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ISSN : 1225-6692(Print)
ISSN : 2287-4518(Online)
Journal of the Korean earth science society Vol.35 No.7 pp.501-517
DOI : https://doi.org/10.5467/JKESS.2014.35.7.501

Research Strategy on Columnar Joint in South Korea

Kun Sang Ahn*
Department of Earth Science Education, Chosun University, Gwangju 501-759, Korea
Corresponding Author: aksahn@chosun.ac.kr Tel: +82-62-230-7348 Fax: +82-62-230-7348
September 3, 2014 October 1, 2014 October 21, 2014

Abstract

Based on a summary of the previous studies on columnar joints, this study presents research strategies and subjects to understand a formation of columnar joints, and its application in South Korea as follows; geometry of colonnade and entablature, formation mechanism and pattern change, surface morphology and internal structure, platy joint at the top and the bottom of columnar joints, crack patterns in drying starch-water slurries, using numerical models and computer graphics on joint formation, scale and geometry concerned with occurrence of volcanic rock, petrological and mineralogical study of the host rock. Additionally, more research is needed, such as deformation of column pattern during the hot state, secondary landform by alteration and weathering on the Earth’s surface such as rock stream, tor and tafoni. This study will take an active role in research of columnar joint and the Cenozoic lava flow of South Korea. Results of this study will be useful to the activation of geotourism and geological field study.


우리나라 주상절리에 대한 연구 전략

안 건상*
조선대학교 지구과학교육과, 501-759, 광주광역시 동구 필문대로 309

초록

주상절리에 관한 최근 연구를 살펴본 결과, 우리나라에 분포하는 주상절리를 이해하고, 활용하기 위한 연구 방 향은 다음과 같다; 칼러네이드와 엔테블러춰의 기하학적 형태, 형성 메커니즘과 패턴의 변화, 수평단면과 내부 구조, 주 상절리 상하부의 판상절리, 전분 혼합액의 건조실험, 절리 형성에 대한 수치 모델 및 컴퓨터 그래픽 활용, 화산암의 산 출 상태에 따른 주상절리 형태와 크기, 모암의 암석학적 및 광물학적 연구. 이와 더불어 지표에 노출된 후의 변질, 풍 화작용의 결과로 만들어진 너덜겅, 토르, 타포니 등과 같은 2차적인 경관에 대한 기재도 필요하다. 이 연구는 우리나라 주상절리와 신생대 용암류를 해석하는 중요한 역할을 할 것이다. 또한 연구 성과는 지질관광의 활성화와 지질학습장 측 면에서 활용도가 높을 것이다.


    Chosun University

    서 론

    주상절리는 화산에서 분출된 뜨거운 용암이 냉각할 때 발생하는 1차적인 구조이다. 주상절리의 형태는 3 각 기둥에서 8각 기둥까지 다양하지만 5-6각형이 가 장 많다. 주상절리는 경관요소가 뛰어나 관광객도 선 호하지만, 지질학자와 학생에게는 마그마의 종류에 따른 화산암의 산상을 학습하고, 주상절리가 형성되 는 메커니즘을 이해하는 흥미로운 학습장이다.

    세계적으로 가장 잘 알려진 주상절리는 북아일랜드 의 Giant’s Causeway이다. 이 주상절리는 1693년 영 국의 왕립협회에 의해 보고되었으며, 프랑스 지질학 자 Nicolas Desmarest는 1768년에 출판된 백과전서 에서 화산활동의 산물이라는 설명을 덧붙였다. 주상 절리는 화산암지대에서 자주 관찰되는 경관이지만, 그 형성과정은 아직까지 명확하게 밝혀지지 않았다.

    우리나라에서 경관이 뛰어난 주상절리는 문화재청 이나 지자체에서 천연기념물, 지방문화재 또는 명승 으로 지정하여 보호 관리되고 있다. 예를 들어, 중생 대에 형성된 무등산 주상절리대(제465호), 경주 양남 읍천(제536호), 신생대 제4기의 제주도 대포동 주상 절리(제443호)과 범섬-문섬(제421호), 한탄강 대교천 현무암협곡(제436호), 경기도 포천의 비둘기낭 폭포 (제537호) 등은 천연기념물로 지정되어 잘 관리되고 있다. 그러나 신생대 제3기의 포항 달전리(제415호) 나 포항시 뇌성산을 비롯한 대부분의 주상절리는 방 치되어 훼손이 심각한 상태이다.

    Ahn (2014)에 따르면 남한에는 68개 이상의 지역 에 주상절리가 분포한다. 대표적인 분포지역은 한탄 강유역, 제주도, 울릉도, 포항-경주-울산, 평택-아산지 역, 강원도 고성, 남해안과 서해안이다. 신생대 주상 절리의 모암은 주로 현무암이며, 백악기 주상절리의 모암은 대부분 용결응회암이다.

    우리나라의 주상절리에 관한 전문적인 연구는 제주 도 대포동, 울릉도 국수바위, 무등산 주상절리 정도 로 현재까지 매우 미진한 상태이다. 현재까지 축적된 연구 결과를 바탕으로, 우리나라 주상절리를 이해하 기 위한 연구전략을 제시하고자 한다.

    주상절리의 기하학적 형태

    주상절리를 기재하는 용어는 연구자 마다 다르며, 국내 연구자들은 여러 원어와 번역어가 혼용되고 있 어, 본 연구에서는 Hetényi et al. (2012)Grossenbacher and McDuffie (1995)를 참고하여 다 음과 같이 기술한다. 주상절리를 이루는 기둥의 높이 는 H, 기둥면의 폭(가로 넓이)은 L, 다각형의 수를 N, 단면적은 A, 기둥면 사이의 각은 θ, 최대 직경을 D라 하며, 겉보기 직경은 필요에 따라 D1-D3로 표 기한다(Fig. 1).

    제주도 대포동, 울릉도 국수바위, 포항시 달전리에서 관찰되는 직선상의 암석기둥을 칼러네이드(colonnade) 라 하며, 칼러네이드의 상부나 하부에서 갑자기 기둥 들이 뒤엉키거나 휘어진 층이 관찰되는데 이를 엔테 블러춰(entablature)라 한다(Fig. 2). 용암류가 반복되 어 흘러 누적된 경우에는 칼러네이드와 엔테블러춰가 반복하여 층을 이룬다.

