석영사암은 동일과정설 원리에 위반된다. : 진화론-지질학 [한국창조과학회 자료실]

미디어위원회

2026-02-12

석영사암은 동일과정설 원리에 위반된다.

(Quartzarenites violate the uniformitarian principle)

By Mike Oard. Ph D.

현대의 동일과정설 지질학자들은 석영사암의 기원을 설명할 수 없지만, 홍수 지질학자들은 설명할 수 있다.

지구에는 특이한 퇴적암들이 많이 존재한다. 그중 하나가 석영사암(quartzarenite)인데, 이는 시멘트로 굳어진 사암의 일종이다. 석영사암을 구성하는 모래는 현재 생성되는 것이 아닌 것으로 보이지만, 퇴적암 기록, 특히 선캄브리아기와 고생대 지층에서 엄청난 양의 석영사암들이 발견된다. 석영사암은 홍수 모델을 연구하는 창조론자들에게 중요한 정보를 제공하고 있다.

.미국 네바다주 그레이트 베이슨 국립공원(Great Basin National Park) 내의 도소 도야비(Doso Doyabi, 3,893m). <Wikipedia.org>

사암의 네 가지 주요 유형

교결된 사암(cemented sandstone)은 모든 퇴적암의 20~25%를 차지한다.[1] 사암은 네 가지 주요 유형으로 나뉘는데, 전통적으로 거의 모든 사암들을 분류할 수 있다.[2] 이들은 1)석영사암(quartzarenite), 2)암편사암(lithic arenite, 암석질사암), 3)장석질사암(arkose, 아르코스), 4)잡사암(graywacke, 그레이와케)이다. 석영사암은 개별 입자(grains, 알갱이)가 90~95%의 석영으로 구성되어 있고, 둥근 모양에서 매우 둥근 모양까지 다양한 형태의 '성숙(mature)’ 또는 '초성숙(supermature)' 교결된 사암이다.[4, 5] 만약 사암에 암석 파편(rock fragments, 암편)이 상당 부분(일반적으로 50% 이상) 포함되어 있고, 장석(feldspar)의 비율이 낮으면 '암편사암'이라고 한다. 장석이 25% 이상이고, 암편의 비율이 더 낮은 사암은 ‘장석사암’으로 분류된다. ‘잡사암’은 사암 입자들 사이에 15% 이상의 미세입자 기질이 존재하는 것으로 정의된다. 이 분류에는 개별 모래 입자에 결합하여 사암을 형성하는 교결물질(cements, 예로 실리카, 때로는 탄산염 및 기타 시멘트 물질)은 포함되지 않는다.

그림 1. 석영, 장석, 암편(암석조각)의 상대적 함량을 보여주는 전형적인 사암 삼각도. 6개의 암석 박편을 색깔로 구분하여 각 성분이 어떻게 다른 지를 보여준다.<Image: Michael C. Rygel, Wikimedia / CC BY SA 4.0>

사암의 분류는 항상 어려웠는데, 아마도 각 사암이 석영, 장석, 암편이라는 세 가지 주요 골격 입자들의 함량이 다양하기 때문일 것이다(그림 1). 퇴적학자 에두아르도 가르잔티(Eduardo Garzanti)는 기존 용어를 일부 통합하고 세분화하여, 새로운 사암 분류법을 고안했다.[6] 새로운 분류법을 고안한 이유 중 하나는 기존 분류 체계에서 사용되는 용어들이 다양하기 때문이다.

"...구식 분류 체계나 아르코스(arkose) 또는 그레이와케(greywacke)와 같은 어색한 용어에 기반한 번거로운 암석학적 설명은... 이러한 용어의 사용은 2세기 전 처음 도입된 이후로 논란이 되어 왔다."[7]

가르잔티의 분류는 직관적이지만, 그 정확한 분포나 기원을 파악하려면 16가지 개별 사암 유형에 대한 광범위한 분석이 필요하다. '아르코스'와 '그레이와케'라는 용어가 모호함에도 불구하고, 본 논문과 후속 논문에서는 사암에 대한 네 가지 고전적인 설명을 검토하여, '현재는 과거를 이해하는 열쇠'라는 동일과정설(uniformitarianism)은 의문시되며, 잘 설명될 수 없다는 것을 제시할 것이다.

석영사암은 무엇인가?

석영사암은 흔한 사암으로, 보그스(Boggs)에 따르면 모든 사암들 중의 약 33%를 차지하는 것으로 추정되고 있다.[8] 그는 이 비율은 페티존(Pettijohn)으로부터 얻었다. 따라서 석영사암은 모든 퇴적암의 약 7~8%를 차지하며, 이는 결코 적지 않은 양이다.

