물방울이 떨어지면서 동굴에선 석순이 생기는데.. 일반 밖에서는 물방울로 인해 돌들이 구멍이 뚫립니다.

Question

물방울이 떨어지면서 동굴에선 석순이 생기는데, 일반 밖에서는 물방울로 인해 돌들이 구멍이 뚫립니다. 이건 어떤 원리인건가요? 같은 물로 만들어지는게 아닌가요?

Answer 1

안녕하세요. 염정흠 과학전문가입니다.

동굴에서 생성되는 석순이나 종유석은 보통 석회 동굴에서 생겨나는데, 이는 지하수에 녹아 있는 이산화탄소가 석회암의 주성분인 탄산칼슘을 녹이면서 동굴을 만들고 그 물이 조금씩 맺히거나 땅에 떨어져 쌓이면서 종유석과 석순을 만들게 됩니다. 땅에 떨어져서 탑처럼 쌓여서 생성된 것이 석순입니다. 석회동굴이 아닌 곳에서 떨어지는 물에는 석회동굴만큼 탄산칼슘이 함유되어 있지 않기 때문에 석순이 생겨나지 않습니다.

Answer 2

안녕하세요. 김경욱 과학전문가입니다.

물방울이 떨어질 때, 그것은 중력으로 인해 가속되면서 점점 더 큰 에너지를 가지게 됩니다. 이 때 물방울은 충돌을 일으키고, 충돌로 인해 물방울 안에 포함된 공기도 압축됩니다. 이렇게 물방울이 바위나 동굴 바닥과 충돌하면서 물방울 안에 있는 공기가 압축되고, 그 압력으로 인해 돌이 부서지거나 구멍이 생기게 됩니다.

동굴 내부에서 석순이 형성되는 원리도 비슷합니다. 물방울이 석순과 같은 석회암을 만나면, 물방울 안에 포함된 이산화탄소(CO2)가 바깥쪽 공기와 교환되면서, 이산화탄소의 농도가 낮아지고 석회암에 용해됩니다. 이렇게 석회암에 용해된 이산화탄소는 바깥쪽 공기와 교환되면서 다시 이산화탄소 농도가 높아지게 됩니다. 이 과정에서 석회암이 침전하면서 석순이 형성되는 것입니다.

Answer 3

물방울이 돌에 떨어지면, 물방울 안에 용해된 이산화탄소(CO2)가 돌에 용해되어서 탄산화 반응이 일어나고, 이로 인해 돌이 부식됩니다. 이는 일반 지표면에서도 일어날 수 있으며, 이러한 부식이 길어지면 돌들 사이에 구멍이 뚫리게 됩니다. 반면, 동굴 내부에서는 공기 중의 이산화탄소가 이미 포화 상태이기 때문에 물방울 안의 이산화탄소는 이미 포화된 상태에서 떨어집니다. 그렇기 때문에 물방울이 동굴에서 떨어지면, 이산화탄소가 돌 위에 포화되어 있으므로, 돌 위에 있는 이산화탄소가 물방울 안으로 이동해 탄산화 반응이 일어나고, 이어서 석순이 형성됩니다.

Answer 4

안녕하세요. 이준엽 과학전문가입니다.

동굴의 석순과 밖에서의 돌 구멍은 원리가 다릅니다.

동굴에서의 석순 형성은 지하수가 동굴 천장을 스며들어 물방울을 만들면서 발생합니다. 물방울은 천장에서 떨어지면서 카르스 작용이 일어나며, 천장에 있는 석순에 물이 스며들면서 화학 반응이 일어나 석순이 형성됩니다.

한편, 밖에서 돌 구멍이 생기는 것은 바람과 물 등의 자연적인 외부 요인에 의한 침식과 부식이 일어나기 때문입니다. 이 경우, 물방울이 직접 돌을 침식하는 것은 아니며, 일반적으로 바람이나 물의 흐름에 의해 돌 표면의 부분적인 침식이 일어나면서 구멍이 형성됩니다. 이러한 현상은 동굴 내부에서의 카르스 작용과는 다른 원리로 작용하는 것입니다.

따라서, 동굴 내부의 석순 형성과 밖에서의 돌 구멍 형성은 서로 다른 원리에 기반해 발생하며, 물방울 역시 성분은 같아도 어떤 환경에서 어떤 반응이 일어나느냐에 따라 다양한 결과를 초래할 수 있습니다.

Answer 5

안녕하세요. 심헌용 과학전문가입니다.

보통 동굴 내부에서 생긴 석순 등의 자연발생한 것은 물 외에 석회질 성분 등이 함유되어 있는 것이 대부분입니다. 석회질 성분은 눈으로 확인할 수 있 듯이 물이 증발하면 그대로 굳는 현상을 보입니다. 일상생활에서는 석고상, 석고 깁스 등에서 사용되고 있습니다.

반대로 석회와 같은 성분이 없는 물방울은 풍화작용을 일으켜 물방울이 떨어지는 지점에서 구멍이 뚫리거나 깎이는 현상을 보입니다.

