석탄의 기원

석탄의 기원 

(The Origin Of Coal)


식물들이 모아지고, 치밀하게 다져져서, 변형되어 퇴적암을 형성하는 것을 석탄이라 불려진다.

이것은 경제적으로도 매우 중요한 자원일 뿐만 아니라, 지구 역사를 공부하는 학생들에게도 매우 매혹적인 암석인 것이다. 석탄은 보고된 퇴적암의 1% 보다도 적지마는, 성경을 믿는 지질학자들에게는 무엇보다도 중요하다. 그것은 엄청난 노아 홍수의 실제성을 말하고 있는 가장 강력한 증거중의 하나를 발견한 것이기 때문이다. 석탄의 형성을 설명하는데에는 두가지 이론들이 제안되어 있다. 가장 널리 알려져 있는 이론은 동일과정설을 주장하는 많은 지질학자들에 의해 주장되는 것으로, 석탄을 구성하는 식물이 수천, 수만 년동안 거대한 민물 습지나 토탄 늪에 축적되었다는 것이다. 식물이 자라던 장소(growth-in-place)에서 석탄이 만들어진다는 이 첫 번째 이론을 autochthonous theory 라고 한다. 석탄형성에 대한 두 번째 이론은 대홍수와 같은 격변에 의해서 이동되어온 식물들이 빠르게 퇴적되어 석탄층을 형성했다는 이론이다. 이 이론은 식물 부스러기들이 다른 곳에서 운송되어 와서 석탄이 만들어졌다고 생각하기 때문에 allochthonous theory 라고 한다.

 

석탄 속의 화석들

석탄에서 발견되는 화석식물들의 형태들은 분명히 autochthonous theory를 지지하지 않는다.

펜실바니아 석탄층에서 흔히 발견되는 화석 석송속 나무들(예로 Lepidodendron and Sigillaria)과 거대한 양치류(특별히 Psaronius)들은 생태학적으로 습지 환경에서 견딜 수 있다. 그러나 펜실바니아 석탄층의 기본 구성식물 (예로 the conifer Cordaites, the giant scouring rush Calamites, the various extinct seed ferns)들은 습지에서는 자라지 못하고 배수가 잘되는 토양에서만 자라는 식물들이다. 대부분의 연구자들은 석탄 식물들의 분석 결과 석탄을 이루는 식물들은 열대 또는 아열대 기후식물인 것으로 조사됐다. 이것은 autochthonous theory에 반대되는 결과이다. 왜냐하면 오늘날의 늪지대는 고도가 높은 한랭지역에 매우 광범위한 지역에 걸쳐 분포하며, 가장 깊은 곳에서는 토탄(peats)의 축적이 이루어지고 있다. 오늘날 열대 또는 아열대 지역은 태양열에 의한 증발력이 매우 강렬하여 토탄은 거의 만들어지지 못하고 있다. 석탄에서 물고기, 연체동물, 완족류와 같은 바다생물의 화석들은 드물지 않게 발견된다. (바다생물들을 포함하여) 잘 보존된 식물, 동물 화석들을 제외하고 둥글게 덩어리진 탄구(coal baiis)들이 석탄층에서 발견되었다. 작은 바다 tubeworm인 Spirorbis는 유럽과 북아메리카 지역의 석탄기의 석탄(Carboniferous coals) 식물에 매우 흔하게 부착되어 발견된다 (2). 석탄식물들이 바다 늪지에서 자랐다는 증거들은 거의 없기 때문에, 육상식물들에 바다생물들이 부착되어 발견되는 것은 육상식물들이 운송에 의해서 바다로 이동되어 혼합되었음을 말하고 있는 것이며, 이것은 allochthonous model을 지지하고 있다.  

석탄층과 관련된 화석중에서 가장 흥미로운 것중의 하나는 수 미터의 석탄층을 수직으로 뚫고 서있는 똑바로선 나무줄기(upright tree trunks)이다.

