해저협곡

해저에 나타나는 협곡 중 특히 대양분저(大洋盆底)의 협곡지형을 일컬으며 대륙붕과 대륙 사면을 가로질러 심해저 평원까지 연결되어 있으며, 육지에 생긴 경사가 급한 V자 모양의 거대한 골짜기를 말한다.

해저협곡의 주요 요소들을 보여주고 있는 스케치

뉴욕 근해의 7개 해저협곡들에 대한 음영 처리한 입체지도. 그 중 6개는 대륙붕(continental shelf) 가장자리에서 시작하지만, 왼쪽에 있는 커다란 허드슨 캐니언(Hudson Canyon)은 대륙붕도 움푹 파놓았다. (그림 내용 : McMaster Canyon, Ryan Canyon, Uchupi Canyon, Emery Canyon, Babyton Canyon, Jones Canyon, Hudson Canyon)

해저협곡(海底峽谷, submarine valley, Submarine canyon)은 해저의 대륙 사면에 존재하는 계곡이다. 해저 계곡은 일반적으로 대륙의 큰 하천으로부터의 연장으로 해저에 지속적으로 성장하여 최대 거리 수백 km 및 깊이 1km에 이른다.

지구상에 약 9,477개의 해저협곡이 있으며 대륙 경사면의 약 11%를 덮고 있다.

개요

해저에 나타나는 협곡 중 특히 대양분저(大洋盆底)의 협곡지형을 일컬으며 대륙붕과 대륙 사면을 가로질러 심해저 평원까지 연결되어 있으며, 육지에 생긴 경사가 급한 V자 모양의 거대한 골짜기를 말한다.

일반적으로 대륙의 큰 하천으로부터의 연장으로 해저에 지속적으로 성장하여 최대 거리 수백 km 및 깊이 1km에 이른다.

해저협곡의 다른 발생 원인으로는 근래의 폭풍이나 지진에 기인한 혼탁류에 의해 형성되거나 저탁류의 침식으로 형성되는 것으로 생각이 되며, 이를 통해 많은 육성기원 퇴적물 등이 운반되어 쌓이게 된다. 해저협곡은 종종 심해저에서 심해선상지로 끝난다. 이렇게 대륙사면의 침전물이 해저협곡을 하강하면서 심해저로 흘러내려 선상지형태의 퇴적지형을 형성하기도 하는데 전형적인 해저협곡은 뉴욕의 허드슨강 입구의 외해에 위치한 허드슨 해저 협곡이 있고, 벵골만 해저에 발달한 것이 세계의 해저선상지 중 가장 규모가 크다.

해저협곡은 퇴적물들이 운반되고 쌓이면서 그 종류도 다양하다. 조립 내지 중립질 사암, 중간 층리 내지 엽층리, 선회 층리의 와케와 실트스톤, 발달한 사층리에서 확인할 수 있는 아리나이트와 와케 그리고 이질암 등을 포함한다.

기원

많은 학자들에 의하여 해저협곡의 기원에 대하여 뚜렷하게 밝혀지기 전에는 다음과 같은 기원으로 설명하였다.

- 단층계곡 (fault valley)

- 침수하천 계곡(drowned river canyon)

- 쓰나미 (tsunamis)

- 지하동굴의 붕괴(collapse)

- 심해저 해류의 용승(upwelling)

- 저탁류(turbidity current)

이들 가설 중에 육상협곡의 침수는 해저협곡이 대륙사면을 따라 발달됨을 발견함으로 제거되었다. 또한 쓰나미는 전세계적으로 분포하기보다 부분적인 지역에서 집중적으로 협곡에 영향을 주어야 함으로 기원이 일반적이지 못함이 입증되었다.

지하동굴의 기원도 이들 동굴은 limestone에 발달되어야 하는데 왜 화강암이나 비용해암석 (insoluble rock)에서 나타나는지를 입증하기엔 부족하다. 역시 용승류는 지역적이고 매우 약하기 때문에 충분한 능력이 되지 못한다. 단층은 연안에 평행하게 발달하는 것이 전형적인 해저 협곡에서 나타나는 경사보다 넓게 분포한다.

