제주도 곶자왈 형성의 주요 원인

1. 서 언

제주도의 동부와 서부지역에는 제주어로 ‘곶자왈’ 이라 부르는 지대가 비교적 넓게 분포한다(Song, 2000)(그림 1). 제주어 사전(Jeju Special Self-Government Province, 2009)에 따르면 곶자왈은 “나무와 덩굴 따위가 마구 엉클어져 수풀같이 어수선하게 된 곳”으로 정의되어 있다. 그러나 비교적 명확한 곶자왈의 정의에도 불구하고 제주특별자치도와 환경단체 등에서 언급하는 곶자왈은 각각 그 영역이 서로 달라 혼돈이 있어 왔다(Park et al., 2014). 제주특별자치도는 광역수리지질도, 항공사진, 인공위성사진, 토지이용현황 등을 분석하여 총 5개 지역, 총 113.3 km²(제주도 전체면적의 약 6.1%)에 해당하는 지역을 곶자왈로 지정 관리하고 있다(Jeju Province, 1997). 이에 반해, 곶자왈공유화재단 등 환경단체는 곶자왈의 지질학적 특성에 대한 연구결과(Song, 2000)를 근거로 ‘암괴상 아아 용암류’가 분포하는 지역을 곶자왈 영역으로 인식하고, 총 4개 권역 10개 지역으로 구분하고 있다(그림 1).

Fig. 1.

Distribution of Gotjawal terrains on Jeju Island. Areas outlined by red lines show the Gotjawal areas defined and named by Song (2000). Gotjawal terrains designated by the Jeju Special Self-Governing Province (1997) are represented by colored areas, and are classified after Park et al. (2014).

정확한 영역과 성인에 있어 논란이 있는 곶자왈은 과거 쓸모없는 땅으로 여겨졌지만, 1990년대 이래 곶자왈의 개발과 지하수 보전문제가 지역사회의 논쟁거리가 되고, 자연환경 보호에 대한 사회적 관심이 높아지면서 그 인식에 큰 변화가 생기기 시작하였다(Park et al., 2014). 이러한 요구에 따라 곶자왈 형성의 원인과 특징을 밝히기 위한 지질학적 연구가 수행된바 있다(Song, 2000; Song and Yun, 2002; Jeon et al., 2012; Park et al., 2014).

1990년대 초기 지질학적 연구에서는 곶자왈 지대가 전형적인 암괴상 아아(Aa)의 특징을 보이는 용암지대라는 것에 주목하고, 곶자왈을 이루는 용암류를 “곶자왈 용암”이라고 명명한바 있다(Song, 2000). 하지만 최근 들어 곶자왈이 아아 뿐만 아니라 파호이호이 지대에도 발달한다는 것이 보고되었으며(Jeon et al., 2012), 하나의 곶자왈 지대를 이루는 용암류의 표면적 특징이 아아(aa), 파호이호이(pahoehoe), 전이(transitional)적 특징 등 다양한 형태를 보일 뿐만 아니라, 마그마의 성분과도 특별한 연관성이 없음이 보고되었다(Park et al., 2014). 이러한 일련의 연구결과는 곶자왈을 형성하는 지배적인 요인에 대해 새로운 관점에서 접근할 필요성이 있음을 의미한다고 할 수 있다. 본 논문은 곶자왈을 이루는 용암류의 특징과 층서적 관계를 바탕으로, 곶자왈 형성(잔존)의 주요 지질학적 요인을 보고하고자 한다.

2. 연구대상 및 방법

2.2 곶자왈을 이루는 용암류의 연대측정

Song (2000), Song et al. (2007), Park et al. (2014)은 곶자왈 지대가 제주도 화산활동 및 형성과정에서 가장 마지막 단계의 화산활동기 동안 분출한 용암류에 형성되었다고 보고한 바 있다. 이는 곶자왈의 형성이 용암류의 젊은 연대와 깊은 연관이 있음을 의미하는 것으로 해석할 수 있다.

이번 연구에서는 구좌-성산곶자왈과 조천곶자왈 내 선흘곶자왈을 이루는 용암류의 연대를 추정하기 위하여 이들 용암류 하위의 고토양층에 대한 탄소연대측정을 실시하였다. 이들 두 곶자왈의 경우, 안덕곶자왈의 경우(Lee et al., 2014)와 같이, 곶자왈을 이루는 용암류 직하부에서 탄소연대측정용 고토양을 채취 할 수 있는 노두가 존재하지 않는다. 이러한 이유로 우리는 곶자왈을 이루는 용암류와 그 주변 용암류들 간의 상호 선후관계를 고려하여 용암류의 연대를 간접적으로 추정하였다. 안덕곶자왈의 경우 곶자왈을 이루는 용암류의 직하부 고토양에 대하여 탄소연대 및 광여기루미네선스 연대를 측정한 Lee et al. (2014)의 연구결과를 참조하였다.

