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ISSN : 1225-6692(Print)
ISSN : 2287-4518(Online)
Journal of the Korean earth science society Vol.39 No.6 pp.575-592
DOI : https://doi.org/10.5467/JKESS.2018.39.6.575

Formation Mechanism of Columnar Joints at the Sanin Kaigan Geopark in Japan

Kun Sang Ahn*
Department of Earth Science, Chosun University, Gwangju, 61452, Korea
Corresponding author: aksahn@chosun.ac.kr Tel: +82-62-230-7348
August 7, 2018 November 26, 2018 December 6, 2018

Abstract


This study investigates the formation mechanism of columnar joints at the Sanin Kaigan Geopark in Japan based on its morphology, rock type and igneous structure. Columnar joints distribute to five areas of three prefectures. That is, Kyogasaki, Byobuiwa, Tateiwa and Kyugenkado in Kyotango area of Kyoto prefecture; Genbudo and Kinumaki Shrine in Toyooka City of Hyogo prefecture; Yoroinosode, Takanosushima, Mini-Yoroinosode in Kamicho Town of Hyogo prefecture; Miooshima and Nagasakihana, Shitaara Domon, Kuzakuishi, Moroyose dyke in Shinonsencho Town of Hyogo prefecture; Shirawara dyke in Iwamicho Town in Tottori prefecture. Igneous structures are divided into three types: lava flow, sill and dyke. Lithologies are divided into five types including basalt, andesite, dacite, rhyolite, and quartz porphyry. Lava flow shows colonnade and entablature. However, entablature is not seen in the sills and dykes in the area. Although the polygons of columnar joint vary from tetragon to octagon, hexagon is most frequently found. The width of colonnades ranges from 10cm to 1m, but their size does not correlate with its SiO2 contents. Meanwhile, their size and morphology at single site are comparatively uniform.



일본 산인해안지오파크에 분포하는 주상절리의 형성메커니즘

안 건 상*
조선대학교 지구과학교육과, 61452, 광주광역시 동구 필문대로 309

초록


일본 산인해안지오파크에 분포하는 주상절리에 대해 그 형태, 암종 및 이를 형성하는 화성암의 산출상태를 조 사하여 형성메커니즘을 연구했다. 이 지오파크에서 주상절리가 분포하는 지역은 3개 지방의 5개 구역이다. 조사한 주상 절리 분포는 다음과 같다. 쿄토부 교탄고 지역: 쿄가미사키( ヶ岬), 뵤부이와(屛風岩), 타테이와(立岩)와 큐겐카도(給源 火道); 효고켄 토요오카 시: 겐부도(玄武洞), 키누마키신사(絹卷神社); 효고켄 가미초: 요로이노소테(鎧の袖), 타카노스시 마(鷹の島), 미니 요로이노소데(mini 鎧の袖); 효고켄 신온센초: 미오오시마(三尾大島)와 나가사키하나(長崎鼻), 시타아라 동문(下荒洞門), 쿠자쿠이시(孔雀石), 모로요세(諸寄) 맥암; 돗토리켄 이와미초: 시라와라(城原海岸)의 석영반암 맥암이다. 화성구조는 크게 용암류, 암상, 암맥으로 삼분되며, 암상은 켄무암, 안산암, 데사이트, 유문암, 석영반암의 5종이다. 이 지역의 주상절리 형태는 겐부도의 용암류에서만 컬러네이드와 엔테블러춰가 관찰되고, 암상과 암맥에서는 엔테블러춰가 관찰되지 않는다. 주상절리의 다각형은 사각형에서 팔각형까지 관찰되나, 육각형이 가장 많다. 기둥면의 넓이는 10cm에 서 1m까지이며, 이 넓이는 화성암의 실리카 함량과 일치하지는 않는다. 그러나 하나의 지역에서 주상절리의 크기와 형 태는 비교적 일정하다.



    Chosun University

    서 론

    우리나라 지질공원의 중요한 지질사이트에는 대부 분 주상절리가 포함된다. 제주도의 대포동 주상절리, 울릉도-독도 주상절리, 한탄강 주상절리, 무등산 주상 절리, 주왕산 주상절리 등이 대표적이다(안건상, 2014a). 우리나라 주상절리의 형성과정을 이해하고, 이들을 교육하고 관광에 효율적으로 이용하기 위하여 유네스 코지질공원으로 선정된 주상절리를 조사할 필요가 있 다. 유네스코에 선정된 지역의 주상절리들은 학술적 으로 잘 연구되었으며, 교육과 관광에 효과적으로 활 용되고 있으며, 법적으로도 잘 보존되고 있다.

    본 연구는 학술 연구와 지오사이트 운영이 활성화 된 일본 산인해안지오파크의 주상절리에 대해 암석학 적 및 형태학적인 면을 조사했다. 연구는 문헌조사와 더불어 현장답사를 통해 실제 규모를 측정하고 암석 을 채취하여 편광현미경으로 구성광물과 조직을 관찰 하였다. 이 자료를 통해 연구지역에 분포하는 주상절 리의 형성메커니즘을 연구했다.

    산인해안지오파크에서 고생대 이전의 기반암은 동 해가 열리기 전에 한반도에 붙어있던 땅이다. 산인지 오파크의 지역별 팸플릿에는 주상절리가 형성된 과정 에 대해 간략히 설명한 곳도 있다. 해식동굴을 통해 해돋이가 보이는 명승지로 유명한 노코키리미사키 주 상절리는 이번 조사결과 주상정리가 아닌 것으로 판 명되어 이 논문에서는 언급하지 않는다.

    이 지역 제4기 현무암은 우리나라와 유사한 알칼 리마그마계열의 화산암이다(Oji and Oji, 1964). 일본 의 제4기 화산암에 발달한 주상절리의 형성과정에 대한 해석은 한국의 주상절리 연구에도 도움이 될 것이다. 이 연구 결과는 한국의 주상절리를 세계지질 유산에 등재시키는데 기여 할 것이며, 학생들에게 화 성암의 구조를 교육하는데도 도움을 줄 것이다. 이 연구를 위해 2017년 10월과 2018년 6월에 총 15일 간의 현장답사를 수행했다. 현지에서 문헌 자료와 암 석 시료를 획득하였으며, 실내 실험은 조선대학교에 서 수행했다.

