퇴적층의 엽층에 관한 실험

퇴적층의 엽층에 관한 실험

(Experiments on Lamination of Sediments)


    퇴적학 (Sedimentology) - 여러 가지 퇴적물과 퇴적암 엽층을 발생시키는 퇴적작용에 수반되는 주기적인 점이층리(periodic graded-bedding) 작용으로 생기는 퇴적암 엽층에 관한 실험.


이러한 퇴적 작용 실험은 이질적인 입자상 물질들을 지속적으로 공급하면서 잔잔한 물에서 실시되었다. 연속적인 지층(beds)이나 엷은 층(laminae)에 대한 착각을 일으키며 퇴적층이 형성되었다. 이러한 엷은 층들은 이질적인 입자상 혼합물의 퇴적으로 바로 일어나는 자발적이고 주기적이며 지속적인 분급 과정의 결과였다.

엽층의 두께는 퇴적 작용의 속도와는 관계가 없어 보이나, 혼합물 내의 엄청난 입도(the size of the particles) 차에 따라 증가하였다. 수평류가 흐르는 곳에서는, 물이 흐르는 방향에서 측면으로 발달한 가느다란 엽층의 포개진 층들이 관찰되었다.

 

서 론

지질학자들은 전통적으로 엽층(laminae)을 1cm 미만의 두께를 가진 층으로 여겨왔다. Augustin Lombard는 엽층을 층(bed) 또는 지층(stratum) 내에서 퇴적암의 특성을 나타내는 모든 구조를 동반한 엽층 군(lamination groups)으로 정의하였다. 층 또는 엽층은 암석학적으로 분명히 구별되는 수평면을 가진 지층의 내부 배열이다.1

지층(stratum)은 두 경계면 사이에 포함되어 있는 퇴적학적 단위이며, 연속적인 상(phase) 동안 축적된 다양한 구조의 퇴적물로 구성된다.2 지층의 기원에 관해서 Lombard는 다음과 같이 썼다.

”2차원적으로 평행한 엽층의 기원은 퇴적작용 동안 물의 흐름으로 인한 것이다.”3

”지층 내의 반복적인 점이층리는 엄청난 퇴적물의 흐름에서 연속적인 파동(pulsation)으로 형성된 것처럼 보인다.” 4

하지만, Lombard는 또한 이렇게 썼다. ”Kuenen(1966)는 어떤 흐름의 파동 없이 이 엽층을 재생했는데, 그것들은 속도가 줄어드는 동안에 형성된 것이다.”5 이것을 읽고서, 어떤 흐름이 엽층 형성에 필요했는지, 그리고 이 엽층들이 잔잔한 물에서 단지 지속적인 퇴적 작용으로는 생성될 수 없었는지에 대해 나는 알고 싶어졌다.

 

기초 실험

이 가설을 확인하기 위해서, 나는 매우 간단한 3 가지 실험을 수행했다.

1. 메틸렌 블루로 채색된 0.3-0.4 mm 사이의 크기에 분포하는 모래 입자 25%와 20-80 ㎛ 사이의 규산 가루 75%를 함유하는 혼합물을 준비했다. 그 다음, 10분 동안 건조한 혼합물을 원뿔모양의 2ℓ 짜리 용기에 부었다. 그림 1은 일정한 속도로 용기에 떨어뜨린 혼합물에 의해 생성된 충적층 원뿔을 보여준다.

그림 1. 건조한 퇴적물의 흐름으로 만들어진 엽층.

용기 바닥에, 대략 2.5mm 두께의 규산가루와 그 아래 푸른 색 모래로 이루어진 거의 수평적인 층들이 즉각적으로 나타났다. 현저하게 평행한 층이 가루 혼합물의 건조한 흐름에 의해 만들어질 수 있었다.이러한 실험은 같은 크기의 입자들의 분리를 보여준다.