이러한 똑바로 선 나무들은 석탄을 함유하는 지층에서 자주 만날 수 있는데, 석탄으로는 극히 드물게 발견된다. 이 경우에 침전물들은 짧은 시간에 나무를 덮어 나무가 썪어 넘어지기 전에 묻어버릴 정도로 많은 량이 있어야만 한다. 하나의 해석은 이 똑바로선 나무들이 원래 자라던 위치에서 이러한 일이 발생할 수도 잇다고 생각하는 것이다. 그러나 여러 가지 증거들은 이것을 부정한다. 몇몇 나무들은 지층을 비스듬히 사선으로 통과하고 있고, 어떤 것들은 거꾸로 뒤집혀 지층을 뚫고 서있는 것이 있다. 때때로 똑바로 선 나무들은 그 위치에서 자란 것처럼 뿌리를 가진채 발견되는데, 이 지층은 또 다른 똑바로 선 나무에 의해서 그 뿌리부분이 관통당해 있는 것이다.

움푹 파진 나무줄기속에 채워진 침전물들은 흔히 주변 암석을 구성하는 침전물과 같다. 이러한 예들을 설명하기 위해서는 석탄을 구성하는 나무들은 다른 장소로부터 이동되어 왔다고 보는 것이 합리적이다.

 

화석 뿌리 (Fossil Roots)

석탄의 형성에 관한 논쟁과 관련하여 가장 중요한 화석은 화석뿌리 또는 근경(rhizome)이라 하는 스티그마리아(Stigmaria)이다. 스티그마리아는 자주 석탄 경계층 아래층서 발견되는데 자주 똑바로 선 나무와 관계가 있다고 주장되는 것이다. 스티그마리아는 노바 스코티아(Nova Scotia)의 석탄기의 석탄 배열에서 라이엘(Charles Lyell)과 도슨(J.W.Dawson)에 의하여 거의 140년 전 연구되었는데, growth-in-place 의 확실한 증거로 제시되고 있는 것이다. 많은 현대 지질학자들은 아직도 스티그마리아가 석탄 늪지 바로 밑에서 식물이 자라던 원위치의 토양에 남아있는 뿌리를 대표한다고 주장하고 있다. 노바 스코티아 석탄 배열은 최근 룹케(N.A.Rupke)(3)에 의해서 재조사되었는데, 그는 스티그마리아는 이동되어 왔다는 allochthonous 기원에 대한 4 가지의 퇴적 증거들을 발견했다. 나무화석들은 보통 부러져서 조각이 나 있고, 줄기는 거의 붙어있지 않으며, 흐름의 작용에 의해 장축은 잘 정리되어 발견되며, 똑바로선 나무에 의해 관통된채 수평으로 칸칸이 발견된다. 룹케의 연구는 스티그마리아를 함유한 여러 다른 지층에 대해 일반적으로 해석되고 있는 autochthonous 이론에 대해 중대한 의문을 제기하고 있는 것이다.

 

윤회층들 (Cyclothems)

