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1. 시화호 자연탐사

1. 시화호

시화호는 우리나라의 중서부지역인 동경 126도31분∼17도00분, 북위37도11분∼37분23분

사이에 위치해 있으며, 경기도 시흥시 오이도와 안산시 대부도에서 시작하여 선감도, 불도,

탄도를 거쳐 화성시 서신면 전곡리까지 이어지는 인공 방조제와 섬으로 이루어진 호수이다.

‘시화’라는 이름은 시흥시와 화성군의 첫 번째 글자를 따서 붙인 것으로, 지난 1977년에

시화지구개발 외곽시설인 방조제 및 부대시설사업이 본격화되었다. 원래 시화호는 3개 군,

면이 감싸 안고 있어 마치 평화스런 시골풍경을 연상시키는 한 폭의 수채화였다. 당시 행정

구역명칭인 시흥군 군자면, 화성군 서신면, 옹진군 대부면 일원이 그 대상지역으로 이들 지

역은 어업과 농업이 혼합된 자연부락이었다. 시화호는 약 32km 길이의 방조제와 섬으로 바

다를 막은 것이다. 호수와 바다를 가로막고 있는 북쪽 끝 오이도에서 남쪽 끝 대부도 방아

머리까지의 방조제 길이는 약 12.7km로 직선 모양의 시화방조제는 가운데 부근에 있는 작

은 가리섬에서 약간 꺾여서 바깥쪽(서쪽)으로 밀고 나간 형태를 보인다. 그리고 방아머리에

서 시화호 남쪽 첫머리인 화성군 전곡리까지가 19.3km 정도이다. 막힌 시화호의 가장자리

는 매립공사가 진행되거나 수면이 낮아지면서 생긴 넓은 대지가 끝도 없이 펼쳐져 있다(그

림 1).

시화호의 면적은 약 50km2, 유효 저수량 1억 8천만 톤, 평균 수심 3.2km, 간척지 면적 약

110km2이다. 간척지 면적과 시화호를 합한 내부 면적은 약 150km2가 넘으며, 간척으로 사

라진 해안선은 100km를 넘는다고 한다. 시화호는 본래 간척지에 조성될 농지나 산업단지의

용수를 공급하기 위한 담수호로 계획되었다. 하지만 방조제 완공 이후 시화호 유역의 공장

오폐수 및 생활하수의 유입으로 수질이 급격히 악화되어, 1997년 이후 해수를 유입하기 시

작했고 2000년 12월에 정부는 시화호의 담수화를 포기하고 해수화를 확정하였다.

수원관측소의 자료로 시화만의 기후특성을 파악해 본 결과, 시화호는 한반도의 전형적인

기후특성인 몬순기후권에 속하며 한서의 차도 타지방에 비해 크며 우량도 많은 편이었다.

연평균기온은 11.9C 연평균강우량은 1,252.3㎜로 우리나라 연평균강우량 1,159㎜보다는

다소 많았고 년 평균상대습도는 72.8%이르며 7월께가 가장 높은 81.6% 이었으며 연평균강

우일수는 106일 이었다.

이 지역의 바다는 만조와 간조에 의해 해수면의 높이 차이가 많다. 물이 가득 찬 만조 때

는 엷은 바다가 펼쳐지지만, 물이 빠진 간조 때는 섬 주변에 매우 넓은 갯벌이 드러난다.

대표적인 갯벌로는 대부도 북쪽 끝에 있는 방아머리 갯벌과 구봉이섬-솔밭 주변, 남서쪽의

메추리섬-쪽박섬 주변, 선감도-탄도 갯벌, 궁평리 갯벌과 제부도 갯벌을 들 수 있다.

연구 지역은 시화호 남쪽 화성시와 시화호 서쪽에 있는 안산시 일대이다. 좀 더 구체적으

로 지역을 살펴보면 화성시 송산면(음섬, 한염 지역)을 중심으로 안산시 선감도, 탄도, 불도

지역이다. 화성시 북쪽 해안은 시화간척지 공사로 육지로 변하였으며, 안쪽에 나지막한 구

릉이 군데군데 분포한다. 비교적 큰 섬이었던 음섬, 형도, 어섬에는 사람이 거주하고 있으

며, 그 밖의 작은 곳은 간척공사 전에는 사람이 살지 않는 조그마한 섬으로 한염, 닭섬, 개

미섬 등으로 불리었다. 이 중 중한염에서 1999년 시화호 지킴이 최종인 선생과 한국해양연

구원 정갑식 박사에 의해 공룡 알 화석이 발견되어 신문과 방송에 보도되었고, 지질학자들

뿐 아니라 공룡에 관심이 많은 사람들의 시선을 받고 있다. 최근에는 탄도에서 공룡발자국

화석이 발견되어, 시화호는 이제 지구의 역사를 공부할 수 있는 자연학습장으로 모습이 바

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뀌었다.

그림 1 연구 지역의 위치

2. 연구 지역의 지질 및 야외 학습장

이 연구에서 적용한 야외 지질 답사 지역은 경기도 화성군과 안산시 사이에 있는 시화호의

남쪽 경계인 탄도 해안과 시화 방조제 건설로 수위가 낮아져 해저가 드러나 육지화된 시화

호 내의 한염 지역이다.

경기도 화성군 시화호 주변과 탄도 일대에는 백악기에 형성된 퇴적암이 소규모로 분포하고

있다. 이 지역의 기반암은 주로 선캄브리아대의 화강편마암으로 구성되어 있으며, 백운모

편암이 소규모 분포한다. 기반암 내에는 북동-남서 방향, 북서-남동 방향의 절리가 잘 발달

해 있으며, 이 기반암을 백악기의 산성암맥이 관입하고 있다(박성대 외, 2000).

2.1 탄도 해안(탄도 분지)

탄도 분지는 남-북 방향, 북동-남서 방향의 단층에 의해 기반암과 구분된다(그림 2). 분지

남서부에는 역암, 사암 등 조립질 퇴적암이 분포하며, 분지의 중앙과 동부에는 주로 사암,

이암과 같은 세립질 퇴적암이 많이 분포한다. 분지의 많은 부분이 신생대 제 4기 충적층에

의해 덮여 있다(박성대 외, 2000).