    주상절리의 형성

    다각형의 형성과 변화

    뜨거운 용암류가 냉각되기 시작되면 냉각표면에서 는 수축 중심이 등간격으로 형성되며(Fig. 3a), 이 중 심 쪽으로 수축되면서 고화된다. 이 때 두 수축 중심 사이에 응력이 발생하고 냉각이 진행되면 응력도 증 가한다. 이 응력이 암석의 인장강도를 초과할 때 균 열이 만들어지면서 응력이 해소된다(Fig. 3b). 표면의 상태가 전체적으로 동일하면 핵은 같은 거리에서 형 성되어 체적이 수축하기 때문에, 표면에는 벌집과 같 은 6각형에 가까운 형태의 균열 전면(fracture front) 이 만들어 진다(Fig. 3c). 이 형성원리는 일본의 주상 절리를 설명하는 http://www.glgarcs.net의 내용을 수 정하여 작성하였다. 통계적으로 다각형의 면수는 세 계적으로 일정하다(Budkewitsch and Robin, 1994).

    2차원적으로 6각형 패턴은 균열 길이(L) 당 스트레 스 방출이 최대이며, 따라서 계에서의 에너지가 최소 화된다(Mallet, 1875). 이 정성적인 설명은 현재 가장 널리 받아들여지는 열수축에 의한 형성과정이다. 온 도 변화에 의한 냉각현상은 냉각 속도와 열구배로 집약된다.

    주상절리 형성과정에서 열을 방출하는 냉각 형태는 2가지로, 하나는 기둥 내부에서 일어나는 전도(conduction) 이고, 다른 하나는 기둥 사이의 열려진 균열을 통해 일어나는 대류(convection)가 있다. Fig. 3c처럼 육각 형의 주상절리 안에 원형의 구조가 남아있는 현상을 초생변질작용으로 설명하는데 이에 대한 연구도 필요 하다(뒤의 주상절리의 단면과 내부 구조 참조).

    용암류가 냉각되면 상부 표면부터 수축되어 적당히 블록으로 나누어진다. 블록은 세 직선에 의해 분할될 때 에너지가 가장 적게 필요하다. 두 직선으로는 블 록이 분할되지 못하고, 4개 이상이면 매우 많은 에너 지가 필요하다(Gray, 1986). 따라서 용암이 고화되어 블록으로 나뉘는 균열의 최소 단위는 3개의 직선이 다. 냉각표면에서 형성되는 균열의 면사이의 각은 90 ° (T형)가 많으나(Fig. 4a), 잘 발달된 현무암 기둥에서 는 120 ° (Y형)가 우세하다(Fig. 4b). 3개의 직선은 120 ° 라는 각도를 유지하면서 진행해야 하는데, 그렇지 못 하면 어떤 블록은 보다 더 작게 분할된다.

    세 직선이 Y형(120 ° )으로 교차하는 4가지 방법이 있다(Aydin and DeGraff, 1988). Fig. 5a는 수축중심 사이의 경계부가 동시에 깨지기 시작하여 Y형으로 교차하고 최종적으로 육각형의 절리계를 형성한다. Fig. 5b는 3개의 균열이 Y형 교차점에서 동시에 시 작되어 이웃하는 균열로 진행한다. 위 두 이론은 용 암류의 냉각표면에서 등간격으로 배열된 수축 중심에 서 시작되어 다른 균열로 진행된다. Fig. 5c는 한 점 에서 시작된 균열이 120 o로 반복적으로 갈라지는 방 식이다. 즉 한 균열이 교차점까지 진행하며, 그 곳에 서 다시 두 개로 분할하는 형태이다. Fig. 5d는 균열 이 시작과 성장방향이 다양하게 결합된 방법으로, 삼 중점에서 직선사이의 관계는 6가지이다.

    전분 실험에 의하면 냉각속도가 빠를수록 면의 개수 가 적으며, 건조 속도가 빠르면 오각형이 많고 건조 속 도가 느리면 육각형이 많다. Toramaru and Matsumoto (2004)에 의하면, 다각형은 냉각표면에서 멀어져 가 면서 규칙적인 육각형 패턴을 형성한다. 또한 냉각 속도가 느리면 직경이 커지며, 이상적인 육각형에 가 까운 기둥이 만들어진다.

    우리나라의 주상절리는 지역마다 다각형의 형태와 크기가 달라 이에 대한 자료 축적이 우선되어야 하며, 이후에 다각형의 형성과정을 논의해야 한다. 한탄강의 현무암이나 고흥지역 유문암처럼 화학성분이 유사한 화산암이 같은 지역에 분포하더라도, 모든 곳에 주상 절리가 발달하지 않은 이유도 연구되어야 한다.

    용암류 표면에서는 일정한 크기의 다각형보다 크게 발달한 절리가 관찰된다(Lyle, 2000). 이러한 절리를 거대절리(mega joint, master joint)라 하는데 갈라진 논바닥에서도 관찰된다. 건조 실험에서, 건조 초기에 넓은 균열패턴이 표면을 가로질러 듬성듬성 형성된다. 이 거대절리에서 면 사이의 각은 90 ° (T형)인 경향이 있으며, 다음 단계로 그 내부에서 다각형 기둥이 만 들어 진다(Lodge and Lescinsky, 2009). 한탄강의 지 류인 차탄천에서는 넓은 주상절리가 여러 개의 작은 주상절리를 감싸듯이 발달하는데, 이 절리가 초기에 형성된 거대절리의 일부이 가능성이 있어 상세한 관 찰이 요구된다.

    주상절리 기둥의 형성과 변화

    용암의 냉각표면은 일반적으로 수평이며, 표면과 직각 방향으로 안쪽으로 굳어져간다. 절리는 열수축 에 의해 발생한 응력을 해소하는 수단이며, 냉각된 곳에서부터 응력을 해소하면서 더 따듯한 안쪽으로 진행된다(Fig. 6). 균열의 진행방향은 중력방향과는 무관하다. 표층 최상부의 균열패턴은 불규칙한 모양 으로 형성되지만, 균열이 용암류 내부로 진행되면서 형태는 저에너지의 벌집구조로 정형화되어 간다. 결 과적으로 균열 그 자체는 냉각표면과 수직방향으로 배열하여, 6각형 암석기둥의 집합체를 형성한다 (Goehring, 2008).

    주상절리는 6개의 면을 가진 거의 육방정계에 가 까운 다각형이라고 생각하지만, 정확한 육방정계는 아니다. 표면에서 불규칙한 다각형은 내부로 들어갈 수록 5-7각형이 많아지고, 다각형의 크기가 정형화되 는 곳에서는 6각형이 우세하다. 그러나 완성된 패턴 에서 조차도 반드시 완전한 대칭성을 갖지는 못한다.

