기본적으로 지표면은 단단하여 트럭, 건물 등 무거운 하중을 지탱할 수 있습니다. 그러나 때때로 일부 지표면은 자연적 또는 인위적인 원인으로 인해 불안정해져 땅속으로 수 미터 깊이까지 가라앉을 수 있으며 이와 함께 집, 자동차, 도로 등 지표면에 있던 모든 것이 함께 가라앉을 수 있습니다. 이것이 바로 싱크홀이며 이 글에서는 싱크홀에 대해 자세히 설명합니다.
이름에서 알 수 있듯이 싱크홀은 땅이 가라앉아 땅에 구멍이 생기는 현상입니다. 이러한 함몰이나 공극은 물이 아래 암석층을 침식할 때 형성되며 특히 암석이 석회암, 염층 또는 탄산염암으로 구성된 경우 더욱 그렇습니다.
암석이 용해되면서 지하에 공간과 동굴이 생겨 표면이 싱크홀에 취약해집니다. 싱크홀은 지하 공간이 매우 커질 때까지 땅이 꽤 오랫동안 그대로 유지될 수 있기 때문에 매우 위험한 현상입니다. 공간 위의 땅을 충분히 지지하지 못하면 지표면이 갑자기 붕괴되어 싱크홀이 발생하게 됩니다.
싱크홀은 위치와 지하 손상 등의 요인에 따라 크기가 상당히 다를 수 있으며 깊이와 너비가 약 1m에 불과한 작은 것부터 깊이와 너비가 수백 피트에 달할 수 있는 크고 광대한 것까지 다양합니다.
알려진 가장 큰 싱크홀 중 하나는 중국 남부 광시 좡족 자치구 농러(Nongle)의 석회암 산맥에 있습니다. 이 싱크홀은 길이 656피트(약 190m), 너비 328피트(약 100m), 깊이 387피트(약 113m)에 달하며, 산등성이의 접근 지점에서 측정하면 깊이가 1,476피트(약 440m)로 더욱 깊습니다 . 세계에서 가장 깊은 싱크홀은 중국 충칭에 있으며 깊이는 약 2,170피트(약 662m)에 이릅니다.
싱크홀에는 두 가지 유형이 있습니다. 첫 번째는 동굴 천장이 무너져 지하 동굴이 드러나는 경우입니다. 두 번째는 물이 토양 아래의 암석을 녹여 지하 틈을 만드는 경우입니다. 암석이 없으면 토양층이 결국 무너져 표면에 구멍이 생깁니다.
싱크홀은 자연적인 원인과 인위적인 원인 모두에서 발생할 수 있습니다. 인공적인 싱크홀은 도시 개발로 인해 기반암의 구조적 안정성이 손상될 때 발생합니다. 도로, 건물 및 기타 기반 시설은 특정 지역에 물이 고이게 하여 지지 암석층을 씻어내 싱크홀을 발생시킬 수 있습니다.
싱크홀의 다양한 원인
싱크홀이 발생하는 일반적인 원인은 다음과 같습니다.
1. 물
싱크홀의 약 90%는 물로 인해 발생합니다 . 그 원인은 다음과 같습니다.
풍화
지표면 아래의 암석이 석회암이나 석고처럼 물에 녹는 물질로 이루어져 있다면 시간이 지남에 따라 물이 이러한 광물을 녹여 암석 내부에 공간을 만듭니다. 이 과정을 풍화 작용이라고 하며 이로 인해 싱크홀이 발생합니다.
수백 년 또는 수천 년에 걸쳐 지표면 아래에 갇힌 지하수는 자연적인 지하 흐름을 일으켜 이러한 암석을 녹이고 지하에 틈을 만듭니다.
협곡의 꼭대기는 점차 표면을 향해 높아지고 결국 표면층은 점점 더 얇아져서 위에 있는 것을 지탱할 수 없을 정도로 약해지고 가라앉습니다. 멕시코의 유카탄 반도와 사해 주변 지역은 해당 지역의 암석층이 쉽게 용해되어 싱크홀이 자주 발생합니다.
비수용성 암석
이는 표면 아래의 암석이 물에 녹지 않고 대신 지하수의 흐름에 휩쓸려 갈 만큼 작은 입자로 구성되어 싱크홀이 발생하는 경우에 발생합니다 .
예를 들어 2010년 과테말라 시 에서는 3층 건물이 싱크홀에 빠져 15명이 사망했습니다. 그 이유는 건물 아래의 암석이 주로 약하고 부서지기 쉬운 화산암, 미세한 화산재, 그리고 화산에서 분출된 다른 잔해였기 때문입니다.
