화강암의 빠른 형성

화강암의 빠른 형성

 (‘Rapid’ granite formation?)


      오늘날 지표면에서 발견되는 커다란 화강암 덩어리들은 마그마로부터 식어지는데 수백만 년이 걸렸다고 생각하기 때문에, 이것은 젊은 지구(45억 년이 아니라 6,000-7,000년)와 1년 간 산을 덮은 전지구적 대홍수 사건을 거부하는 명백한 과학적 증거 중 하나였다. 하지만, 이에 반하여, 비교적 급격히 심지어 격변적으로 화강암이 현재 지표면에서 형성되고 있다는 증거들이 나타나고 있다.

화강암(granites)은 넓은 면적에 걸쳐, 때때로 수백 평방 킬로미터에 걸쳐 노출되어 나타나는 결정질암(crystalline rocks) 이다. 때때로 특히 구조적 힘(지각 변동)으로 고압이 발생되는 지각 깊은 곳의 온도는 암석을 녹일 만큼 충분히 높다. 이론에 따르면, 커다란 마그마의 '덩어리(blobs)'는 750-900 ℃에서 생성되는데, 그것들은 주위의 암석보다 '가볍기' 때문에 풍선모양의 다이아퍼(diapirs - 지하의 가소성 물질이 큰 지압력을 받아 솟아오를 때 위에 있는 암석에 형성되는 배사구조)처럼 조금 더 차가운 위쪽 지각으로 솟아오른 후, 그것들은 화강암으로 결정화된다.

Young 이라는 학자는 캘리포니아 남부에 있는 것과 같은 거대한 화강암 저반(basolith)이 완전히 결정화되기 위해선 약 100 만년 정도의 시간이 걸린다고 주장했었다.1 그리고 그것은 Hayward에 의해서 반복되었다.2 하지만, 기술적 연구보고서들은 더 오랜 시간도 걸리는 것으로 추정하고 있다. Pitcher는 그것을 다음과 같이 요약하였다.

”용융물질과 지각 모두의 유동성이 변하는 복잡한 방식에서, 충돌 조산대(orogen, 造山帶)에서 생성된 화강암질 마그마가 주변 지각까지 도달해서 결정화되는데는 500만-1000만년은 걸린다고 생각됩니다.” 3

물론, 지구 지각 내의 화강암질의 심성암(granite pluton)이 식었다가 융기와 침식에 의해 오늘날의 지표면에 노출되기까지에는 더 많은 시간이 걸린다. 그럼에도 불구하고, 융기와 침식을 포함하는 이러한 시간에 대한 가장 최근의 추정치는 단지 결정화작용(crystallization)의 열역학이나, 열흐름(heat flow)/열손실(heat dissipation)에 의한 것이 아니라, 대부분 방사선 동위원소에 의한 연대측정과 동일과정설의 전제에 의존하고 있다는 것이다.

그렇다면, 오래된 지구론자(old-earthers)들에 대해 지금까지 난공불락의 요새 같았던 이것에 대한 도전은 어디서 왔겠는가? 놀랍게도, '화강암체(establishment)' 내에 화강암이 비교적 급격하게('격변적'이라는 표현은 이미 사용되었다!) 형성되었음을 보여주는 증거가 있다는 것이다! 지질학회에서 공인된 '지식' 내에는 이른바 공간 문제, 즉 ”어떻게 풍선 모양의 다이아퍼가 지각을 뚫고 올라가, 지속적인 구속압(confining pressures, 拘束壓)에도 불구하고 어떻게 그곳에서(2-5km 깊이) 결정화될 수 있는 공간을 찾을 수 있었는가?” 라는 문제를 항상 지녀왔었다.   

Petford 등은 다음과 같이 지적한다.

”화성암 연구학자들와 구조 지질학자들은 화강암질 마그마가 다이아퍼로 대륙 지각을 통하여 솟아오른다는 기존의 사고에 대해 점점 더 이의를 제기하고 있습니다.”4

Clemens와 Mawer는 화강암질 마그마가 먼 거리를 다이아퍼로 이동한다는 생각은 열적, 기계적 근거로는 가능하지 않다고 생각하였다. 그들은 균열을 따라 퍼져나가는 암맥 주입(dyke injection)에 의한 심성암체의 성장을 주장했다.바꾸어 말하자면, 마그마가 길고 좁은 틈(fractures)을 통하여 얇은 종이처럼 위로 압착되어졌다는 것이다.  