우리는 먼저 구좌-성산 곶자왈 연대측정을 위해 다랑쉬오름 분석층의 하위에 분포하는 고토양층(4점)에 대한 탄소연대측정을 실시하였다. 다랑쉬오름 분출시 퇴적된 분석층은 층서상 동거문오름 용암류의 하위에 놓인다(그림 2). 즉 다랑쉬오름 분출 이전에 퇴적된 고토양층의 연대를 측정함으로써 다랑쉬오름 분출 이후에 일어난 동거문오름 화산활동의 시기를 간접적으로 유추하는 것이다.

한편, 선흘곶자왈의 경우 제주도폭(1:50,000)에서 선흘리 현무암질안산암으로 기재된 용암유역 내에 분포하는데(Park et al. 1998), 이 용암유역은 함덕리에서 월정리까지 넓은 범위에 분포한다. 우리는 이 용암유역의 서쪽 가장자리에 해당하는 함덕리(1점)와 동쪽 가장자리에 해당하는 월정리(2점)에 위치한 저류지 절개지에서 고토양층을 채취하여 탄소연대측정을 실시하였다. Park et al. (1998)에서 선흘리 현무암질안산암으로 기재된 영역이 하나의 화산에서 유래한 용암류로 이루어졌다고 볼 수는 없을 것이다. 하지만, 기존연구(Park et al., 1998)에서 하나의 용암류 단위로 기재된 용암류 하위에 분포하는 고토양층에 대한 방사성탄소연대 측정을 통해 선흘리 현무암질안산암을 이루는 용암류들의 생성시기를 대략적으로 추정할 수는 있을 것이다. 이들 두 지역의 고토양층에 대한 방사성 탄소연대측정은 각각 한국지질자원연구원과 서울대학교 기초과학공동기기원에서 가속기 질량분석기(AMS)를 활용하여 측정되었다.

Fig. 2.

a) Distribution of the lava flows constituting the Gujwa-Seongsan Gotjawal, which originated from the Donggeomun Oreum scoria cone. Characteristics of four sequential lava flows are briefly described in Table 1. A black star is the location of the sample for carbon isotope age dating for Darangswi Oreum, which predates Donggeomun Oreum. b) Digital elevation model of Donggeomun Oreum characterized by irregular morphology instead of typical volcanic cone morphology. c) Elongated scoria mound produced by lava-rafting of scoria . d) Outcrop of dissected scoria mound.

3. 연구결과

3.1 구좌-성산 곶자왈

구좌-성산 곶자왈 지대에 대하여 수치고도모델을 이용한 음영기복도 및 경사분석도, 야외 암상비교를 통해 작성한 용암유역(lava flow area)은 그림 2와 같다. 구좌-성산 곶자왈의 토대가 되는 용암류는 동거문오름 분석구에서 유래하였으며, 크게 네 번의 순차적 용암류가 분출된 것으로 파악된다. 첫 번째 용암류는 동거문오름으로부터 북쪽 및 북동쪽으로 흘러, Song (2000)에 의해 기재된 종달-한동곶자왈의 일부 지역, 상도-하도 곶자왈, 세화곶자왈 지역 내에 분포하고 있다. 이 용암류는 야외 노두에서 0.2~1 mm 크기의 감람석 반정이 잘 관찰되며, 기질부에는 아주 드물게 미정질의 침상 사장석이 관찰된다. 용암류 표면부의 기공은 직경이 2~15 mm로 대체로 둥글거나 약하게 신장된 특징을 보인다. 이 용암류의 중하류 구간에서는 하위에 놓이는 전형적인 침상장석감람석현무암(AFOB)과 쉽게 구분된다. 두 번째 용암류는 첫 번째 용암류가 흐른 세 갈래의 흐름 중 상도-하도 방향을 따라 멀세운동산까지 흘렀다. 야외 노두에서 첫 번째 용암류와 달리 감람석 미반정이 육안으로 잘 관찰되지 않으며, 0.2 mm 크기의 미정질의 침상 사장석이 드물게 관찰되며, 1~2 mm 크기의 휘석반정이 아주 드물게 관찰된다. 대체로 용암류의 표면에서 관찰되는 기공들은 첫 번째 용암류에 비해 크기가 작고(2~5 mm) 신장된 형태를 띠며, 그 밀도가 더 높다. 본 용암류의 남동쪽에서 층서상 하위에 놓이는 용눈이오름 용암류는 1~2 mm의 감람석 반정이 다수 관찰되어 야외에서 두 용암류가 쉽게 구분된다. 세 번째 용암류는 동거문오름의 남서부에서 분출하여 북쪽으로 흘러 지금의 종달-한동곶자왈 지역과 비자림 부근까지 분포하는데, 야외에서 첫 번째 용암류와 암석 기재적 특징이 유사하다. 네 번째 용암류는 현재 동거문오름 분석구의 트여진 방향 즉, 남쪽으로 흘렀으나 좌보미오름과 관련된 용암 및 스코리아 뗏목(scoria raft)에 막혀 방향을 바꿔 동쪽으로 흘러갔다. 이 용암류는 용눈이오름, 손자봉, 궁대악 등과 같은 인근 단성화산 및 용암류에 의해 형성된 오목한 지형, 즉 지형적으로 낮은 곳을 따라 흘러가면서 좁고 긴 용암유역을 형성한 것으로 여겨진다(그림 2a의 네 번째 용암류). 동거문오름이 원추에 가까운 콘의 형태가 아닌 매우 불규칙한 형태를 가지게 된 원인 또한 여러 단계에 걸친 순차적 화산활동을 지시하는 증거가 된다(그림 2b). 이 용암류는 야외 노두에서 두 번째 용암류와 암석 기재적 특징이 유사하나, 침상 사장석 미반정이 0.2~0.5 mm로 좀 더 크고, 2~3 mm 크기의 휘석결정 및 5 mm 크기의 백색 외래암편이 간혹 관찰된다. 이 용암류는 북쪽으로 감람석 반정이 뚜렷이 관찰되는 용눈이오름 용암류와 접한다.

