瀛영洲주物물語어 - 제주이야기

제주도는 육지 사람들에게는 환상의 여행지이자 늘 가고 싶은 곳이다. 필자가 제주도 지반조사차 처음 간 때는 지금으로부터 40년 전인 1985년도로 기억이 된다. 제주도는 주로 조면암, 응회암, 현무암으로 구성되어 있고, 주요 연구 대상은 현무암이었다. 현무암을 단면으로 보면 육각형 또는 오각형의 조합으로 이루어진 독특한 문양을 나타낸다(그림 1, 2). 화산이 분화되면서 또 화구에서 멀어질수록 이런 절리들의 패턴이 달라지므로 이를 조사하게 되면 분화구의 위치와 특성을 파악할 수 있다. 당시, 애월 부근 민박집에 베이스캠프를 설치하고 몇 날 며칠을 조사하고 들어와서 밥해 먹고 조사하였다. 아침 새벽시장을 나가서 반찬거리를 사서 아침을 해 먹었었는데, 달걀은 주요 반찬거리로 달걀은 매일 사는 필수품이었다. 그런데 날씨가 안 좋아서 육지에서 달걀이 들어오지 않은 날은 달걀을 못 샀던 기억이 난다. 이후 몇 번 더 여행 및 관광으로 제주를 방문하였으나 박물관이나 해안을 둘러보는 것이 제주여행의 대부분이었다. 제주 해저터널 조사차, 기타 외부 자문 활동 등 몇 번 현지를 방문하곤 했다. 2020년 제주도 지역 특성을 반영한 연구과제를 제안하였는데, 다행히 과제가 되어서 이후 3년 동안 제주도를 매달 한두 번씩 다니면서 지속적인 연구 활동을 하였다. 이것을 계기로 제주도에 대하여 조금씩 숨어있는 속내를 알게 되었고 우리 회원들에게 소개하는 글을 쓰게 되었다. 지면 관계상 많은 이야기를 담을 수 없고, 지반과 관련된 제주의 이야기를 해 볼까 한다.

글을 쓰기 전에 여러 생각이 있었지만, 제주도에 대하여 조금 더 정보를 드리는 것이 어떨까 하여 제목에 瀛洲(영주)라는 이름을 사용하였다. 瀛洲라는 이름은 신라 시대 때부터 사용했다는 설도 있고, 기록으로는 조선시대에 瀛洲島라는 이름을 사용했다는 기록이 있어 나름대로 근거가 있는 것 같다. 영락(永樂)과 주도(洲島)를 합하여 영주도라 하였다. 여기서, 영락(永樂)은 영원한 즐거움과 기쁨을 의미하기도 하고 신선이 사는 세계로 사용되는 瀛을 사용하기도 하며, 주도(洲島)는 섬을 가리키는 한자어이다. 그래서 영락과 주도를 합치면, "영원한 즐거움의 섬"이라는 의미를 가진 이름이 된다. 제주도의 풍요로움과 아름다움을 잘 표현한 이름이다. 한라산을 영주산(진시황은 불로초를 찾으러 徐市이라는 자를 제주도 한라산에 보내어 현재에도 서귀포에 기념박물관이 있다.)이라고 하기도 하였다고도 한다. 이외에도 조선 숙종 때 야계 이익태로부터 시작하여 헌종 때 제주목사로 왔던 응와 이원조는 제주도의 아름다움 10곳을 선정하여 영주 10경이라고 일컫기도 하였다(그림 3, 4). 최근 제주의 영주 10경은 매계 이한우(1818-1881)가 선정한 곳이 주로 인용되고 있다. 일반인들도 잘 아는 몇 가지를 들어보면, 성산일출봉에서 바라본 일출, 사라봉에서 바라보는 낙조, 정방폭포, 백록담의 눈, 영실의 기암 바위, 산방산 굴에 있는 절, 제주도 방목된 말 등이 있다. 나중에 제주를 여행하면서 영주 10경을 찾는 것도 쏠쏠한 재밋거리가 될 것 같다.

