기계적 풍화 작용의 유형

기계적 풍화 또는 물리적 풍화는 암석을 구성하는 물질이 화학 조성의 변화 없이 물리적으로 부서지는 과정을 말한다. 즉, 큰 암석은 기계적 풍화 작용에 의해서 작은 암설들로 변화하는데, 이는 암석을 보다 작은 조각들로 쪼개는 다양한 압력에 의한 것이며, 이때 만들어지는 암석 조각은 각진 것들이다. 대부분의 기계적 풍화 작용은 지표면이나 그 근처에서 일어나지만 특정 조건에서는 상당히 깊은 곳에서 일어나기도 한다. 기계적 풍화는 크게 4가지의 유형이 있다. 첫 번째는 얼음 쐐기이다. 기계적 풍화 기구 가운데 가장 중요한 것은 물의 동결과 융해 작용이다. 물은 동결될 때 거의 10% 가까이 팽창한다. 그리고 물은 위쪽 표면에서부터 얼기 시작하며, 따라서 물의 동결로 인해 팽창 압력이 위쪽보다는 암석의 측면에 주로 작용한다. 이 얼음 쐐기의 팽창에 의해 암석은 쪼개진다. 가장 강한 암석조차도 반복된 동결된 융해 작용에는 견딜 수 없다. 반복은 얼음 쐐기 또는 동결 폐쇄 작용이라는 냉혹한 힘을 이해하는 데 중요한 부분이다. 암석의 균열 내에 물이 존재하면, 온도가 0도 아래로 내려갔을 때 균열의 크기와는 무관하게 얼음이 얼먼서 아래 방향으로 쐐기가 성장한다. 온도가 동결점 이상으로 오르게 되면, 얼음은 융해되고 물은 더 넓어진 균열을 따라 더 아래로 내려가게 된다. 이후 또다시 동결이 되면 쐐기 작용은 반복된다. 이 작용은 사면의 경사가 너무 급하여 아래로 물질이 이동되는 급경사 사면을 제외한 모든 곳에서 깨진 암석 조각이 널리 나타나는 수목한계선보다 위쪽의 산지에서 명확히 나타난다. 큰 균열에서의 얼음 쐐기 작용은 큰 자갈을 만들어 내고, 작은 균열에서의 쐐기 작용은 입자들 사이를 따라 암석을 모래나 먼지 크기의 입자로 분리시킬 것이다. 파쇄 과정에서 입자 크기에 따른 분리가 동시에 나타난다. 조립 입자로 구성된 결정질 암석의 통상적인 해체 형태는 입자 사이에 발생하는 얼음 쐐기 작용에 의한 파쇄 작용이다. 형성 과정에서 자갈이나 조립 질의 모래를 만들어 내는 이러한 유형의 파쇄 과정을 입상 붕괴라고 한다. 기계적 풍화의 두 번째 유형은 염류 쐐기이다. 얼음 쐐기와 관련이 있지만 그보다는 중요성이 떨어지는 것이 바로 수분이 증발함에 따라 염류 결정이 형성되는 염류 쐐기이다. 건조 기후 지역에서 암석 균열 내의 물은 모세관 작용에 의해서 중력 방향이 아닌 지표면 쪽으로 이동된다. 이 물에는 거의 항상 용해된 염분이 포함되어 있다. 물이 증발되면서 염분은 미세한 크기의 결정으로 잔류한다. 그리고 시간이 경과함에 따라 이 염분의 결정은 성장한다. 그 가아도는 훨씬 미약하지만, 염분 결정은 물의 동결과 동일한 방식으로 암석 입자와 입자 사이의 틈을 벌리게 된다. 대양의 해안에서 염류 쐐기는 하나의 풍화 요소이다. 조위 선보다 높은 부분에서 해양으로부터 흩날려 온 염류를 포함한 물은 광물의 입자 사이에 침투하게 되며, 물이 증발하면서 발생하는 염류 결정의 성장은 광물 입자 사이의 틈을 벌린다. 기계적 풍화의 세 번째 유형은 온도 변화이다. 동결-융해 순환을 수반하지 않는 온도 변화 역시 암석을 기계적으로 풍화시킬 수 있다. 주간과 야간의 온도 변화, 하계와 동계의 온도 변화는 대부분의 광물 입자와 부피에 미세한 변화를 유발할 수 있다. 광물 입자의 부피는 열이 가해지면 팽창하고 냉각되면 수축하기 때문이다. 이러한 부피 변화는 광물 입자의 결합을 약화시키고 결국 서로 분리되는 결과로 이어진다. 암석에 심각한 약화와 파괴가 발생하려면 통상적으로 수십만 번의 반복이 요구된다. 이 풍화 요소는 건조 지역과 산지의 정상 부분에서 가장 중요한 역할을 하는데, 이들 지역에서는 주간에는 직접적인 태양 복사가 강하기 때문에 온도가 상승하고, 야간에는 복사 냉각이 지배적이기 대문에 온도가 많이 하강한다. 산불과 초원의 화재로 인한 가열은 단순한 태양 복사에 의한 가열보다 훨씬 좁은 지리적 범위에서 발생하지만, 풍화로 인한 암석의 파괴 측면에서는 보다 중요한 역할을 수행한다. 화재에 의한 강력한 가열은 암석을 팽창시키고 파괴한다. 기계적 풍화의 네 번째 유형은 박리이다. 박리는 기반암의 굴곡진 암석층이 한 꺼풀식 벗겨지는 것을 말한다. 일반적으로 기반암에 발달하는 동심 원상으로 휘어진 절리 집단은 눈에 잘 띄지 않는다. 암석 표면과 평행하게 발달하는 암석의 얇은 껍질과 같은 암석층은 양파 껍질이 벗겨지는 것과 유사한 형태로 차례로 제거된다. 벗겨지는 암석층은 두께가 때로는 수 밀리미터 내외에 불과한 경우도 있지만, 수 미터에 달하는 경우도 있다. 캘리포니아 주 요세미티 계곡의 하프돔과 같이 규모가 큰 화강암 단일 암체의 경우에는 이 봉우리들의 표면에 있는 암석 판이 부분적으로 파쇄, 절단되어 봉우리의 형상이 불완전한 곡선 형태로 나타난다. 그리고 이를 박리 돔이라고 부른다. 통상적으로 박리는 보다 둥근 형태를 지니는 자갈과 같은 작은 암석에서 발견되기도 하며, 각각의 암석의 층은 점점 작아지는 동심원의 모습을 보여준다. 이 모든 과정은 특히 심성암의 암체가 노출되는 지역에서 경관을 보다 부드러운 형태로 만들어 준다. 박리 현상은 하중 제거 또는 압력의 제거로 상부를 누르던 무거운 물질이 제거되면서 암석의 균열이 형성되어 발생한다.