앞에서 살펴본 네 차례 순차적 용암류의 표면적 특징을 각각 살펴보면, 첫 번째 용암류는 동거문오름 가까운 곳에서는 대체로 파호이호이가 우세하나, 세화곶자왈을 이루는 용암류의 중심축에서 외곽부 가장자리로 가면서 그리고 상도-하도 곶자왈을 이루는 용암류의 하류구간으로 가면서 전이적 특징 및 아아의 특징을 보인다(그림 3; 표 1). 두 번째 용암류는 아아의 특징이 우세하며, 용암류 상류구간에는 용암분출 및 용암의 흐름과정에서 떠내려 온 스코리아 뗏목이 여러 개의 스코리아 언덕지형을 이루고 있다(Valentine et al., 2007; Riggs and Duffield, 2008; Németh et al., 2011) (그림 2c, 2d). 세 번째 용암류는 동거문오름의 북쪽에 평탄한 대지를 이루는 용암류로 전형적인 파호이호이의 특징을 보인다. 네 번째 용암류는 공급지로부터 멀어지면서, 그리고 용암류의 중심부에서 가장자리로 가면서 대체로 파호이호이에서 전이용암을 거쳐, 아아로 표면특징이 변화해가는 양상을 보인다(Lipman and Banks, 1987; Wolfe et al., 1988; Hon et al., 2003).

Table 1.

Types and Source of lava flows related to Gujwa-Seongsan Gotjawal.

Fig. 3.

Various surface features on the 1st lava flow unit from Donggeomun Oreum. Locations of the photos are shown in Figure 2a. The western branch of the bifurcating 1st lava flow was regarded as Sehwa Gotjawal by Song (2000), but was not designated as a Gotjawal terrain by Jeju Special Self-Governing Province (1997). a) Pahoehoe lava having smooth, billowy, and ropy crust. b) Crustal feature transitional between slabby pahoehoe lava and scoriaceous-spinose aa lava. c) Cultivated farmland above an Aa lava field, partially preserving rough, brecciated clinker surface at the distal lava flow margin. d) Exposed clinker on the cultivated farmland.

