서해로 흘러가는 한강, 남해로 흘러가는 낙동강, 그리고 동해로 흘러가는 오대천의 삼파수 물길이 갈라지는 삼수령(일명 피재·920m)에서 백두대간을 따라 북쪽으로 15km 정도 올라서면 이내 만나게 되는 산이 있다. 바로 덕항산(1,071m)이다. 덕항산과 그 앞으로 마주한 지극산(1,079m) 자락에는 도저히 믿기지 않을 만큼의 환상적인 별천지가 펼쳐지고 있어 유장한 백두대간의 산세를 한층 더 빛나게 하고 있다.
우리나라뿐만 아니라 세계동굴학회에서도 동굴다운 동굴로 인정받고 있는 관음굴과, 동양 최대 규모를 자랑하는 환선굴을 포함한 4개 동굴이 덕항산과 지극산 자락 지하세계에 있기 때문이다. 이 일대에 군집한 동굴을 가리켜 대이리 동굴지대라 일컫고 있다.
덕항산에서 지극산으로 이어지는 백두대간의 동쪽 사면 일대는 하늘 높이 솟구친 탑 모양의 첨봉들이 군집해 있어 그야말로 ‘한국의 계림(桂林)’이라 부를 만큼 빼어난 절경을 자랑한다.
비나 눈으로 지표면에 내린 물의 일부는 강물이 되어 지표면을 흐르며 침식을 가해 다양한 지형들을 만들어내기도 하지만, 땅속으로 흐르면서 또한 여러 지형을 만들어낸다. 지하수가 석회암지대의 지하를 흐르며 만들어낸 석회동굴이 바로 전형적인 예다.
우리나라에는 석회동굴이 유난히 많은데, 지금까지 남한에서 발견된 석회동굴만 약 600여 개에 달한다. 이 가운데 대이리 동굴지대와 초당굴, 영월의 고씨동굴, 평창의 백룡동굴, 단양의 고수동굴·온달동굴·노동동굴, 울진의 성류굴, 익산의 천호동굴 등은 천연기념물로, 나머지 일부는 지방문화재로 지정돼 있다.
현재 대이리 동굴지대는 환선굴만 1997년 개방되어 관람객을 맞고 있으며, 관음굴은 보존가치가 너무 크기 때문에 발견 즉시 영구보존을 목적으로 폐쇄시켰고, 나머지 덕밭세굴, 양터목세굴, 큰재세굴, 사다리바위바람굴 등은 미개발 상태다. 그리고 이곳은 빼어난 절경 덕분에 주위 산림 약 200만 평과 함께 천연기념물 제178호로 지정되어 보호받고 있다.
한여름 환선굴 동굴 입구에 서면 동굴 안에서 불어나오는 냉기가 냉장고를 방불케 할 만큼 시원하다. 마치 지하 속 커다란 조각궁전을 연상케 하는 이 굴은 어떻게 만들어져 오늘의 모습을 이루게 된 것일까?
약 5억~4억 년 전 적도 부근의 따뜻한 바닷속
우리나라는 유난히 석회동굴이 많다. 그런데 남한에 있는 약 600여 개의 석회동굴 가운데 400여 개가 강원도 남부인 영월, 평창, 정선, 태백, 삼척, 강릉 지역에, 나머지가 충북 북동부인 단양, 제천, 그리고 경북 문경 등 일부 지역에 옹기종기 모여 발달해 있다. 이는 무슨 이유에서일까?
석회동굴은 석회암 지층에 생겨난 동굴이다. 따라서 이들 지역을 이루는 주 암석이 석회암이다. 석회암은 약 5억~4억 년 전 고생대 캄브리아기에서 오르도비스기 사이에 바다에 살던 산호와 조류, 패류들의 껍질이나 골격 등이 퇴적되어 만들어진 암석이다. 따라서 우리나라에서 석회암이 나타나는 지역은 과거 고생대 당시 모두 바다였던 곳이다.
