Long-Term Monitoring and Analysis of Changes in the Soil Layer on Dokdo

장기 모니터링을 통한 독도 자연사면의 토층 변화 분석

Abstract

Changes in the soil layer on Dokdo are important both academically and with regard to sustainable conservation and utilization of the islands. Continuous investigation and observation are necessary, as the soil layer is essential to the growth of plants and, therefore, the islands' ecosystem. Such work was carried out for about 8 years using soil erosion measuring bars, which are durable and facilitate simple monitoring of changes in the soil layer. Each bar comprised a rod measuring 30~50 cm long and 1.5 cm in diameter, and the use of stainless steel afforded resistance to corrosion caused by sea breezes. Six measuring bars were installed in the soil layers of each of two islands, Dongdo and Seodo, and measurements were taken one to three times a year from 2014 to 2021. The field measurements indicate that soil was deposited on Dongdo but eroded on Seodo during the observation period. As the measuring bars on Dongdo were located in the central and lower parts of the island, the observed changes in the soil layer resulted mainly from sedimentation of material eroded by weathering or soil runoff from the upper part of the island. In contrast, the measurement locations on Seodo were located in the upper and central parts of the island, where soil erosion and runoff diminished the soil layer at the observation points.

독도의 토층 변화는 독도에 대한 학술적 가치와 함께 독도의 지속가능한 보전 및 활용 측면에서 상당히 중요한 의미를 가진다. 또한 독도에 자생하는 식물 및 생물의 발달에 필수적인 토대가 되므로 독도의 토층에 대한 지속적인 조사와 관찰이 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 독도의 자연사면에 대한 토층 변화를 측정하기 위하여 내구성이 우수하고 설치 및 관리가 간편하며, 측정이 용이한 지표침식측정계를 설치하였다. 지표침식측정계는 길이 30~50 cm, 직경 1.5 cm의 강봉 형태이며, 해풍으로 인한 부식의 저항성을 높이기 위해 스테인리스 재질로 제작하였다. 그리고 동도와 서도의 토층분포구간을 대상으로 각각 6개씩의 지표침식측정계를 설치하였으며, 2014년부터 2021년까지 약 8년 동안 매년 1회에서 3회의 현장 측정을 실시하였다. 측정결과 지표침식측정계가 설치된 동도의 토층에서는 전반적으로 미세하게 퇴적되는 양상을 보였으며, 서도의 경우 동도와 반대로 미세하게 침식되는 양상이 나타났다. 동도에 설치된 지표침식측정계는 비교적 동도의 중간 혹은 하부지역에 설치되어 있으므로 동도의 토층 변화는 상부에 존재하는 토층에서의 풍화에 의한 침식 혹은 토사유출로 인하여 주로 퇴적되는 양상이 나타났다. 그러나 서도에 설치된 지표침식측정계는 서도의 상부 혹은 중간지역에 설치되어 있으므로 서도의 토층에서는 풍화로 인한 침식 및 유출이 직접 발생되었을 것으로 판단된다.

서론

독도의 지형은 경사가 급하고 험준하여 접근이 쉽지 않거나 불가능한 곳이 대부분이다. 독도의 깊게 패인 골짜기들은 대부분 단층의 자취를 따라 형성되었으며, 침식삭박 작용이 집중적으로 발생하고 있는 것이 특징이다. 서도의 중앙부는 험준한 원추형의 대한봉이 위치하고 있고, 동도의 중앙부는 화산의 분화구처럼 보이는 침식와지가 발달된 독특한 지형을 가지고 있다(Kim et al., 2023).

독도는 동해 먼 바다에 위치하고 있어 내륙에 비해 강우 및 강설량이 많고 바람이 강한 것으로 알려져 있다. 이와 같은 조건에서는 모암의 물리적인 풍화작용이 활발하게 진행될 수 있으며, 이에 따른 토층 분포 및 지형의 변화가 나타나게 된다. 즉, 모암은 온도변화에 의해서 팽창과 수축, 결빙과 융해 등 물리적인 풍화작용을 반복적으로 받게 되며, 이러한 과정을 통하여 형성된 토층은 모암의 특성 및 광물을 보유하게 된다. 이와 같이 형성된 흙을 일반적으로 잔류토(residual soil) 혹은 잔적토라고 한다.

독도의 특수한 기상조건과 지형 및 지질조건 하에서 독도 내의 시설물 피해를 줄이고 체류자 혹은 방문자의 안전을 확보하기 위한 노력이 필요하다. 또한 대한민국의 영토보전 차원에서 독도를 구성하는 토층과 지형의 변화를 장기적으로 관측 및 분석하기 위한 지속적인 연구가 필요하다.

