황토(뢰스)의 기원과 노아홍수, 그리고 한 번의 빙하기

[스토리]

황토(뢰스)의 기원과 노아홍수, 그리고 한 번의 빙하기

일반적으로 바람에 날린 미사(wind-blown silt)로 여겨지는 황토(loess, 뢰스)는 동일과정설(uniformitarism) 지질학에서 많은 문제점을 야기시켜 왔다. 주요한 문제점은 과거의 빙하기들에서 빙하주변 황토의 잃어버림(missing periglacial loess), 육지 표면의 약 10%를 차지하고 있는 막대한 양의 황토 근원의 결여(lack of a source), 과거 빙하기들에서 침식됐던 황토의 결여(lack of eroded loess)가 그것이다. 또한 황토가 어떻게 만들어졌는지도 동일과정설 지질학자들에게는 곤혹스런 문제가 되고 있다. 물에 의해서 여러 입자 크기의 혼합 퇴적물이 흘러가면서 분류될 때, 다량의 미사(silt, 실트)가 만들어진다. 전 지구적 홍수였던 노아 홍수와 홍수 이후의 한 번의 빙하기는 황토의 막대한 양과 분포를 설명하는 데에 있어서, 보다 설득력 있는 틀을 제공한다. 대홍수의 극심한 난류(turbulence)는 막대한 량의 황토를 만드는 데에 기여했을 것이고, 건조했던 빙하기의 퇴빙기 동안에 재분포(reworked) 되었을 것이다.

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황토(loess, 뢰스)를 한 마디로 정의하기는 어렵지만, 일반적으로 바람에 날린(wind-blown, eolian) 미사(silt)로서 간주되고 있다.[1] 황토는 대부분 미세한 석영 입자로 이루어져 있으며, 종종 적은 비율로 점토와 모래가 미사와 섞여있다. 황토는 흔히 '고토양(paleosols)'과 수직적으로 섞여있다. 고토양은 지질학적 기록으로 보존되어 있거나, 토양 형성 과정에 더 이상 관여하지 않는, 깊숙이 묻혀 있는 화석토양으로 간주되고 있는 것이다.[2] 이전에 과학자들은 황토의 미사 입자들은 빙하의 마모(abrasion)에 의해서 유래했다고 믿기도 했었지만, 오늘날 황토는 빙하 또는 비빙하의 기원을 함께 가지고 있다고 믿어지고 있다.[3~6]

황토는 대륙의 중위도 및 고위도 대부분을 덮고 있는데, 유럽의 대서양 연안 동쪽으로부터 러시아와 우크라이나로 스칸디나비아 빙상의 남쪽에 있는 지역에 걸쳐 두꺼운 벨트를 형성하고 있으며, 또한 미국 중서부, 알래스카 저지대, 워싱턴주 남동부, 아이다호 동부, 그리고 중국 중부에는 440,000km2에 일부는 300m 두께에 이르는 막대한 량의 황토가 쌓여져 있다.[8] 수백만 마리의 털복숭이 매머드들과 다른 빙하기 동물들이 시베리아, 알래스카, 캐나다 유콘의 비-빙하 지역의 황토에 대부분 매몰되어 있다.[9] 바람에 날린 물질들은 그린란드 빙하 코어에서 빙하기를 가리키는 부분에서 흔히 볼 수 있다.[10]

동일과정설적 관점으로 접근했기 때문에, 많은 연구들이 실시됐음에도 불구하고, 황토와 관련되어서는 많은 문제점들이 있다. ”신생대 제4기 지질학에서 황토만큼 많은 논쟁을 불러 일으켰던 것은 일찍이 없었다.”[11]

그림 1. 빙하기의 정점에 있었던, 한 거대한 빙하 호수였던 미졸라 호수의 홍수(Lake Missoula flood)로 형성된 버링감 캐니언(Burlingame Canyon)의 리드마이트(rhythmites). 반복되는 지층 꼭대기에 바람에 날린 미사(wind-blown silt)가 약 1m 두께로 쌓여져 있는 것에 주목하라.

