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화강암이 냉각되는데 수백만 년이 필요하지 않다.
(Rapid rocks : Granites
… they didn’t need millions of years of cooling)
Andrew Snelling

    오래된 지구 나이를 믿는 사람들이 지구의 나이가 단지 6,000~7,000년 정도라는 젊은 지구 창조론자들의 주장을 비난하며, 오래된 지구 연대의 증거라며 자주 제시하고 있는 것들 중 하나는, 커다란 마그마체(용융 상태의 암석)가 화강암(granites)을 형성하기 위해 지구의 상층 지각 내부에서 축적되고 냉각되는 데에 아마도 수백만 년은 필요로 했을 것이라는 주장이다 [1, 2, 3]. [또한 아래 참조 1의 글을 보라]. 오늘날 지표면의 침식에 의해서 노출된 이들 화강암의 큰 암체(심성암)들은 때때로 수백 km2의 넓이로 펼쳐져 있다. 상부 지각으로 관입했던, 한때 용융됐었던 암석의 86% 이상이 화강암으로 여겨지고 있다.


마그마의 빠른 주입

하부 지각 깊은 곳의 온도는 때때로 700-900℃에 달한다. 그곳이 특별히 높은 압력의 상태라면, 이 온도는 암석들을 부분적으로 녹여서 커다란 화강암질 마그마의 ‘덩어리(blobs)’들을 만들어내기에 충분히 높은 온도이다. 최근의 연구는 화강암질 마그마(granitic magmas) 안에 용해될 수 있는 물(water)의 양은 깊이에 따라 증가함을 보여주었다.[4] 왜냐하면 깊을수록 압력이 증가되기 때문이다. 따라서 마그마 무게의 10% 이상이 용해된 물일 수 있다.

한때 용융되었던 마그마의 덩어리는 주변의 암석보다 가벼워서, 솟아오르려고 한다. 이전에 생각했던 것처럼 커다란 덩어리들은 천천히 상승하는 것이 아니라, 갈라진 균열(fractures) 틈들을 통해서 상부 지각으로 압착되면서 신속히 주입되었다.[5, 6] 마그마 내의 물은 마그마의 점도를 더 낮게(유동성이 있게) 만드는데, 이것은 마그마가 균열 부위들을 따라 유입되는 것을 크게 돕는다.[7] 계산에 의하면, 마그마는 하루에 800m 이상을 상승할 수 있는 것으로 나타났다.[5] 이 속도라면, 페루 북서부의 거대한 6,000㎦의 코딜레라 블랑카(Cordillera Blanca) 심성암은 30km 이상의 깊이로부터 6m 폭 10km 길이의 갈라진 틈을 도관으로 하여 단지 350년 만에 형성될 수 있었다.[5] 

지표면에 노출된 심성암(plutons)들은 한때 하부 지각 아래로 수 km를 뻗쳐 연장되어 있을 것으로 생각했었다. 이는 원래의 마그마가 냉각될 때 엄청난 양의 열이 소모될 필요가 있었음을 의미하였고, 따라서 수백만 년이 필요할 것이라고 생각하였다. 그러나 지구물리학적 조사에 의하면, 많은 심성암들은 단지 두께가 1-2 km에 불과하고, 어떤 것들은 다른 것들의 꼭대기 위에 쌓아올려진 얇은(100-1,000m) 판(sheets)들로 이루어져 있다는 사실이 밝혀졌다.[8] 예컨대, 미국 사우스다코다 블랙힐(Black Hills)에 있는 러쉬모아 산(Mt Rushmore, 대통령들의 얼굴 조각으로 유명한)을 포함하고 있는 하니 피크 화강암(Harney Peak Granite) 같은 심성암이 그것이다.[9] 이러한 발견은 화강암의 냉각에 오랜 시간이 걸렸을 것이라는 ‘냉각 문제점(cooling problem)’을 크게 약화시키고 있다.
 

물에 의한 신속한 냉각


그림1. (a)전도와 (b)대류에 의한 심성암(pluton)의 냉각. 화살표들의 크기는 표면으로의 열흐름(열류, heat flow) 율에 비례하여 그려졌다. 대류(convection) 작용은 균열을 따라 열을 매우 빠르게 방산시킨다.