지반공학 입장에서 제주의 생성 기원과 지질에 대하여 알아보기로 하자. 제주도는 동서길이가 남북 길이의 약 2배에 해당이 되며 타원형의 화산섬으로 구성되어 있는 순상화산 기원의 섬이다. 제주도의 기반암은 백악기 말에 형성된 화강암과 응회암으로 구성되어 있으며 제주도의 본격적인 화산활동은 188만 년에서 50만 년 전으로 거슬러 올라간다. 이때부터 화산활동이 시작되어 미고결 해성층과 U층(Unconsolidated Formation)이 쌓였다(그림 5). U층은 주로 점토로 구성되어 있는 이암층으로 보면 이해가 쉬울 것 같다. 건조 시에는 강도가 있으나 물과 접촉하면 쉽게 용해되어 버리는 특성이 있다. 이후 퇴적 기원의 화석을 내포하고 있는 서귀포층이 형성되었다. 서귀포층에서는 사암, 역질사암으로 되어 있고, 퇴적구조 및 사층리, 화석 등 특징들을 육안으로 쉽게 관찰할 수 있다. 특히, 서귀포층은 제주에서도 서귀포 지역에 일부 국한되어 나타나고 있으며 세계 유네스코 지질공원으로 선정되어 보호되고 있다(그림 6). 제주도내 드라이브하다가 보면 다소 평평한 대지를 만나게 된다. 이런 용암대지 지대의 형성은 약 10만 년 전에 형성된 지역으로 목장이나 대부분 목초지대로 활용되고 있다. 개략적인 지형 형태는 이 당시 지질시대를 기초로 형성이 되었다. 이후 계속적인 화산활동으로 인하여 360여 개에 해당하는 오름이 생기게 되었다. 관광객들이 많이 찾는 새별오름, 다랑쉬오름 등이 있다. 대부분 오름의 화구가 육지에 있지만, 화구가 바닷가 가운데에 형성된 오름인 수월봉 오름이 있다. 오름이 바다 가운데에서 형성되어 화산쇄설퇴적물들의 퇴적 흔적이 너무 명확하게 나타나서 수월봉 지질트레일 코스로 매우 유명한 지역이다. 수월봉 오름은 1만 4천 년 전에 형성된 것으로 보고되고 있다. 이후 성산일출봉과 송악산은 약 5000년 전에서 3800년 전에 형성이 되었다.

문헌 기록상 제주도에서 가장 최근의 화산활동이 기록되어 있다. 신증동국여지승람 기록에 보면, “1002년 탐라에서 바다 가운데 산이 생성되고 4개의 구멍에서 용암이 흘러나왔다”라는 기록이 있고, 고려조정에서 1007년 목종 때 태학박사 전공지를 제주에 보내 조사하라고 하였다는 기록이 있다. 이곳이 바로 제주도 서쪽의 비양도이다(그림 7). 비양도 전체적으로 형성된 지질나이는 3만 년 전으로 보고되고 있다. 또 하나 흥미로운 사실은 제주도에 구석기인의 발자국 화석이 발견된다는 것이다. 제주 산방산에서 송악산 사이 해안가에 나타나는 퇴적 기원 퇴적물에서 구석기인의 발자국 화석이 발견되었다(그림 8). 시기적으로 19,000년에서 25,000년 전으로 지질시대로 플라이스토세에 해당한다고 볼 수 있다. 그 당시에는 빙하기로 육지와 제주도가 하나의 땅덩어리로 붙어 있을 때였기에 사람 발자국 화석의 근거가 더욱 신빙성이 있는 것이다.

육지와 다르게 제주도에는 몇 가지의 특이한 지질 특성이 존재한다. 지질 조사나 지반조사시 지질특성을 파악한다면 도움이 되리라 생각한다. 제주도는 기본 형성이 화산섬으로 되어 있어, 화산에 의한 용암동굴이 제주 전반적으로 존재한다. 현재 파악되고 있는 용암동굴의 숫자가 무려 200개가 넘으며, 道자체에서 용암동굴에 대한 문제점이 나타나 다각도로 관리를 위하여 검토하고 있다. 가장 길고 규모 면에서 큰 만장굴의 경우, 낙반 및 동굴 안정성에 문제가 제기되어 현재 진입로 안정공사를 진행 중이며, 용천동굴의 경우, 동굴 내의 미세동물 보호를 위하여 출입을 통제하고 계측관리만 시행하고 있다. 반면 道내 비지정문화재로 지정된 용암동굴의 경우, 관광지 및 식품저장 창고로 활용되는 경우가 있다. 일부 용암동굴은 민간 종교활동지로 사용되기도 한다.
용암동굴과 비슷하지만, 제주 화산암층 지하에 클링커층(clinker layer)이 있다. 클링커층은 용암이 흐르는 과정에서 만들어진 다공질 암석으로 이루어진 지층으로 지하수의 통로 역할을 하는 중요한 지층이다(그림 9). 용암이 지하에서 하부로 흘러 내려가면서 순차적으로 지형이 부풀어 오르는 현상이 발생하기도 한다.
이런 지형을 투물러스 구조라고 한다(그림 10). 본 지층은 지하에 용암이 흐르면서 지형이 거북이 등처럼 불룩하게 솟아오르는 지형이다. 제주 곳곳에서 볼 수 있는 특이지형이며 투물러스 지형 하부에는 동굴이 존재하므로 중요한 동굴 탐사 지시자로 활용할 수 있다. 제주 용암이 땅속에서 흐르는 것이 아니라 지표에서 흐르게 되면 용암의 성분 특성상 두가지로 나눌 수 있다. 파호이호이 용암(Phahoehoe lava)과 아아 용암(Aa lava)으로 구분할 수 있다. 파호이호이 용암은 새끼구조 등 다소 평평하게 분포하는 반면에 아아용암은 매우 거친 표면을 가지고 있는 형태이다. 제주 공항 옆의 용두암은 대표적인 아아용암의 형태라 할 수 있다. 제주 해안가의 현무암 용암대지를 가면 육안으로 확인 가능하니 기억해 두었다가 참고하면 좋을 것 같다. 육지에서 볼 수 없는 제주만 가지고 있는 특이한 지층으로 “숨골”이라는 것이 있다(그림 11). 숨골은 제주도 방언으로 제주도사전에 의하면 숨 쉬는 굴이라는 뜻으로 되어 있다. 숨골은 지표에 위치한 자연적인 지질구조나 지형을 통해 물이 막힘없이 땅속으로 침투하는 입구로 보면 될 듯하다. 숨골은 대량의 물이 막힘없이 지하로 침투하는 투수성이 매우 높은 지질구조로 지하수 및 물질들의 지하 유입 통로가 되기도 한다. 제주 제2 신공항 조사에서 숨골이 다량 발견되어 조사를 실시하고 대책을 세운 경험이 있다(그림 12).