하지만 석영사암의 정의는 간단하지 않다.[9] 정확한 정의가 모호하여 석영사암을 이루고 있는 모래가 현재 형성되고 있는지, 형성되지 않는지 여부와, 암석기록에서 얼마나 흔하게 나타나는지 등에 대한 혼란으로 발생했을 가능성이 있다. 일부 연구자들은 교결된 석영 입자들의 함량이 90% 이상이어야 한다고 생각하는 반면, 대부분은 95% 이상이어야 한다고 생각하고 있다.[10, 11] 이를 광물학적 또는 조성적 성숙도(mineralogical or compositional maturity)라고 한다. 이에 비해 조직적 성숙도(textural maturity)는 석영 입자가 둥글거나 매우 둥근 형태를 띠는 것을 의미한다. 일부 연구자들은 교결된 모래를 석영사암이라고 부르기 위해서는 광물학적 성숙도만 필요하다고 생각한다.[12] 그러나 대부분의 연구자들은 석영사암이 광물학적 성숙도와 조직적 성숙도를 모두 갖춰야 한다고 생각하며[13], 본 논문에서는 이 정의를 사용한다.

그림 2. 미국 몬태나주 남서부의 그래블리 산맥 정상에서 발견된, 남서쪽에서 100km 이상 운반되어 온, 둥근 규암 거력(quartzite boulder). 왼쪽 하단에 변성작용으로 인한 유리질 조직이 보인다. 이 암석에는 오늘날 규암에서는 형성되지 않는 수많은 충돌흔(percussion marks)들이 있는데, 이는 격렬한 물의 흐름을 나타낸다.

석영사암은 때때로 변성규암(metaquartzite)이나 단순히 규암(quartzite, 석영암)으로 변성된다(그림 2). 이 논문에서는 다루지 않지만, 변성되지 않은 또 다른 유형의 규암이 있는데, 이를 '정규암(orthoquartzite)'이라고 하며, 단단하게 교결된 사암이다. 변성규암은 일반적으로 대륙 크라톤(continental cratons, 대륙괴)과 관련되어 있으며, 세립질 퇴적암층이 거의 끼어 있지 않다.[14] 석영사암과 변성규암은 주로 규소(silica)로 교결되어 있다.[15]

석영사암(quartzarenite)은 먼저 다른 암석들이 대부분에서 사라진, 개별 석영 모래 입자(quartz sand grains)에서 시작되어야 한다. 석영(quartz)은 화강암과 같이 석영을 많이 함유하는 화성암이나 변성암의 풍화, 또는 분해에서 유래했을 가능성이 높다. 그러나 이를 설명할 수 있는 지질학적 과정을 상상하기는 어렵다. "최종 모암인 화성암이나 변성암의 최소 75%가 완전히 풍화되어, 최소 95%가 석영 모래로 된 잔류물을 남기는 것을 어떻게 설명할 수 있을까?"[16] 석영사암을 구성하는 모래는 주로 화성암이나 변성암에서 화학적 및/또는 기계적 풍화 과정을 통해 직접 형성되어 둥글게 마모된 경우 '제1주기(first-cycle)' 석영 모래로 간주된다. 그러나 모래 알갱이가 기존의 석영사암에서 유래한 경우, 그 모래는 '다주기(multi-cycle)' 석영 모래로 간주된다. 이 모래가 고결되면, 다주기 석영사암(multi-cycle quartzarenite)이 된다.

퇴적 과정에서 석영 알갱이들은 물의 작용으로 둥글게 마모된다. 그런 다음 깊숙이 묻히고, 규소가 풍부한 이동하는 유체의 영향을 받아 모래 알갱이들이 교결되어 석영사암이 된다. 이후 석영사암은 상부 토사가 침식되면서 융기되고, 지표면에서 발견된다.

석영사암은 때때로 거대한 크기로 존재한다.

퇴적암 기록에는 엄청난 양의 석영사암이 포함되어 있는데, 예를 들어 캐나다 서스캐처원주 북부에 있는 두께 1,000m의 선캄브리아기 아타바스카 지층(Athabaska Formation)은 104,000km²에 달하는 면적을 덮고 있다.[17] 캐나다 북서부에 있는 텔론 지층(Thelon Formation)도 비슷한 규모이다.[17] 변성된 석영사암인 캄브리아기/오르도비스기 주라 규암(Jura Quartzite)은 무려 5,300m 두께에 달한다![18]

석영사암은 특히 고생대 초기에, 예를 들어 오르도비스기의 세인트 피터 사암층(St. Peter Sandstone)처럼 얇고 넓게 퍼진 사암층 형태로 퇴적되기도 하는데, 이 사암층은 미국 중부 지역 582,750km²에 걸쳐 얇게 노출되어 있다.[19] 또한, 캄브리아기/오르도비스기에 북아프리카의 대서양 연안에서 페르시아만까지 1,500만km³에 달하는 거대한 석영사암층이 북쪽으로 흘렀던 고대 해류에 의해 퇴적되었다.[20]