또한 연구 결과는 마그마의 물 함량이 높을수록, 마그마는 더욱 빨리 냉각될 수 있음을 보여주었다.[10] 이것은 간단하게 설명된다. 마그마가 냉각되고 화강암들이 결정화될 때, 포함되었던 물은 용액으로 되어 밖으로 나온다. 그러나 그것은 아직도 매우 뜨겁고, 둘러싸인 냉각되고 있는 화강암과 모암에 의해 증기(steam)로 갇혀있게 된다. 계속해서 냉각이 일어나고, 더 많은 물이 방출됨에 따라, 형성되는 심성암의 내부압력은 더 이상 물을 가둘 수 없는 한계점까지 증가한다. 그래서 내부압력은 열에 의해서 심성암의 가장자리에 있는 결정화된 화강암 바깥쪽으로 내몰려지고, 화강암에 균열을 일으키면서 주변의 모암 속으로 탈출된다[11]. 또한 모암 속의 균열들을 따라 바깥쪽으로 압력과 함께 열을 내보내는 것이다. (그림 1). 동시에 모암 속에 있던 더 차가운 물은 심성암 내부로 스며들 수 있다. 거기에서 그 물은 가열되어지고, 다시 순환되면서, 더 많은 열에너지를 빼앗을 수 있는 것이다. 따라서 소위 열수순환(hydrothermal circulation)으로 알려져 있는 것이 일어나는 것이다.[12] 가장자리 부근의 냉각이 점점 더 깊이 뜨거운 심성암의 중심부로 진행됨에 따라, 균열작용과 열수순환도 안쪽으로 이동하여 심성암은 급격히 냉각되는 것이다.

이전에는 심성암의 냉각은 오직 열 전도(conduction)의 방법에 의해서만 이루어진다고 추정됐었다. 그래서 계산상 수백만 년으로 추정되었던 것은 놀라운 일이 아니었다 (그림1). 그 과정은 두꺼운 담요로 둘러싸인 뜨거운 감자의 냉각에 비유될 수 있다. 감자 내부로부터의 열이 감자 표면으로 전달되고, 다시 담요를 관통하여 바깥에 도달하기 위해서는 많은 시간이 걸릴 것이다. 이제 그 담요를 제거했다고 상상해 보라. 감자는 매우 빠르게 식을 것이다. 이제 감자를 얇게 썰어보라. 즉시로 뜨거운 김이 나오고, 증기가 올라가는 것을 보게 될 것이다. 이것은 열이 감자로부터 빠르게 방출될 뿐만 아니라, 열의 전달이 이제는 대류에 의해서 주로 일어난다는 것을 가리키는 것이다. 이제 감자의 냉각에 주로 관여하는 것은 주변 공기의 순환이다. 물론 감자를 더욱 빨리 식히고자 한다면, 감자를 얇게 썬 다음, 그 감자에 얼음물을 부으면 될 것이다.

묻혀있는 심성암은 여러 면에서 뜨거운 감자와 유사하다. 만일 오직 전도에 의한 냉각만 허용된다면, 열은 심성암의 내부로부터 그것을 둘러싸고 있는 두꺼운 암층을 통해서 표면으로 서서히 전달될 수 있을 뿐이다 (그림1). 이제 만일 갇혀있는 암석의 두꺼운 층들에 균열들이 생긴다면, 어떤 일이 일어날지 생각해 보라. 물이 암석을 통해 자연스럽게 스며나올 것이고, 이것이 심성암의 냉각을 가속화시킬 것이다. 심성암에 의해 공급된 열은 물의 순환을 다시 도울 것이고, 심성암 자체의 열이 빠져나감을 촉진시킬 것이다 (그림 1). 이제 좀 더 감자의 비유를 생각해 보자. 주변 암석층이 갈라질 뿐만이 아니라, 심성암 자체가 냉각하면서 갈라지는 일이 일어났던 것이다. 이것은 ‘뜨거운 감자’인 심성암 내부의 가장 뜨거운 지역으로부터 지하수가 스며나오는 것을 가능하게 만든다.