Pitcher는 다음과 같이 논평하였다.

”특히 중요한 것은 상당히 큰 심성암(pluton)이 약 900년 동안에 채워질 수도 있다는 것이 그들의 계산입니다. 이것은 정말로 빠릅니다!” 6

Petford 등은 1.5 %의 물(중량비율)을 함유하고, 8×105 Pa의 점성, 약 2,600 kg/㎥의 비중, 그리고 마그마와 지각 사이의 비중 차가 약 200 kg/㎥인 곳에서, 900℃ 에서 용융된 결정이 없는 화강암질 암석이 단지 41 일 만에 6 m 넓이의 암맥을 따라 30km의 거리를 지각을 통하여 수직으로 이동될 수 있다는 것을 보여주는 계산도 제시했다.7  

이것은 약 1 cm/초의 평균 상승률과 같다. Petford 등은 그 방정식을 북서 페루의 Cordillera Blanca 저반에 적용해서, 만약 그 대략적인 부피가 6,000 ㎦ 라면 단지 350년 만에 10km 길이의 암맥을 채울 수 있었을 것이라는 결과를 얻었다. 화강암질 마그마가 상승할 때 관내의 냉각 때문에 식지 않기 위해선 마그마의 이동이 이러한 암맥을 관통할 때 이 정도로 빨랐음에 틀림없다. 왜냐하면, Petford 등은 화강암질 마그마의 암맥 관입은 지각 내의 단층 때문에 발생한다고 주장했기 때문이다. 그들은 그 속도가 여러 단층에 대한 방사성 연대측정 결과에 기초한 공동이 열리는(cavity-opening) 평균 속도보다 훨씬 더 크기 때문에, 이 저반이 350 년 간에 빠르게 채워졌다는 것을 허락하지 못했었다. 그래서 Petford 등은 도관(conduit)이 300만 년 동안 열린 채로 있었을 동안 저반의 관입은 방사성 연대측정 결과에서와 같이 마그마가 조금씩 매우 간헐적으로 공급되었음에 틀림없었을 것이라는 부득이한 결론을 내렸다.  

더 최근의 연구에 따르면, Petford는 화강암질 마그마를 형성하기 위해 어떻게, 그리고 어떤 속도로 지각 심부나 맨틀 상부의 암석이 용융하는지에 대한 의문을 다뤘다.8 물론 이것은 화강암이 형성되는 첫 단계이다. 가장 뛰어난 이론적 모델에 따라, 지각 하부의 용융된 암석은 맥(veins)을 형성하는 고철질 관입암 위에 있는 원암(source rock, 주로 변성암) 내의 균열틈으로 투과성 흐름을 통해 분리된다고 Petford는 주장한다. 이때 주변 기질(matrix)의 국소적 치밀화작용(compaction)은 맥(vein)을 더 커지게 만들며, 이 맥들은 용융된 물질로 더욱 채워지고, 액상으로 채워진 맥들은 합쳐져서 암맥(dyke)을 형성하게 된다.

원암의 용융-조각(melt-fraction) 비율의 어떤 임계점에서, 주 암맥이 넓어지는 곳은 한계치(threshold)에 도달하게 된다. 일단 암맥의 폭(width)이 임계점을 초과하게 되면, ”원암으로부터 융융된 물질의 급격한(격변적인) 제거”가 일어난다. 맥이 갑자기 붕괴된 후 원암에 지속적으로 열을 공급하는 더 많은 용융된 암석의 끊임없는 투과성 흐름에 의해 다시 채워지게 된다. 이러한 과정은 되풀이 되어지는데, 화강암질의 용융물질은 추출되어(뽑아)져서, 급격하고 격변적인 진동(pulses)을 동반하며 위쪽 지각의 암맥을 통하여 올라가게 된다.