놀라운 로라이마 석영사암

남미 베네수엘라에 주로 노출되어 있는 고원생대(paleoproterozoic) 로라이마 지층(Roraima Formation, or Supergroup)(그림 3)은 두께가 2,500m가 넘는 석영사암으로 이루어져 있다. 한때 약 25만 km²에 달하는 광대한 지역을 덮고 있었지만, 현재는 90%가 침식되어 '테푸이(tepuis, 가파른 절벽과 평평한 정상부를 가진 고대 사암 산들)'라고 불리는 높은 메사(mesas)와 고원(plateaus) 형태의 침식 잔해로 남아 있다.[21, 22] 이 사암은 약간의 변성작용만을 거쳐, 지역적으로 독특한 규암을 형성하고 있다. 이 지역은 신비롭게도 거대한 동굴들과 일부 테푸이 정상에 깊은 싱크홀들이 많이 분포되어 있다. 세계에서 가장 큰 폭포인 앙헬 폭포(Angel Falls)도 이 지역에 있다. 그러나 멀리 떨어진 외곽 지역까지 포함하면, 모래는 2.4 × 10⁶ km²에 달하는 면적에 퇴적되었을 것으로 추정되는데, 이는 프랑스 면적의 네 배에 해당하는 엄청나게 광대한 크기이다.[21] 이 지역에는 100개가 넘는 메사와 고원들이 존재한다. 테푸이는 삼림이 있는 바닥면 보다 최대 1,000m 높이까지 솟아있을 수 있다(그림 4)! [23] 테푸이의 정상은 침식된 평탄면으로 간주되며, 침식량은 약 3,000m에 달하는 것으로 추정되고 있다![23] 로라이마 지층의 퇴적과 침식은 고원생대 동안 강력한 격변적 작용이 있었음을 나타낸다.

그림 3. 베네수엘라 남동부에 주로 위치한 테푸이들의 위치. <Image: Every-leaf-that-trembles, Wikimedia / CC BY SA 4.0>

그림 4. 베네수엘라 그란 사바나 국립공원(Gran Sabana National Park)에 있는 쿠케난 테푸이(Kukenan Tepuy, 해발 2,700~2,800m). <Image: Paolo Costa Baldi, Wikimedia / CC BY SA 3.0>

석영사암의 시대별 분포

지질주상도(geological column)를 기준으로 석영사암의 시기별(시간적) 분포는 어떠하며, 그것의 의미는 무엇일까? 석영사암은 선캄브리아기(Precambrian)에서 훨씬 더 많이 나타나고, 현생누대(Phanerozoic)로 갈수록, 그리고 위쪽으로 갈수록 적게 나타난다. 도트(Dott)는 다음과 같이 말한다.

“실제로 선캄브리아기에는 현생누대보다 훨씬 많은 양의 순수 석영사암들이 존재한다. 이들은 대부분의 대륙에서 발견되며, 많은 경우 판상 형태가 아니라, 수백에서 수천 미터 두께로 존재한다.”[24]

석영사암은 초기 및 후기 시생누대(Archean)에서도 발견된다.[18]

더욱이 선캄브리아기와 초기 고생대의 석영사암은 다른 사암에 비해 셰일이 거의 교차(interbed)되어 있지 않은, 중간에서 거친 입자들을 가진 경우가 흔하다. 예를 들어, 석영사암은 선캄브리아기/캄브리아기 대부정합(Great Unconformity) 위에 전 세계적으로 분포되어 있으며, 로렌첸(Lorentzen) 등은 "초기 캄브리아기 석영사암 퇴적물은 전 세계적으로 산출된다"고 언급했다.[25]

오늘날 제1주기의 꽤 둥근 거의 순수한 석영 모래가 생성되는 곳이 있는가?

교결된 석영사암의 형성과정을 논하기 전에, 먼저 고려해야 할 중요한 질문은 오늘날 제1주기의 꽤 둥근(well-rounded), 거의 순수한 석영 모래가 지구상 어디에서 생성되고 있는가 하는 것이다. 이는 석영사암을 구성하는 모래가 동일과정설적 원리를 위반하고 있는지 아닌지 여부를 판단하는 데 중요한 요소이다. 기존 과학자들은 오늘날 지구상에서 고품질 석영 모래가 생성되는 곳이 두 곳 있다고 생각한다. 하나는 고온다습한 기후에서 산성비나 토양 속 유기산에 의한 침식이 활발하게 일어나는, 화학적 풍화작용이 강한 지역이다. 안정적이고 대체로 평탄한 지형은 풍화작용이 완료될 때까지 오랜 시간을 제공한다. 그러한 환경은 입자들에게 더 안정적일 수 있어서, 석영, ZTR(zircon(지르콘), tourmaline(전기석), rutile(금홍석)) 같은 광물들이 더욱 농축된다. 이러한 환경은 남미 대륙 북부의 강우대와 중앙아프리카의 콩고강 유역에서 찾아볼 수 있다.