2. 같은 혼합물 5kg을 물로 가득한 2ℓ 짜리 시험관 속으로 혼합물을 다양한 속도로 연속적으로 흘려보내는 가루 분배기의 깔때기에 부었다. 400g 짜리 혼합물을 시간당 140g의 속도로 시험관에 부었다. 그러자 엽층의 겹겹이 쌓인 퇴적물이 만들어졌다. 엽층의 두께는 약 2.5mm로 실제적으로 일정했다. 건조된 퇴적물의 횡단면에서도 엽층을 보여줬다.


3. 엽층 메커니즘을 더 잘 관찰하기 위해서, 이전의 실험을 메틸렌 블루로 물들어 있는 물에서 반복했다. 그림 2는 결과적으로 생긴 퇴적물의 윗부분이 나머지 퇴적물보다 더 분명함을 보여주었다. 이 윗부분은 대부분 푸른 색 모래입자들이 관통한 규산 가루로 구성된 링을 형성하였다. 링이 두꺼워짐에 따라, 푸른 모래의 얇은 층이 그 속에 나타났다. 이것은 새로운 엽층의 기저를 구성하며 계속 이어졌다.

그러므로 이 엽층의 기원은 퇴적된 혼합물 내에서 같은 크기의 입자의 분리로 생긴 것임이 분명하다. 점이층리(graded bedding)는 퇴적작용 후에 퇴적물 그 자체 내에서 만들어졌다. 어떠한 지층누중의 층도 없었다.

그림 2. 물 속 흐름에 의해 생긴 엽층.

 

퇴적 속도의 영향

퇴적 속도는 엽층의 두께에 변화를 일으키는가?

메틸렌 블루에 채색된 0.135-0.400 mm의 모래(sand)와 20-40 ㎛ 사이의 규산가루(siliceous powder)가 사용되었다.

1. 규산 가루의 퇴적 속도 내의 변화.

가루 50, 100, 200, 300 ㎤를 연속적으로 물로 가득한 시험관에 희석시켰다. 퇴적 시간은 희석되는 가루의 양이 증가함에 따라서 증가했다. 이 각각의 희석액 속으로, 80 ㎤ 부피의 모래를 5분 동안 흘려보냈다. 그 결과 엽층의 두께는 약 2.5mm로 일정했다.

2. 모래의 퇴적 속도 내의 변화.

40, 80, 120 ㎤의 모래를 2ℓ의 물 속에 있는 200 ㎤ 규산가루가 들어있는 같은 희석액에 5분 동안 연달아 부었다. 그 결과 지층의 두께는 약 2.5mm로 일정했다.

3. 모래와 규산 가루 퇴적 속도의 동시 변화.

25%의 모래와 75%의 규산 가루로 구성된 혼합물을 시간당 140g의 속도로, 그 다음에는 2 배와 3 배의 속도로 분배기에서 물로 가득한 시험관으로 흘려보냈다. 그림 3은 엽층의 두께가 일정함을 보여준다.

그림 3. 엽층의 두께는 퇴적 속도와 무관하였다.

명백한 결론은 실험적 한계 내에서 엽층의 두께는 퇴적 속도와 관계가 없다는 것이었다.

 

입자 크기의 영향

엽층은 입자 크기의 극단적인 차이에 따라 두께가 다양해지는가?


1. 커다란 모래 입자의 크기에 따른 두께의 변화.

물이 든 시험관에 희석시킨 20-80 ㎛ 사이의 200 ㎤ 규산 가루를 각각 5분 간격으로 100 ㎤의 더 큰 입자의 모래에 각각 부었다. 그 결과 얇은 층의 두께는 다음과 같이 모래의 입자크기가 커짐에 따라 증가했다:

 모래 입자 크기 (mm)

엽층의 두께 (mm)  

  0.125-0.160

  2

  0.200-0.250

  2

  0.315-0.400

  2.5

  0.500-0.630

  2.7

  0.630-0.800

  3

  0.800-1.000

  엽층이 형성되지 않음.


2. 규산 가루의 입자 크기에 따른 두께의 변화.

