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산림정보 : Korea Forest Research Institute Library
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토양생성작용
암석의 풍화작용
암석이 오랜 세월을 거쳐 비, 바람, 기온, 생물 등의 작용을 받으면 그 조직이 변화되어 기계적으로 붕괴(disintegration)됨으로써 점차 미세한 입자로 변화되고, 다시 화학적으로 분해(decomposition)되어 그 본질이 변하게 된다. 이와 같이 토양단면의 층위가 이루어지기 직전, 즉 부드러운 물질이 생성될 때까지의 작용을 풍화작용(weathering)이라 하고, 그 후 토양단면이 이루어지는 작용을 토양 생성작용(soil formation)이라 한다. 풍화작용은 암석광물이 환경조건에 의해 그 형태가 변화되는 물리적(기계적) 풍화작용(physical weathering, mechanical weathering), 그 성분이 분해되어 그 성질이 변화되는 화학적 풍화작용(chemical weathering), 생물에 의한 물리적 · 화학적 작용이 따르는 생물적 풍화작용(biological weathering) 등으로 나눌 수 있다.

암석의 풍화작용 이미지

 

모암   ->   모재  ->  토양
모암 이미지모재 이미지토양이미지

암석의 풍화작용 및 토양생성 과정

물리적 풍화작용
온열의 작용
온열(溫熱)의 변화가 심하면 암석의 표면은 팽창 또는 수축된다. 암석은 열에 대한 부전도체이므로 표면과 내부의 온도차가 큰데, 이것이 오랫동안 되풀이됨으로써 균열이 생기고 붕괴된다. 암석이 부스러져 떨어져 나온 암석광물도 더욱 미세한 입자로 나뉘어 진다. 이와 같은 온열에 의한 암석광물의 풍화작용을 온열풍화(temperature weathering)라고 한다.
대기의 작용
바람은 침식, 운반, 퇴적의 3가지 작용으로 토양생성에 관여한다. 모래나 가벼운 풍화물질을 날리며, 이것이 암석에 부딪혔을 때에는 그 표면이 깎이고 부스러진다. 이와 같이 바람에 의하여 암석이 부서지는 현상을 풍식(wind erosion)이라고 한다.
물의 작용
물의 기계적 작용으로는 빗물, 하류, 빙하 등에 의한 작용을 들 수 있으며, 이것들은 모두 침식, 운반 및 퇴적작용을 한다. 빗방울은 암석을 분쇄하는 작용이 매우 미약하지만, 이것이 오래 계속되면 마침내 암석이 깎이고 만다. 건조한 지방의 점판암이 성층면에 빗방울이 떨어지면 자국이 생기는데, 그 자국을 우흔(雨痕, rain drop) 이라고 한다.
 
화학적 풍화작용
암석이나 토양 중의 광물은 여러 가지 영향을 받아 그 화학적 조성이 다른 새로운 물질로 변화된다. 기계적 풍화작용을 붕괴라고 하는데 대하여 화학적 풍화작용을 분해라고 한다. 화학적 풍화작용에 있어서는 산화(oxidation), 환원(reduction), 가수분해(hydrolysis), 탄산화작용(carbonation), 수화작용(hydration), 킬레이트화(chelation), 용해(solution) 등 여러 가지 반응이 일어나며, 이들은 단독적이기 보다는 서로 관련되어 작용한다.
산화작용
암석광물은 환원조건하에서 만들어졌기 때문에 공기와 접촉하면 공기 중의 산소에 의해 산화(oxidation)되어 풍화작용이 진행된다. 장석, 운모, 각섬석, 휘석, 활석, 사문석 등과 같은 광물을 다량 함유하고 있는 암석은 철이나 망간의 저급산화물을 주성분으로 하고 있으므로 이들은 산화되어 고급산화물이 된다.
가수분해작용
가수분해(hydrolysis)는 기후조건에 따라 다르며 건조지방에서는 생성물의 손실이 거의 일어나지 않지만, 습윤지방에서는 분리된 강산기나 규산이 쉽게 유실된다. 따라서 건조지방에서는 분리된 강염기가 탄산염, 황산염, 염화물 등으로 되고, 유리규산은 알루미늄 또는 철과 결합하여 교질복합체를 만들어, 다시 여분의 규산은 석회, 고토 등과 결합하여 침전하게 된다.
냉온대지방에서는 생성물의 유실에 반하여 유기물이 쌓이므로 용액은 산성반응을 나타내게 되고 규산을 침전하게 된다. 이에 반해 알루미늄과 철은 산성액에 용해되고 부식과 혼합되어 교질상태로 되어 유실된다. 그러므로 이와 같은 지방의 표층토는 규산의 함량이 많고 알루미늄과 철의 함량이 적다. 이와 같은 규산광물의 분해는 곧 산성가수분해이며, 그 주요한 생성물은 점토가 된다.
탄산화작용
물 속에 산이 가해지면 암석광물의 풍화작용이 한층 촉진된다. 대기 중에는 약 0.03% 내외의 이산화탄소(CO2)가 함유되어 있지만, 토양 중에는 유기물의 분해와 식물뿌리의 호흡작용으로 0.3%~1.0%의 이산화탄소가 함유되어 있다. 이산화탄소는 14℃에서 물에 같은 양이 용해되어 그 중 1%가 탄산형태로 되는 탄산화작용(carbonation)을 거치는데 아래 반응식과 같이 이온 해리된다.
탄산화작용 이미지
수화작용
수화작용(hydration)은 무수물(無水物)이 함수물(含水物)로 되는 작용을 말하며, 물이 가해져 수화(水和)가 일어나게 되면 팽창되고 물리적 풍화를 조장하게 된다. 수화작용을 받은 광물은 고온 · 건조한 상태에서는 탈수작용(dehydration)에 의해 수화수를 잃게 된다. 기온의 변화로 수화와 탈수의 현상이 되풀이 될 때 암석광물은 더욱 풍화가 진행된다.
 