석회암이 그 일차적인 증거이며, 보다 확실한 증거로서는 고생대 당시 바다를 주름잡았던 삼엽충 화석이 발견되는 지점이 석회암 분포지역과 일치한다는 사실이다. 삼엽충 화석은 석회암과 석회암 사이에 끼어있는 셰일층에서 발견되는데, 석회암이 노두에 드러난 지역에서 흔히 발견되고 있다.
그런데 석회암을 만드는 여러 생물은 남·북위도 25~30도 사이의 따뜻한 바다에서만 사는 생명체다. 따라서 석회암이 나타나는 지대는 고생대 무렵 적도 부근의 따뜻한 바닷속이었음을 보여주는 증거가 된다.
고생대에 한반도는 남위 5도의 적도 부근에 위치하고 있었다. 그러나 초대륙이었던 판게아(Pangaea)가 분열하면서 점차 북상해 현재의 북반구 중위도에 위치하게 된 것은 약 2억 년 전쯤인 중생대 쥐라기에 해당된다.
이후 바다에서 수천만 년 오랜 세월 동안 퇴적된 석회암층은 중생대 약 2억 년에서 1억5천만 년 사이 대륙의 융기로 인해 육지로 올라오게 됐다. 이후 신생대 약 2천5백만 년 전쯤 경동성(傾東性) 요곡(凹谷)운동에 의해 강원도 남부와 충북 북동부 지역이 높이 솟아올라 석회암 산지지형이 형성됐다. 이후 현재에 이르기까지 빗물과 지하수에 의한 침식을 받아 석회동굴이 생겨나게 된 것이다.
지하세계 조각궁전 연출 주인공은 물!
환선굴은 총연장 6.2km에 달하는 거대한 동굴로, 현재 동굴 입구로부터 1.6km 구간만 개방된 상태다. 생성 초기단계에 있는 동굴로, 단양 고수동굴이나 영월 고씨동굴 등에 비해 종유석이나 석순 등의 동굴생성물은 드문 편이지만, 넓은 광장과 도깨비방망이, 꿈의 궁전, 사랑의 맹세, 지옥소, 옥좌대, 만리장성 등 다양하고 독특한 형상의 동굴생성물들이 넘쳐난다. 특히 10여 개의 크고 작은 소(沼)와 6개 폭포가 발달해 있어 살아 있는 생동감을 전해주며, 폭 10m를 넘는 거대한 터널로 연결되어 있어 웅장함을 느끼게 한다.
그렇다면 지하에 거대한 동굴과 예술가의 손으로 흉내낼 수 없는 천태만상의 아름다운 조각품을 만들어낸 것은 과연 무엇일까. 바로 물이다. 그렇다면 솜씨 좋은 동굴의 조형자라고 할 수 있는 물 즉, 지하수는 어떻게 석회암을 녹여 이렇게 커다란 동굴을 만들어내는 것일까.
석회암은 이산화탄소(CO2)를 뭉쳐 바위로 만들어 놓은 결정체다. 그렇기 때문에 이산화탄소가 녹아 있는 물에 닿으면 다시 녹아버린다. 그러나 단순한 물의 힘만으로는 석회암의 주성분인 탄산칼슘(CaCO3)을 충분히 녹일 수 없다. 석회암을 용해시키기 위해 주로 작용하는 것은 바로 탄산(H2CO3)이다.
탄산은 자연계의 식물이 부식하거나 동물이 호흡할 때 생기는 이산화탄소가 물과 결합해 생긴 것이다. 탄산은 최대로 농축시켜도 약산이지만, 미량일지라도 지속적으로 장기간 공급될 경우는 석회암의 침식과 풍화에 충분한 힘을 발휘한다. 대기 속에는 0.03%의 이산화탄소를 포함하고 있는데, 이것에서 만들어지는 탄산은 동굴형성작용에 효과가 극히 미미하다. 따라서 석회암을 용식하기 위해 필요한 이산화탄소의 대부분은 토양에서 얻어진다.