연구 지역은 탄도의 서쪽 해안으로 적갈색을 보이는 이질 사암, 괴상의 역암, 점이층리를

보이는 역암, 괴상의 사암, 점이층리를 보이는 사암, 엽층리를 보이는 사암, 쳐트질 이암 등

이 분포한다. 또한 이 지역의 상부층에는 검은색, 녹회색, 암갈색을 보이는 화산쇄설성 각력

이 기질 내에 분포하는 화성쇄설암층이 분포한다. 이 암층의 분급은 불량하며 전체적으로

큰 규모의 하도구조를 나타내고 있다. 하부의 사암층과는 급변하는 양상으로 접촉하여 하부

를 침식한 흔적을 관찰할 수 있다. 역암층에는 역질의 사암이 협재되어 있으며, 층의 하부

는 일반적으로 침식되고 급변하는 경계 양상을 띤다. 연장성이 불량한 쐐기 형태나 하도 형

태로 자주 나타난다. 개별적인 역층은 괴상이나 미약한 와상중첩구조를 보이기도 한다. 사

암층은 판상의 점이층리를 띠거나 괴상으로 산출되는데, 층 내에 잔자갈 크기의 역을 포함

하기도 한다. 역암의 하부 경계가 불규칙하며 그 아래로 적갈색 이암과 사암으로 급변하는

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것과, 하도형 또는 쐐기형 구조와 판상의 층이 범람원 퇴적물을 가로질러 나타난다. 이는

공기 중에 노출된 망상하천에 의한 자갈사주 (gravel bar)의 이동이나 하도상의 하천류와

같은 작은 크기의 하도 충진 작용에 의해 생성된 것으로 볼 수 있다. 얇은 두께를 보이며

측방으로 넓은 하도를 포함 하는 기질지지의 역암은 매우 넓고 얇은 판상류에 의해 퇴적된

것으로 해석할 수 있다. 깎고 메운(cut and fill) 구조를 보이는 층은 대체로 분급이 불량하

며 모래 크기의 기질로 구성되어 있다. 이는 유출량이 많은 홍수나 하도상 하천류에 의해

퇴적된 것으로 해석된다. 적갈색의 사암과 이암을 교대하는 얇은 렌즈상의 역암과 판상 역

암층의 단위가 나타나는 것은 이 지역이 충적선상지의 말단에서 역질 망상하천에 의해 퇴적

된 것으로 보인다(박성대 외, 2000).

그림 2 탄도 지역의 지질도(박성대 외, 2000에서 수정)

2.2 한염 지역(남양 분지)

한염 지역이 포함된 남양 분지는 북동-남서 방향, 남-북 방향의 단층에 의해 기반암과 퇴

적암이 구분되며, 두 암상은 단층대를 따라 부정합으로 접하고 있다(그림 3). 단층대 내에는

퇴적 분지의 북서부, 남동부, 남서부와 동부에 역암, 사암 등 조립질 퇴적암이 분포하며, 분

지의 중앙부와 서부 단층대를 따라서는 이암과 사암 등의 세립질 퇴적암이 분포한다. 백악

기 퇴적암과 선캄브리아대 변성암은 신생대 제 4기 충적층에 의해 부정합으로 덮여 있다(박

성대 외, 2000).

한염 지역은 경기도 화성군 송산면 고정리 북쪽에 위치하는데, 백악기의 적자색 사암과 이

암, 역암이 분포한다. 역암은 분급이 불량하고, 역의 원마도가 낮으며 주로 흑운모화강암,

편마암, 석회암 역으로 구성된다. 이 역암층은 적자색 이암이나 사암을 심하게 침식하고 그

위에 퇴적된 모습의 깎고 메운(cut and fill)구조가 발달하거나 판상으로 산출된다. 또한 선

상지 환경의 곡류 퇴적환경에서 나타나는 다양한 모양의 소규모 하도(channel) 구조가 나타

난다(박정웅 외, 2003). 이 지역에서 다양한 공룡알 화석과 둥지 화석이 발견되어 최근 연

구가 진행되고 있다. 공룡알 화석이 산출된 퇴적층은 역들이 기질에 의해 지지되는 붉은 색

또는 적자색의 역질사암 또는 역질이암으로 여러 형태의 생흔화석과 고토양의 석회질단괴

(calcrete) 등이 나타난다. 공룡알 화석 속의 퇴적물은 알을 싸고있는 퇴적물과 동일한 적색

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사암과 이암으로 채워져 있으며, 지름 1 ㎝ 이상의 역도 발견된다. 역암층의 분급이 불량하

고, 원마도가 낮은 역들이 많이 포함되어 있는 것으로 보아 이 역암을 형성시킨 퇴적물 공

급원이 그리 멀지 않은 곳에 있었음을 알려준다. 공룡알 둥지 화석에서 알들이 흩어지지 않

고 분급도가 매우 낮은 쇄설류 기원의 퇴적층 내에서 산출되는 것으로 보아 과거 중생대에

이 곳이 비교적 조용한 흐름을 갖는 하천의 하도 사주(channel bar)에 가까운 충적선상지

(alluvial fan) 환경이었음을 암시한다. 또한 공룡들이 우기가 끝난 후 드러나게 된 자갈과

모래가 뒤섞인 퇴적물을 산란처로 이용했음을 알 수 있다(이융남 외, 2000).

이 지역에서 발견된 공룡알 화석은 대부분 구형이며, 평균 지름은 11 ㎝이고, 알껍질의 평

균 두께는 약 1.0 ㎜ 정도이다. 알껍질의 성분은 방해석이며, 그 표면은 진한 검은색이고,

숨구멍(pore canal)이 많이 분포하고 있어 다소 거칠다. 숨구멍은 2차적으로 생성된 방해석

으로 충진되어 있어 알껍질의 단면이 보이는 공룡알 화석에서는 매우 가늘고 복잡한 하얀

줄처럼 보인다. 이처럼 숨구멍이 많은 것으로 보아 과거에 이곳이 습한 환경이거나 공룡이

차갑고 습기가 있는 흙 속에 알을 묻었다는 것을 알 수 있다. 둥지 화석은 대개 2∼3 개의

층에 걸쳐서 나타나고 있으며, 그 지름은 약 1 m 정도로, 8∼10 개 정도의 알이 함께 나타

나고 있다. 이는 공룡알들이 운반되었을 가능성이 적음을 암시한다(이융남 외, 2000).