    주상절리는 냉각표면에서 뜨거운 내부를 향해 성장 해가면서 합체되어 굵어지는 과정에서 패턴이 바뀌게 된다. 예를 들어 하부가 냉각표면인 Fig. 7에서 검은 화살표 부분은 위쪽으로 T형에서 Y형으로 진화하고, 백색 화살표는 초기에 형성된 T형이 제거되어 균열 이 종료된 상황이다. 결과적으로 절리는 내부로 갈수 록 굵어지며(Fig. 7에서는 위쪽이 내부임), 면 사이의 각은 120 o가 많아져 6각기둥으로 진화한다.

    지표를 흐르는 고온의 용암류는 위에서는 공기와 접촉하고 아래는 지면과 접촉하게 된다(Fig. 8). 용암 의 접촉면이 냉각되어 수축하면, 두 방향에서 균열이 생성된다. 균열은 용암 내부는 아직 온도가 높기 때 문에 중심부를 향해 진행한다. 상부에서 아래쪽으로, 하부에서 위쪽으로 성장하는 균열은 중간부(대략 위로부 터 60% 지점)에서 양자가 만나 결합한다(Grossenbacher and McDuffie, 1995).

    용암류 내부가 뜨거운 상태로 유지되고, 내부가 지 속적으로 유동하면 주상절리가 휘어지거나 교란될 가 능성이 있다. 한탄강에서는 수직으로 내려오며 발달 한 주상절리가 빗자루 휘어지듯 경사져 배열하는데 이러한 형태의 해석에 적용될 가능성도 있다.

    엔테블러춰의 형성 이론

    용암의 상하부에서 시작되어 내부로 진행하는 상부 칼러네이드과 하부 칼러네이드가 만나는 곳에서 기둥 은 비틀어지고 얽히는 곳에서 엔테블러춰가 생성된다 (Fig. 2). 가끔 두 영역은 예리하게 준평면을 이루며 만나기도 한다.

    엔테블러춰의 형성에 대한 해석은 다양하다. 가장 널리 알려진 것은, 표층에서 용암 내부로 물이 스며 들어 냉각속도가 급격히 증가하여 엔테블러춰가 형성 된다는 이론이다(Lore et al., 2000). 물이 침투하는 원인은 강수량이 급격히 증가하거나, 용암류에 의해 위치가 바뀐 강물이 용암류 위로 넘쳐흐른 것이다 (Fig. 9a). 이 이론은 고지형학, 하상퇴적물과 수중자 파쇄용암(hyaloclastite)의 존재(Fig. 9b), 물에 의해 급 냉한 용암 등과 같은 야외 증거에 의해 뒷받침되고 있다.

    초기에 형성된 거대절리도 홍수에 의해 굵기가 줄 어들고 부채꼴로 배열되면 엔테블러춰로 변환된다 (Lyle, 2000). 칼러네이드가 형성되는 동안에 주기적 으로 홍수가 발생하면 용암류 내에는 여러 개의 수 평적인 엔테블러춰가 만들어질 수 있다. 이 설명은 화성 표면에 과거에 물이 존재했음을 지지하는데 이 용된다(Milazzo et al., 2009). 그러나 이 이론은 물이 없는 사막 환경의 용암류에서도 엔테블러춰가 존재한 다는 사실이 문제점이다.

    주상절리의 단면과 측면 구조

    마디층(Striae)의 두께와 깃털구조

    주상절리는 전체가 일시에 생성되는 것이 아니라, 온도가 낮은 표면에서 온도가 높은 내부를 향해 단 계적으로 전파하면서 성장한다. 주상절리가 불연속적 으로 성장하면 기둥면에는 특이한 냉각구조인 마디층 이 형성되는데, 마디층의 두께는 수 cm에서 수십 cm 에 이른다. 제주도 갯깍과 포항시 뇌성산의 주상절리 면에서도 마디층이 선명하게 관찰된다.

    문헌에 따라 stria(e)를 맥리층으로 번역하거나 또 는 끌자국(chisel mark)으로 부르지만, 대나무의 마디 모양을 닮아 여기서는 ‘마디층’이라 부르며, 기둥면에 서 마디층의 세로 방향의 크기를 ‘마디층의 두께(S)’ 로 부른다(Fig. 10).

    Ryan and Sammis (1981)에 의하면, 하와이 현무암 에서 측정한 마디층 사이에 온도차는 53 ° C로 비교적 일정하다. 하나의 마디층은 매끈한 부분과 거친 부분 으로 구성되는데, 찬 곳에서 탄성파괴가 먼저 나타나 고, 따뜻한 곳에서 비탄성파괴가 일어나는 사이클을 가지고 있다.

    마디층의 내부에는 작은 깃털모양의 무늬가 나타나 는데, 깃털구조(plumose structure)라 부른다. 마디층 하부에 깃털무늬가 수렴하는 곳에서 균열이 시작되며, 깃털 무늬 방향으로 깨져 나간다(Fig. 11a). 균열이 시작되는 점과 깃털구조로 주상절리가 형성되는 방향 을 추정할 수 있다(Fig. 11b). 용암류 내부에서는 각 균열은 그 전에 형성된 마디층과는 별개의 형태로 진행한다. 연속적인 마디층에서 서로의 두께는 연관 성이 없다(Aydin and DeGraff, 1988). Goehring and Morris (2008)은 컬럼비아 강 현무암에서 1200개 이 상의 마디층 두께(S)를 측정하였다. 그 결과, 마디층 의 두께는 기둥의 직경과 비례하고, 냉각 표면에서의 거리와 직선상으로 비례한다. 즉, 마디층의 두께는 천천히 냉각할수록 커지는 경향이 있다.

    포항시 뇌성산에는 기둥면 자체가 길이방향으로 물 결무늬(wavy column)를 나타낸다(Fig. 12a). Goehring and Morris (2008)에 의하면 현재까지 물결모양의 기 둥면(파동구조)은 용암에서만 관찰된다. 일반적으로 파동구조의 파장(ζ)은 마디층 두께 보다 훨씬 크고, 크기는 기둥의 직경과 거의 같다(Fig. 12b). 파동절리 가 형성되는 메커니즘은 아직 분명하지 않으나, 균열 의 첨단부가 진행하는 동안에 발생하는 주기적인 불 안정 때문으로 해석하고 있다.

