지층과 화석

1. 지층

자갈, 모래, 진흙 등이 물이나 바람 등에 의해 운반되어 바다나 호수 등에 쌓인 후 굳어져서 만들어진 퇴적암층을 지층이라고 한다. 지층이 만들어지는 데는 매우 오랜 시간이 걸리며 퇴적물은 중력에 의해 아래에서부터 차례대로 쌓이므로 아래쪽 지층이 위쪽 지층보다 먼저 쌓인 것이다. 바다나 호수 바닥은 대부분 편평하므로, 이러한 바닥에 퇴적물이 한겹 한겹 쌓이면 해수면과 거의 나란한 줄무늬가 형성되는데 이를 층리라고 한다. 즉, 층리는 지층에 나타난 나란한 줄무늬 구조를 의미한다. 지층에 나타난 줄무늬의 두께나 색깔의 차이는 퇴적물 입자의 크기, 퇴적물의 종류와 색깔 등의 차이에 의해 나타난다.

2. 퇴적암

퇴적암은 퇴적물들이 다져짐(압축) 작용 및 교결 작용을 받아 단단하게 굳어진 암석을 의미한다. 다져짐(압축) 작용이란 퇴적물이 두껍게 쌓였을 때 위쪽 퇴적물의 무게에 의해 눌려 퇴적물 입자 사이의 빈 공간이 줄어들고 밀도가 커지는 현상을 의미하고 교결 작용이란 지하수 속에 녹아 있는 교결 물질（방해석, 규질물, 산화철, 점토 광물）에 의해 입자와 입자가 달라붙어 단단하게 되는 작용을 의미한다.

3. 화석

지질 시대에 살았던 생물의 유해나 흔적이 지층이나 암석에 남아 있는 것을 화석이라고 한다. 화석의 한자를 직역하면 ‘돌로 된 것’인데, 이는 생물이 살았을 당시의 몸체를 구성하던 물질이 돌로 치환되었다는 것을 의미한다. 퇴적물 속에 매몰된 생물은 오랜 시간이 지나는 동안 생물의 몸체는 모두 사라지고 그 빈 공간은 다른 광물질로 채워져 화석이 되거나 빈 공간 자체가 화석이 되기도 한다. 물론 얼음 속에서 발견된 매머드 화석이나 호박 속의 곤충 화석 등과 같이 돌로 치환되지 않은 화석도 있다.

4. 여러 가지 모양의 지층

지층의 단면에 나타나는 나란한 줄무늬를 층리라고 한다. 일반적으로 층리는 수평면과 거의 나란하게 발달하는데 그 까닭은 퇴적물이 쌓이는 바다나 호수의 바닥이 거의 편평하기 때문이다. 그러나 지구 내부의 힘에 의해 지층이 횡압력이나 장력을 받으면 지층이 휘어지거나 끊어지면서 층리의 모양이 변형되기도 한다.

5. 우리나라의 대표 지층

• 채석강: 전라북도 부안군 변산반도에 위치한 해안 절벽과 그 일대의 바닷가를 말한다. 채석강의 해안 절벽은 파도의 침식 작용으로 형성되었으며 마치 수만 권의 책을 쌓아 올린 것 같은 층리와 다양한 색깔의 지층을 볼 수 있다. 채석강의 지층은 이암, 사암, 역암 등 여러 종류의 암석으로 이루어져 있다. 채석강이라는 이름은 중국의 시인 이태백이 강물에 비친 달의 모습을 보고 달을 잡으려다 빠졌다는 중국의 채석강과 비슷하여 붙여진 것이라고 한다.
• 상족암 군립 공원: 경상남도 고성군 하이면 덕명리 해안에 있는 군립 공원으로 공원의 바닷가 쪽에는 해안 절벽과 절벽 아래의 넓은 암반층이 유명하다. 해식 절벽은 층리가 잘 발달한 퇴적암으로 구성되어 있으며 파도의 침식 작용에 의해 바위 곳곳에는 절경이 많이 나타난다. ‘상족암’이라는 이름은 암석의 생김새가 밥상 다리 모양 같다고 하여 붙여졌다고 한다. 상족암
부근 해안에는 공룡 발자국이 6km에 걸쳐 남아 있으며 발자국의 모양과 크기가 일정한 것으로 보아 이곳은 공룡들이 집단 서식했던 곳으로 추정된다.

6. 지층의 형성 과정

바다나 호수 등에 퇴적물이 계속해서 쌓이면 위쪽 퇴적물의 무게에 의해 압축 작용을 받아 알갱이가 다져지고 밀도가 커진다. 또한 물속에 녹아 있는 여러 가지 물질(방해석, 규질물, 산화 철, 점토 광물）이 퇴적물 사이의 공간을 채워 알갱이들이 서로 엉겨 붙으면서 단단한 암석으로 변한다. 이렇게 형성된 여러 겹의 퇴적암층이 지층이며 지층이 땅 위로 솟아오른 뒤 깎이면 지층을 관찰할 수 있다.