이들 가설 중에 가장 설득력 있는 가설로는 저탁류 기원(Daly, 1936)의 가설이 Grand Bank의 지진이후로 많은 지지를 받게되었다. 이후 많은 지질학자들이 이 저탁류 기원으로 전향하게 되었다.

그후 Kuenen(1950)의 많은 연구가 영향력을 발휘하였다. Scripps 해양연구소 연구에서 해저 바닥이 갑자기 수심이 깊어짐을 관측하였다. 처음엔 이들이 지진이 발생할 때에 사태(slide)에 의한 현상으로 생각했으나 그후 이처럼 수심이 깊어짐은 협곡이 서서히 아래로 내려가기 때문으로 생각했다. 해저류의 대표적인 사건은 Grand Bank 외해에서 해저 cable의 파괴로 강한 해저류의 존재가 인지되었다.

최근에는 해저협곡의 기원으로는 저탁류의 영향이 가장 중요한 것으로 결론 지워지고 있다. 그러나 이런 결론도 다른 가설과 어떻게 결합시키느냐가 문제이다. 예를 들어 과거 수 백 만년 동안에 상당한 침강의 흔적이 있을 법한 곳에 해저협곡이 존재하고 있기 때문이다. 프랑스 과학자들에 의하여 남부 해안을 따라서 깊은 해연(deep canyon)의 침강의 증거를 제시하였다. 또한 미 남동부 Blake Plateau에서 시추공의 자료도 이를 대변해주고 Bahama Bank에서도 마찬가지로 그 증거를 제시해주고 있다. 더욱 흥미로운 제안은 Hsu et al. (1973) 에 의해 제시된 것으로 1970년 지중해에서 시추한 자료연구에 의하면 해저에 깔려있는 암염층의 존재이다. 이것은 천해서 증발에 의하여 형성되고 그후 깊은 해양퇴적물로 덮였다는 것이다. 이 과정은 지중해가 1500만년 전에 완전히 증발되었다는 사실로 설명된다. 당시 지브롤터(Gibraltar) 수로가 차단되고 이 호수에 물의 공급이 증발의 비율보다 낮기 때문이다.

퇴적물과 퇴적상

대륙연변부 외부와 주변심해분지를 포함해서 다양한 퇴적물과 이에 따라 다양한 퇴적상을 나타내며 이들을 다음과 같이 7가지 형태로 분류하였다.

1. 역사질(gravel and pebbly sand)
2. 사질(sand)
3. 펄 - 사질 혼합(mud-sand mixture)
4. 실트 펄 혼합(silt-mud mixture)
5. 펄 (mud)
6. 교란된 퇴적물 (chaotic and unsorted sediment)
7. 우즈(ooze)

이들에 따라서 어떤 학자들은 50 여 가지의 퇴적상으로 분류하기도 하였지만 10여가지로 정리된 것이 표본이다. 깊은 바다에서의 퇴적상의 특징에는 불규칙적인 방향과 층서의 파괴가 대표적이다. 이를 형성하는 다양한 원인으로는 다양한 형태의 흐름이다 - 쇄설류(debris flow)는 생물에 의한 퇴적 흔적이 없고 바닥부분이 세립질이며 접시구조(dish structure)를 보인다.

조립질탁류(coars-grained turbidite)는 보다 조립질이며 이들은 입자류(grain flow)와 액화퇴적류(fluidized sediment flow)를 포함한다. 여기에는 사질의 imbrication이 나타나고 상부에는 사질과 다양한 탈수 구조가 나타난다. 중립질탁류(medium-grained turbidite)는 전통적인 저탁류에 의한 전통적인 순차를 보인다. 이를 Bouma sequence(1962)라 불리기도 하며 전형적인 퇴적 순위를 나타낸다. 이 모델은 퇴적양상에 대한 표준모델로 사용한다.

퇴적물 분포

협곡에서의 퇴적물 분포와 성인에 대하여서는 비교적 자료가 부족하지만 입도의 분포는 기원에 따라서 넓게 분포하다. 이들은 퇴적물의 조직과 구조에 따라서 3가지 퇴적상으로 분류한다.

