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화성에서의 물의 작용: 지형과 퇴적지층
(Water Activity on Mars: Landscapes and Sedimentary Strata)
Andrew A. Snelling

   30여년 동안 점점 증가하고 있는 풍부하고 명백한 지형학적 증거에도 불구하고, 과거 화성에 격변적인 물과 관련된 사건이 있었다는 것은 최근까지도 논란이 되어왔었다.[1] 지구에서 물에 의해 만들어진 지형들과 너무나도 유사한 것이었지만, 화성의 각 지형들에 대해서는 독특한 비수성적(non-aqueous) 설명들이 제안되어 왔었다. 그러나 풍부하게 존재하는 지표면 부근의 얼음에 대한 핵물리학적 측정[2], 퇴적암과 관련 있는 수성 광물들의 직접적인 화학 분석[3]들과 같은 화성 표면에 대한 로봇 탐사로부터 얻어진 새로운 사실들은 그동안 합의되었던 견해들을 송두리째 뒤바꿔 버렸다.


수로들과 계곡들

이전에 확인되어진 수로(channels)들과 계곡(valleys)들은 화성 표면을 광범위하게 가로지르고 있었다. 수로들은 대규모의 유체가 하천 바닥과 벽을 따라 흘렀었다는 분명한 증거를 보여주는 길게 나있는 골(elongated trough)들이다. 수십 km의 폭과 수천 km의 길이에 이르는 거대한 수로들은 격변적인 물의 흐름과 퇴적물에 의해서만 설명될 수 있다.[4] 지구상에서 그러한 흐름들은 미국 태평양 북서부에 수로가 나있는 침식용암대지(Channeled Scabland)라는 독특한 지형을 만들었다. 최근의 중요한 한 발견은, 화성 수로들의 범람은 엄청난 양의 물 분출과 용암들의 흐름을 포함한다는 것이다.[5]

이들 거대한 화성 수로들은 예전에 우주선에서 촬영되어 식별되었던 것보다 화성의 고원지대(highlands)들을 훨씬 더 광범위하게 가로지르는 계곡들로 확인되고 있다.[6] 화성의 고원지대들은 화구(craters)들과 충돌분지(impact basins)들로 이루어져 있는데, 이것들은 지표에 물이 흐르는 과정들에 의해서 광범위하게 침식된 것으로 나타난다.[7] 커다란 선상지(alluvial fans)들이 화구들 내에서 나타나는데, 그것들은 하천의 작용에 의해서 주로 형성되는 낮은 기복의 육성 선상지(low-relief terrestrial alluvial fans)와 현저하게 유사하다. 게다가, 화성 고원지대의 지각 상부 층들은 격렬한 삭박(denudation, 침식에 의한 암석 표면의 노출) 사건 동안에 퇴적된 광범위한 퇴적암들을 포함하고 있는 것이 발견되고 있다.[9] 화구형성(cratering), 하천 침식, 퇴적암의 퇴적은 아마도 용암류의 복합적인 교호(interbedding), 화성암의 관입, 퇴적물, 매몰된 화구형태(buried crater forms), 침식 부정합(erosional unconformities) 등과 같은 결과들을 동시에 발생시켰을 것이다.


지표면 수체 (Surface Water Bodies)

과거 화성의 북부 평원이 거대한 물들로 뒤덮였다는 증거로는 퇴적암의 형태학적 특징들을 들 수 있으며, 더 극적인 증거로는 주변 해안선(shorelines)들의 모습이다.[10] 비스티타스 보레알리스 층(Vistitas Borealis Formation)으로 알려져 있는 이들 뚜렷한 물에 의해 쌓여진 퇴적지층은 가장 큰 유출 수로들을 만든 홍수들과 대략 같은 시기에 발생했던, 평균 수백 m의 깊이에 3백만 km²의 지역을 덮은 수체에 의해 퇴적되었다. 가장 큰 추정치로는 2~6천만 km³의 물이 있었을 것으로 추정되는데, 그 물의 양은 전 행성에 골고루 퍼졌을 때 두께 200~400m나 되는 엄청난 양으로, 유출 하천으로부터 추정되는 전체 유량과 맞먹는 정도의 유량이다.[11]