    일본 산인해안지오파크의 지질

    지오파크란 특정 지역의 지질학적 유산 가치를 인 정하여, 이들을 보전하면서 교육과 관광 과 관련하여 지속가능한 개발이 이루어지는 곳이다. 산인해안지오 파크(Sanin Kaigan Geopark)의 주제는 “동해 형성에 동반된 다양한 지형, 지질, 풍토와 인간 생활”이다.

    이 지오파크의 대표성은 약 2,500만 년 전의 동해 형성과 관련된 화성암류와 퇴적층, 해수면 변동과 지 각변동으로 형성된 리아스식 해안, 그리고 대형 사구 와 다양한 침식 지형 등의 귀중한 지형지질 유산들 이 어우러져 아름다운 풍광을 이루고 있다는 점이다.

    이 지오파크는 서남일본의 북부해안을 따라 교토후 교탄코시(京都府 京丹後市)에서 효고켄 토요오카시, 가미초, 신온센초(兵庫 豊岡市, 香美町, 新泉町)를 거 쳐 돗토리켄 이와미초와 돗토리시(鳥取, 岩美町, 鳥取 市)까지로 1府23市3町이 포함된다. 이 지오파크의 크 기는 동서방향으로 120 km, 남북방향으로 약 30 km, 면적은 2,458.44 km 2이다(Fig. 1).

    산인해안지오파크는 2008년 12월 일본 지오파크위 원회에서 “일본 지오파크”로서 인정되었으며, 2010년 10월 4일, 그리스의 레스보스 섬에서 개최된 회의에 서 “세계 지오파크 네트워크”의 가맹이 인정되었다. 그로부터 4년 후인 2014년 9월 23일 캐나다 스톤해 머 지오파크에서 개최된 제6회 세계 지오파크 국제 유네스코 회의에서 2018년까지 4년간 세계 지오파크 로 재인정되었다(Sakiyama. et al., 2012).

    이 지오파크에서 주상절리와 관련된 신생대 지질을 요약하면 다음과 같다(Fig. 2). 동해가 열리기 시작한 중기 중신세에 형성된 지층은 돗토리켄(鳥取) 동부의 돗토리층군(鳥取層群), 효고켄 북부와 교토 북부에 분 포하는 호쿠탄층군(北但層群)이다. 호쿠탄층군은 하부 로부터 타카야나기층(高柳層), 요우카층(八鹿層), 토요 오카층(豊岡層), 아미노층(網野層), 탄고층(丹後層)으 로 구분된다. 요우카층을 이루는 화산암류의 K-Ar법 에 의한 절대연령은 21-18Ma이다. 요카층을 부정합 으로 덮는 토요오카층은 주로 육성층이며 역암과 사 암으로 구성된다. 무라오카층(村岡層)과 아미노층은 토요오카층을 정합으로 덮는 쇄설암으로 이루어진 해 성층이다. 아미노층은 타테이와(立岩)과 뵤부이와(屛 風岩)가 위치한 쿄토후 쿄탄고 해안에서 관찰된다. 아미노층은 안산암질 및 유문암질 화산쇄설암이나 용 암을 포함하는데, 이 유문암의 K-Ar법에 의한 절대 연령은 15Ma 전후이다. 아미노층을 부정합으로 덮 는 탄고층의 K-Ar법에 의한 절대연령은 대략 14-13 Ma이다(Tanaka, 2000).

    주상절리와 관련된 신생대 화산암은 크게 선신세에 서 제4기 초의 안산암질 및 유문암질 화산암류와 제 4기의 단성화산암류가 있다. 전자의 화산암 중에서 규모가 큰 것은 쿄가미사키( ヶ岬) 안산암(3.8Ma), 하마사카(浜板) 화산암(3.8-3.2Ma), 테라기(照來)층군 (3.1-2.3Ma)이다(Atsuno, 2009).

    테라기(照來)층군은 기저역암 위를 유문암질 화쇄 류가 덮고, 이들을 다시 안산암질 용암과 화쇄류가 분출하여 덮었으며, 유문암질용암이 관입하여 돔을 이룬 곳도 있다. 해안선을 따라서 미오오시마(三尾大 島), 요로이노소데, 네코사키(猫崎), 우이(宇日)에는 이 시기의 유문암 및 데사이트질의 작은 암체가 분 포한다. 효고켄 카스미(香美)에서 토요오카(豊岡)에 이르는 지역에서는 제4기의 소규모 단성화산체가 여 러 개 발견된다. 이중에서 가장 오래된 곳이 겐부도 의 현무암질 용암으로, 절대연령은 1.75-1.53Ma이다.

    교토부 교탄코(京丹後)의 주상절리

    이 지역에서 잘 알려진 주상절리는 쿄가미사키 ( ヶ岬), 뵤부이와(屛風岩), 타테이와(立岩)이다. 이 들은 이 지역에서 가장 넓게 분포하는 지층인 중기 중신세의 호쿠탄층군(北但層群)을 관입하였다. 쿄가미 사키( ヶ岬)의 암석은 이 지역에서 가장 나중에 분 출한 데사이트이며, 나머지는 안산암질 마그마가 관 입한 암맥과 암상이다(Fig. 3). 이 외에 이누가미사키 (犬ヶ岬)와 아나몬주(穴文殊) 지역에도 안산암 주상절 리가 발달되어 있다.

    쿄가미사키( ヶ岬) 주상절리

    이곳은 쿄탄고시 탄고초 소데시(京丹後市 丹後町 袖志)에 위치하며 긴키 지방의 최북단에 해당하는 곳 이다. 쿄가미사키 화산암은 호쿠탄층군을 경사부정합 으로 덮는 용암이며, 일부 지역에서는 화산쇄설암을 동반한다. 이 암석은 구성광물에 의해 휘석(하이퍼신) 과 각섬석을 포함하는 안산암으로 분류되어 지질도에 서는 쿄가미사키 안산암으로 기재되어 있다. 그러나 암석의 전암성분에 의하면 SiO2가 64.15wt.% 포함된 데사이트에 해당한다. 이 암석의 K-Ar 연령은 3.76± 0.19 Ma (Yamamoto and Hoshizumi, 1988)로 신생대 신제3기 선신세에 해당한다.

    해안에 넓게 노출된 주상절리는 1898년에 등대를 건설하기 위한 석재로서 이용되었다. 바다에서 보면 수 만권의 경서(經書)를 세워 놓은 듯이 보여 쿄가미 사키( ヶ岬)라 명명했다고 전해진다. 주상절리를 이 루는 암석은 밝고, 기둥의 최대 폭은 1 m 정도이다. 암석면에서는 반상조직이 관찰된다(Fig. 4).

