종유석

종유석(鍾乳石, stalactite)

단양 노동동굴에 발달된 종유석, 석순, 석주.

석회암 지역에 나타나는 카르스트 지형

종유석(鍾乳石, stalactite)은 동굴의 천장에 고드름처럼 매달린 원추형의 광물질이다.

대부분 석회암 동굴에 매달린 석회암질의 고드름인 경우가 많지만 석고나 그 밖의 다른 광물질로 구성되는 경우도 있다. 지하수가 천장에서 떨어지는데, 지하수의 석회 성분인 탄산수소칼슘이 증발하는 수분으로 인해 다시 결정화되어 오랜 기간동안 아래방향으로 성장한다.

종유석의 단면을 살펴보면 동심원상의 구조를 가지며 안쪽에서 바깥쪽으로 성장한다. 모든 종유석은 석회동굴의 천장에 매달려있던 한 방울의 물에서부터 시작한다. 물방울이 바닥으로 떨어지면서 아주 얇은 고리모양의 침전물을 남기는데 한 방울 한 방울이 떨어지면서 남긴 침전물들이 쌓여 가늘고 긴 빨대 모양의 종유석을 만든다. 이렇게 성장하는 빨대형 종유석은 가장 단순한 형태의 종유석이며 종유석의 관이 이물질 등에 의해 막히면 바깥표면을 따라 물이 흐르기 시작한다. 결국 흐르는 물에 침전된 탄산칼슘에 의해 가늘고 길던 종유석은 고드름 모양의 형태를 가지게 된다. 종유석의 중심에는 0.5mm 정도 두께의 얇은 관의 형태를 나타내는 경우가 많으며, 종유석을 따라 물이 떨어지면서 아래에 석순이 성장하기도 한다. 석순과 종유석이 만나 하나의 기둥을 만들면 이를 석주라 한다.

세계에서 가장 긴 종유석은 브라질의 그루타 레이 동굴(Gruta Rei do Mato)에 있는 20 미터짜리 종유석이다.

개요

종유석은 지하수에 용융된 석회 성분이 고결되어 만들어진 고드름 모양의 암석이다. 종유동(석회암 동굴)의 천장에 석회암의 용식(溶蝕)으로 생긴 고드름 모양의 석회 기둥이다. 석회암의 주성분인 탄산 칼슘(CaCO₃)이 이산화탄소(CO2)를 함유한 물에 녹아서 탄산수소칼슘(Ca(HCO₃)2)을 만든다.

CO₂용해

H₂O + CO₂ → H+ + HCO₃-

탄산 칼슘 용해

CaCO₃ +H₂O → Ca+ + HCO₃- + OH-

전체 반응식

CaCO₃ +2H₂O + CO₂ → Ca(HCO₃)₂ +H₂O

이 용액이 종유동의 천장에 스며 떨어질 때, 이산화탄소를 함유한 수분이 공기중으로 방출되기 때문에 다시 탄산 칼슘의 결정으로 침착(沈着)하여 고드름 모양의 종유석을 이루게 된다.

Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃ + H₂O + CO₂

종유석 바로 밑의 동굴 바닥에는 종유석에서 떨어진 지하수에 의해 종유석과 같은 성분으로 된 석순이 형성되며, 오랜 시간이 지나면, 종유석과 석순이 충분히 자라나 서로 만나 석회 기둥을 형성하는데 이를 석주라고 부른다.

어원

Stalactite는 물방울이 한 방울씩 '똑똑 떨어지는'을 뜻하는 그리스어 stalasso에서 유래. 이 광물에 대한 한국어는 종유석, 조선어는 고드름돌 또는 종유석, 중국어는 钟乳石(종유석), 일본어는 鍾乳石(종유석)이며, 종유석은 '젖이 모여서 만들어진 돌'을 뜻한다.

특징

• 화학식 : CaCO3
• 색 : 흰색, 투명, 연회색, 황색
• 모양 : 고드름 모양, 젖꼭지 모양, 빨대 모양 등

연원 및 변천

지각을 구성하는 모든 암석은 용식작용을 받는데 특히 석회암은 탄산가스가 함유된 물에 잘 용식되어 돌리네와 석회동굴같은 특이한 카르스트 지형을 만들어 놓는다. 이때 석회암을 용식시킨 물 속에는 탄산칼슘과 탄산가스가 들어 있는데 이 물이 동굴속으로 스며들어 동굴 대기와 만나면 다시 물속에 있던 탄산가스가 방출되고 탄산칼슘이 일부 침전된다.

그러나 처음 발달한 석회동굴은 물로 가득차 있기 때문에 이런 상황에서는 침전작용이 일어나기 어렵다. 침전작용이 일어나는 것은 동굴의 물이 빠져나가고 동굴 내부가 공기로 채워지는 순간부터이다. 동굴에 공기가 채워지고 동굴속으로 스며드는 물 속의 탄산칼슘이 침전되면서 각종 지형이 새롭게 동굴을 채우게 되는데 이들 지형을 스펠레오뎀(speleothem)이라고 한다.

스펠레오뎀에는 점적석(點滴石, dripstone)과 유석(流石, flowstone)이 있다. 점적석은 동굴 천장에서 떨어지는 물방울에 의해 형성된다. 물방울이 떨어지기 직전에 탄산가스의 방출과 탄산칼슘의 침전은 물방울 표면에서 일어나는데 그 결과로 만들어지는 것이 가느다란 관 모양의 짚종유석 혹은 관상종유석(管狀鐘乳石)이라 불리는 것이다. 동굴 천장에 무리지어 매달리는 짚종유석은 굵기가 물방울 크기만 한데 이 짚종유석이 굵어지고 길어지면 종유석이 된다.

이러한 성장 과정을 거치기 때문에 종유석에는 나무의 나이테처럼 환상구조가 관찰된다. 유석은 물이 넓게 퍼지면서 흘러내리는 동굴벽에 형성되는 것이다. 이렇게 만들어진 종유석은 마치 창문에 달아놓은 커튼 모양이라고 해서 이를 커튼 종유석이라고 하는데 다른 말로는 종유 커튼, 포상종유석(布狀鐘乳石), 베이컨 시트(bacon like sheets)라고도 부른다. 베이컨 시트라는 말은 마치 삼겹살을 닮았다는데서 붙여진 이름이다.

한국 현황

한국에는 석회암 지역에 다양한 규모의 석회동굴이 발달해 있고 이들 동굴들 속에는 많은 종유석들이 형성되어 있다. 특히 영월의 연하굴(蓮下窟)은 총길이가 200미터로 짧지만 천정은 화려한 짚종유석으로 단장되어 있다. 미공개 석회동굴인 연하굴은 한국에서 종유석의 단위면적당 밀집도가 가장 높은 동굴로 알려졌다. 단양의 천동굴(泉洞窟)에도 동굴의 규모에 비해 전형적인 짚종유석이 밀도있게 형성되어 있다. 삼척 환선굴(幻仙窟)의 '도깨비 방망이'는 한국 석회동굴에 발달한 종유석 중 가장 큰 규모에 속하는 것으로 알려져 있다.

참고자료

• 〈종유석〉, 《위키백과》
• 〈종유석〉, 《한국민족문화대백과》
• 〈종유석〉, 《두산백과》
• 〈종유석〉, 《기본광물암석용어집》

같이 보기

• 석회암
• 고드름
• 석회
• 탄산칼슘
• 석순
• 석회동굴

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