CO2 + H2O
↓
H2CO3 + CaCO3 → Ca+2 + 2HCO-13
땅위에 떨어진 낙엽은 토양 속에 기생하는 박테리아에 의해 분해된다. 이 과정에서 식물과 동물의 부패한 찌꺼기를 거쳐 탄산과 유기산을 다량 함유한 지하수가 석회암층에 발달한 층리와 절리를 타고 스며들어 암석의 화학적 풍화 즉, 용식작용을 활발히 일으켜 1차적으로 큰 홈을 파서 통로를 만든다. 그리고 시간이 지날수록 지하수 길은 점점 커지게 되어 마침내 거대한 동굴이 만들어진다.
일단 동굴이 만들어지고 나면, 석회암을 녹였던 물속의 이산화탄소는 대부분 다시 가스가 되어 공기 중으로 날아가고, 물속에는 석회암 성분이 과포화 상태가 되어 순수한 화학적 성분인 탄산칼슘만 광물의 결정으로 침전하게 된다.
이후 침전한 광물 결정이 동굴 천장에서 물방울로 떨어질 때 굳으면서 길게 고드름처럼 자라 종유석이 되고, 바닥에 떨어진 물방울은 촛농이 쌓이듯 쌓여 자라 석순이 만들어진다. 또 종유석과 석순이 자라 서로 연결되어 하나의 기둥인 석주를 만들기도 한다.
그리고 이 물이 벽을 따라 흘러 폭포와 같은 종유벽이나 베이컨, 혹은 커튼처럼 생긴 무늬를 만들기도 하며, 마치 눈꽃처럼 하얗게 피어나 동굴생성물 가운데 가장 아름다운 돌로 된 꽃 석화(石花)를 만든다.
언제 만들어진 것일까?
이밖에도 동굴 팝콘이라 불리는 동굴산호, 보석을 닮은 동굴진주 등 다양한 동굴생성물이 만들어진다. 우리가 보는 기기묘묘한 동굴 속의 화려한 모습은 바로 이런 2차 생성물들이 빚어낸 자연의 조화인 것이다.
동굴 소개책자나 프로그램 등을 보면 모두 하나같이 ‘수억 년 전의 비밀’, ‘억겁의 세월이 빚어낸 지하궁전’, 태고의 신비를 간직한 동굴‘ 등의 부제가 붙어 있다. 그러나 이런 제목들은 모두 과학적인 지식이 부족한 데서 비롯된 말들이기 때문에 수정돼야 한다.
우리나라 석회동굴을 배태하고 있는 암석 대부분은 약 5억~4억 년 전에 형성된 고생대 석회암이다. 그런데 석회동굴의 형성 연령은 그것을 배태하고 있는 암석의 연대와는 거의 관계가 없다는 것이 동굴학자들의 공통된 견해다. 그리고 사실 수억 년 전에 퇴적된 암석 중에 배태하고 있는 우리나라의 주된 석회동굴은 십만 년 전보다도 훨씬 젊은 것들에 해당된다는 것이 강원대 원종관 명예교수(동굴지질학)의 주장이다. 1989년 삼척 대이리 일대를 직접 조사한 강원대 우경식 교수(동굴지질학)도 이와 같은 의견을 내놓고 있다.
대이리 동굴지대는 고생대 바다 속에서 형성된 석회암이 중생대 2억5천만~1억5천만 년 전 육지 위로 솟아 오른 후, 지하수에 의해 용식을 받아 동굴들이 만들어지기 시작한 시기는 확실히 가늠할 수 없지만, 대략 제3기 말인 수백만 년~수십만 년 전쯤부터였을 것이라고 추정하고 있다. 따라서, 석회동굴의 형성은 우리가 생각하는 것만큼 수천만 년에서 억만 년에 이를 만큼 그렇게 오래 되지 않았다는 사실이다.
