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화산체는 초대형으로 나타나는가?
: 과거 거대한 화산들이 분출했던 증거들
(Do Volcanoes Come in Super-Size?)
Steven A. Austin

and William A. Hoesch
대구지부 월간소식지 창조 제47호

   지질학자들은 과거의 폭발적인 화산활동들이 역사적 기록으로 알려져 있는 상대적으로 미약했던 화산분출들보다 훨씬 더 컸었음을 오랫동안 알고 있었다.[1] 새로운 세대의 지질학자들이 초대형 화산체들의 역학(mechanics of supervolcanoes)에 대해 궁금히 여기는 것처럼[2, 3], 일부 ICR 지질학자들도 또한 어마어마한 화산재 퇴적층(gigantic volcanic ash pile)인 모리슨층의 브러쉬분지층원(Brushy Basin Member of the Morrison Formation)에 대해서 궁금히 여기고 있다.[4] 이 거대한 퇴적층은 캘리포니아의 시에라(Sierra) 지역에 있는 초대형 화산체들의 분출물에서 기원한 것인가? 만약 그렇다면, 이러한 폭발은 어떠했을 것인가?


분출화산의 세 종류

분출화산(explosive volcanoes)은 세 종류로 나타나며, 화도(vent)의 구조에 따라 (1) 노즐(nozzle) (2) 환상열극(ring fissure) (3) 선형열극배열(linear fissure array)로 분류된다. 노즐분출은 세인트 헬렌 산(St. Helens, 1980)과 북모노 분화구(North Mono Craters, ~AD 1350)에서처럼 압축된 분출공(constricted opening)을 가진 파이프상의 화도(pipe-shaped vent)를 통해 일어난다. 위의 두 화산체는 인류가 경험한 친근한 화산들로, 화산생성물이 약 100 km3 로 크기가 제한적으로 나타난다.

칼데라붕괴 분출(collapsed caldera eruption)로도 알려져 있는 환상열극 분출(Ring-fissure eruptions)은 얕은 마그마체 위에 있는 일련의 지표면 균열(surface fractures)로 시작한다. 불안정성이 증가함에 따라, 균열은 환상 형태로 ‘벌어지고(unzip)’ 막대한 분출물의 ‘막(curtains)’은 링 형태의 열극(fissure, 파단면 양측이 서로 벌어져 생긴 틈)을 따라서 폭발적으로 분출된다. 마그마의 분출로 칼데라(caldera)라고 불리는 중요한 붕괴 구조가 형성된다. 이 분출의 크기에 대해 생각해 보려면 롱 밸리 칼데라(Long Valley Caldera)를 비교하면 되는데, 그 칼데라 부근에 즉각적으로 옮겨진 600 km3 의 분출물로 비샵 응회암(Bishop Tuff)을 형성했고, 그 크기가 16 x 32 km이다. 북서부의 와이오밍주에 있는 옐로우스톤 칼데라(Yellowstone Caldera)는 이 크기의 약 4 배이다. 다행히도 인류는 환상열극 분출, 특히 이렇게 커다란 것들은 거의 경험하지 않았다.

선형열극배열 분출(Linear-fissure-array eruptions)은 지구 역사에 알려져 있는 가장 커다란 분출들을 포함한다. 이것들은 지각인장(crustal tension, 판 운동과 관련이 있는)이 연장된 저반 (底盤, Batholith 지하의 마그마 저류처에서 굳어진 심성암체로 그 면적이 200 km2 이상인 경우) 크기의 마그마체 위에서 다중적 직선적 열개(fissures)가 형성된 곳에서 발생한다. 예를 들면, 서부 멕시코의 시에라 마드레옥시덴탈 산맥(Sierra Madre Occidental mountains)은 거의 전적으로 폭발적으로 놓여진 화쇄류(pyroclastic flow)에서 비롯된 암석의 한 종류인 응결응회암(ignimbrite, 용결된 화성 쇄설성 퇴적물, 일반적으로 유리가 풍부하게 포함된 화성 쇄설암인 용결 응회암(welded tuff)과 거의 같은 의미로 사용되고 있음)으로 구성되어 있다.[2] 그것은 300,000  km3 이상으로, 일련의 선형열극으로부터(칼데라가 아니라) 분출된 ‘세상에서 가장 커다란 응결응회암 현장(the largest ignimbrite field in the world)’이라고 불린다.