남미 대륙

존슨(Johnsson et al.) 등은 제1주기 석영모래(first-cycle quartz sand)가 장기간에 걸친 강렬한 화학적 풍화작용으로 형성될 수 있다고 주장하였다. 그들은 이 모래가 콜롬비아와 베네수엘라 남부, 안데스산맥 동쪽의 야노스 분지(Llanos Basin) 동부의 화강암 표면과 가이아나 순상지(Guyana Shield) 서부의 저지대에서 형성되었다고 생각하고 있었다(그림 5 및 6).[26, 27] 이 지역의 기후는 따뜻하고 습하며, 배수는 남아메리카 대륙 북부의 오리노코 강(Orinoco River)을 통해 이루어졌다는 것이다(그림 7). 강렬한 화학적 풍화작용은 풍화된 화강암으로부터 석영 모래를 남겼고, 오랜 기간에 걸쳐 '하천계'를 여러 번 통과하면서 조직적 성숙도(textural maturity)에 도달했다는 것이다 : "‘조직적’의 기준은 무엇일까? 그것은 하천 시스템을 여러 번 통과하면서 둥근(roundness) 정도가 증가했다는 것은 합리적인 것으로 보인다."[28] 그러나 이는 물이 모래 알갱이를 둥글게 만들지 않는다는 것을 보여준 쿠에넨(Keunen)의 실험 결과와 상반된다.[29] 가르잔티(Garzanti) 또한 존슨 등의 결론에 동의하지 않으며, 하천, 연안, 심지어 바람에 의한 운반과 같은 물리적 과정이 성숙 또는 초성숙 사암을 생성할 수 있었다는 것은 신화라고 여기고 있다.[4]

그림 5. 오른쪽 하단의 삽입된 그림은 콜롬비아의 가이아나 순상지(Guyana Shield) 서쪽인, 북부 안데스산맥의 동쪽 전면부를 보여준다(Gonzalez-Penagos et al., ref. 30). 야노스 분지(Llanos Basin)는 그림 상단 부근에 붉은색으로 표시되어 있다. 본 지도는 고도에 따라 색상으로 구분된 지형을 보여주는데, 적갈색은 고지대를, 녹색은 저지대를 나타낸다. 또한 하천계, 석유 및 가스 유출 발생 지역, 시추공 위치도 표시되어 있다.

그림 6. 남미 북부의 가이아나 순상지(Guyana Shield)를 고도별 색깔로 구분하여 나타낸 그림. 갈색은 고고도를, 녹색은 저고도를 나타낸다. <Image: Suriname Central, Wikimedia / CC BY SA 4.0>

남미 대륙의 열대 정글에서 1차 석영 모래가 형성되고 있다는 주장에는 또 다른 문제점이 있다. 오리노코 강(Orinoco River) 동쪽, 가이아나 순상지(Guyana Shield)의 일부에는 주로 석영사암으로 이루어진 로라이마 지층(Roraima Formation)이 있다. 이 지층은 심하게 침식되었기 때문에(위 참조), 주장되는 석영사암의 상당 부분은 침식 암설(erosional detritus)일 것이다. 그러나 존슨 등은 자신들이 분석한 석영 모래가 로라이마 지층에서 침식된 모래에서 유래했다는 주장에 동의하지 않는다. 그들의 근거는 저지대의 화강암질 가이아나 순상지 모래가 로라이마 지층에서 침식된 석영보다 더 둥글다는 것이었다. 하지만 이는 로라이마 지층에서 침식된 석영에 로라이마 석영 사암의 둥근 입자를 덮고 있는 거친 시멘트층이 여전히 존재하기 때문이다. 존슨 등은 조직적 성숙도에 대한 추가 연구가 필요하다는 점을 인정하고 있었다 : "제1주기 석영사암과 다주기 석영사암을 구분하는 것은 매우 어렵다."[28]

포터(Potter)는 오리노코 강 유역 외에도 남미 대륙의 여러 강들에서 모래들을 조사했다.[31] 그는 석영 모래가 대륙괴, 특히 여러 광범위한 침식면을 가진 가이아나 순상지와 브라질 순상지를 흐르는 모든 강들에서 발견된다는 것을 발견했다. 이것은 남미 대륙 면적의 62%에 해당한다. 포터는 존슨 등이 분석한 오리노코 강 모래가 순상지, 즉 로라이마 지층에서 침식된 석영사암에 의해 오염되었을 가능성을 제기했다. 강 모래는 광물학적으로는 성숙했지만, 포터는 저지대 순상지 지역의 모래를 아각상(subangular, 약간 모난)으로 분류했다. 즉, 조직적으로 성숙하지 않았다는 것이다. 도트 또한 오리노코 유역의 모래가 조직적으로 미성숙하다는 점을 지적했다.[24] 요약하자면, 존슨과 그의 동료들이 분석한 석영 모래는 광물학적으로는 성숙했지만, 암석기록에 나타나는 거의 모든 암석화된 석영사암과는 달리 조직적으로는 성숙하지 않았다는 것이다.