토지이용등급도(Jeju Province, 1997) 상에는 구좌-성산곶자왈의 북서쪽에 위치한 둔지봉의 남쪽지역 일부도 곶자왈 지대로 지정되어 있다. 이 곶자왈 지대는 3D지형이미지 및 경사분석도, 암상 등을 볼 때(그림 4), 동거문오름 용암류와 별개로 둔지봉에서 유래한 용암류 상에 분포하는 것으로 판단된다. 둔지봉은 남쪽으로 트인 말굽형 분석구로 분석구에서 가까운 부분에는 스코리아 퇴적층이 지표를 덮고 있다. 분석구의 남쪽방향 인근 영역에는 비교적 넓은 지역에 걸쳐 스코리아가 불규칙한 언덕을 이루고 있는데, 이러한 특징은 동거문오름의 북동쪽 및 남쪽 부분과 유사하다. 말굽형 둔지봉의 트인 방향은 한라산 순상체의 전체적 지형경사 방향과 반대 또는 사교하는 방향이다. 이러한 이유로 둔지봉 분화구가 터진 곳으로 흘러나온 용암은 남쪽으로 약 1.5 km를 흘러가다 북동쪽으로 우회하여 흘러간 것으로 해석된다. 둔지봉으로부터 남쪽으로 흘러간 용암류는 돌오름 및 한라산 순상체의 완만한 지형적 장애물에 영향을 받아 그 선단부에서 지형경사가 비교적 급하다(그림 4b). Jeju Province (1997)는 현재 이 영역만을 곶자왈지대로 구분하고 있는데 비해(그림 4b), Song (2000)은 둔지봉용암류 영역을 곶자왈로 구분하고 종달-한동곶자왈의 일부분으로 표기하고 있다(그림 1).

Fig. 4.

a) An areal view of Dunjibong scoria cone and lava flow which originated from the cone. The edge of the lava flow is easily recognized by thick forest (white arrows). This area of Dunjibong lava flow is not included in the Gotjawal terrain by Jeju Special Self-Governing Province (1997), but Song (2000) regarded it as a part of the Jongdal-Handong Gotjawal. b) The lava flow margin with thick forest has steep slope compared with the surrounding area or the upper surface of the lava flow. c) Cultivated clinkery upper surface of the Dunjibong lava flow. d) Scoriaceous clinker exposed on the border of a recently cultivated farmland.

한편, 구좌-성산 곶자왈지대를 이루는 용암류와 곶자왈이 아닌 인접 지역의 지표 특징은 명확히 구분된다. 그림 5는 구좌-성산 곶자왈 지대와 그 인근의 비곶자왈 지대와의 관계를 보여준다. 곶자왈 지대에는 토양이 거의 발달하지 않은데 비해 비곶자왈지대는 토양이 비교적 잘 발달되어 대부분 농지로 이용되고 있다(그림 5). 그림 5b 지점에서는 층서상 용암류 아래에 놓이는 스코리아층이 농지로 사용되고 있으며, 스코리아층을 덮고 있는 얇은 용암층은 농지 확장을 위해 제거되기도 하였다. 이러한 야외층서 관계는 곶자왈을 이루는 용암류가 토양층(혹은 스코리아층) 퇴적 이후에 발생한 화산활동의 결과로, 층서상 하위에 놓이는 보다 오래된 토양층을 덮고 있음을 보여주는 것이다(그림 5a).

Fig. 5.

a) Photograph of the border of the Sewha Gotjawal, as defined by Song (2000). Jeju Self-Governing province did not include this area in the Gotjawal terrain. Gotjawal terrain with poor soil development is distinguished from the non-Gotjawal terrain with thick soil. Poor or thin soil on Gotjawal terrain makes it inappropriate for cultivation. b) The Gotjawal-forming lava overlies a scoriaceous soil. Thin marginal part of the lava was artificially removed to expand the agricultural land. Both Song (2000) and Jeju Special Self-Governing province (1997) regarded this site as Gotjawal. Locations of the photographs are shown in Fig. 2a.