    주상절리의 단면과 내부 구조

    Guy (2010)는 기둥의 단면에서 여러 개의 기공들 이 주상절리의 외곽을 따라 연속적으로 다각형을 형 성하거나(Fig. 13a), 방사상 패턴이 원으로 둘러싸인 구조(Fig. 13b)가 관찰되는 경우가 있다. 원형이나 방 사상 구조 내부는 광물입자(배열, 크기, 모양)와 유리 의 함량이 다르며, 성분상의 변화는 없다. 외곽의 다 각형과 원형의 경계는 분명하며, 원형과 절리면 사이 는 평탄하지만 원형 내부는 약간 부풀어 있다. 원형 구조 내부와 외부의 광물조성의 차이는 형성된 결정 과 잔액과의 반응으로 형성되는 초생변질작용(deuteric alteration)으로도 해석이 가능하다(Bosshard et al., 2012).

    Bosshard et al. (2012)은 주상절리 내부의 구조와 균열은 이중 확산성 대류(double diffusive convection) 나 구조적 초냉각(constitutional supercooling)에 의한 핑거링 현상으로 해석했다. Kantha (1981)의 이중 확 산성 대류설에 의하면 뜨거운 소금물 위에 찬 증류 수가 놓여있으면, 소금의 확산속도보다 열의 냉각속 도가 빨라 손가락 모양으로 소금물이 상승(salt finger)한다. 용암류에서 무거운 광물을 다량 포함하 는 뜨거운 마그마 위에 약간 차고 가벼운 마그마가 놓여 있으면, 초기에는 안정하나 냉각하며 불안정하 게 되어 하부에서 뜨거운 물질이 손가락 모양으로 상승하게 된다.

    Gilman (2009)Guy (2010)는 용암과 같은 불균 질한 물질에서 형성되기 어려운 규칙적인 패턴의 형 성을 설명하기 위하여, 금속합금에서 나타나는 구조 적 초냉각 이론을 도입했다. 마그마에서 정출작용이 진행되면 일부 원소가 액체에 농집된다. 이 농집된 액체는 초기 액체의 온도구배보다 고온이다. 따라서 이 영역에서 초냉각이 발생하여 핑거링이 형성되고, 등온표면에서부터 규칙적인 간격을 두고 고화작용이 시작된다(Fig. 14).

    Gilman (2009)은 용암이 결정화되면 점차 규질화 되며, 초기에는 고온의 광물이 정출되고 나중에는 저 온의 광물이 정출되므로, 각 주상절리의 바깥쪽과 중 심부 성분이 다를 것으로 예상했다. 그러나 단일 기 둥에서 외부와 내부의 체계적인 성분 차이는 보고되 지 않았다. Guy (2010)는 고화작용이 진행되면서 액 체에 농집되는 것은 주원소나 광물이 아니라 수증기 와 같은 휘발성 성분이라고 주장했다. 두 가지 모두 열과 성분상의 차이로 인해 냉각 고화되는 동안에 표면의 불안정성으로 핑거링이 발생하여 둥근 내부구 조가 만들어 진다(Fig. 15).

    Mattsson et al. (2011)에 의하면 냉각표면에서 주 상절리 형태의 균열이 형성되어 냉각되는 경우, 열은 절리면을 따라 대류가 일어나 공기 중으로 손실되면 서 고화된다(Fig. 16). 이때 용암류 내부에서 열은 전 도에 의해 손실된다. 이 과정에서 기둥 내부는 결정 과 용액이 혼합된 물질로 따듯하고 유동성을 가지고 있다. 고화되어 무거운 윗부분 전체가 누르게 되면, 뜨거운 물질은 기둥 가운데로 이동하여 내부구조가 만들어 진다(Fig. 16의 상승부분).

    주상절리 상하부의 판상절리

    한탄강 유역의 주상절리에서는 칼러네이드 하부에 다양한 두께(수십 cm-십수 m)의 판상절리가 층을 이 루어 발달한다. 판상절리 층 내부는 두께 10 cm, 직 경 30-50 cm, 대략 5-6각형을 이루는 여러 개의 판들 이 쌓여있으며, 하나의 다각형 판 외변은 도끼날 모 양으로 예리하다. 이러한 판상구조는 세계적으로 드 물어 자세한 연구가 필요하다(Fig. 17).

    Fig. 18은 일본 島根大學의 http://homepage2.nifty. com/izumonotisitu/seturi.html을 참고로 판상절리의 형 성과정을 모식적으로 그린 것이다. 지표에 분출된 용 암은 뜨거워 물엿과 같은 점성과 유동성을 가지고 퍼져나간다. 용암류는 자신의 무게(중력)에 의해 경사 진 곳에서 흘러내려 가거나, 나중에 분출된 새로운 용암에 밀려(動壓力) 변형되면서 흘러간다. 이윽고 열 을 잃어 굳어지면 받았던 힘을 변형으로 해소할 수 없어 멈추게 된다. 용암이 굳어지기 시작하는 곳은 공기나 지면과 접하고 있는 표면과 저면부터이다.

    표면의 냉각 중인 용암은 점성이 증가하여 조금씩 굳어지지만, 내부의 따듯한 용암은 흐르려하기 때문 에 강도가 다른 두 물질 사이에는 뒤틀림이 발생한 다. 굳어진 용암 부분에 뒤틀림이 계속 쌓이면, 이윽 고 틈새가 생겨 판상절리가 형성된다. 판상절리는 용 암이 흘렀던 방향과 평행하게 발달한다. 각 판들은 딱딱한 부분과 부드러운 부분의 경계에서 발달하기 때문에, 냉각고결이 용암류의 외측에서 내측으로 진 행되면 장소를 바꾸어 새로운 절리가 계속해서 형성 되어 얇은 판자가 쌓여간다. 유동성이 적어지면 용암 에 가해지는 힘이 약해지므로 판상절리의 형성을 멈 추고, 대신에 내부로 주상절리가 형성되기 시작한다.

    전분 혼합액의 건조실험

    주상절리의 형성과정을 이해하기 위해 하와이 용암 호에서 조사한 적이 있으나(Hardee, 1980), 실제로 냉각하는 용암을 다루기는 매우 어렵다. 따라서 초기 연구자(Huxley, 1881)들은 물과 전분을 섞은 혼탁액 을 건조하여, 형성원리를 이해하고자 노력했다.