잃어버린 황토 문제

동일과정설로 인해 생겨나는 문제점들 중 가장 어려운 것은 ”잃어버린 황토(missing loess)” 문제이다. 현대 지질학의 기초가 되고 있는 동일과정설 패러다임에서는 과거에 여러 번의 빙하기들이 있었다고 주장한다. 그런데 모든 빙하주변의 황토들은 ”마지막” 빙하작용 시에 파생된 것만 발견되고 있다. 전문가들은 그 의미에 대해 논의하는 것을 피하려는 경향이 있다 :

”중국과 다른 곳에서 발견되는 빙하주변 황토(periglacial loesses)는 주로 마지막 홍적세 빙하작용 시의 것으로 연대가 평가된다. 더 초기인 제4기 빙하작용으로 생겨난 황토는 거의 알려져 있지 않다.... 잘 다뤄지지 않고 있는 황토에 대한 한 문제점은 마지막 빙하기 이전에 만들어진 황토는 거의 완전하게 결여되어 있다는 것이다.”[12]

중국의 빙하주변 황토는 비-빙하에 의해서 만들어졌다고 보는 중국 중부의 두텁고 광대한 황토와는 다르다.[13] 제4기 지질학자들은 4번의 빙하기(Ice Age)가 있었다고 한때 믿었지만, 심해퇴적물 코어(cores)에 기초하여, 지난 250만 년 동안 30번이 넘는 빙하기가 있었다고 주장하고 있다.[14] 추정되는 이전의 모든 빙하기들 동안에 만들어진 황토들은 모두 어디에 있는가? 가장 직접적이고 간결한 추론은 이전 빙하기들은 없었다는 것이다. 단지 한 번의 빙하기가 있었던 것으로 보인다. 내가 한 번의 빙하기를 주장하는 11가지의 이유들 중에서, 이 잃어버린 황토는 그 한 가지 이유이다.[15]

동일과정설적 과학자들은 이 ”잃어버린 황토(missing loess)” 문제를 여러 가지 방법으로 설명하려고 시도해왔다. 가장 단순한 설명은 간빙기 동안에, 물과 바람에 의해서 황토가 침식되어 사라졌기 때문에 없다는 것이다. 그러나 그 설명이 가지는 문제점은 다음과 같다. 여러 번의 빙하기를 초래했다는 밀란코비치(Milankovitch) 메커니즘에 따르면, 현재 지구는 간빙기에 있고, 아마도 다음 빙하기로 접어들 준비를 하고 있다. 이전 황토들이 간빙기 동안에 침식됐기 때문에 남아있지 않다면, 왜 '마지막' 빙하기의 황토는 산림 벌채와 농업으로 인한 침식의 가속에도 불구하고, 현재의 간빙기 동안에 거의 침식되지 않고 남아있는가 라는 것이다.[16]

이러한 모순된 여러 빙하기들에 대한 동일과정설적 결과로 인해, 몇몇의 과학자들은 현재의 간빙기는 모든 이전의 간빙기들과는 '다르다'고 단순히 제안했다. 그러나 현재의 간빙기가 매우 특별하다는 제안은, 일부 지질학자들에게 상상하기 어려운 것이다. 왜냐하면 그러한 제안은 아마도 현재의 지질학적 해석에 기초가 되는 동일과정설의 원리를 무시하는 것이기 때문이다.

최근 한 가설은 각 빙하기의 황토들은 단순히 ”재순환” 된 것이라고 제안하고 있다.[18] 이러한 아이디어에 따르면, 각 빙하기는 간빙기 동안에 손실되는 것보다 약간만 많은 황토를 생성했다는 것이다. 따라서 황토의 양은 첫 번째 빙하작용으로부터 오늘날에 이르면서 시간이 지남에 따라 증가하여, 오늘날 두터운 황토를 가지게 되었다는 것이다.

이전 빙하기의 황토를 잃어버렸다(없다)는 것을 만회하기 위해서, 각 빙하기 동안 전체 량의 황토가 재분포 됐다고 주장하는 것은 도저히 믿을 수 없어 보인다. 게다가 이러한 아이디어는 검증할 수도 없고, 임시방편적이다. 황토 중 일부는 미시시피 계곡과 같은, 강의 계곡에 갇혀 있다. 그렇다면, 황토가 어떻게 이 계곡에서 씻겨 나갔다가 다시 이 계곡에 쌓이게 되었는가? 또한 황토가 재순환 될 때마다, 항상 같은 위치에서만 재순환되고, 대륙 전역으로 퍼져나가지 않는 이유는 무엇 때문인가? 강한 황토 바람이 단지 황토 벨트 내에서의 재분포만을 위해서 딱 맞추어 불었는가? 이러한 많은 문제점들은 그러한 주장을 기각시킨다.