표면수
세 번째 상황은 지하수 흐름과는 무관하며 지상에서 발생하는 물의 흐름과 관련이 있습니다. 이러한 흐름은 강한 폭우, 홍수, 파손 또는 하수관이나 우수관의 장기간 누수로 인해 발생합니다. 이러한 흐름이 너무 강하면 물이 평소 경로를 벗어나 싱크홀이 발생할 수 있습니다.
지하에서 충분한 지지력이 없는 표면으로 물이 흐르면 싱크홀이 발생합니다. 또한 물이 한 곳에 모이면 표면이 불투수층이 되어 물이 스며들지 않게 되지만 땅속으로 스며들면 싱크홀이 발생합니다.
날씨 변화
싱크홀은 지하수위의 계절적 변화, 지면의 동결과 해동, 극심한 강수량(가뭄에 이어 폭우가 오는 경우)으로 인해 발생할 수도 있습니다.
암석수자원 시스템의 변화
수자원 시스템에 급격한 변화 예를 들어 물을 더 많이 넣거나 빼는 경우 시스템이 일시적으로 불안정해져 싱크홀이 발생할 수 있습니다.
지하수 기월기 변화
지하수 기울기가 변하는 경우 주로 이러한 시스템에 물이 제거되거나 유입되는 경우 느슨한 물질이 평소보다 더 빨리 씻겨 나가 공동이 발생하여 표면이 붕괴될 수 있습니다.
2. 인간의 활동
오늘날 일부 인간의 활동으로 인해 싱크홀이 더 많이 발생하고 있습니다. 예를 들어 루이지애나주에서는 버려진 광산에서 싱크홀이 발생하고 있습니다. 플로리다주에서는 주 전역의 탄산염암에서 형성된 수많은 지하 공극과 배수 시스템에서 많은 싱크홀이 발생합니다.
이렇게 겹겹이 쌓인 지층이 빈 공간으로 무너져 내리면 싱크홀이 발생합니다. 또한 배수 시스템이 파손되어 이러한 물에 약한 암석으로 물이 스며들 수 있습니다. 그 결과 싱크홀이 발생합니다.
3. 지진 유발
지진은 자연적으로 발생하며 표면 아래의 암석이 약한 지역을 강타할 경우 싱크홀이 발생할 수 있습니다.
그러나 산업 활동과 인간 활동 모두에서 지진 유발로 증가하고 있으며 이는 싱크홀을 발생 시킵니다. 부주의한 채굴과 지하수 추출은 안정성과 수질에 영향을 미쳐 싱크홀을 유발하는 지진을 초래할 수 있습니다.
2012 년 8월, 뉴올리언스에서 서쪽으로 123km 떨어진 바이유 콘(Bayou Corne) 근처에 거대한 싱크홀이 발생하여 4년 만에 34에이커(약 14만 8천 제곱미터) 규모로 커졌습니다. 이 싱크홀은 루이지애나 바이유에서 발생한 지진 활동과 불가사의한 기포 발생으로 인해 발생했는데 텍사스 브라인 컴퍼니(Texas Brine Company)가 소금 돔 바깥쪽 가장자리에 너무 가까이 시추 작업을 했기 때문입니다.
싱크홀은 자연적으로 발생하거나 인공적으로 발생할 수 있습니다. 자연 싱크홀은 침식이나 지하수에 의해 발생하며 실제로 발생하기 훨씬 전부터 형성되기 시작합니다.
우리 발밑의 땅은 우리가 생각하는 것만큼 단단한 구조가 아닙니다. 흙과 수많은 바위, 그리고 광물로 이루어져 있습니다. 물은 진흙, 바위, 그리고 광물 사이로 끊임없이 스며들어 지하수 저수지로 흘러갑니다.
이런 과정에서 물은 암석과 광물을 천천히 침식시킵니다. 때로는 물의 흐름이 증가하여 땅속 구조를 휩쓸어 버릴 수도 있습니다. 구조가 지표면을 지탱할 수 없을 정도로 약해지면 붕괴되어 싱크홀이 발생합니다. 이것이 바로 싱크홀이 형성되는 방식입니다.
인간 또한 싱크홀 형성에 책임이 있습니다. 시추, 채굴, 건설, 파손된 상하수도관, 굴착 작업 후 제대로 다져지지 않은 토양, 심지어 교통 체증까지 크고 작은 싱크홀을 유발할 수 있습니다.