그림 7. 오리노코 강 배수 유역(Orinoco drainage basin) <Image: Milenioscura, Wikimedia / CC BY SA 4.0>

콩고 분지

또 다른 고온 다습하고 안정적인 환경은 중앙아프리카의 콩고 분지(Congo Basin)로 (그림 8), 이곳에서 제1주기 석영 모래가 형성될 수 있다. 실제로 콩고 강은 대부분 둥근 모양에서 매우 둥근 모양의 고함량 석영 모래를 하구로 운반한다.[32, 33] 그러나 가르잔티 등은 성숙한 석영 모래가 중앙아프리카에서 일어나고 있는 강렬한 화학적 풍화작용의 결과물은 아닐 가능성이 높다고 지적한다. 이는 콩고 강 유역에 수많은 고대의 초순수 석영 사암도 존재하기 때문이었다. 따라서 콩고 분지의 석영 모래가 제1주기 인지, 다주기 인지를 증명하기는 어렵다.[32, 34] 실제로 가르잔티 등은 콩고 분지의 석영 모래가 다주기를 거쳤다고 주장한다. "따라서 석영 모래의 풍부함은 풍화 강도보다는 유역과 재주기 지역에 존재하는 석영질 사암의 풍부함을 주로 반영한다."[35] 그들은 다음과 같이 말한다. "순수한 석영질 모래는 두꺼운 상부 원생대 석영사암을 포함하는 피복층이 노출된 유역에서만 발견된다."[9]

그림 8. 콩고 강 배수 유역(Congo River drainage basin) <Image: Kmusser, Wikimedia / CC BY SA 4.0>

석영사암은 동일과정설 원리를 위반한다.

존슨과 그의 동료들을 비롯한 일부 연구자들의 주장과는 달리, 제1주기에서 형성된 꽤 둥근 깨끗한 석영 모래는 오늘날에는 형성되지 않는 것으로 보인다.

“퇴적암석학(sedimentary petrology)에서 결코 해결되지 않은 문제는 석영과 가장 내구성이 강한 중광물(heavy minerals)로만 구성된 사암(sandstone)의 기원이다.”[36]

오늘날 이러한 모래를 형성되는 것은 매우 어렵기 때문에, 콩고 강 배수 유역의 연구자들은 고대 석영사암은 전부는 아니지만 대부분이 다주기를 거쳤을 것에 틀림없다고 주장한다. 그러나 이는 특히 석영사암을 포함하는 지층의 엄청난 규모(위 참조)를 고려할 때, 광물학적으로나 조직적으로 성숙한 제1주기 석영 모래가 애초에 어떻게 생성되었는지에 대한 의문을 제기한다. 따뜻하고, 습하며, 지형의 기복이 거의 없는 환경에서의 화학적 풍화작용만으로는 충분하지 않다.

“더욱이, 암석기록에서 순수한 석영사암이 풍부하게 발견되고 있는 것은 화학적 풍화나 물리적 재순환만으로는 설명하기 어렵다.”[36]

“… 석영과 ZTR 광물로만 구성된 제1주기 모래는 현대 지구의 대기 및 기후 조건에서 화학적 풍화작용만으로는 생성될 수 없다.”[37]

결과적으로 퇴적학자들은 100년이 넘는 세월 동안 석영사암의 기원에 대해 논란을 벌여 오고 있다. 이러한 사암의 존재 자체가 그들 연구의 기초 가정인 동일과정설 원리에 대해 도전하고 있는 것이다.

"또 다른 '비동일과정설적'으로 보이는 사암의 종류는 선캄브리아기 후기에 널리 분포하는 것으로 보이는 매우 두꺼운 석영사암이다. 온타리오의 로레인(Lorrain), 위스콘신의 바라부(Baraboo), 서스캐처원의 아타바스카(Athabaska), 유타의 유인타(Uinta)와 같은 규암(주로 정규암, 또는 단단하게 교결된 사암)은 모두 매우 순수하고, 두께가 1,000m를 훨씬 넘는 반면, 현생누대의 석영사암은 매우 얇아서 두께가 수십 미터를 넘는 경우가 드물다."[38]

선캄브리아기와 현생누대 석영사암의 차이점을 살펴보는 것은 흥미롭지만, 그럼에도 불구하고 원래의 잘 다듬어진 거의 순수한 석영 모래와 석영사암의 형성은 동일과정설 원리를 위반하고 있다는 점은 도트(Dott)의 주장에서도 강조되었다.

