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초고압 광물들은 동일과정설에 이의를 제기한다.
(The uniformitarian challenge of ultrahigh-pressure minerals)
Michael J. Oard

   고압 광물들은 물론이요, 초고압(ultrahigh-pressure, UHP) 광물들이 과거 40년 또는 그 이전부터 지구의 표면에서 점점 더 많이 발견되어 오고 있다. 이 광물들은 동일과정설 과학자들을 크게 낙담시키고 있다. 왜냐하면 그런 초고압광물들은 높은 압력에서의 변성작용을 의미하기 때문이다. 그러나 그런 광물들이 지금은 지구 표면의 저압 환경 하에 위치하고 있는 것이다.

초고압 광물들은 주로 대륙 지각(continental crust)으로부터 기원한 것으로 믿어진다. 그러므로 동일과정설 과학자들은 대륙성 암석(continental rocks)들이 하향작용을 받아 깊이 내려갔다가, 후에 빠르게 올라오게 되었다고 결론지었던 것이다. 대륙 지각은 맨틀 암석보다 상당히 가볍다. 따라서 이 대륙암석들이 밀도가 더 높은 맨틀암석을 뚫고 밑으로 내려가기는 어렵다. 더구나 암석들은 훨씬 뜨거운 환경 속으로 내려가는 동안에도 계속 낮은 온도로 유지되어야만 한다. 또한 느린 상승에 의한 지표면 노출은 소위 역변성(reverse metamorphism)을 유발하고, 초고압 광물들을 파괴해버릴 것이다. 초고압 광물들의 새로운 발견들은 더욱 아래쪽으로 확장되어 더욱 깊은 곳까지 하강했다가 상승한 것으로 밝혀지고 있다. 이것은 동일과정설을 받아들였다가 불신했다가 하는 주기적 순환의 원인을 제공하고 있는 것이다.[1] 오늘날 지속되고 있는 패러다임의 변화가 초고압광물들에 대해서도 일어나고 있다 :

”초고압 변성작용(UHPM)에 대한 이야기는 놀랍고, 때로는 극적인, 발견들과 감정적 반응들이 뒤섞인 혼합체이다. 놀랍게도 그 과정은 확립과 불신이 반복되는 순환주기를 가지고 있다. 그리고 주어진 한 주기 안에서 학계의 반응은 그 이전 주기들로부터 습득했다는 증거를 거의 가지고 있지 않다.”[2] 


청색편암의 발견은 패러다임의 전환을 시작하게 하였다.

발견된 최초의 고압 광물은 캘리포니아 북서부의 프란시스칸 층(Franciscan Formation)에 있는 청색편암(blueschist)이었다.[3] 문제는 청색편암은 ‘고압과 저압에서 안정적’이라는 것이었다. 이것은 놀라운 일이었고 받아들일 수 없을 만큼의 빠른 하강과 상승을 의미했다. 동일과정설적 지질학계에서는 예상되는 반응을 보였다 : 즉, ”실험 결과가 부정확했던지, 또는 잘못 해석했던지, 아니면 지구에 적용하는 데에는 결점이 있던지” 등이었다.[4] 그러한 의미(빠른 하강과 상승)는 불가능한 것으로서 여겨졌었다. 격렬한 논의와 가설들의 기각 후에, 판구조론(plate tectonics)이 그것을 구했다. 청색편암은 이전에는 믿을 수 없었던 깊이인 20~50km 아래에서 섭입(subduction)에 의해 형성되었고, 그리고 섭입 속도와 유사한 속도로 지표면으로 올라왔다고 추정되었다.

오늘날 청색편암은 지구의 해양성 및 대륙성 고환경 지대들로부터 전 지구적으로 250 군데 이상에서 발견된다.[5] 이런 위치들을 오늘날의 섭입대(subduction zones)들과 연관시키기는 어렵다. 그러나 청색편암이 발견되는 곳마다, 그것은 섭입대의 화석 산물이라고 믿어지고 있다. 몇 개의 판구조 모델들이 청색편암을 설명하려고 시도하였지만, 이들 모델들 중 어떤 것도 판구조들의 놓여짐과 융기 시점을 적절하게 설명해주지 못했다.[6]


더욱 깊은 곳으로부터 올라온 초고압 광물들

1970년대 말에 맨틀 암석인 석류석 감람암(garnet peridotite)이 스위스 알프스에서 발견되었는데[7], 이것은 최소한 120km로 추정되는 깊이에서 올라왔음을 가리키는 것이었다. 예전과 같이, 도저히 믿을 수 없다는 불신의 기류가 동일과정설적 지질학계에 퍼져 나갔다.
 
 
고압의 청색편암의 상(facies)들을 포함하여, 여러 변성암들의 상들에 대한 온도-압력 도표. (After Yardley, B.W.D., An Introduction to Metamorphic Petrology, Longman Group Ltd, Harlow, England, p. 50, 1989.)