0.3-0.4 mm 크기의 100 ㎤ 모래에 매번 크기를 증가시켜 6 배 분량의 200 ㎤ 규산 가루와 모래를 연속적으로 섞었다. 분리 플라스크에 혼합물을 각각 5분 동안 붓고 나자, 엽층이 관찰되었다. 엽층의 두께는 미세 가루의 입자크기와 더불어 증가했으나, 다음과 같이 어떤 최대 한계에서는 증가하지 않았다.

 규산 가루의 크기 (㎛)

 엽층의 두께 (mm)

  0-4

  2.5

  20-40

  2.5

  63-80

  2.5

  80-100

  2.5

  125-160

  2.7

  200-250

  2.7

 

3. 모래 입자 크기의 차이에 따른 두께의 변화.

4 가지 크기의 모래를 분배기로부터 연속적으로 부어졌다. 작은 입자의 모래 크기는 같았으나, 더 큰 입자들은 크기가 증가되었다. 그림 4는 입자크기 차이에 따라 증가된 엽층의 두께가 다음과 같이 더 증가되었음을 보여준다.

 작은 모래입자의 크기 (㎛)

 큰 모래입자의 크기 (mm)

 엽층의 두께 (mm)

  4

  0.4

  5

  4

  0.63

  6

  4

  0.8

  8

  4

  1

  10

 

그림 4. 엽층의 두께는 퇴적 속도와 관계가 없다.

크기(1.25mm-1.6mm-2mm) 차를 더 크게 한 3 가지 추가 실험에서는 불규칙한 엽층이 나타났다. 이 두 번의 일련의 실험으로부터 엽층의 두께는 입자 크기의 차가 증가함에 따라 증가한다는 명백한 결론을 보여주었다.

 

자연적으로 엽층이 겹겹으로 쌓이는 퇴적암에 대한 실험

미세층을 보여주는 퇴적암뿐만 아니라, 다수의 하성 그리고 해저 퇴적물에도 다음과 같은 명칭이 주어져있다: 엽층(laminae), 라미나이트(laminites--세립사암이나 실트스톤의 미세한 엽리층), 빙호점토(varves) 등. 이러한 종류의 엽층들은 층이 연속적으로 퇴적되어 생긴 것이다. 문제는 이 자연적인 엽층의 일부를 위에서 실시된 메커니즘으로 설명할 수 있는가 하는 점이다. 이 점에 대해 프랑스에서 발견된 자연적 퇴적암에 이 실험방법을 적용했다.


1. Fontainbleau의 다색 사암(multicoloured sandstone)은 평균 3 mm 두께의 엽층리를 보여주고 있다. 그것은 0.1에서 0.3 mm 크기의 다양한 입자들로 부스러져 있었다. 입자를 분배기에 넣어서, 시간당 50 g의 속도로 물이 가득한 2ℓ짜리 시험관에 공급했다. 거의 동일한 두께로 원래의 엽층리(original lamination)가 꽤 평탄하게 만들어졌다.

2. Auvergne의 규조암(diatomite)도 엽층리를 보여준다 (그림 5 참고). 구성 입자가 감소되었을 때 그것은 사이클론에 의해 보정되었고, 적어도 80 ㎛의 입자들이 선택되었다. 현미경 관찰에서는 대다수의 규조(diatoms)들이 부서지지 않았음을 확신시켜줬다. 더 큰 입자를 메틸렌 블루로 물들인 다음 더 작은 입자와 섞었다.

그림 5. 규조암 샘플.

분배기에 들어있는 혼합물을 동일한 시간 동안 시간당 50, 100, 150 g 이라는 3가지 연속적인 속도로 물이 든 시험관에 부었다. 엽층리가 퇴적물에 나타났으나, 두께는 퇴적 속도에 따라 변하지 않았다. 사실상 같은 두께의 원래 엽층리가 만들어졌다 (그림 6 참고).

그림 6. 규조암의 재퇴적작용으로 생성된 엽층리.

