지구과학

풍화·토양·물순환

풍화, 침식, 토양 단면, 물의 순환.

기초

풍화

물리적 풍화는 얼음 쐐기, 뿌리, 온도 변화로 바위를 쪼갭니다. 화학적 풍화는 물이 장석을 점토로, 탄산염을 녹이고, 산화로 철을 붉게 만듭니다. 표면적이 늘수록 화학이 빨라집니다. 기후가 따뜻하고 습하면 화학 풍화가, 춥고 건조하면 물리가 두드러집니다. 풍화는 제자리에서, 침식은 운반이 따릅니다.

침식

물·바람·얼음·중력이 풍화 산물을 옮깁니다. 하천은 하류로 갈수록 입자를 둥글리고 정렬하며, 기울기와 유량이 운반 능력을 정합니다. 빙하는 긁고 쌓아 모레인, 바람은 사구와 황토를 만듭니다. 식생이 없으면 같은 비가 훨씬 많은 흙을 쓸어 갑니다. 퇴적물이 멈추는 곳이 충적지·삼각주·해안입니다.

토양

토양은 광물 입자, 유기물, 물, 공기의 혼합물입니다. 위부터 O(유기)·A(표토)·B(집적)·C(모재) 단면이 흔합니다. 점토는 물·양분을 붙들고, 모래는 배수가 빠릅니다. pH와 양이온 교환이 식물이 쓸 수 있는 이온을 정합니다. 만드는 데는 오래 걸리고, 경작·폭우에 얇은 표토는 금방 달아납니다.

물 순환

증발과 증산으로 대기에 올라간 물은 구름이 되어 비·눈으로 내립니다. 일부는 유출, 일부는 침투해 지하수가 되고, 샘과 하천으로 돌아옵니다. 저수지는 해양이 가장 크고, 담수의 상당은 빙하입니다. 체류 시간은 대기에서 짧고 빙하·심층 지하에서 깁니다. 식생과 토양이 침투를 돕고 홍수 첨두를 낮춥니다.

공식

물수지 (유역)

P = E + R + ΔS

강수 = 증발산 + 유출 + 저류 변화.

기호

P 강수
E 증발산
R 유출
ΔS 토양·지하 저류 변화

다르시 유출 (개요)

q = −K dh/dx

지하수가 수두 기울기를 따라 흐름. K는 투수계수.

기호

q 비유량
K 투수계수

하천 운반 (스케치)

Ω = ρ g Q S

유량 Q와 경사 S가 클수록 바닥을 깎고 입자를 옮길 힘이 큽니다.

기호

Q 유량
S 하상 경사

체류 시간

τ = V / I

저류량 V를 유입(또는 유출) I로 나눈 평균 머무름.

기호

V 저류량
I 유입 또는 유출률

핵심 표

표토	형성에 수십~수천 년, 유실에는 한 번의 폭우로도 가능
담수 비율	지구 물의 ~2.5%. 대부분 빙하·지하
대기 체류	물 증기는 평균 약 10일 안팎