제주도는 육지와 다른 사뭇 흥미로운 지역임이 분명하다. 지반공학을 하는 분들은 제주도 지반과 지질에 접근할 때 충분한 자료 검토와 특이사항에 대하여 사전에 검토하고 업무를 수행하면 좋을 듯하다. 제주의 지반조사는 100% 코어를 회수해야 하고 코어를 관리하게 되어 있다. 시추조사 시 규격도 NX보다 큰 사이즈로 시추하게 되어 있다. 이는 제주 지하수의 무분별한 취수와 지하관리에 대하여 더욱 엄격한 잣대로 관리하고 있다는 측면이다. 육지에서도 마찬가지지만 지반분야에서 가장 큰 애로사항이 물이다. 제주 마찬가지로 지하수와 지표수의 처리가 매우 중요한 요소이다. 제주 지하수는 통상 건기시와 우기시로 나누어 생각해야 하며, 통상적으로 자유면 지하수위의 컨셉으로 접근하는 것이 불가능한 지질특성을 가지고 있으므로 유의해야 할 것이다. 지하수 개발에서도 일반적인 시추로 양수작업이 불가한 특수성이 있다. 이외에도 앞서 설명한 듯이 제주에는 육지에 없는 지질구조와 지형특성을 가지고 있으므로 이에 대한 대책방안을 면밀히 세우고 접근하는 것이 시행착오를 줄이고 효율적으로 임무를 마무리 할 수 있을 것이라 생각한다.

제6회 한국-일본 불포화토 공동워크숍
(6^th Japan-Korea Joint Workshop on Unsaturated soils)
개최를 마치고

1. 들어가며

제6회 한국-일본 불포화토 공동워크숍이 2024년 8월 28일~29일, 양일간 일본 고베대학교(Kobe University) 에서 개최되었다(그림 1). 한일 불포화토 공동워크숍에 대해 소개하면, 불포화토(unsaturated soils)를 중심 키워드한 다채로운 연구주제들에 대해 포괄적으로 한일 양국의 연구자들이 발표하고 자유로이 교류하고자 하는 학술 모임이다. 지금까지 한일 공동워크숍은 한국지반공학회 ‘지반역학 및 불포화지반 기술위원회’와 일본 불포화토 연구회 그룹의 주도로 개최되었다. 제1회 한일 공동워크숍은 2009년 9월에 단국대학교에서 처음 개최된 이래로, 한일 양국에서 2년마다 번갈아 가며 개최되어 왔다. 제2회 일본 규슈 대학교(2011년 9월), 제3회 연세대학교(2013년 11월), 제4회 일본 오카야마 대학교(2016년 2월), 제5회 서울 현대 힐스테이트 갤러리(2018년 5월)를 거쳐 진행되어 왔다. 한편 지난 2020년 코로나19로 인하여 한일 공동워크숍이 열리지 못하였고 판데믹이 진정된 이후 6년만에 재개되었다. 특히, 이번 제6회 공동워크숍은 2024년도 한-일(JSPS) 협력사업- 공동세미나(2024 Japan-Korea (JSPS and NRF) Joint Seminar Cooperation Program)의 지원을 받아 개최되었다. 2024년 8월 28일 공동워크숍 첫째 날은 초청 강연 및 각 논문 발표가 진행되었고, 2024년 8월 29일 둘째 날에는 고베대학교, 지반공학 실험실, 그리고 도시안전연구센터 투어 및 고베 시립‘사람과 방재 미래센터’ 방문이 이루어졌다.