각각의 열극은 너비가 50-100 m 이고, 길이는 25 km를 넘고, 집단적인 암맥군(dyke swarm)이 산맥 전체 길이(1,200 km)까지 연장되는 것으로 생각된다. 분지-산맥 단층들과 지구대(grabens, 양쪽이 단층으로 경계 지워지고 주위보다 낮고 좁은 긴 지대. 양측의 단층은 정단층의 경우도, 역단층의 경우도 있음)는 매우 유동적인 유문암질 마그마(fluidized rhyolitic magmas)을 ‘초대형(super)’으로 묘사될 수밖에 없는 분출 속도로 지표면으로 운반하는 배관계(plumbing system)로서 역할을 했다. 높은 궤도의 우주선에서 봐야 그 엄청났던 분출을 볼 수 있는 정도가 될 것이다.


초대형 크기의 퇴적층

미 서부 안쪽의 유타, 아리조나, 뉴멕시코, 콜로라도, 와이오밍 주에는 모리슨층의 브러쉬분지 층원으로 알려져 있는 현저한 퇴적층이 있다. 그 층은 100 m 이상의 두께로 로키 산맥과 콜로라도 고원 지역의 넓은 지역을 가로지르고 있으며, 스멕타이트한 점토(smectitic clay, 녹점토, smectite 점토광물 중 몬모릴로나이트군에 속하는 광물)의 형태로 변형된 화산재가 주된 성분이다. 퇴적물의 층면구조(bedforms)는 대기 중에서 물 속으로 떨어진 테프라(tephra, 화산 쇄설물을 가리키는 일반 명칭)와 어떤 경우에는 퇴적되기 전에 엄청난 에너지를 가지고 흐른 화산재-물 뜬짐(ash-water suspension)에 의해 형성되었음을 가리키고 있다. 유타주 북동부에서 있었던 그러한 뜬짐은 공룡의 사체들을 운반해서 오늘날 세계적으로 알려져 있는 국립공룡 유적지에 그것들을 퇴적시켰다.[5]

대리석 크기의 부석(marble-size pumice) 조각들은 콜로라도와 유타주에서 공중에서 떨어져 형성된 퇴적층 내에 나타난다. 15,000  km3 로 추정되는 브러쉬분지층원 내의 화산쇄설물(치밀한 암석)의 부피는 뉴저지주 전체를 740 m 깊이까지 충분히 묻을 수 있는 부피이다. 시에라 지역에 있는 화산체들은 화산재를 분출한 것으로 생각된다.[6] 브러쉬분지층원의 화학적, 동위원소적 성분은 동부 시에라와 모하비(Mojave) 지역에 있는 인디펜던스 암맥 무리(Independence dike swarm)의 암석뿐만 아니라, 시에라네바다 저반(Sierra Nevada Batholith) 내의 화강암질 심성암(granitic plutions)과 일치하는 것처럼 보인다. 모리슨층의 브러쉬분지층원은 초대형 화산분출과 동시에 물에 의한 격변(watery catastrophe)을 증거하고 있다. 그러나 이러한 분출물이 나온 열극(fissures)은 어디에 있는가?


대홍수 동안에 시에라 네바다 지역에서 초대형 화산체들이 분출했는가?

시에라 지역을 구성하고 있는 거의 모든 화강암질 암석(granitic rocks)들은 두 번의 비교적 짧은 ‘마그마성 대폭발(magmatic flare-ups)’ (동일과정설적으로 하나는 쥐라기 말에 다른 하나는 백악기 말) 동안에 관입된 심성암(plutons)으로부터 유래되었다.[7] 매우 침식된 시에라네바다산맥 내에 남아있는 화산암질 암석(volcanic rocks)들은 대단히 폭발적인 화산활동이 또한 이 대폭발에 수반되었음을 가리키고 있다. 다음의 세 종류의 증거들은 시에라에서의 쥐라기 말의 대폭발 동안의 폭발적인 화산활동들이 브러쉬분지층원의 어마어마한 화산재 퇴적층의 근원이었음을 시사하고 있다.