연구 지역(중한염, 누드바위)에서 산출된 공룡알 화석은 초식공룡인 용각류의 알로 추정하

고 있다.

그림 3 한염 지역의 지질도(박성대 외, 2000에서 수

정)

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2.3 탄도 지역 야외 지질 학습장

탄도 지역은 전체적으로 적자색 이암 위에 화산 기원의 사암이나 화산각력암이 쌓여있다.

탄도는 섬 중앙에 있는 화이트비치 호텔을 기준으로 남쪽 해안과 북쪽 해안으로 구분된다.

이 연구에 적용된 탄도 지역 야외 지질 학습장은 남쪽 해안에서 화이트비치 호텔 앞까지의

해안에 해당된다. 가장 남쪽 지역은 채석장 복구 공사가 완료되어, 지층을 볼 수 없지만, 이

곳에서 산출되는 암석은 대부분 응회암을 비롯한 화산쇄설암이다. 이곳을 기점으로 왼쪽으

로 이동하면 점차 응회질 사암층의 아래쪽 지층이 나타나게 되는데, 화산기원의 역암, 사암,

그리고 적자색 이암들이다. 적자색 이암은 과거 이 지역의 환경이 지표 위로 노출된 건 조

한 환경(산화 환경)이었음을 알려주며, 이 적자색 이암층에서 여러 형태의 하도 구조들을

볼 수 있고, 하도구조의 입체적인 모습을 확인해 볼 수 있다(박정웅 외, 2003).

이 연구에 적용된 탄도 해안 야외 지질 학습장의 위치(그림 4)와 학습 내용은 다음과 같다.

그림 4 탄도 해안 야외 지질 학습장의 위치

2.3.1 야외 관찰 지점

관찰 지점 #1

가. 관찰 사항- 이암, 사암, 처트, 단층, 화산쇄설암. 퇴적암의 종류, 대규모 하도 구조.

나. 특별활동

․ 대규모 하도 구조의 생성과정을 생각해 보자.․ 퇴적암 분류표를 이용하여 퇴적암을 분류하여 보자.

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그림 5 화쇄류에 의한 화도 구조

관찰 지점 #2

가. 관찰 사항 : 이암, 사암, 역암. 생흔화석, 방해석 세맥, 렌즈 형태의 하도 구조, 이질암의

색깔, 방해석 맥 구별.

나. 특별 활동

․ 방해석맥은 구별하여 보자.․ 단층의 종류를 알아보자.․ 생흔화석을 찾아보자.․ 암상 변화에 근거하여 퇴적환경의 변화를 유추하여 보자.

그림 6 화도구조와 생흔화석

그림 7 방해석 세맥

관찰 지점 #3

가. 관찰 사항 - 역암, 사암, 이암. W자 모양의 하도 구조, 지하수의 변질 작용

나. 특별 활동

․ 클리노미터 사용법을 익히고, 주향/경사를 측정하여 보자.

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그림 8 W자 모양의 화도 구조

관찰 지점 #4

가. 관찰 사항 : 쳐트, 쇄설성 퇴적암, 사층리, 불꽃구조

나. 특별 활동

․ 사층리 찾아보자.․ 불꽃구조의 생성과정을 알아보자.

그림 9 불꽃구조

그림 10 사층리

관찰 지점 #5

가. 관찰 사항 : 모수석, 경사부정합

나. 특별 활동

․ 모수석을 찾아보자.․ 지질 시대를 달리하는 두 암석이 어떻게 같이 나타날 수 있을까? 이런 구조를 무엇이라 하는가?

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그림 11] 경사부정합

2.4 한염 지역 야외 지질 학습장

이 연구지역인 한염 지역 야외 지질 학습장은 경기도 화성군 송산면 북쪽 고정리 공룡알

화석지에 해당하는 곳이며, 약 300여 개의 공룡알 화석과 둥지 화석이 발견되어 문화관광

부에서 천연기념물 414호로 지정하여 보호하고 있다. 고정리 배머리에서 음섬 방향으로 나

있는 둑길을 따라 가다 보면 연구 지역으로 들어갈 수 있는 철문과 고정리 공룡알 화석지

관리소를 볼 수 있다. 관리소에서 동쪽을 보면 작은 산 모양의 구릉이 여러 개 보이는데,

그 구릉들은 과거에 이 지역이 바다였을 때는 섬이었던 곳인데 시화 방조제를 건설하면서

해수가 빠져나가 현재는 육지가 되어 작은 산 모양을 하고 있다. 그 구릉들 중에서 가장 큰

것이 한염이다. 한염 외에도 비교적 큰 섬이 3개 있는데, 북쪽부터 상한염, 중한염, 하한염

이다. 한염 지역은 중생대 백악기 퇴적암류인 적자색 이암과 사암, 역암이 분포하는데, 역암

은 분급이 불량하고, 역의 원마도는 낮으며, 주로 흑운모화강암, 편마암, 석회암 역으로 구

성되어있다. 또한 역암은 적자색 이암이나 사암을 침식하고, 그 위에 퇴적된 모습의 깎고

메운(cut and fill) 구조가 발달하고 있다. 특히, 중한염과 누드바위에서는 공룡알 화석과 둥

지 화석이 발견되어 많은 관심이 모아지고 있다(박정웅 외, 2003). 그밖에 상한염, 중한염과

하한염 사이의 바위에서는 망상하천 주변의 침식과 퇴적 지형, 고수류에 의한 인편상 구조,

곡류 하천에 의한 우각사주의 측면 누적 현상 등 다양한 퇴적 구조들이 남아있어 백악기의

퇴적 환경에 대한 많은 정보를 얻을 수 있다.

이 연구에서 적용한 한염 지역 야외 지질 학습장의 위치(그림 12) 및 학습 내용은 다음과

같다.

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그림 12 한염 지역 야외 지질 학습장의 위치

2.4.1 야외 관찰 지점

관찰 지점 #1

가. 관찰 사항- 이암, 사암, 역암, 층리, 생흔화석, 하도 구조, cut and fill.