    뵤부이와(屛風岩)

    뵤부이와(병풍암)은 쿄탄고시 후데이시(京丹後市 丹後町 筆石)에서 해식애 전면에 판상의 안산암체가 병풍처럼 수직으로 서있는 곳이다(Fig. 5A). 이 지역 에는 다섯 개의 판상 수직암체가 일렬로 배치되어 있는데, 이들은 원래 연결된 하나의 암맥인데 현재는 파식작용으로 여러 개의 시스텍으로 분리되어 있다.

    이들은 신생대 중신세의 응회암인 아미노층(약 1,500만 년 전)을 관입한 판상의 갈색 암맥으로, 암종 은 휘석안산암이다. 뵤부이와 전체 모습은 판자를 세 워놓은 모양이며, 판자 내부의 모습은 수평의 주상절 리가 장작더미처럼 쌓여 있는 형태이다(Fig. 5B).

    뵤부이와 암맥의 연장부와 기반암인 응회암이 만나 는 해안에는 페퍼라이트가 관찰된다. 이 페퍼라이트 는 밝은 색 응회암층 내에 짙은 색의 안산암 파편이 박혀있는 형상이다. 이 페퍼라이트는 물을 포함하는 미 고결된 응회질 퇴적층 내부로 고온의 마그마가 관입하면서 형성된 것으로, 응회암의 퇴적과 마그마 의 관입은 지질학적으로 거의 동시에 이루어졌음을 의미한다. 주상절리의 직경은 30-40 cm 정도이며, 기 둥 하나하나의 크기는 거의 비슷하다.

    타테이와(立岩)와 큐겐카도(給源火道)

    타테이와는 쿄탄고시 탄고초 타이자(京丹後市 丹後 町 間人)에 위치하며, 수직 주상절리가 발달한 높이 20 m의 거대한 안산암 암체이다(Fig. 6A).

    이 화산암은 신생대 제3기 중신세에 미고결층인 아미노층(網野層) 하부를 절단관입하며 상승한 후 층 리면을 따라 수평으로 주입되어 고화된 암상(sill)이다. 이 화산암체는 큐겐카도가 위치한 다카노(竹野) 어항 에서 오나루(大成) 고분군과 타테이와를 거쳐 서쪽으 로 1.5 km 이상 연속적으로 분포한다. 이 암석은 적 갈색의 치밀한 암석이며, 보통휘석 안산암(augite andesite)으로 분류된다. 검붉은 색의 타테이와는 화 강암질 백색 모래의 육계사주에 의해 육지와 연결되 며, 육계사주를 통해 접근하여 측정한 주상절리면의 넓이는 50-90 cm이다(Fig. 6B).

    타테이와에서 동쪽 해안에 돌출된 주상절리 상부 평탄면이 오나루(大成) 고분군이다(Fig. 7). 이 고분들 은 주상절리를 쌓아 만든 고대 무덤이다. 이 고분에 이용된 주상절리는 5-6각형이 가장 많으며, 관측된 주상절리 면의 최대 넓이는 최대 90 cm 정도이다. 이 고분군 서쪽 절벽은 타테이와를 마주하고, 동측 절벽 은 큐겐카도와 마주한다. 오나루 고분군의 서측 절벽 에서는 파식작용으로 떨어져 나온 주상절리가 관찰되 는데, 이들은 고분에 사용된 것과 동일 암종이다.

    큐겐카도(給源火道-마그마를 공급한 통로라는 의미) 는 마그마가 퇴적암을 뚫고 올라와 암상이 형성되는 과정을 보여주는 특별한 노두이다(Fig. 8). 이 화구는 오나루 고분군의 동쪽 절벽 아래인 다카노(竹野) 어 항에서 관찰된다(Atsuo et al., 2010). 큐겐카도는 기 반암인 미고결 사암층을 원통상으로 관입한 후 고화 되지 않은 퇴적암의 층리면을 따라 수평으로 주입되 었다. 퇴적암과 화산암의 경계부에는 뚜렷한 선으로 관찰된다. Fig. 8에서 관입한 마그마 밑에 피복당한 사암층의 최대 두께는 대략 2 m이다.

    이 지역에서 안산암질 관입암체의 상부 경계부가 전혀 관찰되지 않아 모암과의 관계는 알 수 없다. 그 러나 하부 경계부에서 크링커가 존재하지 점으로부터 용암류가 아닌 암상으로 판단하고 있다. 모암과의 접 촉부에서는 미고결된 퇴적층과 고온의 마그마가 접촉 했을 때 형성되는 페퍼라이트가 관찰된다(Atsuo et al., 2010). 타카노 어항에서는 주상절리 틈새를 따라 기반암인 미고결 쇄설물이 주입되어 있다. K-A법에 의한 이 안산암의 절대연대는 14.47±0.33Ma이다 (Atsuo et al., 2009).

    타테이와 주변의 안상암 주상절리의 단면은 5-6각 형이 많으나 벌집처럼 규칙적인 형태가 아니며, 외견 상 3각형이나 4각형이나 가까운 형태이다. 또한 주상 절리 기둥의 직경도 차이가 크며, 기둥면의 길이도 일정하지 않아, 하나의 기둥에서도 30 cm에서 90 cm 까지 차이가 난다.

    효고켄의 주상절리

    산인해안지오파크에서 주상절리가 가장 많이 관찰 되는 곳이 효고켄이다. 중생대 말의 산인화강암을 기 반암으로 제3기 중신세 호쿠탄층군(北但層群)이 쌓이 고, 선신세에 테라키층군이 이들을 부정합으로 덮고, 제4기에 염기성 단성화성암체들이 분출하였다(Fig. 9).

    토요오카시 겐부도 현무암 주상절리

    효고켄 토요오카시(豊岡市) 겐부도 지역에는 남북 5.5 km, 동서 4.5 km 범위에 주상절리가 발달한 현무 암질 용암이 분포한다. 이 현무암은 약 160만 년 전 (1.61Ma, K-Ar법, kawai & Hirooka, 1966)에 일어 난 화산활동으로 마그마가 산 정상에서 흘러내려 최대 100m 두께로 쌓인 용암류이다. 겐부도 지역의 기반암 은 호쿠탄층군의 토요오카층(豊岡層)이다(Genbudo research group, 1991). 겐부도(현무동)는 “basalt”가 “현무암”이라는 이름으로 번역된 표식지이며, 1929년 마쯔야마에 의해 세계 최초로 지자기의 역전이 발견 된 암석으로도 유명하다.