파손된 파이프에서 나온 물은 진흙과 바위를 뚫고 스며들어 지반을 침식시키고 싱크홀을 일으킬 수 있습니다. 때로는 연약한 토양에 무거운 무게가 가해지면 지반이 무너져 싱크홀이 발생할 수 있습니다. 또한 지표면이 변할 때도 싱크홀이 발생할 수 있습니다.
석회암, 염분 퇴적물, 또는 탄산염암으로 이루어진 기반암이 있는 지역은 침식과 이러한 구멍 형성에 가장 취약합니다. 이러한 암석은 산성수가 통과하면서 침식되는 경향이 있습니다. 빗물이 썩어가는 식물 잔해를 통과하면 산성도가 더 높아지는 경향이 있습니다.
수년에 걸쳐 상부 퇴적물이 붕괴되면서 싱크홀이 발생합니다. 때로는 폭이 몇 피트 깊이가 3~4.5미터 정도밖에 되지 않는 작은 구멍도 있습니다. 폭과 깊이가 수백 마일에 달하는 구멍도 있습니다. 그러나 모든 싱크홀은 그 안에 갇힌 사람들에게 위험할 수 있습니다. 싱크홀에는 크게 세 가지 종류가 있습니다. 몇 가지 차이점을 제외하면 싱크홀의 형성 과정은 동일한 지질학적 과정에 의해 결정됩니다.
싱크홀의 종류
우리가 알고 있는 세 가지 주요 싱크홀 유형은 용해, 붕괴, 침하 입니다.
1. 싱크홀 용해
용해 싱크홀은 지표면의 토양층이 매우 얇은 지역에서 가장 흔히 발생하며 이로 인해 기반암이 물에 의한 지속적인 침식에 노출됩니다. 물이 기반암을 통과하면서 암석의 작은 부분들이 함께 휩쓸려 나갑니다. 기반암이 침식되면서 그 자리에 입자들이 쌓입니다.
시간이 지남에 따라 작은 함몰이 형성됩니다. 바로 이 지점에서 구멍이 형성됩니다. 구멍은 보통 그릇 모양이며 상당히 클 수 있습니다. 때로는 기반암이 갑자기 붕괴되어 이러한 용해성 싱크홀을 형성하기도 하고 때로는 시간이 지남에 따라 발생하기도 합니다.
2. 싱크홀 붕괴
두 번째 유형의 싱크홀은 붕괴 싱크홀이라고 합니다. 이 유형은 깊은 토양층이 기반암을 덮을 때 발생합니다. 기반암이 침식되기 시작하면 주변 암반 지역에 균열이 생기기 시작합니다. 이렇게 되면 그 위의 토양층과 지층에 여러 취약 지점이 형성되기 시작합니다.
마침내 취약한 지점들이 기반암 내부에 큰 구멍으로 변하여 그 위의 무게를 지탱할 수 없게 되는 지경에 이르게 됩니다. 붕괴는 대개 갑작스럽게 발생하며 몇 분 만에 큰 구멍이 생길 수 있습니다.
3. 싱크홀 침하
마지막 유형의 싱크홀은 피복 침하 싱크홀(Cover Subsidence Sinkhole)로 알려져 있습니다. 이 경우 구멍은 일정 기간에 걸쳐 형성됩니다. 이곳의 기반암은 토양과 잘 엮이지 않은 물질로 덮여 있습니다. 토양이 주로 점토나 모래로 구성된 지역에서 이 구멍이 자주 발생합니다.
기반암이 침식되기 시작하면 점토나 모래가 균열을 통해 스며들어 남은 공간에 가라앉습니다. 시간이 지남에 따라 토양 표면이 아닌 토양 아래에 공동이 형성됩니다.
싱크홀은 어떻게 형성 될까?
싱크홀은 지하 암석층, 특히 석회암, 염층 또는 탄산염암과 같은 암석층의 점진적인 침식과 같은 자연적인 과정으로 인해 형성될 수 있으며 이러한 암석층은 지하수가 순환하면서 용해될 수 있습니다. 앞서 논의했듯이 인간 활동, 가뭄 후 폭우, 지표면의 자연 균열 등 다른 요인들도 싱크홀의 원인이 될 수 있습니다.
이러한 조건이 충족되면 지면이 무너져 갑자기 지형에 움푹 들어간 곳이나 구멍이 생길 수 있습니다.
싱크홀의 영향
싱크홀의 영향은 발생 장소와 방법에 따라 달라집니다. 자연 싱크홀은 육지와 바다 모두에서 발생할 수 있습니다. 육지에서 발생할 경우 해당 지역의 전반적인 지형을 변화시키고 지하수의 흐름을 바꿀 수 있습니다.