나. 특별활동

․ 퇴적물의 종류, 원마도, 분급도를 알아보자. ․ 역지지 역암을 유수와 관련시켜 생각해 보자. ․ 암상에 따른 퇴적환경의 변화를 유추해 보자. ․ 이암의 색깔을 보면 붉은 색을 띤다. 왜 그럴까?

그림 13 상한염 노두

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관찰 지점 #2(일명 누드바위)

가. 관찰 사항 : 역암, 사암, 벌집구조, 생흔화석, 공룡알 화석, 공룡알 둥지 화석

나. 특별활동

․ 공룡알의 크기는 얼마나 될까? ․ 공룡알은 보통 45㎝ 이하므로 공룡 크기에 비해 알은 매우 작다고 생각된다. 그런데 공룡 학자들은 공룡 알이 더 클 수는 없다고 한다. 그 이유는?

․ 이 지역을 보면 공룡알이 무더기로 보인다. 이곳에서 중생대 공룡들의 생활상과 공룡알이 묻힐 때의 상황을 추리해 보자.

․ 에디아카라 동물군에서는 다양한 생명체의 생흔이 사암 표면에서 발견되었는데, 2차원 평면상에 한정된 것이 특징이다. 캄브리아기에 들어오면서 스케치한 것 같은 3차원적 생흔 구

조가 생겼다 한다. 그 이유를 생각해 보자.

그림 14 공룡알 화석

관찰 지점 #3

가. 관찰 사항 : 역암, 사암, 이암. U자형 하도구조, 인편상 구조

나. 특별활동

․ U자형 하도구조의 생성 과정을 설명하여 보자. ․ 인편상 구조로 유수의 방향을 유추해 보자.

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그림 15 구하도

관찰 지점 #4

가. 관찰 사항 : 역암, 사암, 이암, 사층리, 하도 퇴적암의 특징, 공룡알 화석.

나. 특별활동

․ 사층리로 지층의 상하를 판단하여 보자.․ 사층리로 고유수의 방향을 유추해 보자.

그림 16 사층리

관찰 지점 #5

가. 관찰 사항 : 역암, 사암, 사층리, 공룡알 화석, 공룡알 둥지 화석, 공룡알 모형(몰드와 캐

스트).

나. 특별활동

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․ 지층의 상하 판단을 할 수 있는 퇴적 구조를 찾아보자.․ 몰드와 캐스트를 구별하여 보자.

그림 17 공룡알 모형

보충자료

퇴적암 지각의 구성은 90 퍼센트 이상이 화성암에 의하며 퇴적암이 차지하는 비중은 상대

적으로 적지만 지표면만을 놓고 본다면 75 퍼센트 이상은 퇴적암으로 구성되어 있다. 퇴적

암은 이미 형성되어 있는 암석들이 바람, 물, 얼음 등 자연현상에 의해 분쇄된 후, 분쇄된

작은 입자들이 물이나 바람에 의해 낮은 곳으로 이동하여 침전, 퇴적되어 형성된다. 물에

이동되는 양상은 모래, 자갈 등 암석의 입자가 큰 경우라면 흐르는 물살에 의해 이동되지

만, 점토광물과 같이 작은 크기의 입자라면 물에 떠서, 나트륨, 칼슘, 포타슘, 마그네슘 등의

금속 성분은 물에 용해된 채로 이동하게 된다.

퇴적암(sedimentary rocks)의 가장 큰 특징은 층상구조(strata)가 나타난다는 것이다. 분

쇄된 암석 입자들의 퇴적 과정은 지속적으로 일어나지만 입자 크기, 물 흐름의 양이나 속도

변화 등에 의해 그 양상이 조금씩 달라지는데, 이런 변화로 인해 층상의 구조가 나타나게

된다. 계절의 변화로 인해 나타나는 나무의 나이테와도 비슷하다고 할 수 있다. 퇴적암의

또 다른 특징은 이런 퇴적 과정 중 죽은 생물의 사체나 흔적이 함께 묻혀 화석으로 될 수

있다는 것이다.

퇴적암은 분쇄된 암석 조각들로 구성되는 쇄설성 퇴적암(clastic sedimentary rocks)과 화

학적 반응으로 형성되는 탄산염 퇴적암(carbonate sedimentary rock)으로 나눌 수 있으며,

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입자크기(mm) 퇴적물 퇴적암 화산 쇄설물1

256

64

4

2

1/16

1/125

거력(boulder)

역암(conglomerate)

화산암괴→화산각력암

화산탄(bomb)→집괴암왕자갈(cobble)

중자갈(pebble)화산력(lapilli)→라필리암

잔자갈(granule)

모래(sand) 사암(sandstone)

응회암실트(silt) 실트암(siltstone)

점토(clay) 이암, 셰일

표 1 퇴적물의 입자 크기에 따른 퇴적암의 분류

그 중 대부분은 쇄설성 퇴적암이다. 쇄설성 퇴적암은 암석의 파편이나 입자들이 물리적인

힘에 의해 침전 및 퇴적되어 형성되는데, 암석을 구성하는 입자들의 크기에 따라 역암, 사

암, 이암, 셰일 등으로 세분된다.

단층 암석 중에 생긴 틈을 경계로 양쪽의 암반이 상대적으로 이동하여 어긋나 있는 것을

단층이라 한다.

단층면이 경사져 있을 경우 걸려 있는 암반을 상반이라 하고, 아래쪽의 암반을 하반이라

한다. 단층의 크기를 이야기할 때, 두 암반의 수직이동 거리인 낙차로써 표시하기도 한다.

단층의 성인은 암반에 가해지는 장력과 횡압력으로 인한 것이며, 힘의 평형을 이루기 위한

지각의 이동현상을 단층이라 할 수 있다. 장력이 작용할 때에는 상반이 아래쪽으로 이동한

정단층, 횡압력이 작용할 때에는 상반이 위쪽으로 이동한 역단층이 생긴다.

단층은 일반적으로 상․하반의 상대적인 이동으로 구별하며, 상반이 하반에 비해 아래로 이동한 것을 정단층, 하반이 상반보다 아래로 이동한 것을 정단층, 하반이 상반보다 아래로

이동한 것을 역단층이라 한다. 야외에서 양쪽 암반의 이동을 파악하는 데는 지층의 연속성

을 이용하기도 하나, 용이하지 않을 경우에는 단층면에 접하여 형성된 구부러진 꼬리를 관

찰하여 판별하기도 한다.