황토 근원의 결여

두 번째 수수께끼는 황토의 근원을 잃어버렸다는(missing sources) 것이다. 대륙의 황토 량은 빙하의 양보다 훨씬 크고 막대하다. 황토는 지구 표면의 10%를 뒤덮고 있다.[19] 이 미사들은 어디에서 기원했으며, 어떻게 시작되었는가? 황토의 근원과 침식은 설명되기 어렵다 :

”황토는 어디에서 왔는가?”는 잘 알려진 질문이다. 그리고 잘 알려지지 않은 다른 질문이 있다. ”침식된 황토는 모두 어디로 갔는가?”[17]

황토의 기원에 대한 주된 문제점 중 하나는, 화성암과 변성암의 석영은 대략 700μm의 평균 입자 크기를 갖고 있지만, 쇄암질의 석영은 60μm의 입자 크기를 갖는다는 점이다.[20] 모래(sand)와 미사(silt)를 구분하는 입자 크기는 63μm인데, 대부분의 황토는 20~50μm의 크기를 갖고 있다. 따라서 황토가 어떻게 만들어졌는지를 설명하기 위해서는, 석영 입자의 크기가 근원에서부터 90%나 줄어든 것을 설명해야만 한다. 어떻게 이러한 일이 발생했던 것일까?

황토의 근원으로는 크게 4가지가 제안되었다 : 1)뜨거운 사막, 2)추운 사막, 3)빙하기말 해수면 상승으로 뒤덮였던 물에 수장된 근원들, 4)빙하의 분쇄물.[21] 이 모든 근원들은 질문을 불러일으킨다. 먼저 뜨겁거나 차가운 사막은 많은 량의 황토를 생성하지 않는다. 그리고 많은 황토 벨트들이 바다에서 멀리 떨어진 내륙에 있기 때문에, 황토의 기원을 오늘날에는 수중인 대륙붕과 관련시키는 것은 문제가 있다.[22]

또한 황토는 빙하 아래에서 분쇄(subglacial grinding)에 의해서 생성되었다고 제안되었다. 그러나 황토는 현재 또는 과거에 빙하 또는 빙상에서 멀리 떨어진, 북부 튀니지, 나이지리아 북부, 이스라엘, 사우디아라비아와 같은 지역에서도 발견되고 있다.[23] 소량의 황토가 사하라 사막에서도 발견되었다. 더군다나, 실험은 빙하의 분쇄가 많은 미사를 만들어내지 못한다는 것을 보여주었다.[3, 5] 또한 실제 관측에 의해서도 현재의 빙하 앞이나 옆에서 황토가 거의 만들어지지 않고 있으며, 퇴적되지도 않는다.[21] 따라서 빙하 아래에서 분쇄로 인한 황토의 생성은 막대한 양의 황토에 대한 실행 가능한 근원으로 간주될 수 없어 보인다.

침식된 황토는 어디에 있는가?

세 번째 문제는 침식된 황토의 결여 문제이다. 위의 마지막 인용문에서, 무시됐던 한 가지 문제점은 동일과정설 과학자들이 여러 번의 빙하기에 부여해놓은 수백만 년 동안에 침식된 황토의 위치이다. 황토는 쉽게 침식되지 않지만, 시작되면 수직적 침식은 비교적 빠르게 진행된다.[16] 따라서 이러한 모든 빙하작용이 실제로 있었다면, 막대한 양으로 침식됐던 황토가 어딘가에는 퇴적되어 있어야만 한다. 그러나 대륙에서 이들 재분포된 황토는 거의 발견되지 않는다. 잃어버린 황토처럼, 침식된 황토도 잃어버린 것으로 추정되고 있다. 또한 중국의 황토와 같은 황토는 거의 침식이 일어나 있지 않다.

황토는 매우 젊고, 젊은 지구 시간 틀과 한 번의 빙하기와 잘 어울린다.

오늘날 퇴적되어 있는 황토에서 침식의 결여와, 수백만 년 동안 침식됐을 황토가 발견되지 않는다는 사실 등은 수백만 년이라는 연대가 상상에 불과하다는 것을 가리킨다. 황토는 매우 젊고, 젊은 지구의 시간 틀과, 한 번의 빙하기와 잘 어울린다.

황토는 어떻게 만들어졌는가?