생물적 풍화작용
풍화작용에 관여하는 생물에는 동물, 식물, 미생물 등이 있다. 동물에 의한 풍화작용은 주로 기계적인 작용이며, 화학적 작용에 관여하는 주요 생물은 식물뿌리와 미생물이다. 이들은 호흡작용을 통해 이산화탄소를 생성하여 OH―를 중화시키거나 탄산염(炭酸鹽) 또는 중탄산염(重炭酸鹽)을 생성하여 암석광물의 분해를 촉진한다.
토양의 생성작용
토양생성인자의 질적, 양적 차이에 따라 여러 형태의 토양이 만들어지며 이 과정에서 토양생성작용이 강하게 작용한다. 현재까지 개념적으로 밝혀진 특징적 토양생성작용은 다음과 같다
염류화 작용
건조한 사막지대는 지표의 증발산작용이 크므로 모세관작용에 의하여 지하수가 지표 부근으로 올라와 염류가 집적되는데 이를 염류화작용(salinization)이라 하며, 염류식물은 그 활동을 돕는다. 지하수위가 높거나 정체된 곳에서 많이 발견된다.
석회화 작용
온대 및 냉온 지방에서는 건조 및 반건조 지역, 열대지방에서는 건기가 있는 기후대에서 나타난다. 석회화작용(calcification)은 염류화작용과 같은 기작으로 일어나나 주로 식물뿌리가 지하수를 흡수하여 발생한다. 건기와 우기가 반복되는 곳에서는 이 작용이 억제되는데, 건기에는 Ca 등이 상승하는 토양수와 함께 지표로 올라와 침적되나 우기에는 반대로 내려간다. 그러나 용탈되지 못한 Ca과 Mg은 화합물로 토양에 남아 있다.
라테라이트화 작용
라테라이트화작용(laterization)은 토양내 규산 유실에 따라 철과 알루미늄화합물이 토양층에 남아 있는 작용으로 주로 열대지방에 많다. 열대지방은 강우량이 많고 기온이 높아 암석의 화학적 풍화작용과 유기물의 분해작용이 빠르게 진행되고 그 결과 모재와 유기물에 있는 염류의 용탈이 심하다. 토양이 중성에서 약알칼리성일 때 규산은 무수규산이 되어 물에 녹기 쉽다. 무수규산은 우기에 용탈되어 결국 철(Fe)과 알루미늄(A1)으로 산성을 띠는 적색~적황색의 토양이 생성된다. 그러나 사바나기후 등의 건기가 있으면 이 작용은 발생하지 않는다.
점토화 작용
점토의 이동, 집적작용은 최근에 문제가 되고 있는 토양생성작용으로서 고체상태의 점토입자가 물에 분산된 후 토양 중의 공극을 통해 밑으로 이동하여 퇴적하는 작용을 점토화 작용(siallitization)이라 한다. 따라서 점토의 이동은 점토입자의 분산조건과 크기에 좌우된다. 어떤 종류의 유기물이 금속원소를 갖고 점토에 흡착하거나, Na과 K가 다량으로 흡착된 점토는 이동하기 쉽다. 점토가 아래로 이동할 경우 토양내 공극이 많으면 많을수록 그 속도가 빠르다. 이 작용이 발달하여 하층에 점토가 쌓이면 물의 이동이 어려워져 표층에 물이 정체되고 토양은 환원상태가 된다.
포드졸화 작용
포드졸화 작용(podzolization)은 여러 가지 토양생성작용 중 가장 특징적이다. 지표에는 철과 알루미늄이 수용성의 유기물에 용해되어 나오고 하층에 유기물 등이 퇴적되는 작용이다. 한냉다습한 조건에서 전형적으로 나타나며 물의 이동방향이 항상 밑으로 내려가므로 염류가 상승하지 않는다. 한냉다습한 곳은 유기물의 분해가 늦어 토양표층에 유기물층이 두껍게 퇴적하고 미생물의 활동도 억제되므로 polyphenol과 polysacarite 등 미분해 수용성의 유기물이 산출되어 철과 Al을 감싸고(chelate작용) 하층으로 이동한다. 보통 강산성 토양에서 진행되며 표층의 점토광물은 부분적으로 변질 생성되는데 특히 montmorillonite 점토광물이 많이 생성된다.