한 개 이상의 평행한 정단층에 의해 양쪽이 막힌 좁고 긴 계곡을 지구라 하며, 이와 반대

로 서로 평행한 정단층 또는 역단층에 의해 상승된 지괴를 지루라 한다. 단층의 종류는 그

특징에 따라 수직단층, 정단층, 역단층, 주향이동단층, 우수단층, 좌수단층, 성장단층 등으로

구분하여 부르기도 한다.

정단층 역단층 주향이동단층

힌지단층 오버트러스트 수직단층

표 2 단층의 종류

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하천 환경에서 형성된 퇴적층의 특징 하천 환경에서 형성되는 퇴적물은 역암, 사암, 이암

등 다양하게 나타나는데, 일반적으로 하성사암은 기저면과 뚜렷한 경계를 보이고 사층리를

가지며 부분적으로 수평층리를포함하기도 한다. 하성역암은 보통 렌즈상으로 나타나고 종종

사층리가 발달하며, 자갈은 분지 외부에서 온 것과 분지 내부의 퇴적층에서 기원된 것을 모

두 포함하고, 자갈과자갈끼리 서로 맞닿아 연결된 구조(역 지지, clast supported)를 보인

다.

대부분의 하성 퇴적층은 아건조 기후에서 퇴적되어 초기 속성작용 동안 형성된 적철석 때

문에 붉게 보이는 경우가 많다. 아건조 기후에 지하수면이 낮을 경우 토양층에 석회질 단괴

(calcrete)가, 습윤한 기후에 지하수면이 높을 경우 토양층에 식물뿌리, 능철석단괴나 석탄

이 포함되기도 한다. 하성 퇴적층의 주요 퇴적 장소는 선상지, 굴곡이 적은강, 굴곡이 심한

강이 있다.

선상지는 주기적으로 비가 많이 내리는 아건조 기후대에 많이 존재하는데, 특히 단층으로

고지대와 접한 곳에서 잘 발달한다. 선상지의 상부는 계곡의 입구에 위치하며, 선상지의 하

류 방향으로 플라야, 호수, 범람원, 해안평야 등이 나타나는데 때로는 직접 바다와 연결되어

선상삼각주(fan-delta)를 이루기도 한다. 다른 하성 퇴적층에 비해 선상지 퇴적층은 퇴적물

의 이동거리와 운반 기간이 짧기 때문에 일반적으로 분급이 불량하고 자갈과 조립질의 모래

가 우세한 편이다. 선상지 상단(proximal fan)이나 중간 부분(mid fan)은 역암이 지배적이

고, 약간의 사암이 끼지만, 말단(distal fan)으로 가면 세립질 암석이 많아진다. 선상지의 퇴

적작용은 쇄설류, 하천류, 판상류에 의해 이루어진다. 쇄설류는 고밀도, 고점도의 흐름으로

다량의 세립 퇴적물 속에 쇄설편(debri)과 거력 등을 포함한다. 쇄설류(debris flow) 퇴적층

은 측방으로 연속성이 양호하며, 침식된 기저면을 보이지 않고, 기질에 의해 자갈이 둘러쌓

여 있는 조직(기질지지 matrix supported)을 갖는다. 하천류(stream flow)는 점성이 낮은

흐름으로 보통 하도에 국한되어 흐르고, 사층리를갖는 역질사암과 자갈들이 서로 맞물려 있

는 역지지 조직과, 와상중첩구조(인편상구조, imbrication)를 갖는 렌즈상의 자갈층으로 구

성되어 있다. 판상류(sheet flow)는 얕지만 규모가 큰 흐름으로 측방의 연속성이 좋은 모래

와 자갈의 얇은 층을 퇴적시키며, 점이층리, 평행층리, 사층리 등을 보인다.

굴곡이 적은 망상하천(braided stream)은 유로가 여러 갈래로 갈라진 하천으로서 경사가

급하고, 퇴적물의 양이 많고 변화가

심한 지역에서 유량에 비하여 토사

운반량이 지나치게 많은 경우에 발

달한다. 집중호우로 물이 불어나면

유로가 하나로 합쳐지지만 물이 줄

어들면 물길이 여러 갈래로 갈라진

다. 망류하도는 빙하에서 다량의 퇴

석을 공급받는 하천이나 곡구를 중

심으로 토사를 집중적으로 쌓는 선

상지의 하천에서 흔히 발달한다. 큰

삼각주에서는 하천이 여러 갈래로

갈라지는 것이 보통이다. 또한 망

상하천은 굴곡이 적은 강은 사주에 의해 여러 갈래로 갈라져 있으며, 하도 주위에는 범람원

의 발달이 미약하다. 이러한 하천에 의해 주로 퇴적되는 퇴적물은 모래이며, 상류에는 조립

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의 자갈이 퇴적되기도 한다. 퇴적층의 측방이동은 거의 없고, 대부분 하도와 사주에서만 퇴

적이 일어나므로 사층리를 포함하는 길다

란 렌즈형의 사암체를 구성하는 경우가 많

다.

굴곡이 큰 곡류하천(사행천)은 하도와 범

람원의 발달이 뚜렷하고 독특한 퇴적과정

을 나타낸다. 사행천의 바깥쪽은 유속이 빨

라 침식이 일어나고, 안쪽은 유속이 느려

퇴적물이 퇴적되어 우각 사주(point bar)를

형성한다. 계속적인 침식과 퇴적은 곡류를

이리저리 이동시키면서 하류로 흐르게 하

고, 그 자리에는 침식에 의한 절벽과 활 모

양의 우각 사주가 차례차례 축적된다. 모래

는 하도의 바닥이나 우각 사주의 하부에서

는 사구 형태를 이루며 움직이는 반면, 우

각 사주의 상부에서는 연흔 형태로 이동한

다. 우각 사주의 측방이동에 의한 퇴적으

로 수류방향에 수직인 사층리면을 갖는 엡

실론 사층리(또는 측면누적 lateral bar

accretion)를 형성하며, 퇴적층의 기저면은

침식면과 맞닿아 있고, 상부로 갈수록 입

자와 사층리의 크기가 점점 감소한다.