    Kushiro et al.(1989)에 의하면 일본열도의 현무암 은 기재암석학적 성질과 화학조성에 따라 쏠레아이트 질 현무암, 고알루미나 현무암, 알칼리 현무암으로 세 구역으로 나누었는데(Fig 10), 산인지오파크 지역 은 알칼리 현무암이 산출하는 지역이다(Kushiro et al., 1989). 이 지역의 제4기 현무암 중에 주상절리가 가장 잘 발달된 겐부도 지역 현무암의 화학조성은 SiO2가 48.56-50.49%, Na2O+K2O가 5.11-5.81%로서, 이들을 TAS도표에 점시하면 알칼리현무암 영역에 해 당한다(Genbudo Research Group, 1991). 또한 한국 에서 주상절리가 잘 발달된 신생대 제4기의 제주도 대포동 현무암의 화학조성은 SiO2가 47.54-49.30%, Na2O+K2O가 4.44-4.82% (Koh et. al., 2005)이며, 경 기도 전곡 현무암은 SiO2가 46.84-48.64%, Na2O+ K2O가 3.76-4.71% (Wee, 1996)로서 모두 알칼리 현 무암에 속한다(Fig. 11).

    겐부도 공원에는 5개(겐부도-현무동, 세이류도-청룡 동, 바코도-백호동, 키타수자쿠도-북주작동, 미나미수 자쿠도-남주작동)의 동굴처럼 보이는 과거의 채석장 에서 주상절리가 관찰된다(Fig. 12). 겐부도 동굴의 주상절리는 북향을 지키는 가상의 동물인 현무를 연 상시킨다. 겐부도 동굴에서 주상절리의 육각형 단면 은 거북이 등과 닮았고, 길게 뻗은 기둥에는 일정한 두께의 끊어진 판상절리가 발달하는데 이 모양이 뱀 의 목에서 보이는 가로 줄무늬와 흡사하다. 세이류도 의 주상절리는 길게 뻗어 올라 연못에서 용이 하늘 로 올라가는 모습이고, 바코도에서는 장작더미 모양 의 주상절리가 관찰된다. 미나미수자쿠도에서는 여러 개의 주상절리 기둥이 위에서 하나의 모인 다발 형 태로, 새의 날개가 펼쳐진 모습이다. 키타수자쿠도는 여러 겹의 날개가 겹쳐진 형상이다.

    겐부도 공원에서 관찰되는 주상절리 직경은 30-60 cm으로 크기가 거의 일정하다. 면과 면 사이의 각은 60-160°까지 다양하다. 주상절리 단면에서의 다각형 은 6각형이 66%로 주를 이루지만, 오각형이 21%, 칠각형이 10%, 팔각형이 2% 산출된다(Genbudo research group, 1991).

    겐부도에서 관찰되는 컬러네이드 기둥에는 기둥면 과 직각으로, 즉 관찰자 시선에서는 수평으로 갈라지 는 판상절리가 발달한다. 판상절리가 풍화되면 맷돌 처럼 떨어져 나오는데, 보통은 6각형을 보이지만 풍 화가 심한 것은 둥글납작한 모양이다. 판상절리 하나 의 두께(상하 길이)는 15-25 cm이며, 하나의 판상절 리 내에는 5-7개의 마디층(striae)이 포개진 형태이다. 마디층이 선명한 노두에서는 끌자국도 관찰된다(Fig. 14).

    거의 규칙적이며 판상으로 떨어져 나간 주상절리의 상부면에서는 다각형 내부에서 원형을 이루며 약간 부풀어 올라온 구조가 보인다. 다각형과 원형 구조 사이는 평탄하지만, 원형 내부는 중심에서 방사상으 로 뻗어나가는 구조이다. 반대로 바닥면 중심부로 약 간 오목한 형태이다. Ahn(2014b)에 의하면, 이런 구 조는 기둥 내부에서 일어나는 열대류에 의한 것이다.

    토요오카시(豊岡市) 키누마키(絹卷) 유문암 주상절리

    겐부도 북쪽과 키노사키 온천지대를 연결하는 미나 토오하시(港大橋)동쪽 끝에는 키누마키 신사(絹卷神社) 가 있는데, 신사 주변의 도로변에서 백색의 유문암 주상절리를 관찰할 수 있다(Fig. 15). 신사 입구의 산 경사면 노두를 제외하면 대부분 철망으로 둘러싸여 있다. 주상절리는 4-6각형이 가장 많은데, 절리면이 곡선인 경우가 많다. 컬러네이드의 직경은 대부분 20-30 cm이지만, 10 cm 이하의 것도 자주 관찰된다.

    카미초(香美町) 카스미(香住) 해안의 데사이트 주상 절리

    카스미 해안에는 요로이노소데(鎧の袖)와 타카노스 시마(鷹の島), 미니 요로이노소데라 불리는 세 곳에서 데사이트 주상절리가 분포한다(Fig. 16A).

    요로이노소데는 높이 65 m, 넓이 약 200 m, 경사 가 70 °에 이르는 거대한 해안절벽으로 절벽 전체가 주상절리로 이루어져 있다. 절벽에서 떨어져 나온 주 상절리의 단면은 4-7각형이며(Fig. 16B), 직경은 40- 50 cm 정도이다. 이 암상(sill)들은 신생대 제3기에 산 성마그마가 지층을 따라 수평으로 관입하여 형성되었 는데, 마그마가 냉각되면서 층리면과 수직방향의 균 열이 만들어졌다. 요로이노소데는 수평과 수직방향의 절리 모양이 중세 갑옷의 어깨 장식과 비슷하여 붙 여진 이름이다. 현재 주상절리는 해수면의 수직면에 대해 25° 정도 기울어 있는데, 이는 주상절리가 형성 된 이후에 기반암이 기울면서 형성된 이차 구조이다.