표층에서 생성된 Fe, Al 유기물복합체는 산성이 적은 토양에 유기물→Fe→Al의 순으로 집적된다. 이작용으로 표층은 규산질이 되고 Fe, 염기류가 결핍된 회백색을 나타내며 그 아래에 암갈색의 부식집적층, 그 밑에 적갈색의 철과 알루미늄이 풍부한 층이 생긴다. Podzol 토양은 강우가 많더라도 볼록형(凸형) 지대와 같이 위와 옆에서 물의 공급이 없는 장소에서 생성되기 쉬우며 포드졸화작용은 토양표층에 두꺼운 퇴적부식층이 있어야 생기는데 열대다우림에서도 생성될 수 있다. 이 퇴적부식층은 유기물 분해가 어려운 조건일 때 잘 만들어진다. 또한 토양내 염기가 적고 배수가 잘 되면 포드졸화가 촉진된다. 따라서 화강암과 유문암 지대에 포드졸 토양이 많이 분포하며, 일본에서는 주로 아고산대 이상 침엽수림지대의 능선부분에서 나타나고 우리나라에서는 아직 발견된 바 없다.
그레이화 작용
철은 산소가 많으면 3가형(Fe+3)으로 존재하며 녹슨 철의 색을 띠지만, 산소가 부족한 수용액 중에서는 전자가 가해져 담청색의 2배가 된다. 즉 Fe+3가 산소의 부족으로 Fe+2로 되는 것을 환원이라 한다. 토양에서 산소가 부족하게 되면 환원상태로서 회색 또는 담청색이 되며 이것을 그레이화 작용(gleization)이라 한다. 지하수가 정체하여 미생물활동에 필요한 산소가 부족할 때 생긴다. 그러므로 유수상태에서는 이 현상이 없다. 이 작용으로 생긴 2가철은 물에 녹기 쉬우므로 서서히 이동하여 뿌리 근처의 산화가 일어나는 장소에서 다시 3가의 갈색 철이 되어 침적한다. 그레이화 작용은 오목하여 물이 모이기 쉽고 또 물이 정체하기 쉬운 장소에서 나타난다. 지하수의 정체에 의하여 glei화작용이 일어나면 무기양분이 상당히 많아져 약산성을 띤다.
표층환원 작용
다습하고 지형이 평탄한 곳은 부분적으로 podzol과 유사한 청색 또는 회백색의 표층과 그 밑에 황색 또는 적황색의 철로 된 층을 가진 토양이 형성된다. 이와 같은 토양은 하층이 치밀한 점토질로 되어 있는 경우가 많고 평탄지이므로 배수가 나쁘다. 따라서 그레이화작용과 같이 정체수에 의한 환원작용의 생기나 정체수는 무기성분을 함유한 지하수라고 하기보다는 거의 빗물이므로 환원작용에 의하여 생긴 2가철은 서서히 용출되어 주로 수평방향으로 물과 함께 없어진다. 따라서 표층에 회백색의 환원층이 생기며 하층에는 철이 집적되는데 이 층의 철결정물은 3가철(Fe3+)로 환원적인 것으로 되어 있다. 이러한 토양은 눈과 비가 많이 오는 지방에 많이 분포한다.
이탄집적 작용
토양 수 미터 깊이까지 식물의 유체가 완전히 썩지 않은 채로 퇴적되어 있는데 이 두께는 연평균 약 0.5mm씩 증가하며 이러한 미분해된 식물 유체를 이탄이라 한다. 이탄집적 작용(peat accumulation)은 유기물이 미생물과 토양내소동물의 활동이 억제되어 분해되지 못한 곳에 나타나며, 항상 산에서 차가운 눈과 물이 공급되고 물이 모이기 쉬운 지형으로서 여름에 구름이 많은 장소가 이탄생성의 최적지이다.

푸터


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