“이처럼 놀라울 정도로 순수한 사암들의 기원에 대한 100년에 걸친 논쟁은 해결되지 않은 채 남아 있는데, 이는 주로 그것들이 현실적이지 않아 보이기 때문이다.”[39]

최근 논문에서 콘스탄티누(Konstantinou et al.) 등은 “수많은 연구들에도 불구하고, 이러한 사암이 어떻게 형성되었는지에 대한 100년 동안의 논쟁은 여전히 해결되지 않고 있는데, 이는 주로 퇴적물의 구성 및 조직적 순수성 때문이다”라고 선언했다.[40] 페스토(Pastore et al.) 등도 이 결론을 지지하고 있었다 :

“제1주기 석영사암의 존재에 대한 논쟁은 오랫동안 계속되어왔는데… 현대의 모래 연구를 통해 석영과 ZTR 광물로 거의 완전히 구성된 모래는 현대 지구에서 가장 가혹한 기후 조건에서도 기계적 또는 풍화작용의 결과물이 될 수 없으며, 불안정한 광물의 최종 정화에는 광범위한 층내 용해, 즉 이전 퇴적 주기의 풍화 및 속성 작용으로부터의 계승이 필요하다는 것이 명확해졌다… 따라서 순수한 석영질 조성은 모래들이 주로 석영이 풍부한 모암 사암(parent sandstones)의 물리적 분해로 생성된 파편의 균질화로부터 유래되었으며, 이는 아마도 더 오래된 모암 사암에서 유래되었을 것이고, 그 계보는 아주 오래전 과거에 뿌리를 두고 있음을 의미한다.”[41]

석영사암은 대부분의 사암과 마찬가지로 다른 방식으로도 동일과정설 원리를 위반한다. 현대의 모래는 대부분 규모가 작고, 일반적으로 길고 좁고 얇은 반면, 암석기록에 나타나는 사암은 거대한 3차원 판상(three-dimensional sheets) 구조를 갖고 있다.

"현대에 흔히 모래가 쌓이는 장소인 해변과 강은 대부분 선형 구조를 갖고 있으며, 이와 관련된 모래는 좁은 지역에 국한되어 있다는 점이 주목할 만하다. 그러나 과거의 모래는 일반적으로 넓은 지역에 걸친 층상(stratiform sheets) 형태로 나타난다."[42]

창조과학적 설명

동일과정설론자들은 광물학적으로나 조직학적으로 성숙한 석영사암의 기원과 그것이 때때로 광대한 지역에 또는 두텁게 쌓여있는 현상을 설명할 수 없지만, 창조론자들은 대홍수를 통해 이를 설명할 수 있다. 퇴적암에 포함된 대량의 석영사암은 전 지구적 대홍수에서 예측되는 것이며, 많은 사암층들의 거대한 규모와 잘 부합한다.

매우 둥글고 거의 순수한, 바람에 의한 것이 아닌 석영 모래.

휘트모어(Whitmore)와 그의 동료들은 지구상의 많은 사암층들에 대한 풍성(eolian, 바람에 의한) 기원이 잘못된 동일과정설적 해석임을 보여주었다(그림 9).[43, 44, 45, 46] 코코니노 사암층(Coconino Sandstone)은 장석 함량이 너무 많고, 입자가 둥글지 않기 때문에, 석영사암으로 분류되지 않는다. 동일과정설 과학자들이 이 사암에 대한 상세한 암석학적 분석을 수행한 적이 없다는 사실이 밝혀졌다. 대신 연구자들은 풍성 기원설을 뒷받침하기 위해 자신들의 주장에 유리한 사실만을 선별적으로 제시했다. 코코니노 사암층은 평균적으로 입자 크기가 중간 정도이고, 부분적으로만 입자 크기가 양호하며, 모래 입자들은 아각형에서 아원형(sub-angular to sub-rounded)이다. 이 지층에는 운모(mica), 각진 칼륨장석(angular K-feldspars), 백운석 오이드(dolomite ooids), 백운석 쇄설물(dolomite clasts), 층상 백운석(bedded dolomite), 백운석 시멘트(dolomite cements)가 포함되어 있다. 운모는 풍성 작용으로 빠르게 파괴되지만, 물에 의해서 반드시 파괴되는 것은 아니다.[47] 이러한 특징들은 현대 풍성 모래의 전형적인 특징이 아니다.

