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1. 개요
石灰洞窟 / lime cave카르스트 지형 중 하나로 석회암을 기반암으로 하는 지층에서 유수, 즉 흐르는 물의 용식(溶蝕, 빗물이나 지하수가 암석을 용해하여 침식하는 현상) 작용으로 인한 지층이 침식으로 생기는 동굴. 다른 말로 종유굴(鍾乳窟), 종유동(鍾乳洞)이라고도 한다.
2. 생성 과정
석회암의 주성분인 방해석, 즉 탄산칼슘(CaCO3)이 절리(암석의 균열)나 지층의 층리(퇴적암이 형성될 때 층을 이루는 입자의 크기, 색, 조성 구조 따위가 서로 달라서 만들어지는 수평 방향의 구조)를 따라 흘러온 지하수에 포함된 이산화 탄소에 녹아 형성된다. 여기서 이산화 탄소는 대기 중에 있다가 물과 결합하여 탄산이 된 상태이다. 암석의 절리와 층리에 따라 다양한 형태로 생성된 석회동굴에서 탄산칼슘의 역반응이 밑에 서술된 동굴 내 미지형, 즉 2차 생성물을 만들어 낸다.이를 화학식으로 나타내면 다음과 같다.
H2CO3 (탄산 용액) + CaCO3 (탄산칼슘) ↔ Ca(HCO3)2 (탄산수소칼슘)[1]
이 과정을 통해 석회암이 계속해서 탄산수소칼슘으로 변하고 탄산수소칼슘은 주변 물에 용해되므로 석회석이 제거되어 동굴이 생성되게 된다. 마지막으로 지표의 침식과 용해가 계속되면 동굴 천장이나 벽에 구멍이 생겨 동굴이 외부로 드러나게 되는 것이다.
3. 동굴 내 미지형
미지형이란 지도상에서 표현되지 않는 아주 작은 기복이 있는 지형들을 지칭하는 용어로, 특히 석회동굴 내의 카르스트 미지형은 스펠레오뎀(speleothem)이라고도 부른다. 석회 동굴 안에서 탄산 칼슘이나 방해석이 녹아 있는 지하수가 동굴 천정에서 떨어지거나 벽을 따라 흘러내리는 과정에서 바닥에 가라앉거나 쌓이면서 형성된다. 종유관, 종유석, 석순, 석주, 동굴진주, 석회단구, 동굴커튼, 동굴산호, 동굴팝콘 등등 다양한 형태를 가진 지형지물이 관찰되는데, 이 같이 지상에서 흔히 볼 수 없는 지형 덕분에 관광 자원으로 활용되기도 한다.- 점적석(點滴石): 위에서 서술한 과정을 통해 동굴 천정에 탄산수소칼슘이 용해된 지하수가 맺히게된다. 그리고 그 물방울들이 방울방울 떨어지면서 탄산수소 가스가 증발하면서 탄산칼슘이 석출되어 형성된 것.
- 종유관(鍾乳管) - 지하수가 종유동의 천장에서 맺히며 석회질이 천장에 수직으로 매달린 빨대 모양을 형성한 것.
- 종유석(鍾乳石) - 종유관의 상위호환. 석회질이 섞인 물이 종유관을 타고 내려가는 것을 반복하며, 석회질이 종유관을 더욱 웅장하고 아름답게 만든 것.
- 석순(石筍) - 돌로 된 죽순이라는 뜻. 지하수가 동굴 천장이나 종유석에서 떨어지며 바닥에 죽순 모양의 석회질을 형성한 것.[2]
- 석주(石柱) - 말 그대로 기둥 모양. 종유관과 석순이 생성 과정을 반복하여 마침내 연결되어 하나가 된 것
- 동굴진주 - 진짜 진주는 아니고, 동굴 속 작은 홈에 물이 떨어져 홈 속의 작은 돌이 움직여 그 주위에 광물이 침전하여 동그랗게 형성된 것. 동굴의 생태계를 확인하는 자료로 쓰일 수 있으니 함부로 다루지 말자.
- 유석(流石): 동굴 벽과 바닥으로 흘러내리는 물에 의해 형성된 지형
- 곡석 - 종유관이 생성되는 과정에서 알 수 없는 원인으로 수직 방향이 아닌 불규칙적인 방향으로 자라 꼬이고 꺾인 모습이 된 것. 물이 잘 흐르지 않는 동굴 천장, 석주와 종유석의 표면, 유석의 주름진 틈 등에 형성된다.