7. 퇴적암의 분류

•쇄설성 퇴적암: 지표의 암석이 풍화 • 침식되어 생긴 암석 조각이나 화산 분출물이 쌓여서 형성된 퇴적암을 쇄설성 퇴적암이라고 한다. 쇄설성 퇴적암은 알갱이의 크기에 따라 구분한다.
① 풍화 쇄설물이 퇴적되어 형성된 쇄설성 퇴적암
② 화산 쇄설물이 퇴적되어 형성된 쇄설성 퇴적암
• 화학적 퇴적암: 유수나 지하수에 용해된 석회질이나 규질 등의 화학적 침전물이 굳어지거나 고온 건조한 기후에서 호수나 바닷물이 증발하고 남은 물질이 굳어진 암석을 화학적 퇴적암이라고 한다. 
• 유기적 퇴적암: 생물의 유해나 골격의 일부가 쌓여 만들어진 암석을 유기적 퇴적암이라고 한다. 

8. 이암과 셰일

이암은 알갱이의 크기가 1/256mm 이하인 점토로 이루어진 쇄설성 퇴적암이다. 이암의 종류에는 점토암, 이암, 실트암, 셰일 등이 있다. 실트와 점토의 비율에 따라 점토가 실트보다 많은 경우는 점토암, 반대로 실트가 점토보다 많으면 실트암, 점토와 실트가 섞여 있으면 이암, 층리면에 평행으로 줄무늬가 보이고 쪼개짐이 있으면 셰일이다.

9. 해안에서 역암, 사암, 이암이 생성되는 수심

자갈은 알갱이의 크기가 커서 운반되기 힘들므로 주로 해안이나 얕은 바다에서 퇴적되고 모래나 진흙 쪽으로 갈수록 알갱이의 크기가 작아서 쉽게 운반되므로 멀리까지 이동할 수 있다. 따라서 해안가에서 수심이 깊어지는 쪽으로 갈수록 점차 작은 입자가 퇴적되는 경향이 있다. 만약 어느 지역에 역암, 사암, 이암 등이 함께 나타난다면 이 지역은 과거 지각이 점차 융기하거나 침강하여 수심이 변하였다는 것을 추리할 수 있다.

10. 퇴적암의 생성

퇴적암은 바다뿐만 아니라 하천 주변의 범람원이나 호수 등에서도 생성된다. 우리나라의 강원도와 충청북도 일대에 나타나는 퇴적암은 대부분 바다에서 생성되었지만, 경상도와 전라도 해안에서 나타나는 퇴적암은 모두 호수나 하천과 같은 육상 환경에서 생성된 것이다. 이렇게 저지대나 깊은 곳에서 만들어진 퇴적암이 오랜 시간이 지나면서 지각 변동 등의 작용으로 융기하게 되면 육지에서 관찰할 수 있게 된다.

11. 퇴적암의 형성 과정

•다져짐 작용(압축 작용): 퇴적물이 쌓이면서 위에 있는 물질의 무게에 의해 치밀하게 다져지는 작용이다. 다져짐 작용이 일어나면 퇴적물 사이의 공극이 줄어들고 밀도가 증가한다.
•교결 작용(시멘트화 작용): 퇴적물 사이의 공극에 지하수에 녹아 있던 교결 물질이 침전하면서 퇴적물 알갱이들을 단단하게 연결시키는 작용이다.

12. 화석

지질 시대에 살았던 생물의 유해나 흔적이 지층이나 암석 속에 남아 있는 것을 화석이라고 한다. 생물 몸체의 전부 또는 그 일부가 화석이 된 것은 체화석이라 하고 발자국이나 기어 다닌 자국 등과 같은 생물의 생활 흔적이 남아 있는 것은 생흔 화석이라고 한다. 학생들이 관찰하는 화석의 대부분은 돌로 치환된 것이므로 화석이 반드시 돌로 되어야 한다는 오개념을 가질 수 있다. 그러나 시베리아 동토에서 발견된 매머드 화석이나 나무에서 흘러나온 송진이 굳어져 만들어진 호박 속 곤충 화석은 썩지 않고 그대로 남아 있다는 사실을 알려 준다.

13. 화석으로 남기 위한 조건

고생물이 퇴적물 속에 매몰된다고 해서 모두 화석으로 남는 것은 아니다. 화석으로 남기 위해서는 우선 개체수가 많을수록 화석이 될 확률이 높아진다. 또한, 유해나 흔적이 부패되어 없어지기 전에 빠른 시간 내에 퇴적물로 덮여야 하고 굳은 껍질이나 단단한 골격이 있어야 하며， 심한 지각 변동을 받지 않아야 한다.

14. 생흔 화석의 생성 과정

공룡 발자국 화석은 단단한 암반에 흔적이 남아 있다. 공룡 발자국 화석뿐만 아니라 지렁이가 기어간 자국이나 새 발자국, 동물이 땅굴을 판 흔적 등이 화석으로 남은 것도 마찬가지이다. 어떻게 이렇게 단단한 암반에 생흔 화석이 형성되었을까? 아주 오래전 공룡이 강이나 호수 근처의 진흙탕을 걸어가면서 발자국을 남겼으며 시간이 지날수록 이 진흙탕은 햇볕을 받아 건조되면서 딱딱해졌다. 이렇게 하여 딱딱해진 공룡 발자국 위로 퇴적물이 쌓이게 되고 공룡 발자국이 새겨진 지층은 퇴적물의 무게와 압력으로 단단한 암석으로 굳어진다. 그 후 오랜 시간 동안 비나 바람 등에 의해 지층의 윗부분이 풍화 • 침식 작용을 받아 사라지게 되면 공룡 발자국이 드러나게 된다.