3.2 안덕곶자왈

야외 노두에서 안덕곶자왈의 기반을 이루는 용암류는 회색을 띠며, 1~2 mm의 감람석 반정 및 2~4 mm 크기의 휘석 반정을 약 1% 가량 함유한 치밀질 암석이다. 이 용암류의 북서부로는 세립 감람석 현무암, 사장석 풍부 조면현무암, 침상장석감람석 현무암 등과 접하고, 남동부에는 감람석 현무암, 사장석 풍부 조면안산암, 치밀질 조면암 등의 암상과 접하고 있어 비교적 쉽게 야외에서 용암류의 경계가 구분된다. 그 결과, 기존 지질도(Park et al., 2000b), 곶자왈 분포도(Song, 2000), 그리고 수치고도모델을 비교할 때, 안덕곶자왈 영역은 병악오름에서 분출한 용암류(이하 병악용암류)의 영역과 비교적 잘 일치하며(Song, 2000), 곶자왈 영역과 비곶자왈 영역이 명확히 구분된다(그림 6a). 안덕곶자왈의 토대를 이루는 병악용암류는 용암류의 상·하부에 클링커층이 잘 발달한 전형적인 아아의 특징을 보인다(Song, 2000; Park et al., 2014). 안덕곶자왈 내에는 현재 2개의 채석장이 있어, 병악용암류의 특징과 층서를 잘 관찰할 수 있다. 병악오름에서 1.4 km의 거리에 위치한 채석장 단면에서 곶자왈의 토대를 이루는 병악용암류의 두께는 1.5~4 m인데 비해, 4.6 km의 거리에 위치한 채석장에서는 약 20 m로 그 두께가 더 두꺼워진다. 또한 화산체에서 멀어 질수록, 즉 용암류가 공급지로부터 더 멀리 흘러갈수록 클링커층이 더 두껍게 발달한다(그림 6b, 6c). 특히, 이 용암류의 상부에는 용암류의 흐름에 의해 자가파쇄(autobrecciation)로 형성된 클링커층이 발달하는데 클링커층의 상위에는 토양층이 거의 발달하지 않았다(그림 6d). 그러나 이 용암류의 하부에는 적갈색 혹은 적색의 고토양층이 약 0.5~1 m 두께로 분포한다(그림 6b, 6c). 이는 구좌-성산 곶자왈 지대에서 용암류의 하부에 고토양층(스코리아층)이 놓이는 특징과 유사하다. 즉 곶자왈을 형성한 용암류 상부에는 토양층이 거의 없거나 빈약하고, 용암류의 하부에는 퇴적층(고토양 혹은 스코리아층 등)이 연속적으로 잘 발달하는 공통점을 인지 할 수 있다.

Fig. 6.

a) An areal view of the Andeok Gotjawal. White lines indicate the boundary of the Gotjawal terrain designated by Jeju Special Self-Governing Province (1997). An white star is the location of quarry on the photo of Fig. 10. b) Overview of dissected lava flows in a quarry, 1.4 km away from the source vent of the Byeongak Oreum scoria cone. c) Overview of deeply dissected lava flows in another quarry, 4.6 km away from Byeongak Oreum. These two outcrops show reddish paleosol beneath the Gotjawal-forming lava flows. d) Close-up of the upper portion of clinkery lava with poor soil development.

3.3 연대측정 결과

다랑쉬오름 북동쪽에 넓게 분포하는 다랑쉬오름 분석층 하부에서 채취한 고토양에 대한 탄소연대측정 결과, 분석층 직하부의 고토양층에서 9,400±120 Cal. yr BP와 9,500±60 Cal. yr BP, 고토양층 내 80 cm 깊이 부근에서 17,915±215 Cal. yr BP의 연대를 얻었다. 고토양층의 최하부(180~185 cm 깊이)에서는 탄소함량의 부족으로 연대를 얻지 못하였다(그림 7; 표 2).

Table 2.

AMS radiocarbon data for paleosol underlying scoria deposit from Darangswi Oreum which predates the Donggeomun Oreum related with Gujwa-Seongsan Gotjawal.

Fig. 7.

Outcrop features of the radiocarbon-dated paleosol beneath the scoria deposit, which origniated from the Darangswi Oreum. Results of age dating are shown in Table 2. The location of sampling is marked with black star in Fig. 2.

조천곶자왈 내 선흘곶자왈 북쪽에 위치한 저류지 절개면상에서 선흘리 현무암질안산암 하부에 놓이는 고토양에 대해서 11,150±90 Cal. yr BP, 그리고 월정리 저류지에서 채취된 고토양에서는 11,250±200 Cal. yr BP와 11,290±120 Cal. yr BP의 연대를 얻었다(그림 8; 표 3).

Table 3.

AMS radiocarbon data for paleosol underlying the lava related with Seonheul Gotjawal.

Fig. 8.

Locations and outcrop features of the paleosol beneath the to Seonheul Gotjawal lava, where three radiocarbon ages were obtained. The area of the lava flows including Seonheul Gotjawal was named and shown on the geological map as Seonheul-ri basaltic andesite by Park et al. (1998). Results of dating are shown in Table 3. White-lined areas represent Gotjawal terrains designated by Jeju Special Self-Governing Province (1997).

4. 토 의

본 연구에서는 제주도 곶자왈 중 구좌-성산 곶자왈, 안덕곶자왈 지대에 대해 용암유역, 용암유역 내 곶자왈지대의 분포, 용암류의 유형, 용암류 연대 등을 조사하였다. 조사결과를 바탕으로 곶자왈을 이루는 용암류의 특징을 화산학적·층서적 관점에서 해석하고, 이를 근거로 곶자왈 형성의 주요 원인들에 대하여 살펴보았다.