    타카노스시마는 요로이노소데와 동일한 암석으로 주상절리의 형태나 수평절리가 기울어진 경사도 유사 하다. 섬의 이름은 과거에 매의 둥지가 많아서 붙여 진 이름이다. 이 주상절리는 아메리카 인디언이 머리 장식을 한 얼굴 옆모습과 닮았다고 하여 인디언 바 위라고도 불린다(Fig. 16C). 이 절벽 뒤편에는 직경 10 m 정도의 해식동이 세 개가 관찰되는데 가장 큰 동굴은 공작새의 펼쳐진 깃털을 펼친 모습을 연상시 켜 공작새 동굴이라 부른다(Fig. 16D).

    가스미 마을 동쪽 해안의 오카미(岡見)공원에서도 유문암 주상절리를 관찰할 수 있다. 규모가 작아 미 니(mini)-요로이노소데라 부른다. 이곳의 주상절리는 사각형이 많고 크기도 10-40 cm로 요로이노소데 보 다 가늘다.

    신온센초 미오오시마(三尾大島)와 나가사끼하나(長 崎鼻) 데사이트 주상절리

    신온센초(新泉町)의 북단에 있는 타지마미호노우라 (但馬御火浦)해안에는 미오(三尾)이라는 작은 어항이 있다. 이 어항의 동쪽으로 돌출된 작은 곶이 나가사 끼하나(長崎鼻)이고, 이 곶과 좁은 해협으로 떨어져 있는 섬이 미오오시마(三尾大島)이다(Fig. 17A). 섬인 미오오시마(三尾大島)와 육지인 나가사끼하나(長崎鼻) 는 과거에 연결된 암체인데 파식작용에 의해 분리되 었다. 이 지역 주상절리는 약 300만 년 전에 관입한 데사이트질 마그마가 암상을 이루며 형성한 것이다.

    미오오시마(三尾大島)는 한쪽이 높고 한쪽이 낮은 둘레 약 1 km, 높이 60 m인 둥근 모양의 섬으로, 섬 전체가 주상절리로 채워져 있다. 섬의 서측은 폭 30- 60 cm의 기둥들이 빼곡하게 늘어서 있고, 중간에 주 상절리를 가로지르는 수평절리도 발달한다(Fig. 17B). 섬의 남측은 나가사키하나에서 관찰할 수 있는데, 상 부단면의 다각형과 기둥모양을 입체적으로 볼 수 있 다(Fig. 17C). 섬의 북측에서는 수직의 주상절리를 관입한 암맥이 형성한 수평방향의 주상절리가 관찰된 다(Fig. 17D).

    육지의 나가사끼하나에도 주상절리가 잘 발달되어 있다. 나가사키하나는 미오항에서 걸어서 답사할 수 있으며, 백색의 유문암으로 구성된 주상절리의 직경 은 10-30 cm이다. 이들은 미오오시마의 하부보다는 가늘고 불규칙적이다(Fig. 18A). 나가사키하나에서 동쪽 해안을 따라가면 시타아라 도몬(동굴)과 만나는 데, 그 사이에 데사이트의 주상절리가 연속적으로 산 출한다. 시타아라 도몬 주변에서 주상절리는 역암과 의 접촉부를 향해 기울어진 형태를 보인다(Fig. 18B)

    신온센초의 안산암질 암맥과 시타아라도몬(下荒洞 門)

    타지마미호노우라(但馬御火浦) 해안에는 폭이 수 십 cm에서 수 십 m에 이르는 다양한 크기의 암맥이 여러 개 분포한다. 규모가 큰 것들은 무너져 내려 해 식동굴이 만들어졌다. 대표적인 것이 시타아라도몬 (下荒洞門)과 쥬지도몬(十字洞門)이다

    시타하라도몬은 2개의 안산암질 암맥이 교차하여 관입한 곳으로 주상절리가 붕락하면서 큰 해식동굴이 되었는데, 유람선이 통과할 정도(폭 12-17 m, 길이 63 m, 높이 10 m)의 크기이다(Fig. 19A). 이 지역의 모암인 각력암(집괴암)에 관입한 크고 작은 암맥에는 접촉면과 수직으로, 즉 수평으로 쌓인 주상절리가 발 달한다(Fig. 19B).

    이 해식동 동쪽 해안에는 응회암층 내로 관입한 암맥이 붕락하여 형성된 쥬지도몬(十字洞門)이 있다 (Fig. 20A). 이 해식동의 천정의 암맥도 접촉부와 수 직인 주상절리가 발달해 있다(Fig. 20B). 또한, 미오 (三尾)항 서쪽에는 응회암층에 관입한 안산암질 암맥 이 붕락하여 하늘이 보이는 쯔텐도몬(通天洞門)이 있 다. 이 동문 역시 작은 배로 들어가 만져볼 수 있다.

    신온센초(新泉町) 하마사카(浜坂) 해안의 환형 데사 이트 주상절리

    효고켄 신온센초(新泉町) 하마사카(浜坂) 항에는 산 인해안지오파크관이 설치되어, 많은 관광객이 지오파 크에 대한 해설을 듣고 유람선을 이용하여 지오사이 트를 답사한다. 이 지오파크관에서는 관람객을 위해 해안의 지질과 지형을 동물에 비유하여 제작한 흥미 로운 리플릿을 배포하고 있다(Fig. 21).

    하마사카(浜板) 해안에는 ‘사자의 입’이라는 애칭을 가진 안산암 노두가 있는데, 약 20 Ma에 분출된 안 산암 틈새에 적철석이 붉게 산화되어 사자의 입처럼 보이는 것을 묘사한 것이다. 이 안산암체 내에 쿠자 쿠이시(공작석)이라는 직경 10 m 정도인 환형 주상절 리가 발달하고 있다(Fig. 22A). 이 쿠자쿠이시 옆에 는 3-4 m 크기의 원형의 주상절리도 발견된다(Fig. 22B). 이는 점성이 큰 산성마그마가 돔형을 이루었거 나, 터널 형태를 빠져 나오다 굳어진 형태이다.

    신온센초(新泉町) 모로요세 항구의 히요리야마(日 和山) 암맥

    하마사카항에서 기차역으로 한 정거장 떨어진 모로 요세(諸寄)항은 100년 무역선이었던 키타마에부네(北 前船)가 정박했던 흔적이 남아있는 곳이다. 이 정박 지에는 히요리야마 등대가 있는데, 등대 아래에는 계 단 모양의 주상절리가 발달한다(Fig. 23A). 신생대 제3기 화산암을 관입한 유문암질 암맥이 냉각되며 장작더미와 같은 주상절리를 형성하고, 이들이 파도 에 침식되어 계단 모양이 되었다. 주상절리 기둥면의 폭은 10-15 cm, 단면에서 직경도 20 cm 내외로 가느 다란 편이다. 풍화되지 않은 암석표면은 매우 밝으며, 사진에서 계단 옆에 밝게 보이는 부분도 인공 시멘 트가 아닌 풍화면이다. 표면에서는 유상구조와 1-2 mm의 장석 반정을 가진 반상조직이 관찰된다(Fig 23B).

