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용암동굴
용암동굴(熔岩洞窟)은 굳은 용암의 표면 아래에 형성된 동굴을 말한다. 용암이 흘러내리면서 표면은 차가운 공기 때문에 굳어지고, 내부 용암은 그대로 흘러나가면서 만들어지게 된다.
형성
용암동굴은 화산이 폭발하여 용암류가 흐르는 곳에서만 생성되지만, 용암류가 흐르는 곳이라 해도 모두 용암동굴이 발달하는 것은 아니다. 화산활동으로 흘러내리는 용암류의 성분은 지하에서 마그마(Magma)가 만들어지는 위치나 근원물질에 따라 달라질 수 있다. 지하의 고온·고압 환경하에서 용융상태로 존재하는 마그마 또는, 이러한 마그마가 지표로 분출한 용암류는 규산(SiO₂) 성분의 함량에 따라 성질이 달라진다. 규산성분의 함량이 많은 용암류일수록 점성(끈끈한 정도; Viscosity)이 증가하여 유동성이 낮아지고, 반대로 규산성분이 적은 용암류일수록 점성은 감소하고 유동성은 증가하게 된다. 화산활동으로 지표에 분출되는 용암류의 온도는 대부분 1,000℃ 이상에 이른다. 용암동굴은 화산활동에 의해서 점성이 낮아 유동성이 큰 현무암질 용암류가 분출하여 낮은 곳으로 흘러내릴 때, 용암류의 표면 쪽은 주위 대기의 낮은 온도에 의해 먼저 식어서 굳어지지만, 내부의 굳지 않은 용암은 계속 흘러내리면서 빠져 나가기 때문에 내부가 빈 기다란 튜브(Tube) 형태로 만들어지는 동굴이 용암동굴이다. 따라서 일반적으로 동굴을 'Cave'라고 표기하지만, 용암동굴은 'Lava tube'라고 표기하는 경우가 많다. 그러나 'lava tube'와 'lava tube cave'를 구별하기도 한다. 즉 용암도관(熔岩導管)이라는 의미의 Lava tube는 액체상태의 용암류를 둘러싸고 있는 굳은 껍질 즉, 관(管) 모양 자체인 도관(Tube)을 가리킨다. 따라서 용암도관은 용암을 냉각시키는 효과를 갖고 있는 공기와 액체인 용암을 분리시키는 역할만을 하고 있는 것이며, 용암동굴(Lava tube cave)은 용암도관에서 용암이 빠져나가 생긴 빈 공간인 동굴 자체를 가리키기도 한다.
규산 성분이 많아서 점성이 높아 유동성이 낮은 용암류는 잘 흘러가지를 못하고 뭉치기 때문에 용암동굴을 만들기가 매우 어렵다. 따라서 대부분의 용암동굴은 화산암 중에서도 주로 규산 성분의 양이 적은 현무암과 같은 암석 속에 발달되어 있다. 현무암을 만드는 용암을 현무암질 용암(고철질 용암, 염기성 용암이라고도 부름)이라고 부르며, 용암동굴은 현무암질 용암류가 흐를 때 잘 발달한다. 점성이 낮아 잘 흘러가며, 식어 굳으면 표면이 매끄럽고 반질반질한 현무암질 용암을 파호이호이 용암(Pahoehoe lava)이라고 한다. 그러나 현무암질 용암류보다 점성이 큰 안산암이나 유문암 지대에서도 드물게 용암동굴이 보고되고 있다. 화산암 지대에는 용암류가 흐르면서 만들어진 용암동굴 외에도, 마그마가 지표로 올라오는 통로가 되는 화도(火道; Volcanic vent)나 그 외의 원인으로 동굴이 생성되기도 한다. 따라서 이들을 모두 포함하여 화산동굴(火山洞窟; Volcanic cave)이라는 용어를 사용하기도 한다.
앞에서 설명한 바와 같이 용암동굴은 점성이 낮아 유동성이 큰 현무암질 용암류가 흐를 때, 대기와 접한 표면이 먼저 식어 굳어지고, 용암류 내부의 굳지 않은 용암은 계속 흘러내리기 때문에 속이 빈 용암동굴이 발달하게 된다는 단순한 원리이지만, 규모가 크거나 복잡한 구조를 갖게 되는 용암동굴의 진화과정에는 여러 가지 이론이 제기되고 있다.
지표에 발달한 계곡이나 평지를 따라 용암류가 흘러내릴 때에는 용암류보다 상대적으로 온도가 낮은 지표면이나 공기와 맞닿은 부분부터 먼저 식어 굳어지면서 점차 용암동굴이 형성된다. 한편, 어느 정도 편평한 지표면을 따라 파호이호이 용암이 흘러내릴 때에는 용암류의 앞부분(선단 부분)에서부터 낮은 온도의 지표면과 공기가 맞닿아 먼저 식으면서 수축된다. 그러나 상류에서 계속 흘러 내려오는 용암류의 압력으로 선단부는 부풀어지면서 두터워지고, 시간이 흐를수록 용암류는 갈라지기도 하여, 결국에는 굳지 않은 용암류는 빠져나가서 용암동굴이 발달하게 되기도 한다.