4.2 곶자왈 형성의 주요 원인

우리는 곶자왈지대의 특징과 층서적 관계를 검토한 결과 곶자왈의 형성(잔존)의 가장 큰 요인이 ① 용암류의 매우 젊은 연대, ② 그로 인한 토양층 부재, ③ 지형기복이라 판단한다(그림 9).

Fig. 9.

A cartoon illustrating the development of the Gotjawal terrain, which is inferred to develop and be preserved on very young lava flows, irrespective of the surface features of either pahoehoe or aa lavas. The Gotjawal-forming lava flows have thin soils or lack soils on the surface, thereby making the lava field useless for agriculture. On the other hand, old lava flows with thick soil covers may have been preferentially cultivated for farming.

4.2.1 용암류의 매우 젊은 연대(곶자왈을 이루는 용암류의 연대)

Park et al. (2014)은 곶자왈의 기반을 이루는 용암류들에 대한 ⁴⁰Ar/³⁹Ar 연대측정으로 약 11만 5천년~약 2만 6천년의 연대를 보고하였다. 그런가 하면, Lee et al. (2014)은 제주도 남서부의 안덕곶자왈 내 용암층 하부 고토양층에 대해 탄소연대측정과 광여기루미네선스 연대측정을 통해 각각 2,250~7,410 Cal. yr BP와 4,600±300 yr BP의 매우 젊은 연대를 보고하기도 하였다.

이번 연구에서 동거문오름 분석층 직하부의 고토양층에서 얻은 탄소연대(약 9400 yr BP)는 동거문오름 화산활동 이전에 분출한 다랑쉬오름의 분출연대가 적어도 약 9400 yr BP 이후 일어났음을 지시한다. 이는 야외층서 관계에서 다랑쉬오름 용암류 및 분석층 상위에 놓이는 동거문오름 용암류(구좌-성산 곶자왈의 기반이 되는 용암류)가 적어도 9400 yr BP보다 젊다는 것을 지시한다. 또한, 선흘곶자왈이 위치하는 선흘리 현무암질안산암의 직하부 고토양층에서 얻은 약 11,000 yr BP 연대 또한 선흘리 현무암질안산암이 약 1.1만년 이내의 매우 젊은 용암류임을 지시한다. 비록 퇴적층에서의 탄소연대측정에 있어 탄소성분의 재동현상은 퇴적시기보다 오랜 연대치를 나타내거나(Weaver, 1991; Eglinton et al., 1997; Newnham et al., 2004), 탄소성분이 퇴적층을 침투해 아래로 스며들거나, 후기의 식물 뿌리에 의해 보다 젊은 연대를 보이는 현상이 보고된 바도 있다(Vandergoes and Prior, 2003; Newnham et al., 2007). 하지만 최근 Lee et al. (2014)에서의 안덕곶자왈의 고토양층에서의 연구결과는 층서적으로 동일한 층준에 해당하는 인접한 두 지점의 고토양층을 대상으로 수직적으로 연속적으로 연대측정을 실시했을 뿐만 아니라, 직경 1~2 cm (최대 10 cm) 크기의 목탄편들에 대한 연대측정결과와 광여기루미네선스 연대측정 결과가 비교적 잘 일치하는 양상을 보여 고토양에서의 탄소연대측정이 비교적 신뢰할 만한 결과라 여겨진다.

이상의 연대측정 결과들은 구좌-성산곶자왈, 안덕곶자왈, 선흘곶자왈 등과 같은 제주도의 곶자왈을 형성한 용암류가 지금까지 알려진 것보다 훨씬 젊은 용암류임을 지시하는 것이다.

4.2.2 빈약한 토양층

곶자왈에 대한 그간의 연구에서 곶자왈의 정의에 있어 공통점을 찾아보면, 곶자왈은 “토양이 거의 없거나 그 표토층의 심도가 다른 지역에 비해 상대적으로 얇다”(Song and Yun, 2002; Park et al., 2014)는 것이다. 즉 곶자왈의 표면에 토양층이 빈약한 것은 결국 “암괴들이 불규칙하게 흩어져 있는(Jeon et al., 2012)”이라는 표현과 같이 용암류의 표면적 특징을 그대로 드러나게 하는 것이다.