1. 캘리포니아 남부의 인요산맥(Inyo Mountains)과 서부의 모하비(Mojave Desert) 사막에는 브러쉬분지층원(Brushy Basin Member)에 상응하는 ‘역풍(upwind)’을 나타낼 수도 있는 화산퇴적층이 있다.

인요산맥의 화산암질 복합체(Inyo Mountains Volcanic Complex)의 상부층으로 알려져 있는 2,260m 두께의 화산성 이류(volcanic mudflow)와 화쇄류 퇴적층서(pyroclastic flow deposits)는 한 때 시에라네바다 저반(Sierra Nevada Batholith)의 정상부 위로 확장되었던 화산암질/퇴적암질 표면암의 ‘동부 접촉대(the eastern fringe)’로 여겨진다.[8] 이류퇴적층(mudflow deposits)은 직경이 1.5m까지 되는 아각상 석영안산암 쇄설물(subangular dacite clasts)들이 들어있는 화산쇄설암질 기질의 역암으로 구성되어 있다. 20m 두께까지 이르는 각각의 이류층은 때때로 상향 조립질(coarsening-upward) 다음에 상향 세립질(fining-upward) 조직을 보여주는데, 이것은 격변적인 유동조건을 가리키고 있는 것이다. 이것들은 조립질 사암과 석영안산암과 유문석영안산암(rhyodacite, 데사이트와 유문암의 중간 조성을 보이는 반상 조직의 화성암군)의 화산쇄설성 응결응회암이 판상으로 서로 교호하고( interbedded) 있다. 이 퇴적층에서 발견된 화석으로는 석패과(Unionidae family)의 이매패(bivalves, 쌍각류 조개)와 갈고둥과(Neritidae family)의 복족류(gastropods, 소라 따위)가 있는데, 그것들은 멀리 동쪽까지 모리슨층의 브러쉬분지층원에서도 또한 현저하게 발견되는 것들이다. 인요산맥의 이류와 화쇄류가 광대하고 한때 연속적인 판상(나중에 침식에 의해 개석(dissected)되었음)의 모리슨지층의 낙하응회암(airfall tuffs)과 이암(mudstones) 안으로 동쪽으로 경사져 흘렀다는 것을 쉽게 그려볼 수 있다. 시에라 내의 한 근원 화도(a source-vent)를 나타내고 있다.

2. 인디펜던스 암맥군(Independence dike swarm)은 초대형 화산체의 화도들로 역할을 했을 수도 있는 일렬로 된 열극(a linear set of fissures) 중에서 보존되어 남겨진 것이다.

한 세트의 균열(cracks)은 남부 모하비사막(Mojave Desert, Chuckwalla Mountains)으로부터 거의 매머드 호수(Mammoth Lakes)가 있는 멀리 북쪽의 중앙 시에라네바다 산맥(central Sierra Nevada Range)까지 600 km 이상까지 미친다.[9] 인디펜던스 암맥군으로 알려져 있는 이 북서쪽으로 향하는 대(belt)는 수백 개의 암맥(dikes)들로 구성되어 있는데, 그 암맥들은 각각 너비가 약 1 m 정도이다. 그것들은 종종 너비가 100 m를 초과하는 혼합적인 ‘판상 암맥(sheet dykes)’으로 나타난다. 그곳에서 대(belt)는 폭이 90 km나 된다. 이 암맥들은 이 대의 길이를 따라서 수백 미터에 달하는 공간이 분리되도록 했다. 균열은 고철질(mafic)에서 규장질(felsic) 성분의 암석으로 채워져 있다. 이 암맥군은 오랫동안 동일과정설적 연대로 1억5천만 년 전(쥐라기 말)에 일어난 한 사건으로부터 열려져왔던 것으로 해석되어왔다. 그것의 기원은 전통적으로 시에라네바다 화강암의 것과 관련시켜서 묶어 놓아왔었다. ”인디펜던스 암맥군은 명백히 판 운동에서의 급격한 변화기간 동안에 쥐라기 말 시에라저반 위의 껍질(carapace)의 지역적 균열에 의해 형성되었다.”[10] 이 암맥군은 선형열극배열 초대형화산체(linear-fissure-array supervolcanoes)의 침식된 아구조(eroded substructure)를 나타낼 수도 있다. 유문암질에서 현무암질 성분의 모하비사막 용암류의 동중부 부분이 최대 500 m 두께라는 것은 중요한 의미를 가지고 있다. 이러한 용암은 인디펜던스 암맥군이 한 때 지표면까지 전달되었다는 것을 가리키고 있다.[11]

