지층은 원래 수평으로 쌓인다. 그런데 지구 곳곳에서는 그 납작한 지층이 마치 천을 구겨놓은 듯 물결치며 휘어진 모습을 볼 수 있다. 어릴 적 산에 올랐을 때 능선이 올라갔다 내려갔다 아기자기하게 이어지는 풍경을 보며 느꼈던 그 막연한 궁금증이 있었는데 알고 보면 수억 년의 압력이 빚어낸 답이었습니다.
배사 구조가 가진 경제적 가치, 어디까지 활용되고 있나
어릴 때 지리 수업에서 처음 배사(anticline)라는 개념을 접했을 때만 해도 그냥 지층이 위로 볼록하게 휘어진 구조 정도로만 이해했습니다. 여기서 배사란 지층이 압축력을 받아 위쪽으로 아치 형태로 솟아오른 지질 구조를 말합니다. 단면으로 보면 알파벳 A자나 산봉우리 모양인데, 가장 안쪽 핵심부에는 오래된 지층이, 바깥쪽으로 갈수록 젊은 지층이 자리합니다.
그런데 이 구조가 단순히 교과서 속 이야기로 끝나지 않는다는 걸 알게 된 건 조금 나중의 일이었습니다. 배사 구조의 꼭대기는 자연적인 트랩(trap) 역할을 합니다. 트랩이란 석유나 천연가스처럼 밀도가 낮아 위로 이동하려는 유체가 빠져나가지 못하도록 가두어 두는 지질학적 구조물을 의미합니다. 밀도가 낮은 석유와 가스는 위쪽으로 이동하다가 배사의 아치 아래에 갇히게 되는데, 전 세계 주요 유전 상당수가 바로 이 원리로 형성되어 있습니다.
제 생각에는 배사 구조의 경제적 의미에 동의하면서도, 한편으로 이런 의문이 듭니다. 학술적인 연구가 실제 자원 탐사 산업에 얼마나 빠르게 연결되고 있는가 하는 점입니다. 지질학 연구가 활발하게 이루어지고 있다고 보는 분들도 있는데, 저는 연구 결과가 현장에 실질적으로 반영되는 속도가 더 빨라져야 한다고 생각합니다. 미국 지질조사국(USGS)에 따르면, 전 세계 미발견 석유 자원의 상당 부분이 여전히 충분히 탐사되지 않은 배사 트랩 구조에 잠들어 있을 가능성이 있습니다(출처: 미국 지질조사국).
습곡을 기술하는 데 쓰이는 핵심 요소들을 정리하면 다음과 같습니다.
- 힌지(hinge): 지층이 가장 많이 굽어진 부분을 잇는 선
- 습곡축(fold axis): 힌지를 통과하며 습곡의 방향성을 나타내는 가상의 선
- 축면(axial plane): 습곡의 양쪽 날개를 나누는 기준면으로, 수직이거나 기울어질 수 있음
- 날개(limb): 축면을 기준으로 양쪽으로 뻗어나간 지층 부분
이 요소들을 알면 야외에서 지층을 마주쳤을 때 단순히 "굽어 있네" 하고 지나치는 게 아니라, 어느 방향에서 힘이 가해졌는지를 추적할 수 있게 됩니다. 제가 직접 지형을 유심히 관찰하기 시작한 건 이 개념들을 배우고 나서였는데, 같은 산길을 걸어도 전혀 다른 눈으로 보이더라고요.
향사산이라는 역설, 지형은 지질 구조와 일치하지 않는다
향사(syncline)는 배사와 반대로 지층이 아래쪽으로 오목하게 휘어진 구조입니다. 여기서 향사란 U자 형태로 지층이 아래를 향해 굽어진 지질 구조를 말하며, 가장 안쪽에는 가장 젊은 지층이, 바깥으로 갈수록 오래된 지층이 배치됩니다.
일반적으로 향사는 낮은 지대나 계곡을 형성할 것이라고 생각하기 쉬운데, 실제로는 그렇지 않은 경우가 꽤 있습니다. 향사산(synclinal mountain)이라는 현상이 대표적입니다. 향사산이란 향사 구조의 중심부가 오히려 주변보다 높은 지형을 이루는 것인데, 압축력을 받은 향사 핵심부의 암석이 더 단단하게 결합되어 침식에 강하게 저항하기 때문에 생겨납니다. 이를 지형의 역전(topographic inversion)이라고 부릅니다. 솔직히 이건 처음 접했을 때 꽤 예상 밖이었습니다. 오목하게 파인 구조가 산이 된다는 게 직관적으로 잘 납득이 안 됐거든요.
미국 애팔래치아 산맥의 일부 구간이 이 향사산의 사례로 자주 언급되는데, 수억 년에 걸친 침식의 결과물이라고 생각하면 조금 더 와닿습니다. 제 경험상 이런 역설적인 지형은 직접 가보거나 사진으로 보기 전까지는 감이 잘 잡히질 않더라고요.
더 복잡한 구조로 가면 횡와 습곡(recumbent fold)이 등장합니다. 횡와 습곡이란 축면이 거의 수평에 가깝게 누워 있어 오래된 지층이 젊은 지층 위로 올라가는 역전된 형태를 말합니다. 히말라야나 알프스처럼 판과 판이 충돌한 대규모 조산대에서 흔히 관찰되는 구조입니다. 한국지질자원연구원에 따르면, 한반도 역시 고생대와 중생대를 거치며 여러 차례 조산 운동을 겪어 태백산 분지 일대의 석탄 지층에서 다양한 습곡 구조의 흔적을 확인할 수 있습니다(출처: 한국지질자원연구원).
또한 습곡의 규모는 현미경 수준의 작은 것부터 수백 킬로미터에 걸친 거대한 것까지 폭넓게 존재하며, 큰 습곡 안에 작은 습곡이 반복적으로 나타나는 복습곡(parasitic fold) 현상도 자주 관찰됩니다. 제가 주변 지형을 유심히 살피는 습관을 갖게 된 것도 이런 구조들이 실제로 우리 주변 어디에나 있다는 걸 알게 되면서부터였습니다.
자연이 만들어낸 이 풍경이 신비롭게 느껴지는 건, 그것이 수억 년 치의 시간을 압축해서 보여주기 때문인 것 같습니다. 그리고 그 시간이 빚어낸 지형을 우리가 무심코 밟고 지나간다는 사실이 때로는 묵직하게 다가옵니다. 수억 년에 걸쳐 형성된 습곡이 도시 확장이나 개발로 훼손된다면, 그건 단순한 땅의 문제가 아니라 지구의 기록을 지워버리는 일이기도 합니다. 우리가 발 딛고 사는 이 땅이 어떤 역사를 품고 있는지, 한 번쯤 가까운 산에서 지층의 결을 따라가며 생각해보시길 권합니다.