1. 협곡축(canyon axis); 협곡의 축을 따라서 분포하는 것으로 가장 조립질이고 물리적인 힘에 의해 형성된 구조가 특징이다.
2. 협곡저(canyon floor) : 생물교란이 확대되어 나타난다.
3. 협곡벽(canyon wall) ; 층리화된 니질사로 구성되어 있다.

선상지(fan)은 상부 중부 하부로 나누어서 그 특징을 나타낸다. 상부선상지 (upper fan)는 해저 선상지의 기저부에 퇴적되는 퇴적물의 다양성과 복잡성을 잘 특성화하고 있다. 이 지역에는 사행수로, 단지, 제방 등이 분포하고있다. 수로와 주변 단지에는 주변으로부터 조립한 역질 침전물을 받아들인다. 하부 지역을 형성하는 상류공급수로는 복잡한 퇴적물과 흩으러진 층으로 이루어졌다. 얇은 층으로 구성된 탁류층이 상부선상지의 자연제방이나 연결수로에서 지배적이다. 이 얇은 층은 Bouma sequence의 상부를 나타내는데 사층리와 펄이 퇴적되어 있다. 하부로 갈수록 층의 두께는 증가하고 평행한 층리로 이른다.

중부선상지 (midfan)는 많은 지류에서 일반적이고 복합적이고 역질 사암이 지배적이다. 지류별로 선상지(lobe)가 형성하여 선상지가 발달함에 따라서 하부 산상지 위에 새로운 선상지가 발달하고 이 지역에는 비교적 조립한 퇴적상을 나타낸다. 하부선상지 (lower fan)는 수로가 적어지고 따라서 경사가 완만해지며 말단 선상지로 갈수록 보다 이상적인 bouma sequence를 나타내며 일반적으로 10cm 이하를 나타낸다.

특징

캘리포니아의 몬테레이 해저협곡(화살표)

몬테레이 해저협곡에서 앞바다로 향하여있는 몬테레이 해저 선상지(Melanie Richard 그림).

해저협곡은 바다에서 가장 깊은 곳인 마리아나 해구(Mariana Trench)와 같은 심해의 해구와는 다르다. 해구는 일반적으로 심해에서 해안선과 평행하게 뻗어 있다. 대조적으로 해저협곡들은 일반적으로 대륙붕에 있는 얕은 물에서 시작하여, 대륙 경계와 수직 방향으로 심해로 흐른다. 그것들은 물러가는 대홍수 물의 수로화된 흐름에 의해 침식되었다.

해저협곡은 흔히 있는 사면 협곡(slope canyons)과는 다르다. 사면 협곡의 평균 간격은 33km이고, 깊이가 100m보다 깊고, 약 6,000여개 있다. 거의 모든 사면 협곡은 가파른 대륙사면(continental slope)에 나있으며, 규모는 비교적 작다. 사면 협곡은 대홍수 이후 4500년이 지나면서 대륙붕 가장자리에 쌓여있던 느슨한 퇴적물이 주기적으로 사면 아래로 사태를 통해 밀려 내려감으로써 형성된 것이다.

그와는 대조적으로, 보다 큰 수백 개의 해저협곡들이 평평한 대륙붕 안에 파여져 있다. 이들은 항상은 아니지만, 종종 강물이 바다와 만나는 곳에서 발견된다. 그러므로 이들은 노아 홍수 후기에 홍수 물이 좁은 수로를 통해 빠져나감에 따라 침식된 협곡이다.

대륙붕 상에 있는 해저협곡은 약 1m에서 300m 이상 되는 범위의 해양 깊이에서 시작된다. 대륙붕 가장자리 근처에서의 평균 깊이는 100m이다. 커다란 카브레톤 협곡(Capbreton Canyon)은 프랑스 해안과 수직을 이루지만, 스페인 북부 해안과 거의 평행을 이루는데, 이 협곡은 해안에서 불과 250m 떨어진 곳에서 수심이 30m 밖에 안 되는 곳에서 시작한다. 미국 캘리포니아 라호야(La Jolla) 외곽의 스크립스 협곡(Scripps Canyon)도 해변 가까이에서 시작되는데, 사실상 너무 가까워서 해안쪽으로 발달되었다면, 스크립스 해양학 연구소(Institute of Oceanography)의 부두가 협곡 안으로 붕괴됐을 정도이다.