    돗토리켄의 주상절리

    이와미초(岩美町), 우라도메(浦富) 해안

    우라토메 해안은 행정구역상 돗토리켄의 이와미초 (岩美町)에 속하며 효고켄과의 경계부이다. 우라토메 해안에는 화강암이 구조운동을 받아 경사가 일정한 구조절리가 발달해 있다. 우라토메 해안에 속하는 가 모가이소(鴨ケ磯) 해안에는 침식지형이 잘 발달되어 있다. 그 중에 하나가 시라와라(城原) 해변의 나타네 시마(菜種島) 섬이다. 나타네시마에는 화강암의 구조 절리 틈새를 따라 산성마그마가 관입하여 폭 20 m 정도의 석영반암이 암맥을 이루고 있다(Fig. 24A). 이 암맥 내부에는 화강암의 절리면과 수직인 주상절 리가 발달한다. 주상절리의 기둥의 두께는 20-30 cm 이며, 4-5각형이 많으며 6각형은 드물게 관찰된다. 카모가이소 해안의 쓰바키다니(椿谷) 계곡에는 반원 모양의 주상절리가 유명하다. 겉모습은 구면에 짧은 5-6각형의 주상절리가 둥글게 분포한다. 지하 심부의 화강암이 지표로 상승하면서 생긴 호 모양의 틈새(박 리)로 마그마가 관입하여 주상절리가 형성되었다. 이 번 조사에서는 낙석위험으로 전체를 철망으로 감싸 전체 모습을 조사하기는 어려웠다. 반구형 주상절리 사진(Fig. 24B)은 현장에 있는 안내판의 일부이다.

    주상절리의 형성 메커니즘과 토의

    이 지역에서 관찰되는 주상절리의 형태는 컬러네이 드(수직)와 횡와절리, 수평 주상절리, 엔테블러춰, 부 채꼴 또는 원형이다(Fig. 25). 이 주상절리들을 형성 시킨 화산암의 산출상태는 용암류, 암상, 직선 및 호 형 암맥, 용암돔(용암튜브)임을 알게 되었다.

    겐부도에서 관찰되는 주상절리 형태는 컬러네이드 (수직)와 횡와절리, 엔테블러춰이며, 이들은 서로 다 른 형성 메커니즘에 의해 형성되었다.

    용암류가 수차례의 누적된 겐부도 공원의 겐부도 동굴에서는 세 가지 형태의 절리가 관찰된다. 채석한 형성된 동굴 좌우측에는 컬러네이드(수직 주상절리), 왼쪽 상부에는 엔테블러춰, 그리고 오른쪽 상부는 누 워있는 횡와절리가 발달한다(Fig. 26A). 횡와절리와 엔테블러춰 경계에서는 주상절리의 형성이 불량하며, 컬러네이드와의 접촉부에서 마그마 관입 시 미고화된 하부의 암석을 끌어당긴 흔적이 관찰된다(Fig. 26B). 용암류 하부에서는 지면으로 부터의 냉각으로 컬러네 이드가 형성된다. 이 지역에서 엔테블러춰의 형성에 대한 명확한 이유는 알 수 없으나 물 등의 유입으로 일정한 냉각면을 갖지 못했던 것으로 해석된다.

    이곳의 횡와절리는 접촉부의 끌림구조로 보아 이차 적인 용암류가 유입되어 형성되었으며, 나중에 유입 된 용암류의 냉각면이 엔터블러춰와의 접촉면이 되 고, 하부에서 컬러네이드 상부에서 열을 보존함으로 서 형성된 것으로 해석된다. 유사한 형태의 횡와절리 는 경기도 한탄강의 미래통일센터 주변 강변절벽에서 관찰되는데, 형성 메커니즘을 해석할 때 겐부도의 사 례가 참고 될 것이다.

    세이류도의 컬러네이드는 6각형 판상 블록을 높게 쌓아 올린 형태로 발달한다. 이 공원에서 가장 길게 발달한 주상절리 기둥은 15 m에 이른다. 청룡동의 전 체 높이는 33 m, 폭은 40 m이다. 세이류도의 주상절 리 분포는 중앙 상단의 브이(V)자형 경계면을 따라 상하가 다르다. 즉 경계면 위쪽은 엔테블러춰가 발달 하고 하부는 컬러네이드가 발달한다. 하부 컬러네이 드는 이 경계면과 수직으로 주상절리가 발달한다 (Fig. 27A). 하부 컬러네이드는 비교적 명료한 경계를 따라 좌우의 모양이 다르다. 즉 좌측의 용암에서 주 상절리가 형성되고 있는 동안에 우측에서 용암을 밀 고 들어오는 형상이다. 좌측 컬러네이드 최상단(V형 경계면과의 접촉부)은 사진 앞쪽으로 휘어져 있다 (Fig. 27B).

    바코도(백호동)의 주상절리는 장작을 쌓아 놓은 형 태로 산출된다. 이런 수평절리는 관입암에서 자주 관 찰되는데, 여기서는 암맥이 아니라, 전체적으로 호 모양으로 기울어진 주상절리의 일부를 채석하며 남겨 진 것이다(Fig. 28A).

    키타수자쿠도의 채석장에는 6각형의 질서정연한 단 면과 맷돌을 쌓아올린 듯한 주상절리가 잘 관찰되며, 상부 면에서는 호 모양으로 기울어진 형태도 관찰된 다(Fig. 28B). 미나미수자쿠도에서는 주상절리 기둥들 이 한 곳으로 모이는 형태로 발달하는데, 머리카락을 쓸어 올려 고무줄로 묶어놓은 듯한 형태이다. 이 형 태는 한탄강 동이리 절벽에서 자주 관찰되는 형태로, 냉각면상에서 특정한 균열을 따라 형성된 냉각 지점 에서 주상절리가 시작된 것으로 판단된다(Fig. 28C). 미나미수자쿠도 입구에는 흐르는 용암의 선단부가 급 격히 냉각되어 둥근 돔형을 이루며(Fig. 28D), 주변에 는 부채꼴 모양의 주상절리가 발달한다. 이러한 형태 의 주상절리는 울산의 화암에서도 발견된다.

