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- 동굴은 일반적으로 석회암이 화학적 풍화로 용해되어 하층토에 공동을 만들 때 형성
- 카르스트 동굴보다 10배에서 100배 빠르게 형성되는 동굴
- 그 이유는 석회석이 탄산보다 강한 산인 황산에 의해 용해되기 때문
- Bexanka 동굴; 유황 광물과 물로 인해 특히 깊고 광범위한 동굴 체계가 형성돼

벡산카 동굴로 현수하강
과학자들이 피레네 카르스트 동굴의 형성을 탐구하다.

대담한 하상:
여기 프랑스 피레네 산맥의 Bexanka 동굴로 내려가는 동굴 탐험가가 보인다. 이 지역의 동굴은 특히 광범위하며 깊은 샤프트가 특징이다. 이 지역의 카르스트 지형이 특히 많은 양의 황화수소를 함유하고 있어 이러한 대규모 동굴 네트워크가 발달했다. 이것은 물과 결합하여 특히 석회석을 빠르게 용해시키는 황산을 생성한다. 

▲ 동굴학자들이 피레네 산맥의 벡상카 동굴로 내려가고 있다.© Patrick Degouve

동굴은 일반적으로 석회암이 화학적 풍화로 용해되어 하층토에 공동을 만들 때 형성된다. 이것은 카르스트 지역에서 특히 일반적이다. 석회암이 있는 이 지역에서는 대부분의 빗물이 강을 통해 흘러가지 않고 지하로 직접 스며든다. 이산화탄소를 흡수하기 때문에 탄산이 생성되어 석회를 녹이고 점차 암석의 구멍을 먹어치운다.

동굴 형성제로서의 황산

일반 카르스트 동굴보다 10배에서 100배 빠르게 형성되는 동굴도 있다. 이러한 동굴 시스템의 대부분은 일반적인 동굴 시스템보다 훨씬 더 광범위하고 가지가 있으며 더 깊다. 그 이유는 석회석이 탄산보다 강한 산인 황산에 의해 용해되기 때문이다. 예를 들어 열수원에서 나오는 물에 황 화합물이 포함되어 있을 때 발생한다.

그러나 암석 자체에도 유황이 포함될 수 있다. 그런 다음 그 지하 환경의 미생물은 그 황산염을 먹고 그 과정에서 황산염을 황화수소로 변환한다. 물과 결합하면 황산으로 산화될 수 있다. 카르스트 동굴에 유황이 존재한다는 표시는 바르바로사 동굴의 석고 잎과 같은 석고 또는 무수석고에 종종 기괴한 종유석 형성물이다.

열수 온천과 유황암

위의 이미지는 피레네 산맥의 북쪽 가장자리에 있는 Bexanka 동굴 입구를 보여준다. 그곳에서도 유황 광물과 물로 인해 특히 깊고 광범위한 동굴 체계가 형성됐다. 여기 동굴 탐험가가 이 고도의 다양한 지점에서 샘플을 채취하기 위해 입구 층으로 내려오고 있다. 이러한 샘플의 동위 원소 분석을 사용해 Lorraine 대학의 Dimitri Laurent가 이끄는 연구원은 황이 어디에서 오는지 조사했다.

결과:
이 지역의 유황 카르스트에는 두 가지 유황 화합물 공급원이 있다. 우선, 이 지역으로 유황수를 운반하는 열수 분출구가 지하에 있다. 한편, 카르스트 암석 자체도 유황 광물을 함유하고 있는데, 이 광물은 깊은 생물권의 미생물에 의해 황화수소로 전환된다. 수백만 년 동안 화학적 풍화 작용을 통해 석회암에 큰 동굴이 형성되었다.
(Geology, 2023; doi: 10.1130/G50658.1)

출처: Geological Society of America

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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