해저협곡의 평균 길이는 50km 이상이다. 때로는 해저협곡이 그 퇴적물을 지나서까지 계속 뻗어 있어서, 해저 선상지(submarine fan) 상에 협곡을 형성한다. 이 선상지 협곡을 포함하면, 해저협곡은 훨씬 더 길어진다. 예를 들어 아프리카의 콩고 협곡(Congo Canyon)은 길이가 190km가 아니라 800km가 된다. 가장 긴 해저협곡은 베링 협곡(Bering Canyon, 알류샨 열도 근처)으로, 95km의 선상지 계곡을 포함하면 전체 길이가 약 500km(그랜드 캐니언보다 길다)나 된다.

훨씬 더 관심을 끄는 것은 해저협곡의 깊이이다. 어떤 것은 그랜드 캐니언보다 더 깊고 더 넓다. 벽의 높이는 협곡의 아래로 가면서 변화하며, 양 측면은 거의 깊이가 같지 않다. 평균적으로 벽의 최대 높이는 약 900m로써 육지 협곡의 평균 높이보다 크다. 가장 높은 해저협곡의 벽은 캡브레턴 협곡(Capbreton Canyon)에 있으며, 최대 높이는 3,000m이다.

미국 캘리포니아의 몬테레이 협곡(Monterey Canyon)은 세계에서 가장 많이 연구된 해저협곡일 것이다.(오른쪽 그림) 몬트레이 만(Monterey Bay)의 모스 랜딩(Moss Landing) 부두 근처에서 18m 깊이의 물속에서 시작하여 96km 길이로 나있다. 그러한 다른 많은 협곡들처럼, 그 협곡은 해저 선상지로 이어진다.(오른쪽 그림) 선상지 계곡을 포함하여 그 협곡의 전체 길이는 약 470km이다. 최대 벽 높이는 1,700m이고, 이쪽 가장자리에서 저쪽 가장자리까지의 최대 폭은 12km로써 그랜드 캐니언과 비슷하다.

흥미롭게도 대륙붕에 있는 많은 해저협곡들은 강에서 바다 쪽으로 발견되며, 해저협곡의 많은 특징들은 강의 계곡과 유사하다. 해저협곡에는 지류(tributaries), 곡류(meander, 사행천), 곡류 만곡부(meander loop), 말굽 모양의 곡류 절단(cutoff) 등이 있다. 그렇다면 무엇이 이들처럼 강과 같은 독특한 특징을 만들었는가? 해저협곡과 육지의 강 사이의 관련성은 중요하지만, 협곡이 이들 강에 의해 직접 침식되어 형성됐다는 개념을 지지하지는 않는다. 대륙붕 표면이나 그 표면 아래에서 하천과 그에 인접해 있는 해저협곡은 직접 연결되어 있지 않다. 강은 해안선에서 갑자기 끝나고, 해저협곡은 앞바다에서 시작된다. 그리고 더 나아가, 이러한 특징들은 보통 심해에서 발견된다. 다시 말해서, 수위가 너무 깊어서 강물이 그것을 파냈다고 보기 어렵다. 이러한 특징을 유발한 원인이 무엇이든지간에 해저협곡을 파낸 것과 동일한 과정이었다.

참고자료

• 〈해저협곡〉, 《나무위키》
• 〈해저협곡〉, 《위키백과》
• National Geology, 〈해저협곡의 기원과 분포, 퇴적물과 퇴적상〉, 《지질학세계》, 2022-04-26
• 미디어위원회, 〈그랜드 캐니언보다 큰 해저협곡들은 물러가던 노아 홍수의 물에 의해 파여졌다. : 대홍수-증거〉, 《한국창조과학회》, 2020-01-08

같이 보기

• 해곡
• 해저
• 심해평원
• 대륙붕

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