하천이 범람할 경우 강물에 휩쓸려 온 실

트와 점토가 범람원에 퇴적되기 때문에 우

각 사주에 의해 형성된 사암의 상부에는 세립질 퇴적층이 쌓이게 된다. 이 때 하천 주변에

는 범람한 강물과 바닥 사이의 마찰에 의해 유속이 느려져 하천 양쪽에 퇴적물이 쌓이면서

자연제방(natural levees)을 형성하게 된다. 자연제방의 퇴적물 입자의 크기는 하천에서 멀

어질수록 작아진다.

머드암석의 색 색은 탄소의 함량과 철의 산화 상태에 따라 변화한다. 이질암은 백색, 회색,

흑색에서 보라색, 청색, 녹색, 황색, 갈색, 적색에 이르기까지 다양한 색깔을 나타내는데, 점

토질 퇴적물에 포함된 쇄설성 유기물질의 색깔, 이질암을 구성하는 광물 중 점토광물과 운

모광물의 함량에 따라 달라진다. 그러나 이보다 더 큰 영향을 주는 것은 퇴적작용과 속성작

용이 일어나는 동안의 환경이다. 산화환경에서는 철과 산소가 접하여 산화작용이 활발하므

로 Fe3+/Fe2+의 비율이 높아져서 적철석의 함유량이 많아지므로 붉은색의 이암이 생성된

다. 반면에 환원환경에서는 그 비율이 낮아지고 유기적 탄소의 함량이 많아져서 주로 황철

석과 백철석의 함유량이 많아진다. 이 경우 이암의 색은 녹회색~회색,흑색을 띤다. 녹색의

이암은 본래의 색일 수도 있지만 대부분 적색이었던 것이 공극수의 이동으로 적철석이 환원

되어 생성된 것이다. 올리브색과 노란색은 녹색의 점토 광물과 유기물질의 혼합에 의해 생

성된다.

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약품을 이용한 화학 성분 확인 야외에서 광물 구분법은 주로 물리적 화학적 성질을 이용

한다. 물리적 성질에서 굳기, 쪼개짐, 깨짐, 색, 조흔색, 냄새. 맛, 자성, 광택 등이 있고 광

물의 화학적 성질에서 가장 잘 이용되는 것이 염산과의 반응성이다. 주요 조암 광물 중 염

산과 잘 반응하는 것은 방해석이고, 석영과 장석류는 반응을 하지 않는다.

가) 석회석 - 방해석이 염산과 반응할 때 반응식은

CaCO + 2HCl → CaCl +HO +CO 로 이산화탄소 기체가 끓어 오른다.

나) 탄 소 - 묽은 황산을 가하면 탄다.

다) 아 연 - 수산화나트륨을 가하면 녹는다.

라) 이산화망간 - 과산화수소를 가하면 이산화망간이 촉매역할을 하여 과산화수소에서 산소

발생을 촉진한다.(끓는다)

주향과 경사 진북 방향을 기준으로 경사진 지층면과 수평면이 만나는 교선의 방향을 주향

이라고 하며, 지층면이 주향에 직각 방향으로 경사진 각도와 방향을 경사라고 한다. 주향

은 주향선이 진북을 기준으로 동(서)쪽으로 몇 ° 방향을 향하고 있는가를 나타내며, 경사

는 경사각과 방향을 동시에 표시한다. 주향의 연장이 북과 동 사이에 있을 때는 NE, 또는

남북방향과 이루는 각이 45 °일 때는 N과 E 사이에 45 °를 넣어 N45°E라고 쓴다.

주향과 경사는 퇴적암의 지층면 이외에도, 단층면과 절리면 등의 면과 관련된 모든 지질

구조에 응용될 수 있으며, 클리노미터나 브런턴 컴퍼스를 이용하여 측정한다.

클리노미터 사용법은 아래와 같다.

1. 주향을 측정하는 방법

①클리노미터의 긴 변을 지층면에 붙인다.

②수준기를 수평의 위치에 높았을 때 자침이 가리키는 눈금을 그대로 읽는다.

2. 경사를 측정하는 방법

①주향에 직각이 되게 클리노미터의 긴 변을 세운다.

②추가 가리키는 각도를 안쪽의 눈금으로 읽는다.

역의 원마도, 분급도 퇴적물을 구성하는 입자 크기의 고른 정도를 분급도라고 한다. 퇴적

물이 유수에 의해 운반되는 경우 유속이 느린 곳(삼각주)에서는 같은 크기의 입자들끼리 퇴

적되기 때문에 분급이 좋지만, 유속이 빠르다가 갑자기 느려지는 곳(선상지)의 퇴적물은 분

급이 불량하다. 이 밖에도 바람에 의해 퇴적된 사구나, 저탁류에 의해 퇴적된 심해저 퇴적

암인 저탁암은 분급이 양호하고, 빙하 퇴적암인 빙퇴석은 분급이 불량하다.

퇴적물 입자 모양의 둥근 정도를 원마도라고 한다. 원마도는 퇴적물의 운반 거리에 비례하

는데, 운반 거리가 멀수록 마모에 의해 입자들의 모양은 둥글둥글해진다. 따라서 강의 상류

퇴적물은 원마도가 낮고, 하류로 갈수록 원마도가 높다.

퇴적 구조 불꽃구조는 이암이 상부의 사암층 안으로 솟아 올라가 만들어진 구조로 미고결

이암이 위에 놓인 모래의 압력에 눌릴 때 만들어진다. 반대의 구조를 가진 것을 돌기 구조

라 한다.

점이층리는 입자의 크기에 따라 위로 갈수록 가는 입자들이 쌓이는 퇴적구조를 말한다. 이

는 유수의 흐름이 느려짐에 따라 가장 무겁고 큰 입자가 먼저 가라앉고, 작고 가벼운 것은

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나중에 퇴적될 것이다.

사층리는 주요 층리면(層理面)에 대해 일정한 각도를 이루며 발달한 일차 퇴적구조이다.

연흔(漣痕)이나 모래 물결 등과 같은 퇴적층 형태나 사주(砂洲)의 이동에 의해서 형성된다.