그러므로 환선굴 관리사무소에서 제작하여 배포하고 있는 팜플릿과 안내판에 적힌 ‘환선굴의 형성 연령이 약 5억3천만 년 전’이라는 기록은 고쳐야 할 것이다. 환선굴을 배태하고 있는 석회암층의 형성연령이 5억3천만 년 전의 고생대 것이라는 것이지, 환선굴 자체가 5억3천만 년 전에 형성되어 오늘에 이르고 있다는 것은 아니라는 사실이다.
칠흑 같은 어둠 속에서도 생명은 살고지고
한 줌의 빛도 없는 칠흑 같은 어둠과 죽음 같은 고요만이 존재하는 암흑세계, 생명의 원천이라고 할 수 있는 유기영양원이 없어 생물이 자라기에는 도저히 믿어지지 않는 곳임에도 불구하고 동굴 속에는 놀랍게도 생명체들이 굳센 삶을 이어가고 있다.
동굴 속에서는 아무 것도 보이지 않기 때문에 눈은 퇴화되고 대신 어둠의 세계를 돌아다니기 위한 더듬이, 다리, 털 등의 촉각기관은 고도로 발달했다. 뿐만 아니라 빛이나 적으로부터 몸을 보호해야 할 필요가 적기 때문에 몸 색깔은 기분 나쁠 정도로 병적인 흰 색으로 변했다.
경이로운 적응이자 진화가 아닐 수 없다. ‘환경에 가장 잘 적응한 종(種)만이 살아남는다’는 다윈의 진화론적 주장을 동굴생물만큼이나 생생하고 뚜렷하게 증명하는 생물은 지구상에 달리 없는 듯하다.
연중 12~14℃의 기온을 유지하는 환선굴은 건강한 먹이사슬을 유지해와 다양한 생명체들이 살고 있다. 지표면에서는 이미 사라져 버리고 화석으로 가끔 나타나기 때문에 화석곤충이라고 일컫는 갈로와, 하늘을 정복한 유일한 포유동물인 동굴의 왕자 박쥐, 동굴 곳곳에서 발견되는 지하수 생물의 대표적 생물인 장님옆새우, 이밖에도 장님좀딱정벌레, 굴잔나비거미, 노래기, 도룡뇽 등 수십 종의 동굴생물이 살고 있다.
후손에게 물려주어야 할 소중한 자연유산
동굴 입구에 들어서면 천장에 매달려 있는 박쥐가 제일 먼저 손님을 맞는다. 그리고 안으로 들어서면 동굴의 주인이자 어둠의 지배자인 여러 생물들이 지금 이 순간도 생멸을 반복하며 동굴과 역사를 함께 하고 있는 것이다.
오랜 세월 자연이 빚어낸 지하 속의 예술 세계인 동굴, 그러나 이러한 동굴들이 인간에게 개방되면서 점차 본래의 모습을 잃어가고 있어 안타깝다. 많은 관광객들은 호기심에서 동굴생성물에 손을 대는 경우가 있는데, 이때 손에 묻은 염분을 포함한 유기물이 동굴생성물 표면에 피복되어 오염됨으로써 흑색 오염이 발생하며, 탐방객 수의 증가에 따른 동굴 내 이산화탄소의 농도 증가는 동굴생성물의 성장을 둔화시키기도 한다. 또한, 동굴 내 조명은 많은 열을 발생시켜 동굴 전체 에너지의 평형상태를 깨 조류와 이끼류가 번식하는 녹색 오염을 유발하기도 한다.
다행히 97년부터 인간의 출입을 허락한 환선굴은 개방된 지 오래지 않아 비교적 신선한 모습을 유지하고 있을 뿐만 아니라, 개발 당시 동굴 보존에 대해 배려와 관리를 세심히 한 덕분에 동굴생성물과 동굴생물이 거의 그대로 보존되어 있다.
그러나 계속적으로 늘어나는 관람객으로 인해 동굴의 자연성이 위협받고 있다. 최근 석순, 종유석, 동굴산호 등을 몰래 잘라가는 관람객은 많이 사라졌으나, 음주로 만취한 상태서 동굴에 들어와 괴성을 지르고, 여기저기 마구 침을 내뱉고, 금지된 음식물을 반입하거나 구석구석에 쓰레기를 버리는 등 몰지각한 관람객들이 아직도 적지 않다.