문제에 대한 답은 긍정적이다. 즉, 엽층리가 계절적 퇴적물에서 형성된다는 것이 증명될 수 있는 경우라 하더라도, 자연적인 엽층리는 여기서 실시된 메커니즘에 의해 설명될 수 있다는 것이다. 7

 

측면 흐름의 발생

80 × 25 × 40 cm의 판을 수면 높이와 일치시켜 인공수로(flume)의 한쪽 끝에 고정시켰다. 그것은 느린 속도로 수평으로 흐르는 물을 맞았다. 순환 펌프를 통과하여 인공수로로 나올 때 규조암 입자도 동시에 시간당 80g의 속도로 떨어졌다. 한번의 중단을 제외하고 실험은 15일 동안 지속되었다. 물이 흐르는 방향으로 측면으로 확장되는 얇은 엽층이 교호하는 층들이 관찰되었다(그림 7 참고). 그것들은 분명히 채색된 커다란 입자의 다른 하중 때문에 생긴 색깔 등급에 의해 서로 서로 구별되었다.

그림 7. 측면으로 흐르는 물에 의해 형성된 엽층리.

 

결 론

잔잔한 물 속에서 이질적 입자들로 구성된 퇴적물의 지속적인 퇴적을 연구했다.

1. 퇴적 물질들은 퇴적된 후에 즉각적으로 그 자체가 연속적인 지층 모양으로 주기적인 입자크기에 따른 엽층리를 형성한다는 점이 관찰되었다.

2. 퇴적물 그 자체에 형성되는 이러한 엽층의 현저한 특징 중의 하나는 규칙적인 주기성이었다.

3. 엽층의 두께는 밀리미터로 측정되었다. 그것은 퇴적속도와 관계가 없었으며, 혼합 입자의 크기차가 커짐에 따르면 변했다.

4. 흐르는 물에서 퇴적 되었을 때, 엽층리 현상도 또한 관찰되었다. 엽층리의 기하(geometry)는 물의 흐름에 의해 바뀌었으나, 후자가 변화의 원인은 아니었다.

5. 주기적인 입자크기에 따른 엽층(graded laminae)은 계절적, 혹은 연간 지층의 누중으로 해석되었던 자연에서 관찰되는 엽층 또는 빙호점토(varves)와 비슷하였다. 하지만 그것의 기원은 퇴적 후의 주기적인 구조에서 드러나듯이 꽤 달랐다.

6. 이제 과제는 이 메커니즘에 관해서, 특히 실험적으로 얻어진 물리적 구조를 찾으면서, 많은 엽층이나 호상점토층을 연구하는 것이다.

 

참고 문헌

1. Lombard. A.. 1972. Series sédimentaires - Genèse - Evolution. Masson et Cie-Edit. Paris. p.147.

2. Ref. 1. p.166.

3. Ref. 1, p.148.

4. Ref. 1. p.158.

5. Ref. 1. p.248.

6. Campbell. H. and Bauer. W.C., 1966. Chemical Engineering, 73:179-185.

Gall, J.C.,1971. Mem. Serv. Carte geol. Als. Lorr., 34:126-128.

This piece of original research was presented to the French Academy of Sciences in Paris on November 3, 1986, and was subsequently published in the Academy's proceedings - C.R. Acad.Sc.Paris, t. 303, Serie II, no.17, 1986, pp.1569-1574. We are grateful for permission from Guy Berthault to publish this English translation.

  

*참조 : Experiments on stratification of heterogeneous sand mixtures
http://creationontheweb.com/content/view/1775


번역 - 미디어위원회

링크 - http://www.answersingenesis.org/tj/v3/i1/lamination.asp

출처 - TJ 3(1):25–29, April 1988

구분 - 4

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=915

참고 :



서울특별시 종로구 창경궁로26길 28-3

대표전화 02-419-6465  /  팩스 02-451-0130  /  desk@creation.kr

고유번호 : 219-82-00916             Copyright ⓒ 한국창조과학회

상호명 : (주)창조과학미디어  /  대표자 : 박영민

사업자번호 : 120-87-70892

통신판매업신고 : 제 2021-서울종로-1605 호

주소 : 서울특별시 종로구 창경궁로26길 28-5

대표전화 : 02-419-6484

개인정보책임자 : 김광