토양 입도 분석(土壤粒度分析)

토양 입도 분석

기본 정보
시대	구석기 시대
관련 정보
유적	연천 전곡리 유적
키워드	토양 분석, 전처리, 체 거름, 세립 입자 분석, 지질학, 토양학, 농학, 토목 공학, 퇴적물, 퇴적층
사전 정보
수록 사전	한국고고학전문사전(구석기 시대 편)
집필 연도	2023
집필자	이찬희

설명

토양 입도 분석은 토양을 형성하는 입자의 크기와 차지하는 비율을 알아내는 방법이다. 이 분석법에서는 토양의 형성과 운반 및 퇴적 과정에 작용한 에너지의 크기를 추정하고, 토양의 물리적 및 공학적 특성을 해석하기 위해 토양 구성 입자의 크기와 분포를 측정한다. 토양의 다양한 속성 중에서 토양의 입도(particle size)는 토성(soil texture), 토양 구조(soil structure), 투수성(permeability) 및 양이온 교환 용량(CEC) 등 물리적 특성에 상당한 영향을 미치는 요소로 이를 규명하고 퇴적 과정을 유추하기 위해서는 반드시 토양 입도 분석을 수행해야 한다.

토양의 입자 크기에 따른 분류에서는 지질학, 토양학, 농학 및 토목 공학 등 적용할 분야의 필요성에 따라 다양한 기준이 제시되었다. 웬트워스(Wentworth, C. K.)는 공통 비율이 2인 기하학적 수열을 기반으로 토양의 입경 분류 기준을 제안하였으며(Wentworth, 1922), 미국 지질 조사국(USGS)과 미국 농무부(USDA) 등에서 이를 표준규격으로 차용하면서 대부분 이 기준을 사용한다. 웬트워스 척도는 토양 입자를 자갈(2.00mm 초과), 모래(2.00~0.0625mm), 미사(0.0625~0.0039mm), 점토(0.0039mm 미만)의 네 가지 범주로 나누고, 각 범주 내에서 입자의 크기를 보다 세부적으로 구분한다.

미국 지질 조사국에서 제안한 표준에 따르면, 토양 입도 분석 방법은 크게 전처리, 체 거름, 세립 입자 분석의 세 단계로 구분된다. 전처리 과정은 분석 시료를 건조하고 입자를 분산시키는 공정이다. 일반적으로 암석은 105℃의 고온에서 48시간 건조시키지만, 토양 시료는 50~70℃의 저온에서 72시간 또는 상온에서 10일 이상 건조시킨다. 유기물 또는 탄산염(CO₃²⁻) 의 제거가 필요한 경우에는 과산화수소나 염산을 활용하기도 한다. 건조된 시료는 응집된 입자를 분리하기 위해 부드럽게 분해하며, 점토의 함량이 높은 입자는 분산제로 헥사메타인산나트륨(NaPO3)6을 사용하여 수 시간 이상 침전시킨 후 다시 분리한다.

토양 입도 분석의 결과는 입자의 지름에 따른 중량으로 표현되며, 이 결과를 활용하여 중앙값, 평균값, 최빈값, 분급도, 왜도(skewness) 및 첨도(kurtosis) 등 입자 분포의 통계량을 산출할 수 있다. 이러한 통계량은 퇴적물의 풍화, 침식, 운반 및 퇴적에 따른 토층 형태와 상태의 변화를 대변할 수 있으며, 퇴적물의 이동 거리와 퇴적 환경 및 기반암의 특성 등에 대한 정보를 제공한다. 이는 구석기 시대의 다양한 토층과 토양의 물리적 성질과 기원 및 이용뿐만 아니라 유적에서 출토되는 유물의 매장 환경 등 과학적 정보를 해석하는 데 활용할 수 있다. 국내에서는 연천 전곡리 유적의 퇴적층의 토양 입도, 대자율, 화산재 등을 분석하여 바람의 작용에 따라 퇴적되는 풍성 기원(aeolian source) 퇴적층임을 규명한 바 있다.

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참고문헌

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• 유강민, 우경식. (2007). 퇴적암의 이해. 한국학술정보.
• Wentworth, C. K. (1922). A scale of grade and class terms for clastic sediments. The Journal of Geology, 30(5), 377-392. https://www.jstor.org/stable/30063207