사층리는 층리면이 편평한 평판형 사층리와 주요 층리면이 국자 모양의 곡면을 나타내는 트

라프사층리의 두 종류로 나뉜다. 사층리로 구성된 하나의 단위층을 세트라고 하는데, 일반

적으로 한 세트의 두께는 15~60cm이다. 하나의 사층리 세트 내에서 전면세트는 주요 층리

면과 각도를 이루고 있는데, 이 때의 각도는 미끄러짐면에서의 퇴적물의 안식각(安息角)을

나타낸다. 일반적으로 모래 크기의 퇴적물로 구성된 사암에서 흔하게 나타나며, 이 밖에도

역암 ·이암 석회암등에서도 관찰된다. 고수류(古水流)의 방향을 지시하는 퇴적구조로서 퇴적

분지 해석에 이용된다.

흔적화석 생물체에 의해 퇴적층 내에 형성된 퇴적구조를 흔적화석이라 한다. 흔적화석은

매우 다양하며 특정의 유기체 또는 유기체의 활동에 의해 만들어지며, 잘 구분되고 매우 조

직적인 구조에서부터 엽층이나 층리구조와 같은 일차 퇴적구조를 교란하거나 파괴시키는 생

란구조까지 포함한다.

흔적화석은 퇴적환경에 대한 정보를 제공하기 때문에 중요한데, 어떤 흔적화석 또는 흔적

화석의 군집은 특정 환경에서 형성되며 일정한 수심을 반영한다. 퇴적층 내에 화석의 몸체

가 보존되어 있지 않은 경우 흔적화석은 그 퇴적층 내에 생명이 존재하고 있었다는 유일한

증거가 된다.

부정합 상하 지층 사이에 퇴적이 중단되어 있거나 지각 변동에 의하여 시간적으로 연속되

지 않는 상하 지층 사이의 관계를 말한다.

(a) 퇴 적 (b) 융기 및 습곡

(c) 침 식 (d) 침강 및 새로운 퇴적

모수석(dendrites) 모수석은 퇴적암이나 화성암 속에서 층리면 또는 절리면을 따라 물이

흐르다가 지하수에 녹아 있는 이산화망간이 침전되어 만들어진 교묘한 무늬를 말한다. 흑운

모와 같은 광물 속에 포함된 망간성분이 산소가 풍부한 환경과 만나면 빠르게 산화되면서

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모수석 패턴을 형성하는 것이다.

타포니 바위의 표면에 신기한 모양으로 파여 사람들의 관심을 끄는 구멍을 풍화혈이라고

한다. 풍화혈의 모양은 다양하지만 풍화호와 타포니로 크게 나뉜다. 풍화호는 평평한 암반

에 항아리 모양으로 오목하게 개별적으로 파인 구멍이고, 타포니는 암벽에 마치 벌집처럼

집단적으로 파인 구멍이고, 타포니는 암벽에 마치 벌집처럼 집단적으로 파인 구멍이다. 풍

화혈은 화강암에 특히 인상적으로 형성된다. 풍화혈이 일단 형성되면 그와 같은 부위에서는

암석의 입상붕괴가 촉진될 수 있다. 비가 내린 후 물이 괴거나 그늘이 드리워 주변보다 습

하기 떄문이다. 풍화혈은 사암이나 석회암에도 파인다. 한쌍의 봉우리가 말의 귀처럼 생긴

전라북도 진안의 마이산은 경상누층군에 속한, 큰 원력 위주의 역암으로 이루어진 ‘돌산’인

데, 남사면에 많이 뚫려 있는 타포니로도 유명하다. 이곳의 타포니는 빙정의 쐐기작용으로

형성되었음이 분명한 것 같다. 겨울에 햇빛을 많이 받는 남사면에서는 주야간의 온도변화가

심해서 빙정의 쐐기작용이 활발하게 일어날 수 있다.

공룡알

가) 크기와 형태

공룡알 화석의 대부분은 비슷한 형태이고 형태도 단순하기 때문에 어떤 공룡의 것인지

정확히 알기 어렵다는 제한이 있다. 공룡알 속에 태아를 발견하면 결정적인 단서가 될

수도 있지만 태아의 골격이 완전히 발육한 상태가 아니라서 성체의 특징을 찾기 어려워

쉽게 공룡을 식별할 수 있는 것은 아니다. 공룡알 화석 중에 태아가 포함되어 있는 경우

는 10%정도이다.

공룡의 크기와 달리 알의 크기는 동그랗고 테니스 공 크기만 한 것부터 길이 53cm의

길쭉한 타원형으로 현재의 타조 알 정도, 혹은 그보다 작은 크기를 유지하고 있다. 알의

크기가 너무 커지게 되면 구조적 안정을 위해서 껍질 역시 두꺼워져야 하는 데, 그렇게

되면 알속의 태아가 호흡할 수 없게 될 뿐만 아니라 부화할 때 껍질을 깨고 나올 수 없

기 때문이다. 또 알의 크기는 알속에 공급되는 산소의 비율에 제약을 받는다. 알이 커지

면, 알속에 태아가 자라는 데 충분한 산소를 공급 받을 수 없다. 2리터 이하, 또 깨질 수

도, 오리주둥이 공룡인 마이아사우라는 최고 25개의 알을 낳았다.

분류상으로 보면 일반적으로 동그랗게 생긴 것은 초식공룡의 알로, 길쭉한 것은 육식공룡

의 알로 알려져 있지만 알속에서 태아의 골격이 발견되지 않는 한 알의 임자가 어떤 공룡인

지 알기가 어렵다. 공룡알 둥지의 형태나 크기를 통해서도 많은 내용, 특히 번식과 새끼

양육에 대한 귀중한 정보를 얻을 수 있다.

나) 공룡알 껍질

알 껍질은 종류에 따라 다양한 형태를 나타낸다. 하지만 공룡의 알들은 그 종류와 상관없

이 현생 파충류나 조류의 알 껍질과는 분명한 차이를 보인다. 공룡알 표본에서는 표본을

덮고 있는 좁쌀 모양의 작은 돌기를 관찰할 수 있다. 공룡의 알 껍질은 조류에 비해 10배

이상의 숨구멍을 가지고 있다. 학자들은 이에 대해 중생대 당시 대기 중의 이산화탄소가 차

지하는 비율이 오늘날보다 훨씬 높았으며, 따라서 태아에 충분한 산소를 공급하기 위해 많

은 숨구멍을 가지게 된 것이라고 해석했다. 공룡의 알 껍질에 표면장식이나 요철이 발달한

이유도 땅속에서 숨구멍이 막히지 않고 충분한 산소를 얻기 위해서다.