Answer 6

안녕하세요. 조인철 과학전문가입니다.

물방울이 떨어질 때 동굴에서는 석순이 생기는 원리와 밖에서는 돌들이 구멍이 뚫리는 원리는 서로 다릅니다.

동굴에서 석순이 생기는 원리는, 동굴의 바닥에 물방울이 떨어졌을 때, 물속에 녹아있던 광물질이 침전되어 바닥으로부터 자라 올라온 것 입니다. 대부분의 석순은 동굴의 천장에 매달려 있는 종유석으로부터 떨어지는 물방울로부터 생성되기 때문에 종유석과 대응관계가 되는 동굴생성물입니다..

밖에서 돌들이 구멍이 뚫리는 원리는, 물방울이 지표면에 떨어질 때, 그 물방울이 지표면을 충격파로 만들어서, 그 규모에 따라 작은 돌들을 침식시키면서 구멍이 생기는 것입니다. 이러한 현상은 지표면에 대한 충격파의 반복적인 충돌로 인해, 시간이 지나면서 큰 구멍이 생길 수도 있습니다.

Answer 7

안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다.동굴의 석순이 형성되는 원리와 비슷하게, 일반적으로 바위에 구멍이 생기는 것은 지하수와 같은 물이 바위를 스며들면서 바위 내부의 약한 부분을 부식하여 생기는 것입니다.

하지만, 이러한 바위의 부식과정은 동굴의 석순 형성과는 달리, 보다 긴 시간이 필요합니다. 동굴에서 물방울은 천장에서 떨어질 때 천장을 구성하는 광물질을 녹여서 포함시키며, 이 광물질은 석순이 형성될 때 석순의 끝에서 떨어지는 물방울에 의해 계속 쌓입니다.

하지만 일반적인 바위에서는 물이 바위 내부로 스며들어가면서, 바위 내부의 약한 부분을 부식시키고 바위를 점차적으로 파괴시킵니다. 이 과정은 석순 형성보다 훨씬 더 오랜 시간이 필요하며, 물방울이 바위 내부로 스며들어가는 과정에서는 바위의 구조를 구성하는 광물질이 녹는 것이 아니라, 약한 부분을 부식하여 바위의 구조를 파괴시키기 때문에, 바위에 구멍이 생기게 됩니다.

따라서, 동굴에서 석순 형성과 일반 바위에서의 구멍 형성은 물방울이 바위에 닿아서 생기는 것이지만, 그 과정과 시간 등이 상이하므로 다르게 형성됩니다.

Answer 8

안녕하세요. 류경범 과학전문가입니다.

석순은 천장에서 떨어진 중탄산칼슘 수용액 때문에 바닥에 탄산 칼슘이 쌓여 자라나는 구조입니다.

즉 동굴 천장에서 떨어지는 물방울에 포함된 중탄산칼슘으로 동굴 밖과 다른 반응이 나타나는 것입니다.

Answer 9

안녕하세요. 김재훈 과학전문가입니다.

석순은 동굴에서 볼 수 있는 동굴생성물 중 하나로, 물방울이 동굴 천장으로부터 떨어질 때, 물속에 녹아있던 광물질이 침전되어 바닥으로부터 자라 올라온 형태입니다.

석순은 일반적으로 석회암이나 석영질 바위에서 만들어지며, 물이 석순의 표면을 스며들면서 광물질이 침전되고 자랍니다. 이 과정에서 석순은 천장으로부터 연속적인 물방울이 떨어짐에 따라 서서히 자라게 됩니다 즉 석순을 만드는 물은 일반물이 아닌 광물을 포함한 물입니다

Answer 10

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

물방울이 떨어져 동굴에서 석순이 생성되는 원리와 밖에서 돌에 구멍이 뚫리는 원리는 약간 다릅니다.

동굴에서 물방울이 떨어질 때, 물방울 안에 포함된 이산화탄소(CO2)가 공기 중의 석회석(CaCO3)과 반응하여 탄산칼슘(Ca(HCO3)2)을 생성합니다. 이어서 물방울이 바닥에 떨어지면서, 물방울 안의 탄산칼슘이 기체 상태로 방출되면서 칼슘이 이온 상태로 되어 석회석 결정을 생성합니다. 이 석회석 결정이 서서히 쌓이면서 동굴 내부에 석순이 형성되는 것입니다.

한편 밖에서 돌에 구멍이 뚫리는 원리는 물과 바위의 마찰에 의해 발생하는 것입니다. 물이 바위 표면을 긁으면서 마찰열이 발생하고, 이러한 마찰열이 바위를 닳게 합니다. 특히 물 안에 포함된 모래와 같은 입자들이 바위 표면을 긁으면서, 그 바위를 더욱 빠르게 닳게 합니다. 이렇게 바위가 점차적으로 닳아나가면서, 돌에 구멍이 뚫리게 되는 것입니다.