    이 지역에서 중성(타테이와) 및 산성(요로이노소데) 암상에 발달한 주상절리는 단위 절리의 폭이나 직경 이 상하부에서 크게 다르지 않다. 그러나 요로이노소 데에서 이미 형성된 주상절리가 지각변동에 의해 기 울어지면 일정한 간격으로 절단되어 미끄러지는 현상 이 관찰된다. 중성 및 산성 화산암에서 발달한 주상 절리의 직경은 염기성암인 겐부도 주상절리보다 크다.

    이 지역에는 다양한 크기의 암맥 상의 주상절리가 발달한다. 주상절리가 발달된 암맥은 절리부분이 풍 화에 약하므로 모암보다 풍화 침식되어 해식동굴을 형성한다. 맥암과 모암과의 경계면은 냉각면이 되므 로 암맥의 크기나 형태와 관계없이 경계면과 수직인 주상절리가 발달해 있다.

    시라와라해안의 동해가 형성되기 전에 고결된 화강 암에 구조운동을 받아 균열이 만들어지고 이 틈새로 산성 암맥(석영반암) 관입하였다. 틈새로 관입한 마그 마는 화강암의 균열면이 마그마의 냉각면 역할을 하 여, 결과적으로는 화강암 균열과 수직인 주상절리가 형성되었다. 쯔바끼다니에서는 화강암의 반원형 박리 틈새로 마그마가 주입되어 냉각되는 과정에서, 박리 면과 수직으로, 즉 짧은 주상절리가 원형을 이루며 배치되어 있다.

    이 지역에서 원형 또는 반원형을 이루는 주상절리 는 두 가지이다. 하나는 산성마그마가 틈새로 빠져 나오며 형성된 튜브 모양이고, 다른 하나는 용암류 말단에 형성된 돔에서 형성된 반원형 주상절리이다. 전자는 하마사카해안의 쿠자쿠이시(공작석)이고, 후자 는 겐부도 미나미수자쿠도 전면에 발달한 용암돔이다.

    하마사카 해안의 공작석은 마그마가 상승하여 원형 을 이루고 있는 형태이다. 마그마가 상승한 화도에서 중심까지는 수직선이며, 중심으로부터 5-6개의 동심 원이 발달하고, 동심원과 사이에는 동심경계선과 수 직으로 주상절리가 발달한다. 그러나 주변에 분포한 또 하나의 원형 주상절리는 완벽한 원형이라기보다 틈새를 따라 모암을 뚫고 나온 용암 튜브처럼 관찰 된다. 이들은 유동성이 적은 유문암질마그마가 안산 암의 틈새를 따라 치약처럼 밀려 나오며 둥근 모양 의 주상절리가 형성되었을 가능성도 있다. 이런 원형 의 절리는 염기성암이기는 하나 제주도 애월읍 해안 가에서 관찰할 수 있다. 문헌자료와 야외지질조사에 서 측정하고 해석한 이 지역 주상절리의 특성을 정 리하면 Table 1과 같다.

    결 론

    이 연구는 일본 산인해안지오파크에 분포하는 주상 절리의 형태와 크기를 측정하고, 주상절리가 형성되 는 과정을 마그마의 분출과 암체의 형태(예, 관입의 형태와 크기, 용암류의 방향과 중첩, 용암돔의 양상) 와 함께 분석하였다.

    일본 산인해안지오파크는 교토후 교탄고에서 효고 켄을 지나 돗토리켄까지 해안선을 따라 연장 120 km, 폭 30 km이다. 이 지오파크에서 주상절리가 분포하는 지역은 3개 지방의 5개 구역이다.

    본 연구에서 조사한 주상절리 분포는 다음과 같다. 연구지역 최북단인 쿄토후 교탄고 지역에 발달하는 대표적인 주상절리는 쿄가미사키( ヶ岬) ①, 뵤부이 와(屛風岩) ②, 타테이와(立岩)와 큐겐카도(給源火道) ③이다. 이 곳 외에도 뵤부이와 부근의 이누카미사키 주상절리와 쿄가미사키와 가까운 곳에 아나몬주 주상 절리도 있다.

    효고켄의 북단인 토요오카 시에는 ‘현무암’이라는 암석명이 유래된 겐부도(玄武洞) ④를 비롯하여, 키누 카미 신사(絹卷神社)가 있으며 ⑤, 효고켄 가미초 해 안에는 요로이노소테(鎧の袖) ⑥, 타카노스시마(鷹の 島) ⑦, 미니 요로이노소데(mini 鎧の袖) ⑧라 불리는 유명한 세 주상절리가 인접하여 발달한다. 효고켄 신 온센초에는 미오오시마(三尾大島)와 나가사키하나(長 崎鼻) ⑨, 시타아라 동문(下荒洞門) ⑩, 쿠자쿠이시(孔 雀石) ⑪, 모로요세(諸寄) 맥암 ⑫에서 주상절리가 발 달한다. 이곳에 설치된 체험관에는 다양한 자료가 수 집되어 있으며, 동해의 형성과 지질에 대한 해설을 들을 수 있다. 돗토리켄 이와미초의 시라와라(城原海 岸)에서는 화강암에 발달한 구조 절리를 따라 관입한 석영반암 맥암 ⑬에 주상절리가 발달한다.

    이 지역에서 주상절리를 형성시킨 화성암의 산상을 나누어보면, 용암류(①, ④), 암상(③, ⑤, ⑥, ⑦, ⑧, ⑨, ⑩), 암맥(②, ⑩, ⑪, ⑫, ⑬)의 세 가지이다. 주상 절리가 발달한 암석은 현무암, 안산암(②, ③, ⑩), 데 사이트(①, ⑥, ⑦, ⑧, ⑨) 유문암(⑪, ⑫), ⑤) 석영반 암(⑬)의 5종이다.