    이 실험에서 우선적으로 통제할 요소는 확산도로서 용암류에서는 열의 확산도이며, 전분 현탁액에서는 물의 확산도이다. 확산도의 크기는 물질의 온도나 물 이 농축되는 정도에 따라 달라진다. 용암에서의 온도 변화와 전분 혼탁액에서의 농도 변화의 확산과정은 양쪽에서 동일한 물리학적 법칙에 따라 작용한다 (Müller, 1998).

    실험실에서 주상절리의 형성과정을 보다 편리하게 이해하기 위해 물과 전분(옥수수 또는 감자)을 섞은 혼탁액을 건조하는 여러 가지 실험들이 설계되었다 (Fig. 19). 전분과 물 혼합물의 건조실험은 주상절리 의 형성과정과 형태 등을 이해하는데 매우 유용하며, 실제로 기본실험은 매우 단순하여 집에서도 가능하다 (Goehring, 2008).

    Mizuguchi et al. (2005)는 온도가 일정한 환경에서 건조시켰다. Toramaru and Matsumoto (2004)는 열원 과 시료 사이의 거리로써, Goehring (2008)은 열원과 시료 사이에 피드백 회로를 설치하여 건조 속도를 조절했다. 완성된 주상절리를 관찰하는 방법은 수지 로 고화시킨 후 자르거나, CT 촬영, MRI 촬영 등이 있다.

    전분 건조 실험의 전형적인 실험 결과는 Fig. 20과 같다. 열원과 시료의 거리를 일정하게 유지하며 건조 시키는 경우에, 주상절리의 직경은 일정하게 증가하 다가 특정한 깊이에 도달하면 갑자기 직경이 증가한 다. 이 전이 영역에서 패턴이 상대적으로 흐트러진다 (Nishimoto et al., 2011).

    Goehring et al. (2006)Goehring (2008)의 전분 건조 실험에서는 시료 위에 놓인 램프로 건조 속도 를 조절한다. 초기단계에서 건조 속도를 일정하게 유 지하다 후기단계에서 건조속도가 빨라져도 직경은 변 하지 않으나, 느려지면 급속하게 두꺼워진다. 즉, 건 조 속도가 빠르면 직경이 작은 기둥이 형성되는데, 이는 용암에서 냉각 속도와 주상절리의 직경과의 관 계와 일치한다.

    용기의 바닥면에 형성된 기둥의 단면적을 측정한 Toramaru and Matsumoto (2004)에 의하면, 건조 속 도가 빠르면 단면적이 작아지며(Fig. 21), 건조속도가 임계치에 도달하기 전에는 절리가 생성되지 않는다. 이는 냉각 속도가 느리면 기둥의 직경이 크다는 Grossenbacher and McDuffie (1995)의 주장과 일치 한다.

    건조 속도를 통제하지 않은 실험에서, 기둥의 크기 는 심부로 갈수록 커진다. 왜냐하면 건조가 진행될수 록 균열 전면(cracking front)의 속도가 느려지기 때 문이다(Fig. 22).

    수치모델과 컴퓨터 그래픽(CG) 활용

    주상절리의 형성과정을 설명하기 위하여 다양한 수 치 모델을 도입하였다. Boots and Murdoch (1983)는 용암류의 표면에서 크기와 면수가 보로노이 다각형 (공간에 여러 개의 점을 잡을 때 공간을 가장 가까운 점에 따라 나눈 다각형)을 배열하여 균열 패턴을 시 작하였다. 균열은 계산된 등온선을 따라 가장 높은 온도구배와 나란히 진행되는 것으로 가정했다. Saliba and Jagla (2003)는 팔각형과 사각형을 균열 전면에 배열하여 응력장 계산을 단순화하였다. 이 모델에서 깊어질수록 등차원의 육각형이 우세하고 크기가 커지 도록 설계했다. 이 모델의 특이한 점은 절리면이 약 간 곡면을 이루어 깊어지면서 보다 큰 다각형을 형 성하는 것이다.

    Grossenbacher and McDuffie (1995)은 열수축 이론 을 기초로 기둥의 굵기와 마디층의 두께를 계산하기 위해, Lore et al. (2001)Kattenhorn and Schaefer (2008)는 실제 현무암 주상절리의 냉각과정을 해석하 기 위해 수치모델링을 시도 하였다(Fig. 23). Toramaru and Matsumoto (2004)Goehring (2008)은 전분건 조실험 결과를 해석하기 위한 수치해석을 덧붙였다.

    영화나 건축학에서 자주 이용되는 CG기법을 이용 하여 자연경관을 재현하는 프로그램들이 개발되고 있 다. CG를 통해 주상절리의 형성과정을 표현하는 기 법은 많지 않으나, 이러한 기법개발은 주상절리의 형 성 메커니즘을 해석하는 연구자나 형성과정에 흥미를 갖는 일반인에게 매우 유익하다.

    CG에서 가상의 지형모델을 생성시키는 기법은 크 게 프랙탈 노이즈에 의한 것과 시뮬레이션에 의한 방법이 있다(Voss, 1985). 한편 시뮬레이션 기법은 물 에 의한 침식, 운반, 퇴적, 풍화 지형 그리고 절리와 같은 암석 구조를 표현하는 기법으로 개발되었다 (Musgrave et al., 1989; Chiba at al., 1998).

    Ito et al. (2004)은 용암이 냉각할 때 생성되는 주 상절리의 형태를 구성하는 시뮬레이션 기법을 제안했 다. 그들은 처음에 3차원격자에 의한 열전도 시뮬레 이션을 제작하고, 고해상도의 복셀공간(voxel space) 에서 주상절리의 수축 중심점의 생성, 수축 중심점에 서 주상절리의 축이 되는 수축 중심선의 생성, 수축 중심선에서 주상절리 구조의 생성, 마지막으로 풍화 시뮬레이션 기법 추가하여 모델링을 완성했다. 그들 의 프로그램은 사용자가 시각적으로 확인하면서 암석 지형을 모델링할 수 있는 시스템으로서 제작하였다. 이 프로그램에 의해 모델링한 주상절리의 기본 패턴 과 열 중심점의 예는 Fig. 24와 같다.

    화산암의 산상에 따른 주상절리 형태

    냉각표면의 기복은 주상절리의 굵기와 형태에 커다 란 영향을 준다. 주상절리의 기둥 방향은 중력방향과 는 관계없이 용암이 냉각할 때 등온선에 대해 수직 이다(Fig. 25). 용암의 내부는 표층부보다 천천히 냉 각되기 때문에 용암 표면과 물성이 달라 절리는 암 석의 내부로 가면서 방향이 휘거나 굵기가 달라진다. 주상절리는 부분적으로 평행한 축을 이루며, 다각형 의 단면은 서로 갈라지거나 연결되는 장력에 의한 네트워크를 이룬다. 주상절리를 이루는 노두의 폭은 수 m에서 수백 m에 달한다. 용암류의 두께가 아주 얇거나, 두꺼운 용암류가 매우 천천히 냉각되면, 주 상절리는 전혀 형성되지 않거나 형성되어도 주상절리 의 직경이 용암류 두께와 유사하다.