독도 및 독도의 토층과 관련된 기존 연구로는 독도의 생성 기원 및 지질학적 측면의 연구(Sohn and Park, 1994; Sohn, 1995; Kee et al., 2012), 독도의 토층 분포조사와 토질에 대한 지반공학적 측면의 연구(Song et al., 2007; Kim et al., 2023), 독도의 토질에 대한 토양학적인 측면의 연구(Sonn et al., 2011), 그리고 독도에 대한 지구물리학적 측면의 연구(Kang et al., 2002) 등이 있다. 그러나 시계열적인 측면에서 독도의 토층에 대한 장기적인 변화에 대한 연구는 현재까지 수행된 바 없다.

독도의 토층 변화는 독도에 대한 학술적 가치와 함께 독도의 지속가능한 보전 및 활용 측면에서 상당히 중요한 의미를 가지고 있다. 또한 독도에 자생하는 식물 및 생물의 발달에 필수적인 토대가 되므로 독도의 토층에 대한 지속적인 조사와 관찰이 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 독도의 토층에 대한 장기 모니터링을 수행하였으며, 이를 토대로 독도의 토층에 대한 시계열적인 분석을 실시하고자 한다. 즉 독도의 토층 분포구간을 대상으로 토층의 변화를 측정할 수 있는 지표침식 측정계를 설치하였으며, 이를 활용하여 장기적인 토층 변화의 모니터링을 수행하였다. 현장에서 직접 측정한 결과를 토대로 독도의 토층에 대한 침식 및 퇴적량을 조사하고 토층 변화 양상을 분석하고자 한다.

토층의 분포양상

기존 Kim et al.(2023)의 연구에 의하면 독도의 토층은 3~50 cm 두께로 존재하며 대부분은 10~20 cm 내외의 두께를 갖는 것으로 나타났다. Fig. 1은 독도에 존재하는 전형적인 토층의 모습을 나타낸 것이다. 동도의 경우는 토층심도가 5 cm 이하인 구간 및 11~15 cm인 구간이 대부분이고, 부분적으로 토층 심도가 깊은 곳은 30 cm 이상이며, 가장 깊은 구간은 약 50 cm인 것으로 조사되었다. 그리고 서도의 경우는 토층심도를 5 cm 이하인 구간이 대부분이며, 5~10 cm인 구간도 비교적 넓게 분포하고 있는 것으로 조사되었다. 부분적으로 토층심도가 15 cm 이상인 구간이 분포하고 있으며 가장 깊은 구간은 약 20 cm 이상으로 조사되었다. 또한 서도지역의 경우 동도지역과 비교하여 토층이 다소 넓게 분포하고 있으나 심도는 더 얕은 것으로 확인되었다. Fig. 2는 독도 토층 심도에 대한 조사결과를 바탕으로 작성된 토층분포도를 나타낸 것이다. 독도의 토질은 주로 모래로 구성되어 있으며, 일부 자갈 혹은 점토가 함유되어 있는 것으로 조사되었다(Kim et al., 2023).

Fig. 1. Typical view of the soil layer on Dokdo.

Fig. 2. Distribution of the soil layer on Dokdo (Kim et al., 2023).

한편, Fig. 3은 독도의 지질도(Kee et al., 2012)를 나타낸 것이다. 그림에서 보는 바와 같이 독도에서 토층이 분포하는 구간은 대부분 조면안산암 계열의 지질조건을 보유하고 있음을 알 수 있다.

Fig. 3. Geological map of Dokdo (Kee et al., 2012).

자연사면의 토층 변화 모니터링 방법

일반적으로 토층에서의 침식 혹은 퇴적량은 계측장치를 이용하여 직접접으로 측정하거나, 특정 구간에서 유출되는 토사량을 수집하여 간접적으로 토층의 침식량을 산정할 수 있다. 이와 같은 방법들은 계측장치 혹은 측정장비에 대한 지속적인 유지관리가 뒷받침되어야만 좋은 결과를 얻을 수 있다. 그러나 독도의 경우는 접근이 매우 제한적으로 계측장치나 측정장비에 대한 설치 및 유지관리가 매우 어려우며, 전력공급과 통신사용이 원활하지 않다. 그리고 물리적인 풍화작용과 바다의 염수에 따른 부식으로 인하여 계측장치나 측정장비에 대한 내구성을 담보할 수 없다. 따라서 내륙에서 편리하게 활용되고 있는 정밀도가 높고 유지관리가 용이한 계측장치와 측정장비를 적용하기 곤란하다.

