석회질 응결체의 빠른 형성

미디어위원회
2020-10-09

석회질 응결체의 빠른 형성

(A case for rapid formation of calcareous concretions)

by Michael J. Oard


      응결체(concretion, 결핵체)는 다음과 같다. “단단하고 밀집된 광물덩어리 또는 집합체로서, 정상적으로는 구형을 띠지만, 일반적으로 타원이나 원반 형태, 또는 불규칙적이다. 특이한 또는 멋진 윤곽을 갖고 있으며, 퇴적암 또는 파편적 화산암의 공극에 식물 잎, 조개, 뼈, 또는 화석과 같은 것들을 핵 또는 중심에 갖고 있는 것으로, 수용액의 침강에 의해서 형성된다. 일반적으로 그것이 들어있는 암석과는 매우 다른 조성으로 발견되고, 다소 확연하게 분리되어 있다.”[1] 때때로 응결체는 방해석과 같은 다른 화학물질로 채워진 수축균열(shrinkage cracks)이 나있다.[2] 응결체는 퇴적암에서 분리되어 있으며, 대게 둘러싸고 있는 암석성분이나 교결물질(cementing chemicals)을 적게 갖고 있다. 응결체의 크기는 작은 알갱이에서 최대 직경 3m 이상의 구형체까지 다양하다.

그림 1. 미국 몬태나주 위네트 근처의 사암 내의 응결체.(courtesy of Kevin Horton from the Institute for Biblical Authority)


응결체는 퇴적물의 퇴적 직후에, 속성작용(diagenesis) 동안에 형성된 것으로 간주되고 있다. 속성작용은 “퇴적물의 초기 퇴적 후에, 그리고 암석화 도중 및 후에(표면에서의 풍화 및 변성은 제외하고) 진행된 모든 화학적, 물리적, 생물학적 변화”라고 말해지고 있다.[3] 속성작용은 공극에 있던 물과 유기분자 및 기타 성분과의 빠른 퇴적반응과 확산을 포함한다. 그러나 응결체의 기원에 대해서는 아직 대답되지 않는 질문들이 남아있다.[4]

그들은 응결체의 성장률을 원래 생각했던 것보다 3~4자릿수(1,000~10,000배) 빠른 것으로 결정했다.

응결체는 전 세계의 퇴적암, 특히 미세한 입자의 해성퇴적암(marine rocks)에서 다소 흔하다. 화석들은 종종 응결체의 중심에서 발견된다. 사람들은 때때로 공룡알, 화석, 외계물체, 또는 인공물로 착각한다. 그림 1은 미국 몬태나주 동부의 위네트(Winnett) 근처의 사암층에 있는 포탄 모양의 여러 응결체들을 보여준다. 그림 2는 구형의 증착을 보여주는, 이들 중 하나의 단면을 보여주고 있다.

응결체는 주변 퇴적암보다 단단하기 때문에, 풍화나 침식에 의해 떨어져 나와 땅에 축적될 수 있다. 그것들은 뉴질랜드 남섬의 해안을 따라있는 모에라키 볼더스(Moeraki boulders, 거인의 구슬), 뉴질랜드 북섬 해안을 따라있는 코우토 볼더스(Kouto boulders), 미국 유타 남동부의 나바호 사암층에서 침식되어 떨어져나온 모쿠이 구슬(Mokui Marbles), 영국 도싯에 있는 리아스 지층(Lias Formation)의 코인스톤(coinstones), 또는 컬링스톤(curling stones)과 같은 이름이 주어진다. 


응결체의 형성은 오늘날 일어나지 않지만, 느리게 만들어진 것으로 간주된다.

그림 2. 미국 몬태나주 위네트 근처에서 발견된 응결체 중 하나의 단면.(Kevin Horton 제공)


응결체는 다른 많은 현상들처럼, 동일과정설과 모순되게 오늘날의 퇴적물에서는 형성되지 않는다 :

“초기 속성작용 중 가장 큰 수수께끼 중 하나로, 응결체는 암석층에서 매우 흔하고 초기 속성작용의 중요한 산물로 생각되고 있지만, 현대 퇴적물에서 응결체와 유사한 것은 관찰되지 않는다는 것이다.(Raiswell and Fisher, 2000). 실제로 콜만과 레이즈웰(Colmanand and Raiswell, 1993)은 이러한 불일치를 동일과정설에 대한 근본적인 도전으로 꼽았다.”[5]

응결체의 형성 속도는 알려져 있지 않지만, 지질학의 다른 모든 측면과 마찬가지로, 느린 과정으로 간주되어왔다. 그렇게 주장되는 '느린 과정'은 동일과정설과 장구한 연대에 대한 믿음에서부터 나온 단순한 파생물이다. 응결체는 암석의 교결작용(cementation) 동안 매우 느린 물의 이송(advection of water)로 의해서 발생하는 것으로 여겨져 왔으며[2,4], 또한 느린 과정으로 간주되어왔다. 대부분 방해석으로 구성된 응결체에서, 응결체 내부는 거의 일정한 방해석 농도를 갖고 있으며, 얇게 잘라보면 응결체 내부에 일정한 다공성을 갖고 있지만, 응결체의 가장자리에 걸쳐 급격한 방해석의 화학적 농도구배(gradients)를 갖고 있는 것을 설명하기 어려웠다.[6]  


응결체는 이전에 생각했던 것보다 최소 1,000~10,000배 빠르게 형성된다.