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공룡알 화석의 또 다른 특징은 표면에 많은 금이 있다는 사실이다. 파충류나 조류의 알

껍질을 구성하는 주성분은 탄산칼슘으로서, 거북이는 아라고나이트, 기타 파충류나 조류의

알은 방해석 결정의 형태를 하고 있다. 공룡알 껍질의 구성 성분도 이와 비슷했을 것이라고

생각된다. 이러한 탄산염 결정은 안정성이 매우 크기 때문에 흙속에 묻혀서도 오랜 기간 원

래의 구성 성분과 형태를 유지하게 된다. 그러나 화석화가 진행되면 위 지층으로부터 높은

압력을 받게 되면 탄산염 결정이 재결정화 하게 되는데, 이때 알은 여러 개의 단위로 금이

가서 특징적인 모자이크 패턴을 나타나게 되는 것이다.

다) 공룡알 화석 식별법

공룡알 화석 식별법은 ㉠ 공룡알이라면 알껍데기 표면과 내면에는 미세하지만 독특한 표

면장식이 나타나야 한다. 알껍데기 자체가 녹아 보존되지 않았다면 적어도 기질의 암석 속

에 몰드 상태라도 보존되어야 한다. ㉡ 알화석이라고 여겨지는 물체가 그 윤곽이 너무나 완

벽하다면 의심해야 한다. 윤곽이 완전하다면 이는 결정질 암석에 보존된 것으로 알껍데기

구조가 더욱 완전하게 보존되어야 한다. 알이 퇴적물 속에서 보존되는 과정에서는 대부분

치밀화 작용을 받아 그 형태가 깨어지거나 변형되어지는 것이 일반적이다. ㉢ 완벽한 외형

의 알이 발견되었다면 그 알을 낳은 후 이동하지 않고 낳은 그 자리에서 보존된 것이고 그

렇다면 그것 외에도 동일한 크기와 형태의 알이 여러 개가 발견되어야 한다. 왜냐하면 공룡

은 동시에 여러 개의 알을 낳는 동물이기 때문이다.

라) 공룡알 크기의 한계

걸리버 여행기에 보면 소인국에 갔을 때에 걸리버가 소인들보다 키가 12배 크므로 음식

량을 소인기준으로 12의 세제곱인분, 즉 1728인분을 준다고 나와 있다. 이렇게 음식을 주

는 것이 타당한 것일까? 사람은 세포로 되어있고, 또 일정한 체온을 유지한다. 또 우리 세

포는 일정한 부피마다 거의 비슷한 정도의 에너지를 소비해서 생명활동을 하고 있다.

이것은 몸집이 커지면 배도 빨리 고파지는 것을 의미한다. 우리 몸의 체온이 일정할 경우

에 우리 몸에서 외부로 빼앗기는 열에너지는 우리 몸의 표면적에 비례하게 되고, 계산해 보

면 세포의 크기가 두 배로 늘어나면 표면적은 둘의 제곱인 네 배, 전체 부피는 세제곱인 여

덟 배로 늘어나게 된다. 결국 세포가 두 배로 커지면 에너지는 8배 소비하는 반면, 열은 네

배밖에 방출할 수 없게 된다. 그렇게 되면 우리 세포(혹은 우리 몸)는 더 많은 열을 방출하

기 위해서 무언가를 해야 할 것이다. 그리고 우리 몸의 크기가 어느 정도 이상으로 커지게

되면, 몸 내부에서 발생하는 열을 몸 밖으로 방출할 수 없는 상황에 다다르게 된다. 이런

열의 방출과 관련이 우리 주위의 생명체들이 어느 정도 이상 커지지 않도록 하는 것이다.

물론 작아져도 문제가 된다. 크기가 작아질수록 부피는 작아지는데, 표면적은 그것보다

더 느리게 작아지므로 빼앗기는 열이 너무 많아져서 생명을 유지하기가 매우 어려워진다.

다시 걸리버 여행기 이야기로 돌아가 보면 걸리버가 먹어야 하는 음식물은 실질적으로는

표면적으로 방출되는 열량에 따른 계산인 12의 제곱 배, 즉 144인분만큼의 음식이 필요하

다는 것이다. 현재까지 연구된 것에 의하면 육상에서는 코끼리가, 해상에서는 흰수염고래가

가장 클 수 있는 한계치에 거의 근접한 포유류이다.

또 어떤 쥐(뒤쥐류) 종류가 1.4cm정도의 크기를 갖는다고 한다. 이 쥐는 크기에 비해 빠

져나가는 열량이 너무 많아서 쉬지 않고 먹지 않으면 굶어죽는다고 한다. 과학자들은 이 쥐

를 존재할 수 있는 가장 작은 포유류라고 생각하고 있다. 이러한 원리 때문에 큰 동물일수

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록 대체적으로 체온이 낮고, 작은 동물일수록 체온이 높다(항상 그런 것은 아니다). 체온이

낮으면 신진대사가 느리게 진행되므로 같은 부피당 발생하는 열이 줄어들고, 작은 동물은

체온을 높여서 같은 부피당 발생하는 열을 늘어나게 하고, 긴급 상황 시에 체온이 쉽게 떨

어지는 것을 막는다고 한다.

그럼, 공룡알의 크기에는 어떻게 적용시킬까? 공룡알은 직경이 두 배가 되면 표면적은 네

배가 되고 체적은 8배가 된다. 직경이 3배가 되면 표면적은 9배이고 체적은 27배가 된다.

비교하면 직경이 1배 일 때 체적 대 표면적 비는 1:1, 직경이 2배 일 때는 2:1, 직경이 3배

일 때는 3:1이다. 체적에 대한 표면적 비가 작아지고 있다. 이것은 알속의 새끼가 커지는

것을 의미하며 표면의 숨구멍이 상대적으로 작아지는 것을 의미한다. 알속에 산소 공급이

충분하지 않다면 새끼가 살 수 있을까? 또 평평한 다리보다 아치형이 압력에 잘 견딘다. 곡

률반경이 커질수록 압력에 약하므로 알이 어느 이상 커지는 것은 한계가 있을 것이다.