”여기에서와 같은 물리적 모델에서, 빠른 용융물질의 추출은 화학적 확산보다도 빠른 속도로 비교적 작은 마그마 일단들의 상승에 의해서 일어난다. 상승되는 마그마 일단을 수용하기 위해서 위쪽 지각에 공간이 충분히 빠르게 만들어질 수 있다면, 유일하고 중요한 마그마 저장소는 설치장소 높이에서 존재할 것이다.” 9

위쪽 지각 내에 필요한 공간이 빠르게 마련되는 것은 격변적 판구조론을 포함한 격변적 전지구적 대홍수의 문맥 내에서는 아무런 문제가 되지 않는다.10 하지만 Petford는 단지 입자 크기 5 mm, 공극률 50 %일 경우, 최대로 맥(vein)이 가득 채워지는 속도를 그의 동일과정적 연대 척도로 충분히 안정적으로 느린 속도인 2.5 m/년으로 가정하였다.

하지만, 이제 화강암질 마그마의 위치에 대한 연구실에서의 실험과 야외에서의 관찰 모두에 기초한, 느린(다이아퍼) 것 대 빠른(암맥) 것의 독립적인 테스트를 제시하겠다. Brandon 등은 연구를 위해 녹렴석(epidote) 광물을 선택했는데, 그 이유는 이 광물이 어떤 화강암질 암석 내의 마그마 기원을 말해주며, 화강암질 마그마의 안정성에서 600 MPa(깊이 21 km)이상의 압력에 한정되기 때문이다.11 연구실 실험에서는 녹렴석이 600 MPa 미만의 압력에서 화강암질 용융물질 내에서 빠르게 용해되는 것을 보여준다. 실제로, 화강암질 마그마(700-800℃)의 경우, 녹렴석 결정(0.2-0.7 mm)이 3-200년 이내에 저압의 화강암질 용융물질 내에서 용해된다는 것을 알아냈다. 그러므로, 만약 하부 지각으로부터의 마그마 이동이 더디다면(1,000년 초과), 녹렴석은 상부 지각의 저반 내에 보존되지 않을 것이다. 그렇지만 저자들은 Front 산맥(콜로라도)과 White Creek 저반(영국의 콜롬비아)의 화강암질 암석의 경우, 녹렴석 결정 내에서 800℃에서 50 년 미만에 용해된 0.5 mm 넓이의 결정(Front Range 암석의 경우)이 발견되었다는 것을 지적했다.

Brandon 등은 이렇게 주장한다.

”따라서 0.5 mm 결정의 보존은 600 에서 200 MPa의 압력에서 일년에 700 m보다 더 빠른 이동속도가 요구됩니다.”12

그들은 계속해서 녹렴석을 가지고 있는 White Creek의 저반 화강암질 마그마에 대해 매년 1.4×104 m(또는 14 km)라는 최대 상승 속도를 계산했다. 따라서, 녹렴석이 낮은 곳에서 결정화된 화강암질 마그마에서 보존된 것이 발견되었으므로, 지각 하부로부터의 화강암질 마그마의 이동은 빨랐음에 틀림없다 (1,000년 미만). 게다가, 상승하는 다이아퍼의 모델에서도 느린 마그마의 이동속도(0.3-50 m/년)와 10,000-100,000 년의 상승 시간을 지시하기 때문에,13, 14 녹렴석 결정의 보존은 다이아퍼보다 오히려 암맥을 통한 마그마의 이동을 암시할 뿐이다.