넷째, 황토는 어떻게 만들어졌는가? 빙하의 분쇄(glacial grinding) 외에도, 황토의 형성에 대해서 제안됐던 몇 가지 다른 메커니즘들이 있다. 그러한 메커니즘으로는 바람에 의한 마모(wind abrasion), 풍화(weathering), 서릿발풍화(frost weathering), 염풍화(salt weathering), 물흐름에 의한 마모(fluvial abrasion) 등이 있다. 그러나 미사 입자의 형성에 대한 실험에 의하면, 혼합된 퇴적물 입자들의 물 흐름에 의한 마모를 제외하고, 다른 메커니즘들은 매우 비효율적이거나, 너무 느리다는 것이 입증되었다.

”흐르는 물에 오직 모래들만 굴러간다면, 분쇄(comminution) 또는 미사 형성은 거의 일어나지 않는다... 그러나 격렬한 고에너지의 물 흐름 시에, 자갈 크기의 돌부터 여러 크기의 입자들이 혼합되어 흘러가는 시뮬레이션에서, 서로 부딪치는 입자들은 빠르게 분쇄되어, 입자 크기의 감소가 이루어졌다.”[24]

미사의 양과 그것을 만드는데 필요한 시간에 대한 표를 기초로 하여, 여러 크기의 입자들로 혼합된 퇴적물이 빠르게 흘러가는 물 흐름에서, 많은 양의 미사가 빠르게 만들어졌다. 반면에 바람에 의한 마모는 매우 긴 시간이 걸렸다.[25]

해결책으로 노아 홍수와 한 번의 빙하기

전 지구적 홍수와 홍수 이후에 초래된 빙하기는 황토에서 관측되는 사항들을 잘 설명할 수 있을까? 황토가 빙하 아래에서의 분쇄나, 홍수 이후의 다른 메커니즘들을 통해서 만들어지기에는 충분한 시간이 없는 것 같다. 예를 들어, 중국 황토의 막대한 량의 비-빙하작용 미사들은 동일과정설적 시간 틀인 260만 년 내로는 잘 설명될 수 없다.

”중국 황토 고원에 지난 260만 년에 걸친 막대한 량의 석영 우세의 미사 공급은 참으로 흥미로운 문제이다.”[26]

중국의 황토 퇴적물이 홍수 이후에 형성될 수 있었다고 상상하기는 힘들다.

따라서 막대한 량의 두터운 '황토'를 설명할 수 있는 훨씬 더 좋은 가능성은 전 지구적 홍수 동안의 극심한 난류(extreme turbulence)를 동반한 격렬한 물 흐름이다. 이것은 막대한 량의 미사를 생성하기위한 암석 침식의 이상적 환경을 제공했다. 전 지구적 대홍수는 앞에서 언급했던, 혼합된 크기의 입자들의 텀블러 실험(tumbler experiment)과 유사하게, 강력한 물 흐름으로 인한 입자들의 마모를 유발했던 메커니즘으로서 역할을 했다.

막대한 량의 두터운 '황토'를 설명할 수 있는 훨씬 더 좋은 가능성은 전 지구적 홍수 동안의 극심한 난류(extreme turbulence)를 동반한 격렬한 물 흐름에 의한 마모이다.

전 지구적 홍수는 암석기록에서 관찰되는 ~75%의 미사를 함유하는 두터운 실트암(siltstone)과 셰일(shale)을 구성하는 입자들의 기원을 설명할 수 있다. 암석 기록에 있는 이 모든 미사들의 형성과 분류(sorting) 퇴적되어 있는 현상은 동일과정설에서는 설명하기 매우 어려운 문제이다.[27] 아프리카에 있는 한 실트암 지층은 그 두께가 무려 평균 300m이다.[28]

홍수물이 물러가면서, 많은 양의 미사를 가진 진흙(mud)은 홍수 후기에 물 흐름 속도가 낮아졌던, 정체된 물(slackwater, 게류)이 있던 지역에 퇴적되었을 것이다. 이 진흙은 여러 지역에서 홍수 이후에 지표면에 남겨졌을 수 있다. 팔루스 미사(Palouse silt)의 경우, 그러한 게류 지역은 워싱턴 주와 오레곤 서부의 캐스케이드 산맥의 융기로 만들어졌을 수 있다. 강력한 빙하기 폭풍은 진흙층의 상단 부분에 바람에 날린 퇴적물을 재분포시켰을 것이고, 근원으로부터 황토들을 하류로 운반했을 것이다.