수많은 호수들과 바다들이 과거에 존재했었음을 지지하는 훨씬 더 강력한 증거들이 있다. 이들 호수와 바다들은 과거 다양한 시기에 화성 표면에 일시적으로 존재했었다. 고원지대의 화구들을 채웠던 일부 호수들은 약 1백만 km²의 지역에 걸쳐 수십만 km³의 물을 담고 있었다. 그 물은 흘러 넘쳐 계곡으로 흘러들었으며, 최대 유출량은 초당 수백만 m³ 이상이었다.[12] 삼각주들은 대개 이러한 고호수(paleolakes)들과 관련이 있다. 게다가, 일부 복합적 충적하천들은 이것들이 오늘날의 미시시피 강과 유사하게 측면으로 부착하는 하천(laterally accreting rivers)들이었음을 암시하는 고곡류(paleo-meander) 지형을 보여준다.

그렇다면, 이런 수로들을 만든 거대홍수(megafloods)들과 비교적 짧은 기간 존재했던 호수와 바다들을 유발시킨 엄청난 양의 물에 무슨 일이 벌어진 것일까? 지형학적 증거들은 물이 (심지어 ‘바다 보레알리스(Oceanus Borealis)’에 있던 물까지도) 장기간 동안 화성 표면에 존재하지 않았음을 가리키고 있다. 대신, 물은 거의 모든 시기에 걸쳐(극적인 사건들이 일어난 짧은 기간을 제외하고) 반영구적이고 얼음이 풍부한 영구동토(permafrost) 안에 또는 아래에 존재했다. 이 얼음이 풍부한 층(ice-rich layer)은 적도 지역에서는 약 1~2km 두께로, 극 지역에서는 5~6km 두께로 존재하는데, 다양한 지형학적 특징들을 갖는 것으로 입증되고 있다.[13] 다양한 지형학적 특징들로는 다양한 종류의 열편상으로 흐른 분출물 블랭킷(flow-lobed ejecta blanket), 쇄설류(debris flow), 귓불형 선상지(lobate debris apron), 다각형 균열지대(polygonally-cracked terrain) 등이 포함된다. 다른 지형들은 화산과 얼음의 상호작용(volcano-ice interactions)과 관련 있는데[14], 이것은 단기간의 화산활동으로 유도된 이들 얼음 저장고(reservoirs of ice)와 밑에 놓인 지하수(ground water)의 분출을 가리키고 있다. 이러한 사건들에 뒤이어, 지표수는 매우 빠르게 이들 저장고로 되돌아간 것으로 보인다.


물과 빙하와 관련 있는 지형들

화성은 또한 전 행성적으로 물과 관련 있는 다른 다양한 종류의 지형들이 분포함을 보여준다. 지구에서 이러한 지형들이 관측된 곳은 물에 의해서(동력학적인 물의 순환을 포함하여) 형성된 수성 기원(aqueous origins)으로 쉽게 인식된다. 아마도 이것들 중에서 가장 놀라운 것은 수많은 화구들 가장자리 경사면에 발달되어있는 수많은 작은 협곡(gully)들과 수로들, 또는 계곡 절벽들이다. 지구에서 상응하는 지형과의 그들의 형태학적 유사성은 지표면 부근의 영구 얼음층이 녹아서 생긴 물과 암석부스러기들의 흐름인 수성 쇄설류에 의해서 형성되었음을 가리키고 있다.[15] 매우 분명한 쇄설류는 물과 퇴적물의 혼합에 의해 형성된 것으로 보이는 커다란 사구(sand dunes)의 쇄설물 경사면(debris-mantled slopes)에서 일어난다.[16]
 
빙하로 덮인 지형은 현재 기록되고 있는 가장 중요한 화성의 지형 모습 중의 하나이다. 커다란 빙하들의 성장과 지속에는 호수와 바다와 같은 지표수 저류지로부터 대기를 거쳐 강수 지역으로 많은 양의 물을 이동시키는 동적인 수문시스템(hydrologic system)이 요구된다. 화성의 빙하지형으로는 침식 고랑(erosional groove), 유선형/파여진 언덕, 빙퇴구(drumlin), 빙하로 침식된 봉우리(horns), 권곡(cirque, 카르), 터널계곡(tunnel valley), 퇴적 에스커(depositional esker), 빙퇴석(moraine), 빙퇴구(kame), 빙하 가장자리의 빙하성 유수평원(ice-marginal outwash plain), 케틀(kettle), 빙하주변호소퇴적평야(glaciolacustrine plain) 등이 있다.[17] 이러한 지형들은 지구에서의 빙하지형학적 모습들과 정확히 같은 모습으로 나타난다.