석탄은 보통 윤회층(cyclothem)으로 불려지는 퇴적 지층안에서 생성된다. 이상적인 펜실베니아 윤회층(Pennsylvanian cyclothem)은 다음과 같은 지층 순서대로 퇴적된 지층이다. -사암, 혈암, 석회암, 하반점토, 석탄, 혈암, 석회암, 혈암-.  전형적인 윤회층은 일반적으로 하나 이상의 지층을 잃어버리고 있다. 어떤 한 지역의 윤회층은 보통 위에서 말한 퇴적순서를 열번 정도 되풀이 하고 있다. 웨스트 버지니아에서는 백회 이상, 일리노이스에서는 연속적으로 50회 이상 반복된다. 전형적인 윤회층의 한 부분을 형성하고 있는 석탄층이 항상 얇다 하더라도(1인치에서 수미터정도의 두께), 석탄층의 옆넓이는 종종 믿을 수 없을 만큼 넓다. 현대 층서학적 연구는(4) Broken Arrow coal (Oklahoma), Croweburg coal (Missouri), Whitebrest coal (Iowa), Colchester No.2 coal (Illinois), Coal IIIa (Indiana), Schultztown coal (W. Kentucky), Princess No. 6 coal (E. Kentucky), Lower Kittanning coal (Ohio and Pennsylvania) 등과 관련되어 진다. 이것들은 미국 중부, 동부지역의 10만 평방마일을 넘는 광범위한 석탄층을 형성하고 있다. 오늘날 어느 지역의 늪도 엄청난 펜실바이아 석탄층을 이룰만큼 광범위한 것은 없다. 만약 석탄 형성에 대한 autochthonous model이 맞다면, 일련의 매우 비정상적인 환경이 이루어져야만 한다. 수십 수백 평방 마일을 넘는 광범위한 지역이 늪지대를 이루어 나무들이 축적될 수 있도록 해수면 보다 높았다가, 홍수시에는 바다물이 흘러 들어올 만큼 낮아야 한다는 것이다. 만약 석탄 숲이 해수면보다 너무 높다면, 늪과 이탄 축적에 필요한 방부 역할을 하는 물은 배수되고 말았을 것이다. 만약 이탄의 축적시기에 바다물이 늪지대를 침습하였다면, 바다환경은 나무를 죽였을 것이고, 이탄 대신에 다른 침전물이 퇴적되었을 것이다. 일반적인 모델에 따르면, 두꺼운 석탄층의 형성은 수천 년동안 이탄축적률과 해수면 상승의 믿을 수 없는 균형이 유지되어야만 한다. 그러한 상황은 특별히 지층의 수직면에 대한 조사결과 윤회층이 백 회 이상 반복되는 것이 알려진 후 매우 부적당한 것으로 생각되는 것이다. 이러한 주기는 오히려 홍수에 의한 연속적인 물의 전진과 후퇴 동안의 축적에 의한 것이라는 설명이 더 적합할지도 모른다.

 

하반점토 (Underclay)

윤회층 부분들 중에서 가장 많이 논의되는 것중에 하나가 하반점토(underclay)이다.

점토의 nonbedded된, 소성층이 석탄층아래에 자주 놓여져 있다. 이것을 많은 지질학자들은  늪에 존재했던 석탄나무의 토양이라고 생각하고 있다. 특별히 스티그마리아를 함유하고 있는 하반점토의 존재를 석탄형성 나무의 autochthonous origin의 prima facie evidence(언뜻 보기에 그럴듯한 증거)로 자주 제시하고 있다. 그러나 최근의 연구에 의하면 하반점토가 석탄형성 나무의 토양이라는 해석은 많은 의문점들이 있음이 나타났다. 하반점토의 어느 흙도 오늘날의 토양과 비슷하지 않다는 것이다. 하반점토에서 발견되는 여러 광물성분들은 토양에서 기대되는 종류의 것이 아니다. 그 대신 하반점토는 자주 점이층리(graded bedding, 물에 부유된 후 입자 크기에 따라 분류된 퇴적)을 보인다. 즉 무겁고 치밀한 물질이 바닥에 나타난다. 이것은 점토가 부유후 퇴적된 증거이며, 물에 의한 퇴적층에서 쉽게 관측되는 퇴적양상인 것이다. 많은 석탄층들은 하반점토들을 가지고 있지 않고, 토양의 증거들은 존재하지 않는다. 몇몇 경우에 석탄층은 토양으로는 부적합한 화강암, 편암(schist), 역암, 기타 암석층위에 놓여 있다. 또한 하반점토위에 석탄층이 없는 경우도 많고, 오히려 석탄층위에 하반점토층이 있는 경우도 흔하다. 석탄층 아래에 토양이 확인되지 않는 다는 것은 석탄층을 형성하는 엄청난 량의 식물들이 그 위치에서 자랐다는 것이 불합리하며, 오히려 다른 곳에서 이동되어 왔다고 생각하는 것이 더 합리적이다.