    용암류에서 형성되는 주상절리의 전체 형상은 크게 네 가지로 분류된다(Nishiwaki and Hirotishi, 2009). Fig. 26의 a는 용암이 복수의 냉각면(상하의 2개 면) 에서 냉각될 때, 주상절리가 각각의 냉각면으로 부터 독립적으로 생성된 것이고 b는 한 지점에서 분출한 용암이 표면부터 냉각되어, 주상절리가 분출지점에서 표면을 향해 구형이나 반구면의 표면을 향해 생성되 었다. c는 흘러내린 용암류가 계곡을 채운 상태에서 대기로부터 냉각되어 계곡바닥을 향해 생성되는 것이 며, d는 등온도면이 완만한 곡선을 이루는 경우 생성 되는 주상절리이다. 주상절리의 형태는 용암 주변의 기하학적 조건과 냉각과정에 크게 지배된다.

    단일 용암류

    두께가 대략 10 m 이하인 용암류가 냉각되면, 주 상절리는 지면이나 공기와의 접촉면에 직각으로 형성 된다. 마그마의 점성이 작아 지면을 따라 퍼져 흐르 는 용암류(a)와 점성이 비교적 큰 용암류(b)에서의 절 리의 직경과 패턴은 차이가 있다(Fig. 27). 용암류의 점성이 커서 끝부분이 호를 이루면 부채모양의 주상 절리를 형성한다.

    점성이 큰 용암류가 지면 또는 수중으로 흐르다 굳어진 경우에는 반구형의 주상절리를 형성한다. 일 본 북해도에서 산출하는 반구형 주상절리는 최대 직 경이 6 m이고 작은 것은 2 m 정도이다. 용암류가 흘 렀던 전면부는 수국 꽃봉오리 모양으로 주상절리 다 각형이 표면을 둘러싸인 구형이다(Fig. 28a). Fig. 28 의 b와c는 반구형의 내부구조로, 일본 시마네 대학(島 根大學) 자료(http://homepage2.nifty.com/izumonotisitu/ seturi.html)를 참고하여 작성한 모식도이다. 주상절리 의 기둥은 용암의 중심에서 마차바퀴와 같이 방사상 으로 펼쳐진다. 중앙부에서 주상절리의 방향이 흐트 러져 서로 얽혀 있는 것처럼 보인다(Fig. 28b). 용암 류를 지면과 나란하게(수평으로) 잘린 측면에서 기둥 은 거의 수평으로 누워있으며, 중심부의 주상절리는 수직방향이다(Fig. 28c). 우리나라 경주시 읍천항이나 울산시 강동 화암의 일부 주상절리는 규모 차이는 있지만 그림과 같은 형상으로 해석할 수 있다.

    두꺼운 용암류

    두께가 큰 용암류(10-100 m)는 공기와 지면의 두 방향의 냉각표면에서 냉각되기 시작한다(Fig. 29). 용 암의 내부가 식어감에 따라 표면에 만들어진 절리가 내부로 진행되는데, 점성이 큰 용암이라면 전면과 측 면에서도 냉각되어 수평적인 주상절리도 형성된다. 상하의 냉각표면에서 시작된 절리가 중간부에서 만나 고 종료된다. 이때 상부와 하부의 열전도가 달라 기 둥의 두께가 다르다. 용암류 내부가 뜨거워 유동하게 되면, 내부에서는 상하의 주상절리와는 방향과 크기 가 다른 엔테블러춰가 형성될 수 있다(Long and Wood, 1986).

    중복 용암류

    용암류가 시간차를 두고 반복되어 흐르는 경우에 각 용암류는 그 점성과 두께에 따라 각각의 주상절 리를 형성하고, 이들이 누적되어 쌓인다. 한탄강의 협곡에는 최대 4회의 용암류가 누적되어 있는데, 급 냉대나 기공들의 분포로 용암류를 분리하고, 각 용암 류에서 주상절리 형성과정을 해석할 필요가 있다.

    용암호

    유동이 없는 용암호 표층은 냉각표면을 반영하는 절리가 형성되지만, 어느 정도 깊이부터는 세로방향 으로 주상절리가 형성된다. 깊이가 깊어 천천히 냉각 되는 호 가운데 부분에서 기둥의 굵기와 길이가 크 고, 호의 가장자리로 갈수록 작아진다(Fig. 30). Peck and Minakami (1968)은 실제로 하와이에서 냉각하고 있는 용암의 온도를 측정하여 900 ° C에서 균열이 만 들어진다고 보고했다.

    용암돔

    용암돔은 비교적 점성이 큰 산성 마그마가 화구 (Fig. 31a)나 화구근처에서 고화될 때 형성된다. 용암 돔에서 주상절리는 돔의 중심부분으로 수렴하는 양상 을 보인다(Fig. 31b). 전체적인 양상은 방사상이지만 상부가 삭박되면 Davil’s Tower처럼 아래쪽으로 퍼져 나간 주상절리를 형성한다.

    암맥과 암상의 주상절리

    차가운 암석 사이에 마그마가 관입하여 암맥을 이 루면, 주위의 차가운 암석과의 접촉면에 직각인 방향 (대부분 수평방향)으로 주상절리가 형성된다. 암맥의 두께는 대부분 1-10 m 정도로, 주상절리는 장작더미 처럼 배열된다(Fig. 32a).

    마그마가 지표부근에서 지층의 틈새를 따라 관입하 여 병반이나 암상을 형성한 후 냉각되면, 암상은 세 로 방향의 주상절리, 암맥에서는 가로 방향의 주상절 리가 형성된다(Fig. 32b).

    모암의 암석학적 연구

    주상절리를 이루는 화산암은 마그마의 종류나 산상 에 제한을 받지 않는다. 주상절리 모암은 핑갈의 동 굴과 자이언트 코즈웨이에서와 같이 대부분 염기성 용암류에서 발달한다. 그러나 스코틀랜드의 Midland Valley는 현무암질 관입암, 일본의 Tojinbo(東尋坊)는 안산암, 무등산은 안산암질 용결응회암에서 주상절리 가 발달한다. 또한 우리나라 남해안 지역에는 유문암 질 암석에서도 주상절리가 발달한다(Ahn, 2014). 관 입하는 심성암체에 가열된 사암(퇴적암)이 냉각되면 서 주상절리가 만들어지기도 한다(Velazquez et al., 2008).