이 모든 것이 의미하는 바는 화강암질 마그마의 상승에 대한 격변적인 모델에 동의하는 몇몇의 주된 지질학자들(아직 모두가 동의하는 것은 아니다)에 의해 많은 진보가 현재 이루어지고 있다는 것이다. 그들의 발견들은 엄청나게 오래된 시간 척도(time-scales)를 극적으로 감소시키고 있다. 이러한 극적인 시간 감소는 심지어 지각 아래에서의 화강암의 용융 과정에도 해당된다. 화강암의 문제들을 완전히 해결할 수 있는 방법이 있다. 그렇지만, 지질학자들의 계산은 늘 동일과정설과 방사선 연대측정에 따른 수백만 년이라는 시간 척도에 기초하기 때문에 변화되지 않고 고정되어 있다. 그러나 전 지구적 대홍수에 의한 격변적 판구조론(catastrophic plate tectonics)과 같은 완전한 격변을 지지하는 이러한 발견들은, 기존의 생각을 성공적으로 전환시키는데 어떠한 본질적인 장애도 없는 것처럼 보인다. 이것은 화강암질 마그마의 냉각을 무시하지 않고, 한때 지각 깊은 곳에서부터 현재 위치로 화강암질의 마그마가 급격하게 이동되었다는 것이다. Pitcher는 우리에게 다음의 글을 상기시키고 있다.

 ”...전형적인 심성암의 고화작용에서 액상에서 고체상의 온도까지 이르는데 걸리는 추정시간에 대한 그의(Spera 15) 평가는 물의 함량에 따라 크게 달라지는데, 물의 함량이 0.5%와 4% (중량 백분율)사이에서 10 배나 감소하는 것을 주목할 필요가 있다.” 16

 

*참조 : Granite grain size: not a problem for rapid cooling of plutons 
http://www.answersingenesis.org/tj/v17/i2/plutons.asp

The rapid formation of granitic rocks: more evidence 
http://www.answersingenesis.org/tj/v15/i2/rocks.asp

Granite formation: catastrophic in its suddenness
http://creationontheweb.com/content/view/6171

 

REFERENCES

1. Young, D.A., 1977. Creation and the Flood: An Alternative to Flood Geology and Theistic Evolution, Baker Book House, Grand Rapids, Michigan, p. 184.

2. Hayward, A., 1985. Creation and Evolution: The Facts and the Fallacies, Triangle SPCK, London, p. 93.

3. Pitcher, W.S., 1993. The Nature and Origin of Granite, Blackie Academic and Professional, London, p. 187.

4. Petford, N., Kerr, R.C. and Lister, J.R., 1993. Dike transport of granitoid magmas. Geology, 21:845-848 (p. 845).

5. Clements, J.D. and Mawer, C.K., 1992. Granitic magmas transport by fracture propagation. Tectonophysics, 204:339-360.

6. Pitcher, Ref. 3, p. 186.

7. Petford et al., Ref. 4.

8. Petford, N., 1995. Segregation of tonalitic-trondhjemitic melts in the continental crust: the mantle connection. Journal of Geophysical Research, 100:15,735-15,743.

9. Petford, Ref. 8, p. 15,740.

10. Austin, S.A., Baumgardner, J.R.,Humphreys, D.R., Snelling, A.A., Vardiman, L. andWise, K.P., 1994. Catastrophic plate tectonics: a global Flood model of Earth history. In: Proceedings of the Third International Conference on Creationism, R.E. Walsh (ed.), Creation Science Fellowship, Pittsburgh, Pennsylvania, pp. 609-621.

11. Brandon, A.D., Creaser, R.A. and Chacko, T., 1996. Constraints on rates of granitic magmas transport from epidote dissolution kinetics. Science, 271:1845-1848.

12. Brandon et al., Ref. 11, p. 1846.

13. Mahon, K.I., Harrison, T.M. and Drew, D.A., 1988. Ascent of a granitoid diapir in a temperature varying medium. Journal of Geophysical Research, 93:1174-1188.

14. Weinberg, R.F. and Podladchikov, Y., 1994. Diapiric ascent of magmas through power law crust and mantle. Journal of Geophysical Research, 99:9543-9559.

15. Spera, F.J., 1982. Thermal evolution of plutons: a perameterized approach, Science, 207:299-301.

16. Pitcher, Ref. 3, p. 182.



번역 - 미디어위원회

링크 - http://www.answersingenesis.org/tj/v10/i2/granite.asp

출처 - TJ 10(2):175–177, August 1996

구분 - 3

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=760

참고 : 4276|2761|760|3172|2231|2922|2220|684|4017|3909|593|2116|3672|3698|2662|2663|3964|1571|3640|4308|4283



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