진화과정
용암동굴이 생성되는 과정에서 동굴 속을 흐르는 용암류의 뜨거운 열에 의한 침식작용이 진행되는데 이를 열침식작용(熱浸蝕作用; Thermal erosion)이라 한다. 열침식작용이란 동굴 속을 흐르는 용암류의 1,000℃가 넘는 뜨거운 열에 의하여 동굴의 바닥이나 벽 또는 천장을 이루고 있는 암석(용암)이 녹아 깎이게 되는 작용을 말한다. 따라서 용암동굴 속으로 용암류가 흐르게 되면, 열침식작용이 일어나 용암동굴의 구조는 더욱 복잡하고, 규모가 크게 변하게 된다.
일반적으로 두터운 대규모 용암류가 흘러갈 때에는 단순한 구조의 용암동굴이 발달하지만, 대부분의 경우에는 작은 규모의 용암류가 여러 번 흘러와 계속 쌓이면서, 여러 개의 소규모 용암동굴이 발달하게 된다. 그러나 이러한 소규모의 동굴들은 계속해서 동굴 속으로 흘러드는 용암류의 뜨거운 열에 의하여 열침식작용을 받게 되거나, 수축과 팽창의 반복으로 낙반이 생겨 동굴의 구조나 규모 등에 많은 변화를 가져오게 됨과 더불어, 용암으로 이루어진 여러 가지 미지형이나 동굴생성물들이 형성되기도 한다. 용암동굴은 용암류가 분출하여 흘러갈 때에 형성되는 동굴이기 때문에, 용암이 굳어서 동굴 내에 발달하게 되는 미지형과 동굴생성물들도 그 동굴을 만든 용암의 분출시기 즉, 화산활동 시기와 거의 대부분 일치한다.
제주도에서만 발견이 되고 있는 용암동굴은 수십만 년 전 내지 수천 년 전, 화산활동이 있었을 당시에 만들어져 지금까지 유지해 오고 있으며, 새로운 화산폭발이 일어나 열침식작용을 받지 않는 한, 용암동굴은 무너지는 것 이외의 변화는 거의 없을 것이다.
이에 반하여, 석회암동굴은 석회암이 만들어진 시기와 석회암동굴이 만들어진 시기 사이에는 매우 오랜 시간적 차이가 있다. 주로 강원도와 충청북도에 많이 분포하는 석회암은 현재와 같은 한반도의 모양이 형성되기 훨씬 이전, 지금으로부터 약 5억 1천만 년 전 내지 4억 6천만 년 전 사이에 바다에서 만들어 졌지만, 그 석회암 내에 발달한 석회암동굴은 오랜 시간 동안에 걸쳐 지각변동에 의하여 한반도가 형성되고 난 이후, 수십만 년 전 내지 수만 년 전 사이에서부터, 아무리 길어도 수천만 년 전부터 또는, 수백만 년 전부터 발달하기 시작하여 지금까지 계속 진행되고 있는 것으로 판단하고 있으며, 앞으로도 계속 변화할 것이다.
석회암동굴이 석회암지대에 자연적으로 만들어진 '물의 예술작품'이라 한다면, 용암동굴은 화산활동으로 분출된 현무암질 용암류에 발달하는 '불의 예술작품'이라고 할 수 있다.
거문오름용암동굴계
거문오름용암동굴계란 제주특별자치도 제주시 조천읍 선흘리에 위치하는 거문오름(약 8,000년 전에 형성, 해발 456m, 천연기념물 제444호)이라는 작은 화산체에서 점성이 낮아 잘 흘러가는 현무암질 용암류가 분출하여 북동쪽으로, 구좌읍 월정리 해안까지 약 13㎞를 흘러내리는 동안, 여러 개의 용암동굴들이 발달하였는데, 이 용암동굴들의 무리를 가리킨다. 거문오름용암동굴계에 속하는 동굴들은 거문오름에 가까운 동굴부터 순서대로 선흘수직동굴, 벵뒤굴(총 길이 약 4,500m, 천연기념물 제490호), 웃산전굴(총 길이 약 2,400m)과 북오름굴(총 길이 약 220m) 및 대림굴(총 길이 약 170m)(이 세 동굴을 거문오름용암동굴계 상류동굴군이라고 함. 천연기념물 제552호), 만장굴(총 길이 약 7,200m)과 김녕굴(총 길이 약 700m)(천연기념물 제98호), 용천동굴(총 길이 약 3,660m 이상, 천연기념물 제466호), 당처물동굴(총 길이 약 360m, 천연기념물 제384호)이며, 앞으로도 더 많은 동굴들이 발견될 가능성도 있다.
