. 하부에 안산암질, 상부에 유문암질로 구성되어 있죠. 왜 이런 구조가 생긴걸까요?

 이 둘의 차이는 화산이 분출할 때 나오는 마그마의 성분에 차이가 있습니다. 안산암질의 경우에는 마그마를 이루고 있는 요소 중에서 이산화규쇼(SIO2)의 비율이 낮은 편입니다. 유문암질의 경우에는 이산화규소의 비율이 높은 편이죠.

 이 차이는 무엇을 의미할까요? 일반적으로 화산의 내부에 있는 마그마는 이산화규소의 성분 차이에 따라서 염기성, 중성, 산성으로 나누어집니다. 염기성 마그마의 경우에는 이산화규소의 비율이 낮으며 (45% 미만), 매우 잘 흐르는 특징이 있습니다. 중성 마그마의 경우에는 이산화규소의 비율이 상승하였으며 (45%~75%), 약간 끈적이며 염기성 마그마보다 덜 흐르는 특징이 있습니다. 산성 마그마의 경우에는 이산화규소의 비율이 매우 높으며 (75% 초과) 매우 끈적이는 특징이 있습니다. 마그마의 이런 특징 덕분에 염기성 마그마를 함유하는 화산의 경우 강력한 분출이 잘 일어나지 않습니다. 마그마가 매우 잘 흐르기 때문이죠. 그 반면에 산성 마그마를 함유하는 화산의 경우엔 끈적끈적한 마그마로 인해 매우 강력한 분출이 일어납니다. 화산의 높이도 염기성보다 산성 마그마를 함유하는 화산의 경우 훨씬 더 높지요.

 자 그러면 우리는 유천층군이 시간이 지날수록 중성에서 산성으로 마그마의 성질이 바뀌었다는 것을 암석을 통해서 알 수 있습니다. 안산암은 중성이지만, 유문암은 산성이니까요. 즉, 시대가 흐를수록 화산활동이 강력해졌다는 것을 알 수 있습니다. 즉, 유천층군에서 나오는 암석은 공룡이 살던 백악기 후기 시기 당시 한반도 지역은 화산활동이 약했다가, 매우 강력했다가, 다시 약해졌다가, 강력해졌다는 것을 보여줍니다.

세인트 헬렌즈 화산의 분화. 화산은 언뜻 보기엔 거기서 거기 같지만 사실 화산을 이루는 마그마의 성질에 따라서 차이가 난다. 출처-https://pixabay.com/ko/photos/%EB%A7%88%EC%9A%B4%ED%8A%B8-%EC%84%B8%EC%9D%B8%ED%8A%B8-%ED%97%AC%EB%A0%8C-%ED%99%94%EC%82%B0-%ED%8F%AD%EB%B0%9C-164848/

 

2. 불국사 화강암

 경상분지 최상부에는 백악기에서 신생대 초기 (9천 7백만 년 전 즈음 ~ 5천 7백만 년 전)에 만들어진 화강암이 존재합니다. 화강암은 마그마가 굳어져서 만들어진 암석이죠. 이 시기에 조산운동 (판과 판이 부딪힐 때 일어나는 산과 산맥이 만들어지는 운동. 여기에서 일어난 조산운동은 태평양판이 유라시아판 하부로 밀려 들어가면서 일어난 운동입니다.)이 일어나 마그마가 급상승하면서 유천층군을 뚫고 튀어나오게 되었던 일이 있었죠. 이로 인해서 화강암이 생성되었습니다. 학자들은 이 화강암을 불국사 화강암이라고 명명하였습니다. 불국사 근처에 있는 토함산에서 처음 발견되었기 때문이죠. 불국사 화강암은 불국사 인근과  속초, 인제, 홍천, 간성, 문경, 제천, 광주, 금성, 속리산 등등 여러 지역에 걸쳐서 분포하고 있습니다.

토함사의 위치. 출처-네이버 지도

 현재 불국사 화강암은 흑운모 화강암과 화강섬록암으로 이루어져 있습니다. 이중 화강섬록암은 불국사에 있는 석굴암의 주원료가 되기도 하였습니다. 즉, 공룡이 살던 시기의 조산운동의 결과로 우리나라의 문화재가 하나 생길 수 있게 된 셈이죠. 다만 의외로 암석의 성분을 분석한 어느 연구 결과에 따르면, 불국사에 있는 석조 건축물은 대부분 불국사 화강암이 아니라 남산에 있는 화강암을 가져와서 만든 것으로 보인다고 합니다.

석굴암의 모습. 석굴암의 주재료인 화강섬록암은 공룡이 살던 시기 당시의 조산운동이 일어났을 때 생겨났다. 출처-https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Korea-Gyeongju-Silla_Art_and_Science_Museum-Seokguram_model-01.jpg

 

 현재까지 총 3부작으로 공룡의 화석이 자주 발견되는 경상분지의 층군에 대해서 살펴보왔습니다. 앞으로 경상분지에서 또 어떤 새로운 발견이 있을지 기대해 보는 건 어떨까요?

 

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연구 출처-

 

좌용주, 이상원, 김진섭, & 손동운. (2000). 경주 불국사와 석굴암의 석조 건축물에 사용된 석재의 공급지에 대하여. 지질학회지, 36(3), 335-340.

 

황상구, 김상욱, 김성규, 안웅산, 조인화, 이소진, & 김정진. (2019). 경상분지 유천층군의 시층서적 의미. 지질학회지, 55(5), 633-647.

 

Kim, J. Y., Yang, S. Y., Choi, H. I., Seo, S. J., & Kim, K. S. (2011). Dinosaur eggs from the Cretaceous Goseong Formation of Tongyeong City, southern coast of Korea. 고생물학회지, 27(1), 13-26.

 

https://www.scienceall.com/%EB%B6%88%EA%B5%AD%EC%82%AC-%ED%99%94%EA%B0%95%EC%95%94-bulguksa-granite/