그림 9. 코코니노 사암층 내의 사층리(cross-bedding). 이 지층은 허밋 (셰일) 지층(Hermit Formation) 위에 칼날처럼 놓여 있다. 기존 과학자들은 이 접촉면에서 500만 년에서 1000만 년 동안의 암석 기록이 누락되었다(잃어버렸다)고 주장한다.

입자들의 무광택화는 반드시 바람 때문만은 아니다.

석영 모래 알갱이의 무광택화(frosting) 현상은 종종 (사막에서) 바람에 의한 둥글어짐의 징후로 여겨지고 있다.[48] 그러나 무광택화 현상은 화학적 풍화작용으로 인해 발생하는 경우가 더 많다. "무광택화 현상 및 둥글어짐과 같은 표면 질감은 화학적 용해 및 풍식 작용을 포함한 다양한 과정들에 의해 발생할 수 있다."[49]

입자들이 둥글고 거의 순수한 석영 모래는 화학적 풍화작용을 동반한 강력한 물흐름(turbulence, 난류)을 시사한다.

그렇다면 전 지구적 홍수 때에 둥글고 거의 순수한 석영 모래가 풍부했던 원인은 무엇일까? 빠른 해류와 강력한 난류가 그 원인일 수 있다. 노아 홍수 초기의 산성(acidic) 환경은 화학적 풍화를 일으켜, 대부분 석영 함량이 높은 모래를 남겼을 수 있다.[25] 또는 난류로 인한 강렬한 기계적 풍화작용이 더 부드러운 광물을 분쇄하여, 석영과 일부 무거운 광물만 남겼을 수도 있다.

하지만 물이 둥글고 거의 순수한 석영 모래를 만들어낼 수 없다는, 쿠에넨(Kuenen)의 하천 실험과 가르잔티(Garzanti)의 결론은 어떻게 설명할 수 있을까? 이 두 결과 모두 동일과정설을 전제로 하고 있다. 쿠에넨의 실험은 바닥이 느슨한 모래가 아니라 단단한 콘크리트였고, 유속이 84cm/sec로 너무 낮았기 때문에, 모래 입자들이 부유 상태가 아니었다는 점에서 부자연스러웠다.[29] 모래 이동에 대한 현대의 연구들은 모두 느린 유속과 낮은 난류 조건에서 이루어졌는데, 오렌지 강(Orange River)을 따라 그리고 남서 아프리카 해안을 따라 북서쪽으로 이동하는 모래에 대한 가르잔티의 연구가 그 예이다.[4]

그러나 훨씬 더 강한 난류와 유속은 중간 굵기의 모래 입자들을 둥글게 만들 수 있다. 일부 증거에 따르면, 펀디 만(Bay of Fundy)의 조석 환경에서 모래가 빠르게 이동하면서 모 입자보다 더 둥근 모래 입자들이 생성되었다고 한다.[50] 폴크(Folk)는 충분한 에너지가 있다면 둥근 모래가 생성될 수 있다고 주장했다.[51, 52] 둥글게 되는 것은 주로 모래 입자가 더 강하게 부딪히는 것에 달려 있으며, 이는 강한 난류에 의해서 훨씬 더 효율적으로 발생한다.

시간 흐름에 따른(진화론적 지질시대에 따른) 변화는 어떻게 설명될 수 있을까?

일단 꽤 둥글어진 거의 순수한 석영 모래가 형성되어, 깊이 매몰되면, 실리카(silica)는 모래들을 교결시켜 석영사암이 되도록 한다. 시간적 분포를 보면, 선캄브리아기에 석영사암의 양이 훨씬 많고, 지질주상도를 따라 위쪽으로 갈수록 감소하는 것을 알 수 있다. 이는 선캄브리아기 퇴적암은 대홍수 초기 때 형성되어, 격렬한 해류로부터 더 잘 보호되는 깊은 분지와 열곡에 주로 퇴적되었기 때문인 것으로 생각된다. 선캄브리아기에 다세포 동물 화석들이 부족한 것은 강력한 해류, 산성수, 고온수와 같은 선캄브리아기 퇴적암의 독특한 특성 때문일 수 있다.[53, 54] 로라이마 지층(Roraima Formation)은 고원생대(Paleoproterozoic)에 거대한 분지에서 퇴적되어, 넓은 지역에 걸쳐 수천 미터 두께의 석영사암이 형성된 것을 나타낸다. 그 후 분지가 뒤집히면서(inverted), 막대한 침식이 일어났고, 석영사암은 침식 잔해(테푸이)로 남게 되었다.