2. 한국-일본 워크숍 참가 및 만찬회(Dinner)

제6회 한일 불포화토 워크숍의 첫날에는 공동위원장인 고베대학교의 Kato 교수와 단국대학교 박성완 교수의 개회사, 그리고 교토대학교의 Uzuoka 교수(현 일본지반공학회장)의 축사로 시작하였다. 초청강연으로는 중국 상하이대학교의 Sun 교수의 “Hydro-mechanical Behavior of Unsaturated Soils in Full Suction Range”라는 주제로 낮은 흡수력부터 높은 흡수력에 이르기까지 변화하는 불포화 지반재료의 보수특성과 함께 전단거동의 추정모델에 대한 내용을 설명하였다. 이후 4개의 전문 세션에서 사면안정(Slope stability), 측정 및 모델링(Measurement/Modelling), 관측 및 응용(Observation/Application), 그리고 불포화 특성 및 동적 특성(Unsaturated & Dynamic Characteristics)의 주제로 총20편의 논문들이 발표 및 토의가 이루어졌다. 발표자들의 경우, 국내에서는 강원대학교, 광주대학교, 단국대학교, 동신대학교, 인천대학교, 전남대학교, 한국건설기술연구원, 한국지질자원연구원에서 참석하였고, 일본측에서는 철도기술연구원(Railway Technical Research Institute), 고베대학교, 교토대학교, 중부(Chubu)대학교, 나가오카공과대학교(Nagaoka University of Technology), 히로시마대학교, 도쿄공과대학(Tokyo Institute of Technology), 고베시립공과대학교(Kobe City College of Technology), 간사이대학교에서 참여하였다.
발표 이후에는 한일 양국의 발표자들의 교류의 장으로서 인근의 쇼슈엔 레스토랑에서 워크숍 만찬회가 진행되었다(그림 2). 한일 양국의 연구자들이 불포화토 주제로 모였지만, 연구 외에도 양국의 이슈 및 기타 관심사들에 대해 많은 대화를 나누며 한일 양국의 공감대를 형성할 수 있는 뜻깊은 시간을 가졌다. 식사를 마치며 일본을 대표하여 일본지반공학회 회장이신 Uzuoka 교수님의 일본식 마무리와 함께 만찬회를 마무리하였다.

3. 일본 고베대학교 지반연구실 투어 및 고베 시립 ‘사람과 방재 미래센터’ 방문

둘째 날 일정으로 고베대학교, 지반공학실험실 투어및 고베 시립 ‘사람과 방재 미래센터’를 방문하였다. 현재 고베대학교 지반연구실에서 중심으로 다루고 있는 불포화토 직접전단시험장치와 불포화토 함수특성 계측장비에 대해 고베대학 대학원 학생들로부터 설명되었다. 대학원 학생들 본인의 학위논문 주제와 관련된 실험장치인 만큼 현재사용하고 있는 장비에 대하여 열의를 가지고 설명해 주었고, 투어 참석자들로부터 많은 질문들이 있었고 토론이 이루어졌다(그림 3). 또한, 고베대학교 도시안전연구센터의 실험동을 방문하였다. 이 실험동에서는 기존에 고베지진에 관련된 도로 및 사면 방재를 위한 큰 규모의 동적거동 실험들이 많이 이루어져 왔으나, 현재는 대형 시험보다는 작은 규모의 다양한 실험이 상대적으로 많이 이루어지는 것을 느낄 수 있었다.
한편, 고베대학교 지반연구실 투어를 마치고서 바로 고베 시립 ‘사람과 방재 미래센터’로 이동하여 간단하게 점심식사를 한 뒤 방재센터를 견학하였다(그림 4). ‘사람과 방재 미래센터’는 1995년에 발생한 한신 아와지 대지진 당시의 피해를 기억하기 위해 만들어졌다. 방재센터 견학은 약 1시간 30분동안 지진당시의 영상과 자료들을 관람하였고, VR을 통한 풍수해 체험 및 쓰나미, 액상화 등 다양한 재해 체험 시설을 살펴볼 수 있었다.

4. 맺음말

지금까지 한일 불포화토 공동워크숍은 2009년 이후 15년간 총 6회 진행되었다. 특히, 이번 제6회 한일 불포화토 공동워크숍은 2020년 코로나19로 인하여 6년 만에 개최된 만큼, 그 사이에 양국에서 불포화토의 키워드를 중심으로 다양한 관련 연구가 진행되었다는 것을 확인할 수 있었다. 이제 2년후 제7회 한일 불포화토 공동워크숍이 한국에서 다시 개최될 차례로 관련 연구 주제 뿐만이 아니라 다양한 연구들에 대한 한국-일본간 연구자들의 교류가 확대되기를 희망한다.