본 연구에서는 독도에서의 자연사면 토층 변화 모니터링을 위하여 설치 및 관리가 비교적 간편하고, 측정이 용이한 고전적인 방법을 적용하였다. 토층의 침식 및 퇴적 양상을 측정할 수 있는 지표침식측정계를 제작하여 토층지반에 설치한 후 주기적으로 방문하여 직접 측정하는 방법을 적용하였다. Fig. 4는 독도의 자연사면을 대상으로 토층 변화 모니터링을 위하여 측정봉을 이용한 지표침식측정계의 측정방법을 나타낸 것이다.

Fig. 4. Method of monitoring soil layer changes using a soil erosion measuring bar.

측정봉을 이용한 지표침식측정계 설치

독도 자연사면에서의 토층 변화를 지속적으로 관측하고 분석하기 위하여 동도와 서도의 토층분포구간을 대상으로 지표침식측정계를 설치하여 토층 변화 모니터링을 수행하였다. 독도에서 토층이 분포하는 구간은 대부분 조면안산암 계열의 지질조건을 보유하고 있다. 동도와 서도의 토층분포구간에 대하여 각각 6개씩의 지표침식측정계를 설치하였으며, 2014년부터 토층 변화 모니터링을 실시하였다.

Fig. 5는 독도의 토층 변화 모니터링을 위하여 현장에 설치된 지표침식측정계를 나타낸 것이다. 그림에서 보는 바와 같이 설치된 지표침식측정계의 위치를 쉽게 식별할 수 있도록 안내표식도 함께 설치하였다. 지표침식측정계는 염분이 함유된 해풍의 영향을 크게 받는 독도지역의 특성을 고려하여 산화에 저항성이 강한 스테인리스로 제작하였다. 지표침식측정계는 길이가 30~50 cm이고 직경은 1.5 cm의 강봉 형태이며, 토층의 변화양상을 쉽게 관측할 수 있도록 상부로부터 cm단위로 눈금을 표시하였다.

Fig. 5. Measuring equipment installed on Dokdo.

한편, Table 1은 독도에 설치된 총12개 지점에 대한 지표침식측정계의 위치를 나타낸 것으로 동도 및 서도에 각각 6개를 설치하였다. 지리좌표를 나타낸 것이다. 그리고 Fig. 6은 동도 및 서도지역에 설치된 지표침식측정계의 위치를 나타낸 것으로, 이들 설치위치는 현장조사 결과와 토층분포 특성을 토대로 결정하였다.

Table 1. Location of soil erosion measuring bars on Dokdo

Fig. 6. Measurement locations on Dokdo.

자연사면의 토층 변화의 측정 및 분석 결과

Fig. 7은 2014년부터 2021년까지 약 8년 동안 동도에 설치된 6개소의 지표침식측정계로부터 측정된 토층 변화를 나타낸 것이다. 그림에서 보는 바와 같이 토층 변화는 매년 1회에서 3회의 현장 측정을 통하여 취득하였으며, 동도의 경우 지표침식측정계 설치위치에서 미세하지만 전체적으로 퇴적되는 양상을 보이는 것으로 확인되었다. 동도에 설치된 대부분의 지표침식측정계는 비교적 섬의 중간 혹은 하부지역에 설치되어 있으므로 상부에 존재하는 토층에서의 풍화에 의한 침식 혹은 토사유출로 인하여 지표침식측정계 설치위치에서 주로 퇴적되는 양상이 나타났다.

Fig. 7. Soil layer changes measured on Dongdo.

DD-1 지점의 경우 2014년 측정이 시작된 이후 계속적으로 퇴적이 이루어지다가 2017년에 약 3.5 cm 정도 침식이 발생하였으며, 이후로는 전반적으로 퇴적양상을 보이는 것으로 나타났다. DD-2 지점은 2014년부터 2017년까지 침식과 퇴적이 동시에 발생되다가, 이후로는 뚜렷한 퇴적양상을 보이는 것으로 나타났다. DD-3 지점의 경우 2014년 측정이 시작된 이후 침식과 퇴적이 반복되고 있어 상대적으로 토층 변화가 크지 않은 곳이다. DD-4 지점은 2014년도 측정 직후 약 3.9 cm 정도까지 침식이 발생되었으나 이후 침식 및 퇴적이 반복되었으나, 2018년에 약 4 cm 정도의 침식이 발생된 것으로 나타났다. DD-5 지점의 경우 2014년에는 침식이 우세하게 나타났으나 2015년 이후로는 전반적으로 퇴적이 나타나는 양상을 보이고 있다. 그리고 DD-6 지점은 2014년 측정이후 미미한 침식이 나타났으나, 2018년에 약 8.2 cm의 퇴적이 이루어진 것으로 파악되었다.