    이 지역의 용암류에서는 형성메커니즘이 다른 컬러 네이드와 엔테블러춰 그리고 횡와주상절리가 관찰되 나, 암상과 암맥에서는 엔테블러쳐가 관찰되지 않는 다. 산성마그마가 모암을 뚫고 나온 곳에서는 원형의 주상절리가 형성되고, 용암류가 흐르다 멈춘 용암돔 에서는 부채모양의 주상절리가 형성되었다. 모암의 틈새로 관입한 암맥은 형태나 크기와 관계없이 접촉 면과 수직인 주상절리를 형성하며, 관입되는 틈새의 모양에 따라 주상절리의 배치가 직선, 곡선, 반원형 을 이룬다.

    주상절리의 다각형은 사각형에서 팔각형까지 관찰 되나, 육각형이 가장 많다. 기둥면의 넓이는 10 cm에 서 1 m까지이며, 이 넓이는 화성암의 실리카 함량 (SiO2)과 일치하지 않는다. 그러나 하나의 지역에서 주상절리의 크기와 형태는 비교적 일정하다.

    산인해안지오파크에서는 암석이나 지질자원을 생활 과 적극적으로 활용하며, 관광과 교육이 새롭게 활성 화되고 있어, 우리나라 지오파크의 개념을 설정할 때 참고할 필요가 있다. 이곳에서의 주상절리 형성에 관 한 많은 토론은 우리나라 주상절리를 해석하는데 도 움이 될 것이다.

    사 사

    본 연구는 2017년 조선대학교 교내학술연구비 지 원으로 수행되었다. 본 논문의 심사를 맡아 건설적인 조언을 주신 익명의 심사 위원들께 감사의 말씀을 드린다. 일본 현장 답사에서 신온세초 하마사카에 위 치한 산인해안지오파크관의 Tanimoto Isamu (谷本 勇) 관장과 직원들께는 물심양면으로 큰 도움을 받았다. 또한 여러 지오사이트에서 주상절리 노두까지 직접 안내해서 설명해 주신 지오파크 다수의 해설사들에게 고마운 마음 전하고자 한다. 대부분의 노두가 해안 절벽에 있어서 배가 없으면 답사가 불가능한 형편이 었으나, 지역 어민들의 도움으로 답사를 수행할 수 있어 감사할 따름이다.

    Figure

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    Areal map of the Sanin Kaigan Geopark of Japan.

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    Geologic sequences of the San’in Kaigan Geopark (Sakiyama et al., 2012). Formation name: Teraki group, Tottori group, Iwami Formation, Yazu Formation, Hokutan group, Muraoka Formation, Kyogamisaki andesite Formation, Tango Formation, Amino Formation, Toyooka Formation, Yoka Formation, Takayanagi Formation.

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    Simplified geological map and locality of columnar joint at Kyotango coast of Kyoto prefecture (after Yamamoto and Hoshizumi, 1988).

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    Coast of Kyogamisaki and decite columnar joint at Kyotango coast of Kyoto prefecture (from Sanin Kaigan Geopark).

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    Sea stock array includes Byobuiwa (A) and horizon columnar joint of dyke (B) at Kyotango coast of Kyoto prefecture.

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    Tateiwa is a part of andesite sills (A), and shows colonnade having width up to 1 m (B) at Kyotango coast of Kyoto prefecture.

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    Oonaru ancient tomb (No. 7) using andesite colonnade near Tateiwa (A), A fragment of hexagonal columnar joint at Onaru west cliff (B).

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    Kyugenkado columnar joint and their basement sedimentary rock (sandstone) at Takano port near Tateiwa. Andesitic magma intruded unconsolidated sandstone layer.

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    Geologic map and geosites in northern Hyogo prefecture (after Tanaka, E., 2000).

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    Three basalt serious of Japan (AK-alkali basalt, HA-High Alumina basalt, Th-Tholeiitic basalt, Kushiro. et al., 1989).

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    SiO2 vs total alkali diagram of Genbudo basalt (△, Genbudo Research Group, 1991) and Quaternary basalt of Korea (□, data from Jungok basalt in Gyeonggido, Wee, 1996 and Daepodong basalt in Jeju island, Koh, et. al., 2005).

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    Guide map of Genbudo park (A) and an imaginary animal Genbu (B).

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    Polymorph of basaltic columnar joints at Byakkodo (A) and Kita-suzakudo (B).

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    Platy joints at each colonnade (A), striae with chisel mark (B) and radiation structure on surface of platy joint (C) (scale 15 cm).

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    Kinumaki columnar joints near the Kinumaki Shrine in Toyooka city.

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    Cliff of the Yoroinosode at Kasumi coast of the Kamicho town (A), 4-6 polygons of dacite columnar joint on cliff (B), two direction dacite joints of Takasunoshima (falcon’s nest island) called Indian rocks (C), Kuzaku cave is sea cave by weathering at lower part of cliff (D).

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    Dacite columnar joints of Mio-oshima and Nagasakihana (A), west part shows 30-40cm width colonnade (B), south part shows hexagonal form of colonnade (C), and new dyke intruded into the island made horizontal columnar joint at east part (D).

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    Dacite columnar joints at the Nagasakihana (A) and the joints inclined toward contact with breccia formation next to the Shitaara Domon (B).

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    Andesite horizontal columnar joint of sea cave wall (A) and small andesite vein (B) at Shita-ara domon near the miooshima.

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    Andesite dyke of Jyuji domon. Showing horizontal joints at entrance (black part) and ceiling of sea cave at Tajima mihonoura coast.

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    A leaflet on geosites of interest at Tagima Mihonoura in Kamicho town (Sanin Kaigan Geopark).

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    Two semi circular shape of columnar joints (so called peacock rock) (A) and another small circular joint at Hamasaka beach near in Shinonsencho town.

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    Rhyolite dyke at Hiyoriyama at the Moroyose port in Shinonsencho town. Columnar joints similar to stairs (A) and flow structure with porphyritic texture at rock surface.

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    Quartz porphyry dyke at the Natanejima (A), and arc type dyke of Tsubakitani (B) at Kamogaiso beach in Iwamicho Town.

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    Columnar joints with various igneous activities.

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    Three types of joints at Genbudo cave (A) and conjunction line of different two magma (B).

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    Different types of Joints at Seiryudo cave (A) and conjunction line of different two magma (B).

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    Columnar joints of Byakkodo (A), Kita-suzakudo (B), Minami-suzakudo (C) and lava dome in front of Minami-suzakudo (D). Kita-suzakudo shows hexagonal shape and striae.

    Table

    Characteristics of columnar joint in Sanin Kaigan Geopark

    Reference

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