인디펜던스 암맥군은 캘리포니아 최남단에서 바하 멕시코(Baja Mexico) 북쪽까지 확장되어 있는 화강암질의 반도산맥(Peninsular Range) 축과 평행한 란초 산마르코스(Rancho San Marcos) 암맥군이라고 불리는[12] 또 다른 일련의 균열(cracks)들과 매우 닮아 있다. 이러한 열개(fissures, 틈)를 채우고 있는 암맥 암석은 이 산맥의 화강암과 산티애고 봉우리화산암(Santiago Peak Volcanics)이라고 불리는 것 위에 부분적으로 놓여있는 두꺼운 화산쇄설성 ‘껍질(carapace)’과 같은 성분이다. 사실상 균열은 화산암의 근원 화도로 인식되어 있다! 사진은 화강암질 마그마활동(granitic magmatism)과 동시에 일어난 격렬한 열극분출 중의 하나이다. 산 마르코스 암맥군과 인디펜던스 암맥군 사이의 유사성은 양쪽 모두의 공통 형태의 기원을 제시하고 있다.

3. 남중부 유타주 내의 사질 퇴적물(sandy sediment)의 (토양) 액상화(liquefaction)는 엄청난 지진을 일으킨 사건을 가리킨다. 캘리포니아의 초대형화산체들이 그 원인이었을 것이다.

토양 액상화(liquefaction)는 느슨하게 다져진 물로 포화된 퇴적물이 충격에 의해서, 하중이 공극수와 접촉하고 있던 퇴적입자 알갱이들에 전해져서 입자-입자 안정성에 변형이 일어날 때 발생한다. 이것은 대개 지진진동(seismic shaking)에 의해 유발된다. 그 과정으로 커다란 사암체가 짧은 순간동안 유체처럼 행동하게 하며, 진동이 멈추면 ‘얼어붙어’ 안정한 상태로 되돌아간다. 유타주 남부의 광범위한 지역을 가로지르는 1.5-3.0 km 두께가 되는 글렌 캐년(Glen Canyon)과 산라파엘 층군(Glen Canyon and San Rafael Groups)에는 커다란 사층리(cross-bedded)들이 있는 사암층들이 있다. 그 모래들은 분명히 복잡한 형태로 습곡되어질 때, 그리고 일련의 암맥과 관상암(pipe, 부조화적인 관상의 심성암)들로 관입되었을 때, 물로 포화된(water-saturated) 상태였다.[13] 교란된 층리의 분포는 두꺼운 모래를 함유하고 있는 퇴적분지의 경계와 일치한다. 범죄현장에서 연기를 내뿜었던 총과 같은 모래들이 모리슨 층(그리고 동등한 층) 위에 놓여있다. 이 두꺼운 모래가 모두 물로 포화되어 있을 때 커다란 무언가가 흔들었는데, 그것이 무엇이었는지는 폭발적인 화산활동에서 운석 충돌까지 의견이 다양하다. 모리슨 층에 화산재를 공급한 캘리포니아 내의 같은 초대형 화산체(supervolcanoes)들이 아마도 이 두꺼운 모래의 액상화를 유발했을 수도 있었을 것이다.