Fig. 8은 2014년부터 2020년까지 약 7년 동안 서도에 설치된 6개소의 지표침식측정계로부터 측정된 토층 변화를 나타낸 것이다. 그림에서 보는 바와 같이 토층 변화는 동도와 동일하게 매년 1회에서 3회의 현장 측정을 통하여 취득하였으며, 2021년의 경우 현장여건으로 서도 입도가 불가하여 현장 측정이 누락되었다. 서도의 경우 미세하지만 전체적으로 침식되는 양상을 보이는 것으로 확인되었으며, 이는 동도의 토층 변화와 다른 양상임을 알 수 있다. 서도의 경우 대부분의 지표침식측정계는 동도와 다르게 비교적 섬의 상부 혹은 중간지역에 설치되어 있으므로 풍화로 인한 토층의 침식 혹은 토사유출이 지표침식측정계 설치위치에서 직접적으로 발생되었음을 알 수 있다.

Fig. 8. Soil layer changes measured on Seodo.

SD-1 지점은 2014년부터 지속적으로 침식이 진행되고 있는 곳으로서 2018년에 약 6.3 cm의 침식이 발생되었다. 이 지점은 급경사면으로 식물의 분포가 미약하고 토층이 직접적으로 노출되어 있으므로 풍화에 취약한 조건을 보유하고 있다. SD-2 지점은 2014년 설치이후 퇴적과 침식이 반복적으로 진행되다가 2020년에 약 3 cm 정도 퇴적이 진행된 것으로 나타났다. SD-3 지점은 2014년 설치직후 침식 및 퇴적이 진행되다가 2016년 이후 지속적으로 침식이 발생되는 것으로 나타났다. SD-4 지점은 서도에서 침식이 가장 많이 발생하였으며, 2018년 이후에는 퇴적으로 인하여 침식량이 감소하고 있는 상황이다. SD-5 지점의 경우 2014년 설치직후 침식 및 퇴적이 진행되다가 2016년 이후 지속적으로 침식이 발생되는 것으로 나타났으며, 이는 SD-3 지점과 유사한 토층 변화를 보임을 알 수 있다. 그리고 SD-6 지점은 토층의 변화가 미소하게 발생되고 있으며, 침식 및 퇴적이 반복되는 것으로 나타났다.

결론

독도의 토층 변화는 독도에 대한 학술적 가치와 함께 독도의 지속 가능한 보전 및 활용 측면에서 상당히 중요한 의미를 가진다. 또한 독도에 자생하는 식물과 생물의 발달에 필수적인 토대가 되므로 독도의 토층에 대한 지속적인 조사와 관찰이 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 독도의 토층 분포구간을 대상으로 토층 변화를 측정할 수 있는 측정봉 형태의 지표침식측정계를 설치하고, 장기적인 토층 변화의 모니터링을 수행하여 시계열적인 분석을 수행하였다. 이들 결과를 정리하면 다음과 같다.

(1) 독도의 자연사면에 대한 토층 변화를 측정하기 위하여 내구성이 우수하고, 설치 및 관리가 간편하며 측정이 용이하도록 제작된 측정봉 형태의 지표침식측정계를 설치하였다.

(2) 독도에 설치된 지표침식측정계는 길이가 30~50 cm이고 직경은 1.5 cm의 강봉 형태로서 염분이 함유된 해풍의 영향으로 발생되는 부식에 대한 저항성을 높이기 위해 스테인리스 재질로 제작하였다.

(3) 독도 자연사면에 위치한 토층은 대부분 조면안산암 계열의 지질조건을 보유한 구간에 분포하고 있다. 동도와 서도의 토층분포구간을 대상으로 각각 6개씩의 지표침식측정계를 설치하였으며, 2014년부터 2021년까지 매년 1~3회의 현장측정을 실시하였다.

(4) 동도의 경우 토층의 변화는 전반적으로 미세하게 퇴적되는 양상을 보인다. 동도에 설치된 지표침식측정계는 비교적 동도의 중간 혹은 하부지역에 설치되어 있으므로, 동도의 토층 변화는 상부에 존재하는 토층에서의 풍화에 의한 침식 혹은 토사유출로 인하여 주로 퇴적되는 양상이 나타났다.

(5) 서도의 경우 토층의 변화는 전반적으로 미세하게 침식되는 양상을 보인다. 서도에 설치된 지표침식측정계는 서도의 상부 혹은 중간지역에 설치되어 있으므로, 서도의 토층에서는 풍화로 인한 침식 및 유출이 직접 발생되었을 것으로 판단된다.

(6) 향후 동도와 서도를 대상으로 지표침식측정계를 추가로 설치하여 더 넓은 구간의 자연사면에 대한 토층의 퇴직 및 침식으로 인한 변화를 조사 및 분석할 예정이다.