암석 순환 중 지표에서의 과정
퇴적물과 이로부터 형성된 퇴적암은 암석 순환 중 지표에서의 작용으로 형성됩니다. 이러한 지표에서의 작용은 지구내부에서 형성된 암석이 조산운동으로 융기한 후부터 다시 섭입대를 통하여 지구내부로 돌아가기 전까지 계속됩니다. 이 작용으로 공급지에서 퇴적물 입자가 생성된 후 분지로 이동되어 층층이 쌓이게 됩니다. 퇴적물 입자가 공급지로부터 분지까지 이동하는 경로는 판구조시스템과 기후시스템의 상호작용으로부터 비롯된 여러 중요한 과정들을 포함하는 매우 긴 여정이 될 수 있습니다.
전형적인 퇴적과정의 예로 미시시피강을 살펴보면 판의 운동으로 로키산맥이 융기하였으며, 퇴적물의 공급지인 로키산맥에 내리는 강우에 의하여 암석의 풍화가 일어납니다. 이 지역의 강우가 증가하는 경우 풍화율도 증가합니다. 빠른 풍화작용으로 더 많은 퇴적물이 생산되어 하천에 의해 하류로 운반됩니다. 강우의 증가로 하천의 수량이 증가하면 하천에 의한 퇴적물의 운반량도 증가하며, 미시시피 삼각주와 멕시코만과 같은 퇴적물이 침전되는 퇴적분지로 운반되는 퇴적물의 양도 증가합니다. 이 퇴적분지 (sedimentary basin)에서 퇴적물은 겹겹이 쌓여 결국 지각 깊은 곳까지 묻히며, 석유와 천연가스를 머금게 되기도 합니다.
퇴적암의 형성에 중요한 암석 순환의 지표에서 일어나는 과정들을 다음과 같이 요약합니다.
풍화작용(weathering)은 지표에서 암석이 퇴적물로 분해되는 과정으로 다음 두 가지 유형이 있습니다. 물리적 풍화(physical weathering)는 단단한 암석이 나무뿌리나 동결 쐐기 등의 기계적 작용으로 화학적 조성의 변화 없이 잘게 깨지는 과정입니다. 산꼭대기나 언덕에서 흔히 볼 수 있는 암석 무더기는 대부분 물리적 풍화로 형성된 것입니다. 화학적 풍화(chemical weathering)는 암석을 이루는 광물의 화학적 성분이 변하거나 광물이 용해되는 과정을 가리킵니다. 오래된 비석이나 기념비에 새겨진 글씨가 흐려지거나 지워지는 것은 주로 화학적 풍 화의 결과입니다.
침식작용(erosion)은 풍화과정으로 형성된 암석의 조각들을 공급지로부터 멀리 이동하는 과정입니다. 가장 흔한 예로 빗물이 사면을 따라 흘러가면서 침식작용이 일어납니다.
운반작용(transportation)은 퇴적물을 침전될 장소로 이동하는 과정입니다. 운반작용은 물, 바람, 빙하가 퇴적물 입자를 사면 아래나 하류의 새로운 장소로 이동시킬 때 일어납니다.
퇴적작용(deposition, sedimentation)은 퇴적물 입자가 물이나 바람의 유속이 감소하면서 또는 빙하가 녹으면서 퇴적분지에 놓이는 작용입니다. 물속에서 입자들이 가라앉거나, 화학적 결합물이 침전되고, 생물의 유해와 껍데기가 깨지고 퇴적됩니다.
매몰작용(burial)은 퇴적물의 층이 퇴적분지에 차곡차곡 쌓이면서 점진적으로 압축되며 깊이 묻히는 과정입니다. 이러한 퇴적물은 지각의 일부분을 구성하며, 다시 융기되거나 또는 섭입 될 때까지 지각의 깊은 곳에 남아있습니다.
속성작용(diagenesis)은 압력, 열, 화학반응에 의해 일어나는 물리적 및 화학적 변화를 지칭하며, 이를 통하여 퇴적분지에 매몰된 퇴적물이 암석화되어 퇴적암으로 변환됩니다.
풍화와 침식
화학적 풍화와 물리적 풍화는 서로를 도와줍니다. 화학적 풍화는 암석을 약하게 만들어 더 쉽게 조각이 나도록 합니다. 물리적 풍화에 의하여 암석의 작은 조각이 만들어지면, 더 넓은 입자의 표면 이 화학적 풍화에 노출되게 됩니다. 물리적 풍화와 화학적 풍화는 암석의 작은 조각과 용해된 물질을 형성하며, 침식작용이 이를 멀리 운반합니다. 이러한 풍화의 결과물은 쇄설성, 화학적, 생물학적 퇴적물로 분류됩니다.
운반과 퇴적
쇄설성 입자와 용존이온은 풍화로 형성되고 침식으로 모암에서 이탈한 후 퇴적분지를 향하여 이동합니다. 앞서 보았듯이 이러한 이동은 로키산맥에 위치한 미시시피강의 지류부터 미시시피 삼각주의 습지까지 수천 킬로미터에 걸쳐 일어나는 것처럼 매우 길 수 있습니다.
대부분의 퇴적물 운송 매체는 사면 아래쪽으로만 퇴적물을 운반합니다. 절벽에서 떨어지는 바위, 많은 양의 모래를 바다로까지 운반하는 강, 바위를 천천히 끌고 가는 빙하는 모두 중력에 의한 흐름입니다. 바람이 고도가 낮은 곳으로부터 높은 곳으로 퇴적물을 날려 보낼 수는 있지만 장기적으로는 중력의 영향이 가장 큽니다.
바람에 의해 날아간 입자가 바다에 떨어진 후 해저에 가라앉으면 바다에 감금된 상태가 됩니다. 해류가 입자를 다시 운반하여 해저의 다른 곳으로 운반할 수는 있습니다. 해류는 퇴적물을 육상의 큰 강보다 훨씬 짧은 거리만 운반하며, 따라서 화학적 및 생물학적 퇴적물의 짧은 운송 거리는 쇄설성 퇴적물의 긴 운반 거리와 대조됩니다. 그러나 모든 퇴적물의 운반 경로는 그 경로가 간단하거나 또는 복잡하더라도 결국 퇴적분지로 도달하게 됩니다.