    또한 산상으로는 용암류, 용암호, 용암돔은 물론이 고 암상, 병반, 암맥과 같은 관입암에서도 형성된다 (Fig. 33).

    마그마의 화학조성과 휘발성물질의 함량에 따라서 도 주상절리의 형상이 달라진다. 주상절리의 직경이 나 길이는 마그마가 관입하는 지질환경과 화학조성 사이의 상호작용에 좌우된다. 주상절리는 지질환경에 따라 기둥의 직경(D)가 달라지는데, 용암류처럼 지형 에 제약받지 않고 자유롭게 흐르면 화학조성에 의해 두께가 달라진다. 즉 산성마그마는 좀 더 두껍고, 염 기성 마그마는 좀 더 가늘다(Fig. 34). 일반적으로 기 둥의 두께(직경)는 용암의 화학조성에 영향을 받지만 냉각속도에 더 큰 영향을 받는다. 즉 천천히 식을수 록 굵어진다. 야외관찰이나 실내실험 결과는 용암류 의 표면 근처에서는 가늘고(10-20 cm 정도), 중심에 가까울수록 굵어진다(50 cm-1 m). 마그마의 화학조성 과 산상은 주상절리의 길이에도 영향을 미치게 된다 (Hetényi et al., 2012).

    모암의 암석학적 연구에는 용암류 분포, 냉각면의 기복, 용암류의 분출횟수, 관입암체의 산상도 포함된 다. 또한 화산암의 화학성분 중에 SiO2 함량과 유체 의 함량은 마그마의 점성과 용암류의 발달에 중요한 영향을 미치므로 이에 대한 지구화학적 해석이 필요 하다.

    주상절리 단면에서 기둥의 중심과 외곽의 구성광물 과 조직을 면밀하게 관찰하여 주상절리의 형성에 대 한 이론을 정립할 필요가 있다. 제주 대포동 주상절 리나 포항의 흥환 해수욕장의 단면에서는 변질광물과 초생광물의 식별과 화학성분의 차이 등을 이용하여 초생변질작용과 풍화작용을 구분할 필요가 있다.

    우리나라 주상절리에 대한 연구 과제

    주상절리는 세계지질공원의 활성화로 새롭게 주목 받기 시작했으며, 우리나라의 대표적인 지질공원 신 청지역인 제주도, 경북 울릉도, DMZ 생태공원, 무등 산 지질공원에 모두 주상절리가 포함되어 있다. Ahn (2014)에 의해 남한의 주상절리 분포가 보고되었으나, 보다 자세한 분포가 조사되어야 한다. 또한 노두에서 주상절리의 규모와 전체적인 형상에 대한 개념도를 제작할 필요가 있다.

    현재까지 남한에 분포하는 주상절리에 대한 연구는 매우 미진한 상태이다. 우리나라 주상절리는 자이언 트 코즈웨이나, 데블스 타워처럼 규모가 크지는 않지 만, 현재까지 활발하게 논의되고 있는 연구테마를 모 두 포함하고 있다. 따라서 우리나라의 주상절리 연구 는 지역과제를 넘어 주상절리의 형상이나 형성 메커 니즘을 해석하는 좋은 연구대상이다.

    남한의 주상절리는 지역마다 주상절리의 길이 분포, 다각형의 수, 기둥의 직경, 기둥면의 넓이, 마디층의 유무 등의 기하학적 형태가 달라 이에 대한 기초자 료 축적이 필요하다. 이를 바탕으로 형성과정의 차이 를 밝혀낼 필요가 있다. 주상절리의 형성 메커니즘을 이해하기 이해서는 모암에 대한 산출상태와 암석학적 연구와 연대측정도 병행되어야 한다.

    지역적으로 시급한 해결과제는 다음과 같다. 제주 도에서 주상절리에 대한 연구는 서귀포시에 집중되어 있으나, 북부의 해안지역과 우도까지 분포와 형태를 조사할 필요가 있다. 또한 대포동 주상절리대에서는 단면구조, 갯깍 해안과 안덕계곡에서는 마디층과 같 은 측면구조가 노출되어 이에 대한 연구가 필요하다. 제주도에서는 지역에 따라 용암류의 유동구조가 잔존 하므로 용암류 단면에서 주상절리 형성에 대한 메커 니즘을 해석할 수 있다.

    한탄강에서는 세계적으로 특이한 하부접촉면의 판 상절리가 현저히 발달하고, 주상절리가 형성되는 동 안 또는 직후에 형성된 휘어짐 구조 등이 발달한다. 또한 최대 4회의 용암류가 발달한 복수의 용암류에 서 발달하는 주상절리 사이의 관계도 연구하고, 용암 류의 전면에서 발달하는 부채상 주상절리와 유사 용 암돔의 형태도 연구과제이다. 주상절리 하부에 발달 한 베개상용암의 실체와 자파쇄용암과의 전후관계를 밝혀야 한다. 또한 자파쇄용암과 주상절리 시작부의 급냉대에 대한 지구화학-광물학적 연구도 병행되어야 한다. 또한 한탄강유역에는 분출시대가 다른 주상절 리가 발달하는데, 이에 대한 비교연구도 흥미롭다.

    포항-경주-울산 지역에 발달한 주상절리들은 그 형 태가 특이하고 매우 다양하다. 경주시 읍천항과 울산 시 강동의 꽃모양과 장작더미 모양의 주상절리의 형 성 과정은 아직 해석되지 않았다. 이와는 별개로 포 항시 뇌성산, 달전리, 구룡포의 독특한 주상절리 형 태도 해석되어야 한다. 강원도 고성의 용암돔에서의 주상절리 내부구조, 울릉도 코끼리 바위의 형태해석 도 필요하다.

    남해안과 서해안에 분포하는 주상절리는 대부분 백 악기의 중성-산성 화산암 및 관입암으로 현무암의 주 상절리와는 형태가 매우 달라 우선 기재적인 연구부 터 필요하다. 무등산의 주상절리는 아직 내부구조에 대한 해석이 이루어지지 않고 있다.