요약

인류 역사에 기록된 어떤 것과는 다른 엄청난 규모의 초대형화산체가 한 때 북아메리카의 서쪽을 뒤흔들었다. 모리슨층의 초거대한 브러쉬분지층원은 이러한 격렬함에 대한 말없는 증인으로 서 있는 것이다. 초대형 균열, 초대형 퇴적층, 그리고 널리 퍼져있는 부드러운 퇴적암의 변형을 포함하는 세 가지 관측 내용은 브러쉬분지 화산재의 근원이었던 시에라 지역 내의 열극화도의 격렬한 분리를 암시한다. 유타주의 공룡을 매몰한 것과 같은 물에 의한 격변도 서쪽의 근원지로부터 초대형 화산활동에 의해 수반되었다. 그 기록은 수백만 년이 아니라, 수 일 혹은 수 주라는 기간 내에서 가장 잘 해석이 된다. 창세기 대홍수는 초대형화산체를 이해하는데 사용되는 역사적인 틀을 제공하고 있는 것이다.


Endnotes

1. Austin, S. A., 1998, The declining power of post-Flood volcanoes: Impact (ICR) no. 302, 4 pp.
2. Aguirre-Diaz, G. J., and Labarthe-Hernandez, G., 2003, Fissure ignimbrites: fissure-source origin for voluminous ignimbrites of the Sierra Madre Occidental and its relationship with Basin and Range faulting: Geology, v. 31, no. 9, pp. 773-776.
3. The term supervolcano can be defined as a silicic, explosive fissure-eruption more than 1,000 cubic kilometers (DRE) of volcanic products.
4. Hoesch, W. A., and Austin, S. A., 2004, Dinosaur National Monument: Jurassic park or Jurassic jumble?: Impact (ICR) no. 370, 8 pp.
5. Hoesch and Austin, 2004.
6. Turner, C. E., and Peterson, F., 2004, Reconstruction of the Upper Jurassic Morrison Formation extinct ecosystem—a synthesis: Sedimentary Geology, v. 167, no. 3-4, pp. 309-356.
7. Ducea, M., 2001, The California arc: thick granitic batholiths, eclogitic residues, lithospheric-scale thrusting, and magmatic flare-ups: GSA Today, v. 11, no. 11, pp. 4-10.
8. Dunne, G. C., Garvey, T. P., Osborne, M., Schneidereit, D., Fritsche, A. E., and Walker, J. D., 1998, Geology of the Inyo Mountains Volcanic Complex: implications for Jurassic paleogeography of the Sierran magmatic arc in eastern California: Geological Society of America Bulletin, v. 110, no. 11, pp. 1376-1397.
9. Carl, B. S., and Glazner, A. F., 2002, Extent and significance of the Independence dike swarm, eastern California, in Glazner, A. F., Walker, J. D., & Bartley, J. M., eds., Geologic Evolution of the Mojave Desert and Southwestern Basin and Range: Boulder, Colo., Geological Society of America Memoir 195, pp. 117-130.
10. Carl and Glazner, p. 117.
11. Schermer, E. R., and Busby, C., 1994, Jurassic magmatism in the central Mojave Desert: implications for arc peleogeography and preservation of continental volcanic sequences: Geological Society of America Bulletin, v. 106, pp. 767-790.
12. Farquharson, P. T., 2004, Geology of the Rancho San Marcos Dike Swarm: Baja California, Mexico. Master's thesis, San Diego State University.
13. Huuse, M., Shoulders, S. J., Netoff, D. I., and Cartwright, J., 2005, Giant sandstone pipes record basin-scale liquefaction of buried dune sands in the Middle Jurassic of SE Utah: Terra Nova, v. 17, no. 1, pp. 80-85.

* Steven A. Austin, Ph.D. geology, is Chairman of the Geology Department, and William A. Hoesch, M.S. geology, is Research Assistant in Geology, both at ICR.

 

*참조 : Can welded tuffs form underwater?
http://creationontheweb.com/images/pdfs/tj/j16_2/j16_2_114-117.pdf

'화성 거대화산 맞먹는 지구 최대 화산 발견' (2013. 9. 6. 사이언스온)
http://scienceon.hani.co.kr/121117

출처 : ICR, Impact No. 398, 2006
URL : http://www.icr.org/article/2830/
번역자 : 창조과학회 대구지부

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