요시다(Yoshida et al.) 등은 세립질 퇴적암(fine-grained sedimentary rocks)에서 석회질 응결체의 형성 속도를 평가했다.[6] 그들은 응결체의 가장자리에 CaCO3의 농도 구배(gradient)가 있다는 것을 처음 발견했다. 응결체는 퇴적물이 축적된 직후에 초기 속성작용 동안에 자라났음에 틀림없다고 그들은 추측했다. 중심부에 분해되고 있는 유기물질이 편재하는 것에 기초하여, HCO3- 이온이 형성되고, 응결체의 가장자리를 향해 모든 방향으로 확산되었다는 것이다. HCO3-에서 탄소의 유기적 기원은 유기물질을 가리키는, 낮은 방사성탄소 동위원소 비율에 의해 뒷받침된다. 동시에 환경으로부터의 Ca는 유기물 쪽으로 확산되어, 바깥쪽으로 성장하는 CaCO3 전면을 형성하고 있다. 이 전면의 폭은 성장하는 응결체의 직경에 비례했다.

홍수의 범람기와 후퇴기 동안에, 그리고 아마도 홍수 이후 약간의 시간 동안, 응결체가 형성되기에 충분한 시간이 있었을 것이다.

연구자들은 응결체의 성장 속도를 알아내기 위해서, 서유럽의 붐 클레이(Boom Clay)에서의 약 10^-6 cm2/sec의 확산 계수를 사용했다. 이로부터 그들은 성장률이 원래 생각했던 것보다 3~4자릿수 크기(1,000 ~ 10,000배) 빨랐던 것으로 결정했다. 이것은 1년에 0.5~50cm의 성장률을 가리킨다.


홍수지질학에서의 의미

그러나 붐 클레이(Boom Clay)는 반-고화된 것이고, 퇴적물이 고화되지 않았을 때의 확산 속도는 더 빨랐을 것이다. 비-고화된 세립질 퇴적물의 확산계수는 10^-5 cm2/s에 가까워, 약 10배 더 빨랐다.[6] 따라서 많은 압착과 교결작용 이전의 초기 속성작용 동안, 성장은 상당히 빨랐을 수 있다. 요시다 등의 논문 그림 5를 기반으로, 성장은 5~500cm/년이 될 수 있다.[7]

이러한 숫자는 노아 홍수의 범람기 동안 퇴적물이 빠르게 축적되었다는 홍수 시나리오와 잘 맞아 떨어진다.[8] 노아 홍수의 범람기 및 후퇴기 동안, 그리고 아마도 홍수 이후 약간의 시간 동안, 응결체를 형성할 충분한 시간이 있었을 것이다. 응결체는 다양한 구성성분과 내부 구조를 갖고 있기 때문에, 그들의 형성을 위한 다른 홍수 메커니즘이 있었을 수도 있다.

지구상에 편재하는 석회질 응결체들은 홍수 퇴적물 내에 많은 용해된 방해석(dissolved calcite)들이  있었음을 가리킨다. 방해석은 퇴적암의 주요 교결물질 중 하나이며, 석회질 응결체의 형성은 퇴적물의 공극 내에 방해석이 풍부한 물이 활발하게 흘렀음을 가리킨다. 따라서 노아 홍수의 범람기에서 퇴적된 퇴적물은 방해석 시멘트에 의해서(다른 교결물질들이 있었을 가능성이 있지만) 쉽고 빠르게 암석화 될 수 있었다.



References and notes

1. Neuendorf, K.K., Mehl, Jr., J.P., and Jackson, J.A., Glossary of Geology, 5th edn, American Geological Institute, Alexandria, VA, p. 134, 2005. 

2. Seilacher, A., Concretion morphologies reflecting diagenetic and epigenetic pathways, Sedimentary Geology 143:41–57, 2001. 

3. Neuendorf et al., ref. 1, p. 176 

4. Mozley, P. and Davis, J.M., Internal structure and mode of growth of elongate calcite concretions: evidence for small-scale, microbially induced, chemical heterogeneity in groundwater, GSA Bulletin 117:1400–1412, 2005. 

5. Mozley and Davis, ref. 4, p. 1411. 

6. Yoshida, H., Yamamoto, K., Minami, M., Katsuta, N., Sin-ichi, S., and Metcalfe, R., Generalized conditions of spherical carbonate concretion formation around decaying organic matter in early diagenesis, Scientific Reports 8(6308):1–10, 2018. 

7. Yoshida et al., ref. 6, p. 7.

8. Oard, M.J. and Reed, J.K., How Noah’s Flood Shaped Our Earth, Creation Book Publishers, Powder Springs, GA, 2017. 


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출처 : CMI, Journal of Creation 33(2):7–9, August 2019

주소 : https://creation.com/rapid-concretions

번역 : 미디어위원회



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