홍수 물에 의한 마모는 황토의 대부분을 설명할 수 있는, 매우 합리적인 가능성 높은 설명인 것으로 보인다. 하지만, 그것은 젊은 지구의 시간 틀 내에서 작동된다. 따라서 오래된 연대를 믿고 있는 현대의 동일과정설적 지질학자들에 의해서는 받아들여질 수 없는 모델인 것이다. 원래의 홍수가 표면 미사의 퇴적에 관여했음을 암시하는 더 많은 증거들이 있다. 그 이유 중 하나는 물이 어떤 단계에서 미사의 수송 과정에 관여했던 것처럼 보인다는 것이다 :

”실제로 황토와 같은 많은 퇴적물들이 물에 의해서 운반된 것처럼 보이며, 이전 함몰부위에 축적된 그러한 많은 량의 퇴적물은 얕은 물웅덩이나 호수에서 정체되면서 가라앉아 형성된 것처럼 보인다.”[16]

라이트(Wright)는 어떤 단계에서 물의 작용은 지지하고 있었다 :

”마지막으로 갈렛(Gallet et al.) 등의 황토 퇴적물에 대한 최근의 지화학 및 동위원소 연구에 의하면(1998), 모든 황토 입자들은 적어도 한 주기의 물에 의한 수송을 경험했음에 틀림없는 것으로 밝혀졌다.”[27]

위 인용문은 동일과정설적 패러다임 내에서 빙하 용융수(glacial meltwater)에 의한 운반보다 더 이상의 것임을 가리키고 있다. 추가적으로, 황토의 지화학적 특성은 셰일(shales, 혈암)의 지화학적 특성과 구별될 수 없는데, 이것은 황토가 홍수에 의해서 생겨났음을 지지하는 것이라고 갈렛 등은 말했다.[29]

그림 2. 워싱턴주 남동부의 완만한 기복의 팔루스 황토(Palouse loess). 일렁거리는(rolling) 특성은 '황토' 아래의 컬럼비아 강 현무암의 볼록한(bulbous) 표면에 의해서 원인되었다.

미졸라 호수의 홍수(Lake Missoula flood)를 연구할 때, 나는 빙하기의 절정기 이후, 바람에 의한 미사(wind-blown silt)가 1m 정도 두께로 워싱턴주 동남부의 버링감 캐니언(Burlingame Canyon)에 있는 홍수 리드마이트(rhythmites) 상층부에 퇴적되어있다는 것에 주목했다(그림 1). 버링감 캐니언은 두터운 팔루스 황토(Palouse loess)가 퇴적되어 있는 지역 내에 있는데, 팔루스 황토는 50,000km2 이상의 지역에 2~75m 두께로 황토가 덮여 있다.[31] 그림 2는 일렁이는 팔루스 미사(Palouse silt)의 사진이다. 일렁이는(rolling) 특성은 사실 아래 놓여있는 컬럼비아강 현무암에 의해서 기인했다.[32] 빙하기 초기에 황토 지층은 젖어있었을 것이다. 반면에 퇴빙기는 훨씬 더 건조했고, 많은 량의 미사가 바람으로 운반되었을 것이다. 만약 모든 팔루스 황토들이 퇴빙기 동안 건조한 바람에 의해서 형성되었다면, 1m보다 훨씬 많은 미사가 리드마이트 위에 퇴적되어 있어야만 한다.

또한, 해면동물의 골편(sponge spicules)이 '황토'에서 발견되어왔다.[33] 해롤드 코핀(Harold Coffin)은 워싱턴주 남동부의 팔루스 황토의 모두 19군데 장소에서, 바다에서처럼, 해면동물의 골편들을 수집했다.[34] 팔루스 미사의 아래층은 층리를 이루며, 둥근 자갈들이 또한 미사 내의 몇몇 위치에서 발견되고 있다.[33]

이러한 증거들은 지표면 위의 많은 미사와 모래 퇴적물의 아래 부분들은 노아홍수의 마지막 시기에 퇴적됐을 가능성을 시사한다. 이 미사들은 건조했던 퇴빙기에 연속적으로 재분포(reworking)되었다. 이러한 재분포는 황토가 몇몇 빙하기 포유류들을 함유하고 있다는 사실을 설명할 수 있다.

더 나아가서, 홍수/홍수 후 경계(Flood/post-Flood boundary)는 황토 근원 지역에서는 신생대 말, 특별히 팔루스 황토 및 중국 황토와 같은 곳에서는 홍적세 중기(mid Pleistocene)의 초기였음을 의미한다. 그러한 경계는 후에 로이 홀트(Roy Holt)에 의해서 주장됐다.[35]

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Further Reading
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References
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