곶자왈의 상부에 토양이 빈약한 것과 대조적으로 곶자왈을 이루는 용암층 아래에는 고토양(이질 퇴적물 및 스코리아 퇴적물)이 분포한다. 이들 고토양층은 채석장과 같은 단면에서 양호한 연장성을 관찰할 수 있어, 이 토양층이 용암류 아래에 횡적으로 연장성 있게 발달해 있음을 유추할 수 있다(그림 10). Song (2000)은 제주도 4개 곶자왈 지대를 이루는 용암류에 대하여 용암류의 암상과 분포특성을 조사하고 이들 곶자왈을 이루는 용암류의 하부에 공통적으로 지표퇴적물(epiclastic sediment)이 분포한다고 기재한바 있다. 이후 Song and Yun (2002)은 곶자왈 아래에 넓게 분포하는 흑갈색을 띠는 이질 사암층(퇴적층)을 “탐라층”으로 기재하기도 하였다. 기존연구에서 곶자왈 하부에 놓이는 지표퇴적물(epiclastic sediments) 혹은 “탐라층”으로 기재된 일부 퇴적층은 곶자왈을 이루는 매우 젊은 용암류에 의해 피복된 고토양층으로 해석할 수 있을 것이다.

Fig. 10.

Laterally persistent paleosol layer exposed on a deeply dissected quarry section in Hankyeung Gotjawal. The location of quarry is marked in Fig. 6a with an white star.

우리는 앞서 곶자왈을 이루는 용암류가 매우 젊은 용암류임을 살펴보았다. 그렇다면 용암류의 분출연대와 토양층이 빈약한 현상과는 어떠한 관계가 있는 것일까? 우리는 곶자왈을 이루는 젊은 용암류의 상부에는 토양이 퇴적되거나 침전될 시간적 여유가 없었으며, 이로 인해 토양이 없는 매우 젊은 용암류의 상부는 농지로 사용될 수 없었을 것이라 판단한다. 즉 토양층 빈약의 결과로 농지로 개간되어 활용되지 못하고 잔존한 지역이 천연 자연숲 혹은 초목지로 남아 땔감조달이나 방목장 등으로 활용되면서 곶자왈이라 명명되고 보존된 것이라 판단된다. 이러한 이유로 곶자왈의 형성 혹은 잔존의 가장 큰 요인은 젊은 용암류 연대와 그로 인한 토양층의 빈약에 있다고 여겨진다.

하지만 비교적 짧은 과거에 발생한 화산활동에 의해 용암류가 형성되었다 하더라도, 그 상부에 이보다 더 젊은 화산활동에 의한 화산쇄설물 혹은 재동된 화산분출물(세립질의 스코리아, 화산재 등)이 쌓이게 되면 쇄설성 스코리아 지대는 쉽게 농지로 개간되어 곶자왈지대로 남겨지지 못했을 것으로 추정된다. 하나의 예로, 구좌-성산 곶자왈을 형성한 용암류의 근원지인 동거문오름의 경우 분석구 인근 지역에는 화산활동과정에서 분출한 스코리아 및 용암류에 의해 떠내려 온 스코리아 뗏목이 넓게 분포하여 목장지대로 활용되어 곶자왈로 잔존하지 못한 것으로 판단된다. 즉 스코리아가 분포하는 지대는 치밀한 용암 암반만 노출된 지역보다 상대적으로 쉽게 농경지로 개간되었을 것으로 생각된다. 뿐만 아니라, 쇄설성 클링커가 발달하는 아아는 비쇄설성의 표면적 특징을 갖는 파호이호이(그림 3a)에 비해 상대적으로 쉽게 농지로 개간되는 것으로 추정된다. 둔지봉 용암류의 중·하류 부분에서 평탄한 용암류 상부부분(그림 4a ~ 4d), 세화곶자왈의 말단부(그림 3c) 및 외곽부(그림 3b) 등이 농경지로 활용되는 사례가 이러한 해석을 뒷받침한다. Jeju Province (1997)는 이렇게 개간된 지역을 곶자왈지대에서 제외시킨데 비해, Song (2000)은 곶자왈로 구분하였다.