 

석탄의 구성 (Texture of Coal)

석탄과 이탄에 대한 현미경적인 구조와 구성에 대한 조사가 석탄의 기원을 이해하는데 공헌하였다. 코헨(A.D.Cohen)은(5) autochthonous mangrove peat과 남부 플로리다의 allochthonous beach peat (오늘날 극히 드뭄) 사이에 구조를 비교하기 위한 연구를 실시하였다. 대부분의 autochthonous 이탄은 세밀한 물질이 우세한 matrix를 가지는 무작위로 정리된 나무조각들로 되어 있었으나, allochthonous peat는 finer matrix가 특징적으로 결여된 나무조각들이 해안에 긴 축으로 나란히 정렬되어 있는 것으로 조사되었다. Autochthonous peats에서는 거의 분류가(sorted) 되지 않은 나무 부스러기들이 뿌리와 엉켜 덩어리 구조를 하고 있었으나, 반면에 allochthonous peats는 자라난 뿌리가 없기 때문에 특징적인 미세층구조(microlamination)를 가지고 있었다. 이 연구 후 코헨은 다음과 같이 말하였다. Allochthonous peat에 대한 연구에 있어 발생된 특별한 수수께끼는 이러한 물질들의 수직적인 미세단면은 autochthonous samples에서 연구된 어떠한 것보다도 석탄기 석탄l의 얇은 단면과 같이 보인다는 것이다.'(6) 코헨은 allochthonous peats의 특징이 (긴 나무조각들의 정렬, finer matrix가 일반적으로 결여된 sorted granular texture, 덥수룩한 뿌리구조가 결여된 microlamination 등) 일반적인 석탄기 석탄(Carboniferous coals)의 특징이라는 것을 지적하였다.

 

석탄 속에 있는 거력들 (Boulders in Coal)

석탄의 너무나도 뚜렸한 무기물질중의 하나는 거력들(boulders, 둥근 돌)의 존재이다. 이것들은 전 세계적으로 일백 년 이상 석탄층에서 발견되어 오는 것이다. P.H.Price(7)는 버지니아 서부의 Sewell Coal에서 거력들에 대한 연구를 수행했다. 수집된 40 개의 거력들의 평균 무게는 12파운드였고, 가장 큰 것은 161파운드까지 나갔다. 거력들의 대부분은 서부 버지니아에 있는 다른 암석과 같지 않은 화성암이나 변성암이었다. 그는 거력들이 나무 뿌리안에서 엉켜 있는 것은 먼 지역으로부터 나무들이 운송되어 왔다는 것을 나타내고 있다고 하였다. 그래서 석탄에서의 거력들의 존재는 allochthonous model을 지지하는 것이다.

 

석탄화 (Coalification)

이탄으로부터 석탄이 만들어지는 변형 과정은 수년동안 논쟁을 일으켰다. 한 이론은 시간(time)이 석탄화의 주요한 요소라고 말하고 있다. 그러나 그 이론은 대중화되지 않았다. 왜냐하면 시간이 지나면서 석탄의 변형정도에 따른 등급이 없는 것으로 확인됐기 때문이다. 여기에 해당되는 몇몇의 주요한 반박들은 다음과 같다. 가장 오래되었다는 석탄함유 지층에서 변형정도가 낮은 갈탄(lignites)이 발견된다. 반면에 가장 젊은 지층들에서 가장 변형정도가 크다는 무연탄(anthracites)이 발견된다. 두 번째 이론은 석탄형성의 주요한 요소를 압력(pressure)이라고 말하는 것이다. 이 이론은 매우 변형되고 구부러진(습곡된) 지층에서 변형정도가 증가되어 있지 않은 많은 지질학적 예들에 의해 거부되고 있다. 더군다나 실험실에서 실험결과 압력의 증가는 실제적으로 이탄으로부터 석탄으로의 화학적 변형을 지연시키는 것으로 나타났다. 세번째 이론은(현재까지 가장 대중화된) 온도(temperature)가 석탄 변형에 가장 중요한 요소라는 것이다. 지질학적 예들은(석탄층안으로 화성암의 관입, 지하광산의 화재) 증가된 온도가 석탄화의 원인이 될 수 있다는 것을 보여주고 있다.