지구의 대륙성 암석들로부터 또 다른 초고압 광물들이 곧이어 발견되었다. 운석 충돌에 의해서 제한적으로 생성되는 것으로 생각되었던 코사이트(coesite, 고압형 이산화규소, 고압석영)가 알프스에서, 그리고 또 다른 고압 맨틀 암석인 에클로자이트(eclogite, 유휘암)가 노르웨이 서부 편마암 지역에서 발견되었다.[8] 코사이트는 그 후 다른 많은 곳들에서도 발견되었다.

매우 높은 압력을 받았다는 증거인 마이크로 다이아몬드(microdiamonds)들이 중앙아시아의 카자흐스탄에서 처음으로 발견되었다.[9] 초고압 광물들과 마찬가지로 마이크로 다이아몬드들도 중국 중부, 남극대륙, 브라질, 유럽, 말리, 그린란드 동부, 중앙아시아, 히말라야산맥과 인도네시아를 포함하는 전 지구의 여러 곳에서 발굴되었다.[10] 오늘날 중국 중부에 있는 다중 노두들은 4,000km 길이의 동서 벨트를 가로지르며 확장되어 있다.[11-13] 바로 최근에는 북미 대륙의 서부 산맥들에서만 유일하게 발견되었던 초고압 광물들이 북부 브리티시 콜롬비아 주(캐나다 서남부의 주)에서도 발견되었다.[14] 고압으로 변성된 암석들이 구조적으로 산맥들과 같은 높은 판구조적 위치에서 흔하게 발견되는 것은 흥미롭다.[15]

이 모든 발견들은 대륙성 암석들이 100km 이상의 깊이로 신속히 밀려내려 갔다가, 빠르게 지표면으로 되돌아왔다는 것을 의미했다. 그러나 대륙성 암석들은 해양성 암석들이나 지구의 맨틀보다 밀도가 가볍기 때문에 쉽게 섭입되지 못한다.

물론 ‘빠르게’라는 말은 동일과정설적 용어 안에서 정의되고 있기 때문에, 일 년에 1.5~3.5cm 정도일 것으로 생각하는 속도이다.[16, 17] 그러나 이런 ‘빠른’ 속도는 방사성동위원소의 연대측정법에 기초해 있다. 이 연대측정 방법은 지구상의 많은 과정들이 매우 느리게 작동했을 것이라는 믿음을 유발한다. 나는 가라앉는 속도와 상승하는 속도가 일 년에 단지 몇 cm에 불과하다는 결과가 실험실에서 입증된 것인지 궁금하다. 한 새로운 결과는 에클로자이트와 같은 어떤 초고압 및 고압 광물들은 약 10년 정도 지속되었던 개별적 유체 흐름 사건들과 함께 20,000년 정도의 짧은 기간의 유체 흐름에 기인하여 저온에서 형성될 수 있음을 보여주었다.[18, 19] 이것은 동일과정설적 용어로는 놀라울 정도로 빠른 것이었고, 논란이 예상되는 것이었다. 그러나 새로운 결과에도 불구하고, 방사성동위원소 연대측정 방법들과 오랜 지구 연대 가정들은 계속되고 있다.

동일과정설 지질학자들은 데이터들을 설명하기 위해서, 대륙 충돌(continental collisions)이라는 아이디어를 도출해 내었다. 그러나 어떻게 그런 급격한 수직적인 지판들의 대륙적 충돌이 일어날 수 있었는가는 수수께끼로 남아있다.[20] 사실 ‘단서가 없음’은 다음 글에서도 암시되고 있다 :

”그 결과로서, P-T-t 복원으로부터 추론된 열기계적 통찰과 고압 암석들에 대한 구조적 연구는 조산운동 전체 기간 동안에 지각 덩어리들의 이동 궤도와 속도를 재구성하는 데에 가차 없이 실패하도록 만들었다. 그리고 가장 중요한 것은 지각 판들의 매몰과 상승, 그리고 지구적 이동 속도에 원인이 되는 기본적 과정들에 대한 어떠한 단서도 없다는 것이다.”[20]

이것이 다가 아니다. 초고압 광물들의 분석에 의하면, 어떤 광물들은 300~400km 정도의 깊이로 내려갔다가 올라왔음을 가리키고 있다.[21, 22] 그리고 믿을 수 없다는 새로운 불신의 주기가 뒤따랐다.

오피올라이트(ophiolites, 오래된 대양지각과 상부맨틀로 믿어지는), 청색편암, 초고압 변성 지층들에 근거하여, 섭입(subduction)은 동일과정설의 시간 틀로 약 10억년 전인 신원생대(Neoproterozoic) 시기에 시작되었다고 주장된다.[23] 그러나 이제는 초고압 광물들과 마이크로 다이아몬드들이 고원생대(Paleoproterozoic, 18억년 전으로 주장되는)에서도 발견된다. 이것은 몇몇 연구원들에게 섭입이 그때로 후퇴하여 고원생대부터 시작되었다고 제시하게 하였다.[24]


초고압 광물들이 홍수 모델에서 의미하는 것은 무엇인가?