4.2.3 지형기복 및 경사

곶자왈 형성에 주요한 요인 중에 하나는 지형기복이 심하다는 것이다. 용암류 유역에서 지형적 기복은 분출하는 마그마의 성분, 물성의 차이, 단위시간당 분출량, 용암이 흘러가는 지형의 경사, 기존 지형의 굴곡 등에 크게 영향을 받는다(Pinkerton and Sparks, 1976; Lipman and Banks, 1987; Kilburn, 1993; Kilburn and Guest, 1993; Hon et al., 1994). 이러한 지형적 기복은 용암 분출 이후 그 표면에 토양층이 어느 정도 발달하더라도 농지로의 사용을 불가능하게 하는 주요한 원인이 될 것이다. 그 대표적인 예가 민오름에서 유래한 용암류 상에 형성된 교래곶자왈과 둔지봉에서 유래한 둔지봉 남쪽의 곶자왈 지대, 그리고 선흘곶자왈지대이다. 특히 선흘곶자왈은 토양이 없으면서 튜물러스가 다수 발달한 곳으로(Jeon et al., 2012), 농지로 활용하는데 어려움이 많은 대표적인 지대이다. 우리는 앞서 둔지봉에서 유래한 용암류의 분포영역은 지형적 특징에 근거하여 쉽게 인지할 수 있었다. 둔지봉의 경우 분석구가 터져나가면서 남쪽으로 열린 부분에는 용암류 및 스코리아 뗏목으로 인해 지형의 기복이 심하다. 이에 비해 용암류가 둔지봉을 휘어 감싸면서 지형적으로 낮은 곳을 향해 흘러가는 과정에서 용암류의 상부는 평평한 특징을 보이며 용암류의 가장자리 부분들은 급한 경사를 이룬다(그림 4b). 상대적으로 평평한 지형을 이루는 용암류의 상단부는 경작지로 활용되고 있다. 그에 비해 지형경사 및 기복이 심한 둔지봉의 인접부(둔지봉의 남쪽 인접부)와 용암류의 가장자리는 수목이 무성하게 자란 것을 인지할 수 있다(그림 4a). 즉 동일한 용암류 상에서도 지형적으로 평탄한 부분은 경작지로 활용된데 비해, 지형기복이 심하고 경사가 급한 부분은 곶자왈 혹은 부분적인 수목지역으로 남게 됨을 알 수 있다(그림 4a, 4b). 이러한 특징은 지형기복 및 지형경사가 심하면 심할수록 농경지로의 활용이 어려워 곶자왈로 잔존할 가능성이 높아진다는 해석이 가능하다.

5. 결 론

제주도 북동부의 구좌-성산곶자왈과 제주도 남서부 안덕곶자왈에 대하여 수치고도모델(DEM)을 이용한 음영기복도 및 경사분석도 작성, 야외 암상비교 등의 방법을 이용하여 곶자왈의 토대를 이루는 용암유역도를 작성하였다. 기존 연구결과와 달리 구좌-성산곶자왈의 토대를 이루는 용암류는 대부분이 동거문오름에서 유래한 것으로 판단된다. 일부 북동부 일부분지역(둔지봉 남쪽부분)은 둔지봉에서 분출한 용암류 내에 분포한다. 안덕곶자왈은 기존연구에서 제시된 바와 같이 병악오름에서 유래한 용암유역 내에 분포한다.

층서적 관점에서 곶자왈을 이루는 용암류의 하위에는 고토양이 분포한다. 이에 비해 용암류의 상부, 즉 곶자왈 지표에는 토양층이 매우 희박하다. 이러한 곶자왈의 표면적 특징은 용암류가 고토양층을 덮은 이후 그 표면에 토양이 퇴적되거나 침전되는 시간이 매우 짧았음을 지시하는 것이다. 즉, 곶자왈을 이루는 용암류가 제주도 화산활동 최후기에 형성된 매우 젊은 용암류임을 지시하는 것이다. 이러한 추론은 구좌-성산곶자왈(약 9,400년), 조천곶자왈 중 선흘곶자왈 지역(약 1.1만년), 안덕곶자왈(Lee et al., 2014: 약 5,000년)에서 용암류 하위의 고토양층에서 얻은 매우 젊은 연대결과에 의해 지지된다.

우리는 곶자왈지대의 특징과 층서관계를 바탕으로 곶자왈형성(잔존)의 가장 큰 원인은 ① 용암류의 매우 젊은 연대, ② 그로 인한 토양층의 부재, ③ 지형기복에 있음을 제안한다. 앞으로 곶자왈을 이루는 용암류를 대상으로 한 직·간접적인 연대측정연구가 보다 활발히 이루어진다면, 곶자왈을 이루고 있는 용암류의 연대를 보다 명확히 밝힐 수 있을 것으로 기대된다.

Acknowledgments

이 논문은 국립산림과학원 난대·아열대산림연구소 “용암숲 곶자왈의 가치발굴 및 지속가능한 활용기반 구축” 연구와 관련하여 수행된 위탁과제 결과에 기초하여 쓰여졌다. 연구과정에서 제주도 고토양에 대한 탄소연대측정 결과를 공유해주시고, 일부 고토양에 대한 탄소연대를 측정해주신 한국지질자원연구원 홍세선 박사님과 이진영 박사님께 감사드린다. 논문의 심사과정에서 건설적인 비평과 유익한 조언으로 논문의 오류와 부정확한 표현을 바로잡아 주신 안동대학교 지구환경과학과 황상구 교수님과 미육군극동공병단 지반환경공학부 박준범 박사님께 감사드린다.

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