카르스트 지형

동굴 형성에는 이론적으로 주요한 두 가지 단계가 있다. 첫 번째는 초기 틈이 있었으며 이 틈으로 침투한 물이 탄산염암을 용 식 하여 공동을 만든다. 용식 작용에 이어서 다음 단계는 지하수면이 낮아진 이후에 나타나는 장식 단계이며 천정 벽, 바닥은 놀랄 만큼 다양한 스펠 레오 뎀으로 장식된다. 이러한 것들은 용액 상태로 운반되었던 혼합물에서 물이 제거되면서 집적된 것이다. 일단 수분이 제거되어 용액 상태에서 벗어나면 물속에 포함되어 있던 이산화탄소 가스는 동굴 안의 대기 중으로 흩어지고 방해석은 집적된다. 이러한 집적 현상은 대부분 동굴의 측면에서 발생하지만 인상적인 지형은 천정과 바닥에서 형성된다. 지붕에서 물이 떨어지는 곳에 발달한 천장에 매달린 구조들이 바로 종유석이다. 종유석은 마치 고드름처럼 천천히 아래로 성장한다. 바닥을 치며 물방울이 떨어지는 곳에서는 종유석과 짝을 이루는 석순이 위쪽으로 성장한다. 종유석과 석순이 계속 성장하여 서로 만나면 석주가 형성된다. 몇몇 동굴에서는 길고 가느다란 짚 종유석이 천정에서부터 아래로 매달려 있는데 물방울 1개 폭 정도의 속이 빈 곤들로서 결국 종유석으로 성장하기도 한다. 스펠 레오 뎀은 기후 변화를 해독하는데 활용될 수 있다. 기반암이 석회암이거나 혹은 이와 유사한 용해되는 암석이 분포하는 다수의 지역에서는 용식 현상이 광범위하게 그리고 효과적으로 작용하여 지표에 독특한 지형 군을 발달시키고 지하에 동굴을 형성한다. 이러한 지형에 카르스트라는 용어를 사용한다. 카르스트라는 명칭은 용식 작용으로 형성된 바위 투성이 언덕으로 이루어진 석회암 지역은 슬로베니아 크라스 고원지역에서 유래되었다. 카르스트라는 용어는 일련의 지형 형성 작용과 지형 군 모두를 의미한다. 이것은 특정한 지역에 있는 특정한 지형을 지칭하기 위해 전 세계적으로 사용되기도 하지만 예외적으로 용해되는 암석에서 발달하는 독특한 지형을 묘사하는 기초적인 개념의 포괄적인 명칭이 되었다. 카르스트 지역에서 볼 수 있는 전형적인 지형은 싱크홀, 폐쇄된 지표 하천수계 그리고 용식 작용으로 형성돼 통로로 이루어진 지하 배수망을 포함한다. 통로의 크기는 열린 틈새부터 거대한 동굴까지 다양하다. 카르스트 지형은 일반적으로 기반암으로 석회암이 거대하게 분포하고 있는 곳에서 발달한다. 그러나 용해성이 대단히 높은 암석에서도 발달할 수 있다. 카르스트 지형은 그 독특한 형태와 넓은 분포 범위로 인해 학술적 가치가 높다. 지구 상에 있는 육지의 지표면 또는 지표면 바로 아래 약 10%는 용해성 있는 탄산염 암석으로 간주된다. 미국 본토에서 탄산염 암석은 정체 면적의 약 15%에 이른다. 카르스트 지형에서 가장 일반적인 지표면의 특징은 싱크홀이라고 한다. 이것은 수백 개 때로는 수천 개까지 발달한다. 싱크홀은 지표면의 탄산염 암석이 용 식 되어 형성된 둥근 와지이며 절리의 교차점에서 전형적으로 형성된다. 싱크홀은 폐쇄된 와지를 형성하면서 이 지형을 둘러싼 주변보다 빠르게 침식된다. 싱크홀의 측면은 일반적으로 주변에서 운반된 물질로 안식각을 이루며 안쪽으로 기울어져 있다. 지면 아래에 있는 동굴의 지붕이 붕괴되어 형성된 싱크홀은 함몰 싱크홀이라 부른다. 이것은 벽면은 수직이거나 또는 위쪽이 앞으로 돌출된 형태의 절벽을 이룬다. 싱크홀의 크기는 직경 수 미터, 깊이 수 센티미터 정도의 얕은 와지부터 직경 수 킬로미터, 깊이 수백 미터 정도까지의 범위를 보인다. 가장 큰 것은 싱크홀의 발달 속도가 빠르고 인접한 와지들을 합치는 열대지역에서 나타난다. 싱크홀의 바닥은 지하 통로로 연결되고 폭우기간 동안 쏟아지는 물이 이 통로를 통해 아래로 배수된다. 그러나 지하로 통하는 입구는 일반적으로 암석 쇄설물, 토양 혹은 식생으로 막혀 있어 강우 시 물이 빠져나갈 때까지 일시적으로 호수를 이룬다. 실제로 싱크홀은 카르스트 하곡 지형이므로 침식과 풍화가 기본적으로 진행된다. 대부분의 카르스트 지형에서는 화지가 지배적인 경관을 이룬다. 싱크홀은 중부 플로리다의 미국 중서부 지역의 일부 특히 켄터키, 일리노이 그리고 미주리주에서 흔하게 나타난다. 예를 들어 컬럼비아에 있는 미주리대학교에서는 미식축구 경기장과 실내 농구 경기장이 싱크홀 안에 만들어져 있으며 그 주변의 주차장은 가끔 물에 잠기기도 한다. 카르스트 지역에서 싱크홀이 가장 일반적이지만 그 밖에도 상당히 다양한 지형이 있다. 플로리다 중부에서처럼 기복이 작은 곳에서는 싱크홀이 가장 우세하게 나타난다. 그러나 기복이 더 큰 지역에서는 절벽 및 가파른 사면과 평평하지만 유로가 없는 골짜기가 교대로 나타난다. 지표에 노출된 석회암의 기반암에는 구멍이나 그루브, 녹아서 패인 홈 등 용식 작용에 의해 미세하고 복잡한 지형이 형성된다. 싱크홀이 많이 분포하는 지역에서는 표면 유출수를 종종 지하로 흘려보내므로 지표에는 유물 지형인 건곡과 같은 하계 망을 남긴다. 세르보 크로아티아 용어인 우발라는 싱크홀이 서로 합쳐진 연속되는 체인을 의미한다. 많은 경우에 싱크홀은 시간이 흐르면 우발라로 변화한다. 여러 가지 측면에서 카르스트 지역의 가장 특징적인 지형은 지표면 하계 망과 같이 사라져서 보이지 않는 것이다. 대부분의 강수와 준이 녹은 물은 절리와 층리면을 따라서 지하로 스며들며 용식으로 절리와 층리면을 확장시킨다.