그리고 대부분의 지방자치단체에서는 소득을 올리는 데만 힘쓰다보니 관람객 수가 유일한 관심사가 되어 버린 지 오래다. 시설물과 조명 등 실질적인 동굴 환경의 개선과 유지에는 도무지 관심이 없다.
동굴은 인간의 발길이 닫는 순간부터 본래의 자연성을 상실한다는 것이 동굴학자들의 공통된 주장이다. 우리는 자연이 오랜 세월에 걸쳐 빚어낸 동굴을 소중한 자연 유산으로 여기고 더 이상의 손상 없이 후손들에게 물려줄 수 있도록 모두 지혜를 모아야 할 것이다.
글= 이우평 백령중학교 교사
** 플러스 이야기 상자
돌리네 … 석회암의 용식이 만들어낸 사발 모양의 와지
석회암은 빗물이나 지하수에 쉽게 녹기 때문에 석회암이 넓게 분포한 지역에서는 독특하고도 다양한 형태의 지형을 쉽게 볼 수 있다. 이러한 지형을 통칭해 카르스트(karst) 지형이라고 하며, 대표적인 지형으로 돌리네(doline), 우발라(uvala), 폴리예(polije), 라피예(lapie) 등이 있다.
카르스트라는 용어는 ‘험한 바위산’이라는 뜻으로, 아드리아해 북동 연안에 위치한 구 유고슬라비아의 석회암지대의 지명에서 유래한 말이다. 실제로 우리나라의 석회암 지역 곳곳에서는 움푹 파인 웅덩이 모양의 지형이 여기저기에 모여 있어 눈길을 끈다. 어떻게 하여 깊이 쏙 들어간 지형이 만들어진 것일까?
이런 지형을 두고 돌리네라고 말한다. 돌리네는 카르스트 지형에서 가장 흔하게 볼 수 있는 지형으로, 지하에 동굴이 형성되어 지표를 흐르던 물이 지하로 빠져나가면서 마치 깔때기 모양을 한 커다란 웅덩이와 같은 지형이 생겨난 것이다. 돌리네 중앙에는 주로 물이 잘 빠지는 배수구(sinkhole)가 위치한다. 평면 형태는 원형 내지 타원형이며, 지름은 수m에서 수백m이고, 깊이도 1m 미만에서 100여m까지 다양하다.
돌리네는 위와 같이 석회암이 녹으면서 형성되기도 하지만, 지하에 동굴이 있을 때 동굴 내 암석이 붕괴되면서 성장할 수도 있다. 그리고 돌리네의 성장이 계속되면 인접한 다른 돌리네와 결합해 우발라를 형성한다.
한편 석회암 밑에 다른 종류의 암석이 넓게 분포하고 있어서 땅 밑을 흐르던 지하수가 다른 암석을 녹이지 못하고 옆으로 흘러나오면서 넓고 편평한 지형인 폴리예가 형성되기도 한다.
돌리네는 주로 경작지로 이용되며, 관서지방에서는 ‘덕', 평창군 대화 지방에서는 ‘구단', 삼척 지방에서는 ‘움밭', 단양 지방에서는 ‘못밭'으로 불리는 이름이 각각 다르다.
한편 정선군 임계면 백복령 부근에 발달한 카르스트 지형은 돌리네와 우발라 등 카르스트 지대에서 볼 수 있는 다양한 지형이 좁은 지역에 밀집, 발달해 있어 원시 자연상태를 그대로 유지하고 있다. 이런 이유로 인해 이곳은 지형·지질학적 가치뿐만 아니라 자연경관적 가치 또한 매우 큰 곳으로 평가되어 백복령 부근의 6,040㎡ 일대의 카르스트 지형을 2004년 4월9일 천연기념물 제440호로 지정해 보호관리토록 했다.