    결 론

    남한에 분포하는 주상절리의 형성 메커니즘을 이해 하기 위해 현재까지 세계적으로 수행되었던 연구 성 과를 조사하였다. 현시점에서 우리나라 주상절리를 이해하기 위해서는 다음과 같은 기재학적 및 해석학 적 연구가 우선 필요하다.

    1. 주상절리의 기하학적 형태(기둥의 직경, 기둥면 의 넓이, 다각형의 분포, 기둥면 사이의 각, 칼러네이 드의 높이, 거대절리)

    2. 주상절리의 형성과 패턴(단일 기둥의 형태변화- T형과 Y형, 기둥의 두께 변화, 엔테블러춰의 위치와 형태, 상하부 칼러네이트와 기둥 변화)

    3. 주상절리 단면과 측면의 내부 구조 조사와 해석 (마디층의 넓이와 깃털구조 해석, 기둥면에서 수직방 향의 물결무늬 해석, 초생변질작용, 핑거링 현상, 용 액의 내부 상승론의 적용 여부)

    4. 주상절리 상하부의 판상절리

    5. 건조속도 조절 가능한 전분 현탁액의 건조실험

    6. 수치 모델 및 컴퓨터를 이용한 시뮬레이션

    우리나라 주상절리의 형성 메커니즘을 이해하기 위 해서는 모암의 암석학적 연구가 병행되어야 한다. 즉 모암의 산상에 따른 주상절리 형태(용암류, 용암돔, 암맥, 용결응회암), 모암에 대한 암석학적, 지구화학 적 연구 및 연대측정이 필요하다.

    최종적으로는 주상절리의 형성되는 동안에 받은 변 형이나, 지표에 노출된 후의 변질, 풍화작용의 결과 로 만들어진 2차적인 경관(너덜겅, 토르, 타포니 등) 에 대한 기재도 필요하다.

    우리나라에서 지질공원 활성화를 위해서는 단순히 경관을 관람하고 감탄하는 차원을 넘어 주상절리의 형성과정을 이해하는 건조 실험설계와 모형(CG 포함) 을 제작하여 새로운 흥밋거리와 연구 테마를 발굴해 야 한다. 이러한 연구들이 성공적으로 수행된다면, 주상절리 자체에 대한 이해뿐만 아니라, 우리나라 화 산암 연구에 매우 큰 도움이 되며, 학생의 지질학습 이나 일반인들의 지질관광 활성화에 이바지 할 수 있을 것이다.

    Figure

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    Symbols of columnar joint. L length of column face, A area, N number of polygon, D diameter, H column hight (Hetényi et al., 2012; Phillips et al., 2013).

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    A Schematic illustration of colonnade and entablature (modified of Grossenbacher and McDuffie, 1995).

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    Formation of cracks at cooling surface on thermal contraction model (modified of Nishiwaki and Hirotishi, 2009).

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    Columnar joint networks. (A) Columns of the Giants, Rt. 108, CA: (B) Lower colonnade of the Devils’ Postpile, CA (Gray, 1986).

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    Hypotheses concerning the formation of Y type triple junctions. Dots and arrows show the origins and propagation directions, respectively, of the joints (Aydin and DeGraff, 1988).

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    Crack is mean of stress release on thermal contraction model (modified of Goehring, 2008).

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    Evolution of joint patterns at the Hawaii. (black arrows: upward evolution of T to Y intersections, white arrows: upward elimination of T intersections, Aydin and DeGraff, 1988).

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    A schematic illustration of joint formation in flow basalt.

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    (a) Entablature is curvilinear and juxtaposed due to the influence of surface water (Lore et al., 2000). (b) Entablature in stratigraphic section for basalt at Staffa, Scotland (Phillips et al., 2013).

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    Striae of the columnar joint (a) and schematic illustration (b) (modified of the Grossenbacher and McDuffie, 1995).

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    Striae and plumose features. Arrows show the inferred direction of crack propagation within individual striae (Goehring and Morris, 2008).

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    Wavy column near the Pohang (a) and schematic illustration (b). The wavelength of the undulations is much larger than the height of the striae (Goehring and Morris, 2008).

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    Basalt prism section showing a cylindrical distribution of gas bubbles and a radiating structure limited by a circle (Guy, 2010).

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    Sketch of internal structure in the columnar basalt (Thin section hight 2 cm, Bosshard et al., 2012).

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    Schematic illustrations of fingering result from constitutional supercooling during solidification (Gilman, 2009).

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    Crystallization induced melt migration model (Mattsson et al., 2011).

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    Planner joint at the Hantangang.

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    A formation model of planner joint in cooling lava flow.

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    Experimental setup. Pyrex dishes of starch-water slurries were dried under overhead heat lamps and a small fan (Goehring, 2008).

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    Drying cracks in a mixture of corn starch and water (height: 5 cm) (Nishimoto et al., 2011).

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    Photographs showing columnar structure at the bottom of the specimen for various lamp distances: (a) 1 cm, (b) 7 cm, (c) 18 cm, and (d) 30 cm. (Toramaru and Matsumoto, 2004). Plate diameter: 8 mm.

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    Images of polygonal cracks in horizontal sectional of an uncontrolled dried sample (Crostack et al., 2012).

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    Contours of 2-D temperature distribution in an 8.7 m thick basalt flow at 380 days of cooling (modified of Lore et al., 2001; Kattenhorn and Schaefer, 2008).

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    Simulation result of heat conduction and columnar joint pattern (Ito et al., 2004).

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    Simulation result of heat conduction and columnar joint pattern (Ito et al., 2004).

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    Four patterns of columnar joint (Nishiwaki and Hirotishi, 2009).

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    Schematic geometries of columnar jointing for comparative thin (<10 m) lava flow (Hetényi et al., 2012; refer to http:// www2.city.kurashiki.okayama.jp).

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    A radiate jointing patterns of high viscose lava flow at the Hokkaido Japan (a, by Wikipedia). Its schematic cross section (b) and horizontal section (c).

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    Schematic geometries of columnar jointing for comparative thick (10-100 m) lava flow (the internal architecture after Long and Wood, 1986).

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    Schematic geometries of columnar jointing at lava lake (Hetényi et al., 2012).

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    Schematic geometries of columnar jointing at lava dome. (a): Hetényi et al. (2012), (b): Jiang and Chen (2004).

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    Schematic geometries of columnar jointing at dyke (a) and sill (b).

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    Compositional variability of investigated columnar jointed igneous rocks at Europe (Hetényi et al., 2012).

    Relation between mean side length of columns (L) and SiO2 contents of lava (Hetényi et al., 2012).

    Table

    Reference

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