거문오름용암동굴계의 동굴들은 거의 하나의 용암류 내에 발달한 동굴들로 판단되어, 생성초기에는 대부분 연결되었을 가능성도 있었겠지만, 용암이 꽉 들어차 완전히 메워지거나, 동굴이 무너져 서로 분리되면 이름을 달리 부르게 된다. 총 길이라는 것은 하나의 동굴과 직접 연결되어 있는 상하층의 동굴이나 가지굴 등의 길이를 모두 합한 것이다. 거문오름용암동굴계에서 가장 규모가 큰 용암동굴은 만장굴이며, 일부가 일반인들에게 공개되어 관람할 수 있다. 거문오름용암동굴계에서 가장 화려하고, 현재까지 전 세계에서 유일하게 제주도에만 있는 것으로 평가를 받고 있는 용암동굴은 당처물동굴과 용천동굴이다. 이 두 동굴은 검은 색의 용암동굴이지만, 동굴 내부에 발달해 있는 동굴생성물들은 용암성분의 1차 동굴생성물은 물론, 석회암동굴에서나 볼 수 있었던 흰색의 2차 석회질 동굴생성물들이 무수히 발달해 있어, 흑백의 조화가 극치를 이루고 있을 뿐만이 아니라, 용천동굴에는 약 1,000여 년 전, 사람들이 드나들면서 어떤 의식을 진행했던 것으로 판단되는 많은 흔적(토기, 숯, 나무토막, 동물의 뼈, 제단, 벽면의 글씨 등)이 그대로 남아있다. 또한 용천동굴 끝 부분에는 커다란 호수가 있으며, 바다까지 연결된 수중동굴 구간과 눈이 퇴화된 흰 색의 물고기(미끈망둑속 어류의 일종)가 살고 있다. 당처물동굴은 1994년 주민이 농토를 정리하다가 우연히 발견되었으며, 용천동굴은 세계자연유산 등재 신청을 준비하고 있던 2005년5월 전신주를 교체하려다가 이 동굴 또한 우연히 발견되었다.
제주도의 한라산, 거문오름과 거문오름용암동굴계, 성산일출봉 등 3지역을 'Jeju Volcanic Island and Lava Tubes(제주 화산섬과 용암동굴)'이라는 이름으로, 2007년 우리나라에서는 유일하게 유네스코(UNESCO) 세계자연유산으로 등재되었으며, 등재 결정에 있어서 가장 핵심이 된 것은 세계에서 제주도에만 있다고 평가된 당처물동굴과 용천동굴의 다양하고 수많은 석회질 동굴생성물과 화려함이다. 이렇게 용암동굴에서는 좀처럼 보기 어려운 수많은 석회질 동굴생성물들이 발달하게 된 원인은 바닷가에 있던 흰 모래가 바람에 날려 동굴 위의 지표면에 쌓여 사구(砂丘)를 이루고 있었기 때문이다. 제주도의 흰 모래들은 탄산칼슘 성분으로, 바다에서 살던 여러 생물체들의 껍질이 부서진 패사(貝砂; Shell sand)들이다. 이 탄산칼슘 성분의 패사가 빗물에 녹아 당처물동굴이나 용천동굴의 벽이나 천장의 갈라진 틈(절리)을 따라 동굴 내부로 흘러든 후, 다시 분해되어 탄산칼슘이 침전되면서 다양한 모습으로 자라났기 때문이다. 더욱이 동굴 천장의 갈라진 틈(절리)을 따라 동굴 내부로 들어온 식물의 뿌리를 피복하면서 대부분의 석주들이 발달되었기 때문에 석회암동굴의 석주와는 차이가 큰 특이성을 갖는다. 이러한 현상은 석회암동굴에서 일어나는 아래와 같은 화학반응이 탄산칼슘 성분인 패사로 인하여 용암동굴 속에서도 일어났기 때문이다. 비의 양은 날씨에 따라 달라지고, 석회질 동굴생성물의 성장은 비의 양에 따라 달라지기 때문에 이러한 동굴생성물을 분석하면 고기후를 이해할 수 있게 된다.
이러한 거문오름용암동굴계의 독특한 특징에 대한 이해를 돕기 위하여 교육자료 개발보고서가 발행되었다. 특히, 거문오름용암동굴계의 상류동굴군인 웃산전굴과 북오름굴 및 대림굴에 대한 종합학술조사도 이루어졌으며, 2018년에는 이 상류동굴군이 기존의 세계자연유산 지역에 추가되어 확대등재 되었다.
동영상
참고자료
- 〈용암동굴〉, 《네이버지식백과》
- 〈용암동굴〉, 《네이버지식백과》
- 〈용암동굴〉, 《위키백과》
- 〈용암동굴〉, 《나무위키》
- 〈거문오름 용암동굴계〉, 《위키백과》
같이 보기