이러한 엄청난 지질 활동을 뒷받침하는 증거는 원생대와 시생대에 발생한 대규모 충돌 구조(impact features)에서 찾아볼 수 있다.[55, 56] 이러한 충돌은 노아 홍수 이전/홍수 경계(pre-Flood/Flood boundary)가 대부분 선캄브리아기 퇴적암 아래에 있어야 한다는 것을 시사할 뿐만 아니라, 충돌로 인해 상부 지각의 화강암과 편마암과 같은 석영 근원암에서 석영사암이 형성될 만큼 충분히 빠른 해류와 강렬한 난류가 발생했음을 보여준다. 이러한 해류와 난류는 선캄브리아기에 광범위한 지역에 걸쳐 엄청난 두께로 매우 둥글고 거의 순수한 석영 모래를 생성하기에는 엄청나게 강력해야 했다. 충돌구 형성(impact cratering)은 이러한 현상을 일으킬 수 있다. 선캄브리아기와 초기 고생대의 모래 입자들은 거칠었기 때문에[57], 훨씬 더 빨리 둥글게 변할 수 있었다. 가는 모래 입자들은 일반적으로 둥글게 변하지 않는데, 이는 한 입자가 다른 입자에 가하는 힘이 날카로운 모서리를 깎아낼 만큼 충분하지 않기 때문이다.

많은 선캄브리아기 석영사암의 거대한 두께는 침강하는 열곡(rifts, 갈라진 틈)과 분지(basins)에 퇴적되어, 두꺼운 퇴적물로 덮이고, 실리카가 풍부한 유체로 교결된 결과일 것이다. 대홍수 초기 동안 강력한 해류와 난류는 대륙 지각 위쪽과, 퇴적암으로 채워진 일부 분지 상층부에, 대부정합(Great Unconformity)과 같은 평탄한 표면을 형성했을 것이다. 커다란 충돌들의 감소와 홍수 에너지의 감소로 인해, 대퇴적(Great Deposition)으로 이어졌다.[58] 이때 현생대(Phanerozoic, 고생대 중생대 신생대) 퇴적물이 퇴적되었으며, 특히 미국 중서부의 세인트피터 사암층(St. Peter Sandstone)처럼 고생대 초기 석영사암이 비교적 얇고 광대하게 분포하는 이유일 가능성이 높다.

홍수 이전/홍수(pre-Flood/Flood) 경계에 대한 함의

석영사암이 선캄브리아기와 초기 고생대에서 가장 흔한 교결 사암이라는 사실은 선캄브리아기와 캄브리아기 사이에 주요 퇴적학적 단절이 없으며, 홍수 이전/홍수 경계가 지질주상도 기둥에서 더 아래쪽에 위치해야 함을 시사한다. 게다가, 그러한 거대한 시생대 및 원생대의 충돌들은 창조주간이나 창조와 노아 홍수 사이에 발생했을 가능성은 매우 낮다. 그리고 탄산염암, 인광석(phosphorites), 흑색 셰일(black shales)의 발생이나 풍부도에서도 선캄브리아기/캄브리아기 경계를 가로지르는 단절이 없다.[59] 그러나 원생대와 후기 시생대에는 빗방울 자국 인상이 있다. 이는 홍수 이전/홍수 경계가 선캄브리아기/캄브리아기 경계보다 훨씬 아래쪽에 위치하고 있음을 시사한다.[60]

결론

오늘날 환경에서는 입자 성숙도(즉, 꽤 둥글게 마모된 정도)를 가진 높은 순도의 석영 모래가 거의 만들어지지 않는다는 것은, 암석기록에서 특히 선캄브리아기 후기와 고생대 초기에 암석화된 둥글게 마모된 입자들의 순수한 석영 모래와 극명한 대조를 이룬다. 따라서 석영사암은 ‘현재는 과거를 이해하는 열쇠’라는 동일과정설 원리(uniformitarian principle)에 위반된다.

꽤 둥글고 거의 순수한 석영 모래는 시생대와 원생대의 충돌들에서 발생했을 법한 강력한 난류와 빠른 해류에 의해, 전 지구적 대홍수 초기에 쉽게 형성되었을 가능성이 높다. 선캄브리아기의 매우 둥글고 거의 순수한 석영 모래는 대홍수 초기에 형성된 깊은 열곡과 분지에 퇴적된 것으로 보인다. 현생대의, 특히 고생대 초기의 둥글고 거의 순수한 석영 모래는 대퇴적 기간 동안에 다른 종류의 퇴적물들과 함께 광대한 지역에 얇은 층으로 퇴적되었다.

다른 종류의 사암, 특히 아코스 사암과 그레이와크 사암은 ‘현재는 과거를 이해하는 열쇠’라는 동일과정설 원리에 위배되는 독특한 특성을 보인다. 사암은 퇴적암의 20~25%를 차지하기 때문에, 이는 동일과정설 원리가 상당수의 퇴적암을 설명할 수 없다는 것을 의미한다.

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