퇴적작용과 속성작용의 모습들

화성 표면에 대한 최근의 로봇을 이용한 탐사에서 조사된 퇴적구조들도 또한 화성에 물에 의한 퇴적과정들이 있었다는 증거를 제공하였다.[18] 한 화구(crater)의 내벽에 노출되어 있는 사암 내의 층리들을 가까이에서 살펴본 결과, 밀리미터 규모의 엽층(laminations)들인 것으로 밝혀졌다.[19] 모래는 변성된 현무암질 진흙 입자(altered basaltic mud grains)들로 구성되어 있었으며, 따라서 이렇게 세립질의 엽층 사암은 세인트 헬렌산(Mount St. Helens)에서 격변적으로 퇴적된 유사한 퇴적층을 연상시킨다.[20] 미세한 규모의 골(trough)이나 꽃줄사엽층리(festoon cross-lamination)도 또한 지표수의 작용을 증거한다.

노두 내의 적철석(hematite)이 풍부한 단괴(concretion)들은 지하수나 해수로 포화된 환경에서 속성작용(diagenesis)이 일어나는 동안에 형성되었을 것이다. 사암 내에 보존된 미세조직 모습들도 또한 지하수의 재충전과 증발과 관련되어 흔히 발생하는 속성작용 과정과 일치한다. 이것들에는 초기 석화작용(lithification)을 유도하는 초기 공극충전 교질물(pore-filling cement), 재결정과 새로운 성장의 결과인 후응결 교질물(post-concretion cement), 그리고 이차적 공극률(porosity)로 설명되는 밀리미터 규모의 간극(void) 등이 포함된다.

 

결론과 암시

이제 화성 표면이 과거에 광범위한 지역에 걸쳐 막대한 양의 물로 뒤덮여 있었다는 것에 더 이상의 어떠한 의문도 없다. 이것들은 격변적 분출로 인한 것인데, 그것은 또한 지구상의 어떠한 것과도 비교할 수 없을 만큼 훨씬 더 거대한 규모로 수로들과 계곡들의 격변적 침식과 퇴적층의 퇴적을 일으켰다. 이 물의 대부분은 화성표면 가까이 영구동토 내에 얼음으로서 여전히 존재하는 것으로 보인다. 또한 화성은 과거에 거대한 화산분출과 지표면을 가로지르는 막대한 용암의 분출들이 있었는데, 아마도 지구상에서의 분출보다 규모가 더 컸을 것이다. 

지구와 나란히 비교하여 볼 때 명백한 아이러니가 있다. 오늘날의 대부분의 지질학자들은 지구가 여전히 70%의 물로 덮여 있음에도 불구하고, 과거 지구에 창세기 대홍수처럼 전 지구적으로 지표면을 뒤덮었던 대재앙적인 물의 격변적 분출이 있었다는 어떠한 주장에 대해서도 격렬하게 반대한다. 이에 반해 화성의 경우, 대부분의 지표면이 현재 메마른 상태임에도 불구하고 화성 표면은 과거 격변적인 물로 뒤덮였었다는 것에는 너무도 단호하다. 하지만 두 행성이 보여주고 있는 증거들, 즉 격변적으로 파여진 침식 지형들과 퇴적층들의 모습은 동일하다. 화성이 과거 홍수로 뒤덮였었다는 그들의 결론은 성경 말씀에 근거한 결론이 아니라, 명백히 동일과정설(현재는 과거의 열쇠)이라는 그들의 믿음에 근거하여 내려진 결론인 것이다.