- 석화(石花) - 암석으로부터 극소량의 물이 스며 나와 바늘 모양의 결정을 중심으로 석회 지형이 자라 사방으로 바퀴살처럼 펼쳐지면서 꽃 모양이 된 것.
4. 국내의 석회동굴
국내에는 고생대 바다에서 생성된(호성층) 조선 누층군의 영향으로 평남지향사와 옥천지향사에 석회 동굴이 나타난다. 그중 옥천지향사 지대의 영월의 고씨동굴, 정선의 화암동굴, 단양의 단양 고수동굴 등이 유명하다. 평남지향사 지대는 장연의 꽃재굴(花窟), 개천의 송암동굴, 지하 금강이라는 명성이 있던 영변의 동룡굴(蝀龍窟), 백령동굴이 있지만 죄다 북한 영역.제주도에는 당처물동굴, 용천동굴#1 #2 #3 등 용암동굴이면서도 석회동굴의 특징인 종유석이나 석순 등을 가진 것들이 있는데, 이는 조개껍데기 등으로 인해 석회 성분을 갖게 된 지상의 모래가 빗물 따위에 섞여 땅이 갈라진 틈에 스며들거나 땅속을 깊이 파고들어 간 나무뿌리를 타고 내려가면서 석회 지형을 생성했기 때문이다. 하지만 헷갈리지 말자. 이들은 외부가 석회동굴로 변해가고 있긴 하지만 어디까지나 용암 동굴이다. 이에 따라 가짜 석회동굴이란 의미로 '위종유굴'이라 하기도 한다. 내부 곳곳에 생긴 석회 지형들은 석회암으로 되어 있지만, 동굴 자체는 화성암인 현무암으로 되어 있다. 제주도는 전체가 해저에서 솟아오른 화산에서 나온 현무암 덩어리나 마찬가지다.
5. 해외의 석회동굴
오키나와 난죠 시 오키나와 월드 안에 있는[3] 석회동굴 교쿠센도(玉泉洞, 옥천동) (출처는 위키미디어 공용)
일본에도 여러가지 석회 동굴이 있는데, 크게 오키나와와 이와테 이와이즈미(岩泉) 두 지역으로 나눌 수 있다. 우선 오키나와에는 수많은 석회동굴이 자리 잡고 있다. 오키나와 제도 자체의 지질이 석회암 지대이기 때문. 오키나와어로는 이러한 석회 동굴들을 가마(ガマ)라고 부른다. 오키나와 전투 당시에는 많은 피난민들이 가마에 몸을 피했고, 또 일본군은 가마를 기지로 유용하게 사용하였다. 이러한 지하기지는 공격자가 공략하기 아주 까다롭고 수많은 사상자가 발생하는 것이 필연적인 견고한 요새다. 때문에 미군은 내부로 진입하지 않고 수비군을 처치하는 용도로 전통적으로 사용하던 화염방사기를 이용해 동굴 안으로 화염을 마구 뿌렸고, 민간인 군인 가리지 않고 많은 수의 사람들이 질식사했다. 동굴같이 한정된 공간에 가연성 물질에 불을 붙여 불을 지르면 순식간에 산소가 사라지기 때문.
이 동굴은 안에 들어가면 굉장히 습해서, 기온이 그렇게 높지도 않은데 땀이 계속 난다. 한국의 동굴을 생각하고 들어가면 안 된다.
이와테현 이와이즈미의 경우 한국의 충북 단양군과 유사한 카르스트 지형이 많아, 석회동굴이 많다. 대표적으로 류센도(龍泉洞)와 앗카도(安家洞)가 있으며 이외에 수 많은 석회동굴이 있다. 특히 류센도는 고수동굴과 공통점이 여럿 있으며, 일본 내에서도 고수동굴과 비슷한 포지션이다.
미국 버지니아 주의 루레이(Luray) 석회동굴은 무수히 많은 종유관(stalacpipe)들을 갖고 있는데, 한 음악가가 거기다 파이프오르간을 설치해 놓았다. 의외로 맑고 차분하며 투명한 소리가 난다.
미국 유타 주에 위치한 너티 퍼티 동굴도 석회동굴이다. 한때는 레저스포츠용 동굴로 유명한 인기 스팟이었는데 일반적인 동굴과는 다르게 내부가 사람 한명이 엎드려서 겨우 기어다닐 정도로 매우 비좁고 복잡한 구조다. 그러나 2009년 11월 25일 존 존스라는 사람이 이곳에서 비극적으로 사망하는 사고가 발생하자 당국은 해당 동굴 입구에 공구리를 쳐서 영구히 봉쇄하였다.