인구 밀집 지역에서 갑자기 발생하면 인명과 재산에 막대한 피해를 입힐 수 있습니다. 지하 빗물 배수관과 하수 시스템의 누수로 인해 구멍이 생기기도 합니다. 구멍이 무너지면 필요한 수리 작업으로 인해 피해가 수 백미터 밖에서도 눈에 띌 수 있습니다.
싱크홀은 건물 기초에도 위험할 수 있습니다. 땅속의 독성 화학 물질이 솟아나와 지하수를 오염시킬 수 있습니다. 플로리다주에는 탄산염암을 깎아 만든 지하 빈 공간과 배수 시스템이 많아 싱크홀이 자주 발생합니다.
자연적인 싱크홀은 필연적으로 발생하기 때문에 막을 수 없습니다. 하지만 인간의 부주의로 인한 싱크홀은 시간이 지나면 예방할 수 있습니다. 지하 시스템 유지 관리 및 배관 공사와 같은 조치가 도시 한가운데 갑자기 깊은 구멍이 생기는 것을 방지하는 가장 좋은 방법입니다.
싱크홀은 어디서 발생하나?
싱크홀은 조건이 좋다면 세계 어디에서나 발생할 수 있습니다. 하지만 특정 지역에 집중되어 있으며 주목할 만한 싱크홀이 있는 지역은 다음과 같습니다.
1. 크로아디아, 크르베노 헤레조
거의 수직에 가까운 벽이 있는 530m 싱크홀이 있습니다.
2. 벨리즈의 그레이트 블루홀
환초 중앙에 있는 완벽하게 둥근 구멍으로 깊이가 124m입니다.
3. 볼리비아 시마 훔볼트
매우 견고한 사암으로 형성된 314m 깊이의 분화구가 있습니다.
4. 중국 샤오자이 티앤컹
현재까지 알려진 싱크홀 중 가장 깊은 곳입니다. 티앤컹은 현지어로 '천상의 구덩이' 또는 싱크홀을 뜻합니다. 샤오자이 싱크홀은 깊이 662m, 너비 626m입니다.
5. 켄터키주 볼링 그린
2014년 국립 코르벳 박물관 스카이돔 구역 바닥 아래에 폭 12미터, 깊이 6미터의 싱크홀이 발생하여 희귀하고 특별한 코르벳 8대가 침몰했습니다. 이 차량들의 가치는 백만 달러 이상으로 추산되었습니다. 싱크홀 발생 가능성이 높은 다른 미국 주로 는 플로리다, 펜실베이니아, 테네시, 텍사스, 캘리포니아, 미주리, 앨라배마 등이 있습니다.
6. 과테말라 과테말라시티
3층짜리 공장 건물을 삼켜 15명이 사망한 싱크 홀은 폭 약 18미터, 깊이 약 90미터에 달했습니다. 이 사고는 열대성 폭풍 아가타(Agatha)에 의해 발생했지만 도시가 과거 화산 폭발 당시 퇴적된 물질인 부석으로 이루어진 지대에 건설되었기 때문에 발생했습니다.
물 누수로 인해 싱크홀이 생길까?
누수는 싱크홀을 유발할 수 있습니다. 누수로 인해 지하에 물이 고이면 토양이 포화되어 암석이나 퇴적층이 약해질 수 있습니다. 시간이 지남에 따라 수압과 침식이 결합되어 상부 지반이 붕괴되어 싱크홀이 형성될 수 있습니다.
특히 지하 파이프나 하수 시스템이 있는 지역에서 이런 일이 흔히 발생합니다. 이러한 시스템에서 누수가 발생하면 지면에 공동이 생기고 싱크홀이 형성될 위험이 커집니다.
대부분의 경우 집 아래의 수위가 매우 심하지 않은 한 싱크홀이 발생하려면 매우 심각한 누수가 필요합니다. 하지만 싱크홀이 발생하기 전에 이미 집 안에 싱크홀이 임박했음을 알리는 경고 신호들이 있습니다. 언젠가 싱크홀로 이어질 수 있는 누수가 있는지 확인하려면 다음과 같은 징후들을 살펴보세요 .
- 기초의 균열
- 집의 수압이 낮아짐
- 집이 기울어짐
- 물이 흐르지 않아야 할 때 물이 흐르는 소리가 들릴 때
- 차도와 보도에 균열
- 평소보다 늘어나는 수도 요금
- 잔디밭의 특정 부분이 평소보다 더 푸르거나 갈색으로 변하는 경우
- 문이 제대로 닫히지 않는 경우
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