초고압 광물(UHP minerals)들은 홍수모델에 대하여 몇 가지 흥분되는 가능성들을 제시하고 있다. 그러나 이 광물들을 홍수모델 안으로 어떻게 통합시켜야 할지에 대해서는 신중해야만 한다. 왜냐하면 많은 알려지지 않은 그리고 입증되지 않은 가정들이 있기 때문이다. 초고압 광물들의 형성 과정들을 추론하는 것은 방사성동위원소 연대측정법과 동일과정설적인 오래된 연대라는 가정들과 밀접하게 연결되어 있다. 그러나 적어도 어떤 초고압 광물들은 뜨거운 유체와의 반응에 기인하여 형성되었을 가능성이 있다. 또 하나의 생각으로 초고압 광물들은 구조적 과압(tectonic overpressure) 때문에 형성되었다는 것이다. 그러나 이 생각은 구조적 과압의 크기는 너무 작을 것으로 생각되었기 때문에, 동일과정설 과학자들에 의해 거부되었다.[25, 26] 그러나 격변적 판구조 모델(catastrophic plate tectonic model)과 운석충돌 모델(meteorite impact model)에서는, 구조적 과압들은 초고압 광물들을 만들어낼 수도 있을 정도로 컸을 것이다. 결국 코사이트도 또한 운석충돌과 관련되어있다.


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Towards a Creationist explanation of regional metamorphism

References
1. Green II, H.W., Psychology of a changing paradigm: 40+ years of high-pressure metamorphism, International Geology Review 47:439–456, 2005.
2. Green, ref. 1, p. 439.
3. Green, ref. 1, pp. 440–442.
4. Green, ref. 1, pp. 440–441.
5. Maruyama, S., Liou, J.G. and Terabayashi, M., Blueschists and eclogites of the world and their exhumation, International Geology Review 38:485–594, 1996.
6. Maruyama et al., ref. 5, p. 487. 
7. Green, ref. 1, p. 443. 
8. Green, ref. 1, pp. 444–445.
9. Green, ref. 1, p. 445.
10. Liou, J.G., Ernst, W.G. and Ogasawara, Y., Petrochemical and tectonic processes of UHP/HP terranes I: Preface, International Geology Review 44:765–769, 2002.
11. Yang, J., Xu, Z., Dobrzhinetskaya, L.F., Green II, H.W., Pei, X., Shi, R., Wu, C., Wooden, J.L., Zhang, J., Wan, Y. and Li, H., Discovery of metamorphic diamonds in central china: an indication of a >4000-km-long zone of deep subduction resulting from multiple continental collisions, Terra Nova 15:370–379, 2003.
12.Yang, J., Liu, F., Wu, C., Xu, Z., Shi, R., Chen, S., Deloule, E. and Wooden, J.L., Two ultrahigh-pressure metamorphic events recognized in the central orogenic belt of China: evidence from the U-Pb dating of Coesite-bearing zircons, International Geology Review 47:327–343, 2005.
13. Zhang, J., Meng, F. and Yang, J., A new HP/LT metamorphic terrane in the Northern Altyn Tagh, Western China, International Geology Review 47:371–386, 2005.
14. MacKenzie, J.M., Canil, D., Johnston, S.T., English, J., Mihalynuk, M.G. and Grant, B., First evidence for ultrahigh-pressure garnet peridotite in the North American Cordillera, Geology 33:105–108, 2005. 
15. Platt, J.P., Exhumation of high-pressure rocks: a review of concepts and processes, Terra Nova 5:121, 1993.
16. Rubatto, D. and Hermann, J., Exhumation as fast as subduction? Geology 29:3–6, 2001.
17. Olker, B., Altherr, R. and Paquin, J., Fast exhumation of the ultrahigh-pressure Alpe Arami garnet peridotite (Central Alps, Switzerland): constraints from geospeedometry and thermal modeling, J. Metamorphic Geology 21:395–402, 2003.
18. Camacho, A., Lee, J.K.W., Hensen, B.J. and Braun, J., Short-lived orogenic cycles and the eclogitization of cold crust by spasmodic hot fluids, Nature 435:1191–1196, 2005.
19. Kelley, S., Hot fluids and cold crusts, Nature 435:1171, 2005.
20. Philippot, P. and Arnaud, N., Preface to ‘Exhumation of high-pressure rocks: kinetic, thermal, and mechanical constraints, Tectonophysics 342:vii, 2001.
21. Kerr, R.A., A deeper look beneath tall mountains, Science 284:24, 1999.
22. Green, ref. 1, pp. 448–450.

출처 : Journal of Creation, 20(1):5–6, April 2006
URL : http://creationontheweb.com/content/view/5392/
번역자 : IT 사역위원회

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