지층과 화석석회동굴이 형성되는데 오랜 시간이 걸리지 않나요?

    석회동굴에서 천장에 달려있는 종류석(stalactite), 종류석 밑에 바닥에서 성장된 석순(stalagmite), 종류석와 석순이 만나 기둥을 이룬 석주(column)를 볼 수 있다. 또한 석회동굴에는 벽에나 바닥에 층을 이룬 퇴적물이 있는데, 이를 유석(flowstone)이라 부릅니다. 이러한 동굴암석(Speleothem)들은 아주 아름다운 모습을 보여준다. 석회동굴 기원에 대한 이론은 아주 다양하다. 그 중에 두 가지 단계를 거쳐 형성되었다는 이론이 가장 잘 알려져있다. 첫 단계는 석회암의 틈이나 균열이 물로 채워진 상태에서 용해가 발생했으며, 이어 다음 단계로 균열이 넓어진 공간이 공기가 들어와 동굴형성물들이 탄산칼슘(CaCO3)을 퇴적시키는 용해가 일어났다는 것이다. 이러한 해석은 동굴의 모양을 보아도 잘 이해할 수 있다. 동굴형성물들은 다른 방해를 받지 않고 잘 보존되었기 때문에 동굴이 넓어진 것이 먼저이며, 그 다음에야 동굴형성물이 그 공간에 이루어졌음에 틀림이 없다. 

중요한 것은 동굴형성물들의 대부분은 오늘날에는 성장하지 않는다는 것이다. 그러므로 그 성장속도를 계산하는 것은 불가능하다. 동굴형성 속도가 느리다는 이론은 실험에 의해 얻어진 것이 아니다. 오늘날 많은 지질학자들은 동굴형성물이 빠르게 성장했다는 것을 지지하고 있다. 왜냐하면 동굴이 성장할 때와 비슷한 조건인 터널, 다리, 댐, 광산, 지하실 등에서 시멘트가 녹아 동굴형성물과 동일한 현상이 빠르게 일어나기 때문이다. 석회암의 용해에 영향을 주는 요소가 있는데, 일반적으로 물속에 CO2 농도, 산도(pH), 압력이 높을 때, 유기물이 많을 때, 온도가 낮을 때 용해가 잘 일어난다. 

또한 지하수의 유속이 빠를 때 석회암이 더 잘 녹는다. 특별히 석회암이 균열을 넓히는 데는 지하수의 빠른 유속은 아주 중요하다. 실제로 동굴 내에는 진흙, 자갈 뿐 아니라, 다량의 물에 의해 움직일 수 있는 수 미터의 돌들도 관찰된다. 화학적으로 CO2 농도는 가장 중요한 것으로 알려져있다. 왜냐하면 CO2는 물과 결합하여 약산인 탄산(H2CO3)을 만들며 산도가 높아져 석회암을 용해시키는 것을 촉진하기 때문이다. 특히 유기물이 산화될 때 CO2가 발생되어 그 물은 석회암을 더욱 잘 용해시키는 조건을 만든다. 

실제로 유기물이 산화될 때 정상적인 빗물보다 300배 이상의 CO2를 함유하기 때문에 석회암을 다량 녹일 수 있다. 실험실에서 이들에 대한 연구가 진행된 적이 있다 (William & Herdklotz, 1977). 이들은 위의 요소들을 가지고 종류석의 성장속도를 연구했다. 그런데 이들의 지질학적 연구결과는 성경적 틀에서 해석되는 것과 잘 조화를 이룬다. 그들의 요약은 아래와 같다. 

1) 석회암의 퇴적은 노아홍수 때 퇴적되었다.

 2) 홍수말기 물이 물러가는 동안 퇴적물들이 변형되고 석회암에 많은 균열이 일어났다.

 3) 물이 물러간 후에 지하수는 평형상태에 도달되기 위해 지하수의 흐름이 빠르게 이루어졌다. 이때 유기물의 분해로부터 용해가 증가되고 일종의 지하수로가 형성되었을 것이다. 이때 환경은 석회동굴의 공간을 형성하기에 이상적인 조건임에 틀림없다.

 4) 지하수가 빠져나간 동굴은 공기로 채워졌을 것이며, 이때 종류석, 석순, 유석 등이 빠르게 형성되었을 것이다. 홍수 직후의 추위는 이들을 만드는데 도움이 되었을 것이다. 실제로 동굴형성물 속에서 발견되는 화석들은 빠른 퇴적을 지지한다. 지금 모든 석회동굴은 지하수면 위에 존재하고 있다. 즉 석회동굴의 공간이 형성되기 위해서는 동굴이 한 때는 지하수면 아래에 존재해야 하며, 그 다음 동굴형성물이 만들어지기 위해서는 공기 중에 노출되면서 빠르게 용해되어야 하는데, 노아홍수는 가장 이상적인 모델을 제시한다. 

최근의 연구는 다른 변수가 추가되기도 했다 (Oard, 1998). 바로 동굴에서 황산분해 반응의 산물이 발견되었기 때문이다. 이들은 유명한 칼스바드(Carlsbad) 동굴과, 레츄구일라(Lechuguilla) 동굴과 같은 큰 규모의 동굴에 적용되는데, 동굴확장의 10% 이상이 황산과 관련된 것으로 드러났다. 이는 동굴확장이 훨씬 빨랐다는 것을 가리키고 있다. 왜냐하면 황산은 탄산보다 강산이기 때문에 석회암을 훨씬 빨리 용해시키기 때문이다. 황산은 화산과 관련된 열수(뜨겁고 농도가 높은 화학물질을 간직한 물)에 근원을 찾을 수 있다. 이러한 증거 역시 노아홍수 말기에 물이 빠져나가면서 활발해진 화산활동과도 연관되었음을 암시하는 것이다.



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