그렇다면 냉각은 얼마나 빠르게 일어났을까? 수학적 냉각 모델에 기초하여, 한 커다란 심성암이 냉각되는데 걸리는 시간은 수백만 년에서 기껏해야 수천 년으로 줄어들었다. [12, 13, 14]. 가장 최근의 모델들은 실제로 냉각 과정을 컴퓨터 시뮬레이션으로 재현하였는데 [15, 16], 냉각에 걸리는 시간은 심성암들의 크기에 따라 수백 년에서 수천 년으로 나타났다! [14] 


균열과 냉각

고대의 심성암들이 대류하는 물에 의해서 주로 냉각되었다는 증거가 있는가? 확실히 있다. 화강암과 접촉하고 있는 암석층들은 자주 화학물질들을 함유하고 있는데, 이것은 물이 화강암의 냉각에 매우 크게 관여했다는 것을 보여주는 것이다.[17, 18] 실제로 모든 심성암들은 여러 크기의 균열들에 의하여 절개되어져있다.[14] 사실 균열되지 않은 화강암을 발견하는 것은 거의 불가능하다! 많은 화강암체들은 광물들로 채워진 균열들을 가지고 있다. 이것은 어느 땐가 물이 그들을 관통하여 흘렀다는 것에 대한(액상의 물로부터 빠져나온 광물들이 결정화되었다는) 명백한 증거이다. 더구나 특수 조명하에서는, 완전한 것처럼 보이는 화강암 표본들도 주된 광물성분들 사이로 이전에 있었던 수로(channels)들을 보여주고 있다.[19] 석영(quartz)과 같은 일부 화강암질 광물들은 오르내리는 온도 하에서 냉각되었다는 증거를 보여주고 있다. 이것은 수백만 년에 걸친 느리고 균일하게 냉각된 것이 아니라, 물에 의한 빠른 냉각과 완전히 일치한다.

빠르게 냉각하는 심성암들에서 방산된 열의 양은 그렇게 크지 않다. 한 커다란 화강암체는 물속에서 대략 그 크기에 해당하는 양의 물을 비등점까지 가열시킬 정도의 열을 방출한다. 지구상에는 매우 많은 양의 물이 있기 때문에, 냉각되는 심성암이 전달하는 열은 매우 미미할 수 있음을 의미한다. 지구상 물의 대부분은 성경에 기록된 대홍수 기간과 직후에 일어난 전 세계적인 심성암의 냉각 시 발생한 열에 의해 영향을 받지 않았을 것이다. 또한 신속하게 냉각된 심성암은 지역적으로 과도한 가열을 일으키지도 않았을 것이다. 간단한 컴퓨터 계산에 의하면, 한 커다란 화강암체가 3,000년 동안 냉각되면서 지표면에 내보낸 열은 오늘날 아이슬란드의 지열지대에서 방출되는 열의 단지 반 정도에 불과하였음을 보여주었다.[20]


결론

화강암질 심성암(granite plutons)들의 형성과 냉각에 수백만 년이 필요하지 않다. 새로운 증거는 두꺼운 심성암들은 많은 양의 마그마가 지구의 상부 지각으로 한 번에 천천히 관입되어 생겨난 결과가 아니라는 것을 보여주고 있다. 아마도 심성암들 각각의 얇은 판들은 최소한 부분적으로는 다른 판들과는 독립적으로 냉각되었다. 따라서 냉각은 매우 가속화되었을 것이다. 대부분의 심성암들은 냉각되는 데는 3,000년 미만이 소요되었을 것이다. 그리고 냉각에 있어서 결정적인 요소는 마그마와 주변 암석들에 들어있던 물이다. 그래서 화강암의 형성과 냉각에 필요한 시간척도와 조건들은 6,000~7,000년의 지구 나이와 4,500~5,000년 전에 전 지구적인 격변적 대홍수가 있었다는 주장과 전혀 모순이 없는 것이다.