실험실 실험들도 또한 성공했다. 한 실험에서 빠르게 고온과정을 사용하여 수분안에 섬유물질이 변경되어 무연탄과 같은 물질이 만들어짐이 관찰됐다. 그래서 석탄의 변형은 수백만년 동안의 압력과 열을 요구하는 것이 아니라, 빠른 가온에 의해서 만들어질 수 있음을 알게되었다.

 

결론

우리는 석탄형성에 관해 강력하게 allochthonous theory를 지지하고, 노아의 홍수 동안에 석탄이 축적될 수 있다는 많은 증거들을 볼 수가 있다. 석탄층 안에 있는 똑바로 선 화석 나무들은 식물부스러기들의 빠른 퇴적을 암시한다. 석탄에서 발견되는 바다의 동물들과 육상식물(습지식물이 아니)들은 운송되어 왔음을 의미한다. 많은 석탄층의 미세구조는 입자들의 정렬, 분류된 구성물, 미세한 층리구조를 보이는데 이것들은 석탄을 구성하는 식물들이 이동되어 왔음을(원래 위치에서 자란 것이 아니라) 말해주는 것이다. 석탄안에서 발견되는 둥근 돌들은 이동과정을 설명하고 있다. 많은 석탄층 바로 밑에 토양층이 없는 것은 석탄을 형성한 식물들의 운송을 말해주는 것이다. 석탄은 다른 퇴적암에서와 같이 분명히 물에 의해 퇴적된 윤회층(cyclothem)의 규칙적이고, 전형적인 부분을 형성하는 것으로 나타났다. 식물에 대한 변형실험에서 무연탄과 같은 석탄들은 형성되는데 수백만 년이 요구되는 것이 아니라, 짧은 가온(heating) 과정에 의해서 빠르게 만들어질 수 있음이 증명되었다.

 


References

 1 S.H. Mamay and E.L. Yochelson, 'Occurrence and Significance of Marine Animal Remains in   American Coal Balls,' U.S. Geological Survey Professional Paper 354-1, 1962, pp. 193- 224.

2 H.G. Coffin, 'A Paleoecological Misinterpretation,' Creation Research Society Quarterly, 1968, vol. 5,  pp. 85-87.

3 N.A. Rupke, 'Sedimentary Evidence for the Allochthonous Origin of Stigmaria, Carboniferous, Nova Scotia,' Geological Society of America Bulletin, 1969, vol. 80, pp. 2109-2114.

4 C.R. Wright, 'Environmental Mapping of the Beds of the Liverpool Cyclothem in the Illinois Basin and Equivalent Strata in the Northern MidContinent Region,' unpublished Ph.D. thesis, 1965, Univ. of Illinois; R.M. Kosanke, 'Palynological Studies of the Coals of the Princess Reserve District in Northeastern Kentucky,' U.S. Geol. Survey Prof. Paper 839, 1973, 20 p.

5 A.D. Cohen, 'An Allochthonous Peat Deposit from Southern Florida,' Geological Society of America  Bulletin, 1970, vol. 81, pp. 2477-2482.

6 Ibid., p. 2480.

7 P.H. Price, 'Erratic Boulders in Sewell Coal of West Virginia,' Journal of Geology, 1932, vol. 40, pp. 62-73.

8 G.R. Hill, Chemical Technology, May 1972, p. 296. 

* Professor Geology and Archaeology Christian Heritage College El Cajon, California

 

 

*참조 : Thick coal seams challenge uniformitarianism
http://creationontheweb.com/images/pdfs/tj/j10_1/j10_1_005-006.pdf



번역 - 미디어위원회

링크 - ,

출처 - ICR, Impact No. 41, 1976

구분 - 3

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=284

참고 : 5037|4748|3883|3596|2511|2355|2285|2093|1524|1359|5147|2674|2844|2772|2774|4697|282|283|937|284|5898|5721|5834|5586|5531



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