 

References

1. Baker, V. R. 2006. Geomorphological evidence for water on Mars. Elements 2:139-143.
2. Boynton, W. V., et al. 2002. Distribution of hydrogen in the near surface of Mars: Evidence for subsurface ice deposits. Science 297:81-85.
3. Squyres, S. W., et al. 2004. In situ evidence for an ancient aqueous environment at Meridiani Planum, Mars. Science 306:1709-1714.
4. Baker, V. R. 2001. Water and the Martian landscape. Nature 412:228-236.
5. Berman, D. C., and W. K. Hartmann. 2002. Recent fluvial, volcanic, and tectonic activity on the Cerebus Plains of Mars. Icarus 159: 1-17.
6. Hynek, B. M., and R. J. Phillips. 2003. New data reveal mature integrated drainage systems on Mars indicative of past precipitation. Geology 31:757-760.
7. Craddock, R. A., and A. D. Howard. 2002. The case for rainfall on a warm, wet early Mars. Journal of Geophysical Research 107(E11):5111, doi: 10.1029/2001JE001505.
8. Moore, J. M., and A. D. Howard. 2005. Large alluvial fans on Mars. Journal of Geophysical Research 110:E04005, doi: 10.1029/2004JE002352.
9. Malin, M. C., and K. S. Edgett. 2000. Sedimentary rocks of early Mars. Science 290:1927-1937.
10. Clifford, S. M., and Parker, T. J. 2001. The evolution of the Martian hydrosphere: implications for the fate of a primordial ocean and the current state of the Northern Plains. Icarus 154:40-79.
11. Boyce, J. M., et al. 2005. Ancient oceans in the northern lowlands of Mars: Evidence from impact crater depth/diameter relationships. Journal of Geophysical Research 110:E03008, doi: 10.1029/2004JE002328.
12. Irwin, R. P., et al. 2004. Geomorphology of Ma'adim Vallis, Mars, and associated paleolake basins. Journal of Geophysical Research 109:E12009, doi: 10.1029/2004JE002287.
13. Kuzmin, R. O. 2005. Ground ice in the Martian regolith. In T. Tokano (ed.), Water on Mars and life (pp. 155-189). Heidelberg, Germany: Advances in Astrobiology and Biogeophysics, Springer.
14. Chapman, M. G., et al. 2000. Volcanism and ice interactions on Earth and Mars. In T. K. P. Gregg and J. R. Zimbelman (eds.), Deep oceans to deep space: environmental effects of volcanic eruptions (pp. 39-74). New York: Plenum.
15. Malin, M. C., and K. S. Edgett. 2000. Evidence for recent groundwater seepage and surface runoff on Mars. Science 288:2330-2335.
16. Mangold, N., et al. 2003. Debris flows over sand dunes on Mars: Evidence for liquid water. Journal of Geophysical Research 108(E4), doi:10.1029/2002JE001958.
17. Kargel, J. S. 2004. Mars: A warmer, wetter planet. Chichester, UK: Springer-Praxis.
18. Jollif, B. L., et al. 2006. Evidence for water at Meridiani. Elements 2:163-167.
19. McLennan, S. M., et al. 2005. Provenance and diagenesis of the evaporite-bearing Burns Formation, Meridiani Planum, Mars. Earth and Planetary Science Letters 240:95-121.
20. Austin, S. A. 1986. Mount St. Helens and catastrophism. In Proceedings of the first international conference on creationism 1:3-9. Pittsburgh, PA: Creation Science Fellowship.

*Dr. Snelling is a Professor of Geology in the ICR Graduate School.


 

*참조 1:

화성 전체 연결된 지하수계 있었다. (2007. 3. 9. 동아일보)
http://www.donga.com/fbin/output?f=k__&n=200703090219

지구 내부에 거대한 바다?: 지각 아래 북극해 이상 물 존재 (2007. 3. 4. 한겨레신문)
http://www.hani.co.kr/arti/international/international_general/194157.html

동아시아 밑, 지구 내부에 ‘거대한 바다’ 있다. (2007. 2. 13. 조선일보)
http://photo.chosun.com/site/data/html_dir/2007/02/14/2007021400526.html

3-D seismic model of vast water reservoir revealed
(Washington University in St. Louis News & Information. Feb. 7. 2007)
http://news-info.wustl.edu/news/page/normal/8222.html

큰 깊음의 샘이란 무엇이며, 대홍수 당시의 물은 어디로부터 왔습니까?
http://www.creation.or.kr/qna/view.asp?cate=B&id=62&no=7

 

*참조 2: Mars, a Testament to Catastrophe.
http://www.answersingenesis.org/articles/arj/v1/n1/mars-testament-catastrophe

 

출처 : ICR, Impact No. 404, 2007
URL : http://www.icr.org/article/3151/
번역자 : 창조과학회 대구지부

관련 자료 링크:

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2. 화성은 활발한 화산활동을 하고 있다. (Mars Joins Active Volcano Club)
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