 

References and notes
1. D.A. Young, Creation and the Flood: An Alternative to Flood Geology and Theistic Evolution, Baker, Michigan, 1977. [Young was an old-earth creationist, who has since departed even further from Scripture and become a theistic evolutionist.]
2. A. Hayward, Creation and Evolution: The Facts and the Fallacies, Triangle SPCK, London, 1985. [Hayward, a Christadelphian and old-earth creationist, denies the deity of Christ.]
3. A.N. Strahler, Science and Earth History—the Evolution/Creation Controversy, Prometheus, New York, 1987. [Prometheus is an overtly atheistic publishing house.] 
4. W. Johannes and F. Holtz, Petrogenesis and Experimental Petrology of Granitic Rocks, Springer-Verlag, Berlin, 1996. Note that water will not boil away, even at temperatures many times its normal boiling point, if the confining pressures are high enough.
5. N. Petford, R.C. Kerr and J.R. Lister, Dike transport of granitoid magmas, Geology 21:845–848, 1993.
6. N. Petford, Dykes or diapirs?, Transactions of the Royal Society of Edinburgh: Earth Sciences 87:105–114, 1996.
7. E.H. Rutter and D.H.K. Neumann, Experimental deformation of partially molten Westerly Granite under fluid-absent conditions, with implications for extraction of granitic magmas, Journal of Geophysical Research 100:585–607, 1995.
8. W. Hamilton and W. Myers, The Nature of Batholiths, United States Geological Survey Professional Paper 554C, 1967.
9. J.J. Norton and J.A. Redden, Relations of zoned pegmatites to other pegmatites, granite, and metamorphic rocks in the southern Black Hills, South Dakota, American Mineralogist 75:631–655, 1990.
10.  F.J. Spera, Thermal evolution of plutons: a parameterized approach, Science 207:299–301, 1982.
11.  P.A. Candela, Physics of aqueous phase evolution in plutonic environments, American Mineralogist 76:1081–1091, 1991.
12.  L.M. Cathles, An analysis of the cooling of intrusives by ground-water convection which includes boiling, Economic Geology 72:804–826, 1977.
13.  L.M. Cathles, Fluid-flow and genesis of hydrothermal ore deposits, Economic Geology: 75th Anniversary Volume, B.J. Skinner (ed.), pp. 424–457, 1981.
14.  A.A. Snelling and J. Woodmorappe, The cooling of thick igneous bodies on a young Earth, Proceedings of the Fourth International Conference on Creationism, R.E. Walsh (ed.), Creation Science Fellowship, Pittsburgh, Pennsylvania, pp. 527–545, 1998.
15.  S.E. Ingebritsen and D.O. Hayba, Fluid flow and heat transport near the critical point of H2O, Geophysical Research Letters 21:2199–2202, 1994.
16.  D.O. Hayba and S.E. Ingebritsen, Multiphase groundwater flow near cooling plutons, Journal of Geophysical Research 102:12235–12252, 1997.
17.  E.M. Parmentier, Numerical experiments on 18O depletion in igneous intrusions cooling by groundwater convection, Journal of Geophysical Research 86:7131–7144, 1981.
18.  M. Magaritz and H.P. Taylor, Oxygen 18/oxygen 16 and D/H studies of plutonic granitic and metamorphic rocks across the Cordilleran batholiths of southern British Columbia, Journal of Geophysical Research 91:2193–2217, 1986.
19.  E.S. Sprunt and A. Nur, Microcracking and healing in granites: new evidence from cathodoluminescence, Science 205:495–497, 1979.
20.  H. Björnnsson, S. Björnnsson and T. Sigurgeirsson, Penetration of water into hot rock boundaries of magma at Grímsvötn, Nature 295:580–581, 1982.


 

*참조 1 : [한 창조론자의 ‘회심’을 옹호하며] 프라이드를 탄 돈키호테 (2008. 3. 27. 복음과 상황)
http://www.newsnjoy.co.kr/news/articleView.html?idxno=24263

 

*참조 2 : Catastrophic Granite Formation (Answers Research Journal 1:11-26, 2008)
http://www.answersingenesis.org/articles/arj/v1/n1/catastrophic-granite-formation

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

http://biblicalgeology.net/2006/Granite-grain-size.html

The Cooling of Thick Igneous Bodies on a Young Earth
http://www.answersingenesis.org/articles/aid/v4/n1/cooling-thick-igneous-bodies

 

출처 : Creation 21(1):42-44, 1998. 12.
URL : http://www.answersingenesis.org/creation/v21/i1/rocks.asp
번역자 : IT 사역위원회

관련 자료 링크:

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2. 화강암의 빠른 형성 (‘Rapid’ granite formation?)
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