격변적 맨틀의 이동
조희천(지구물리 박사과정, Mississippi State University), ACT뉴스 2015년 10월
지난 4월 네팔에서 약 규모 8 정도의 강한 지진이 일어나 9,000명 이상이 사망하는 일이 있었다. 네팔은 히말라야 산맥에 있는 나라로서 인도판과 유라시아판이 서로 만나는 지역이다. 인도판과 유라시아판은 모두 대륙판으로서 과거 두 판이 부딪히면서 높이 솟아오른 지형이 바로 히말라야 산맥이다. 사실 지구에서 일어나는 지진 대부분은 맨틀 위에 있는 판들이 움직이며 생기는 역학적 과정에 의해서 발생한다. 그렇다면 이러한 지구의 판들은 왜 움직이는 것일까?
판 이동의 원인에 대한 논의는 오래전부터 있었지만 오늘날 지질학자들은 맨틀의 대류(mantle convection)를 그 원인으로 이해한다. 맨틀이 대류를 한다는 말 때문에 지구 맨틀이 액체인 것으로 오해하기도 하지만 실제로 맨틀은 금속원소를 포함하는 규산염 광물(silicate)과 그 변형체로 이루어진 고체 암석이다. 그렇다면 어떻게 단단한 고체 암석이 대류를 한다는 말일까? 대류라는 단어는 열이 전도(conduction)가 아닌 물질의 이동으로 전달되는 것을 의미한다. 지구 맨틀은 열의 전달이 전도보다 맨틀의 이동에 의해 우세적으로 일어나는 시스템이다. 그러므로 대류라는 개념이 사용되는 것이다. 이러한 맨틀의 움직임을 따라 지구표면에 있는 판들이 마찰에 의해 함께 이동하는 것이다.
오늘날 판의 이동속도는 약 2~7cm/yr 정도로 매우 느리다.(1) 그래서 진화론자들은 오늘날의 속도로 과거에도 동일하게 이동했다는 ‘동일과정설’적 해석을 적용해서 아주 오랜 시간 판이 이동해왔고 이러한 느린 판의 이동이 진화론을 뒷받침한다고 순환 논리적 주장을 한다. 과연 맨틀의 대류가 과거에도 오늘날과 같은 속도로만 이동했을까? 맨틀이 고체 암석이기 때문에 빠르게 대류가 일어날 수 있다는 것이 상상하기 어렵겠지만, 여러 과정을 통해 맨틀이 과거 아주 빠르게 이동했음이 설명될 수 있다.
고체 물질의 역학을 연구하는 분야에서 빼놓을 수 없는 중요한 개념이 있는데, 응력(stress)과 변형률(strain) 이다. 응력은 물체에 힘이 가해졌을 때 그 힘에 대해서 변형되지 않으려는 성질을 나타낸 것으로 물질의 강도(strength)로 이해될 수 있다. 이러한 힘에 의해 물체가 변형되는 정도를 변형률이라고 부르는데, 이 응력과 변형률의 관계로부터 물질의 역학적 특성(mechanical properties)을 이해할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 만약 맨틀의 응력이 높으면 높을수록 그 변형되는 정도는 줄어들고 쉽게 부서지게 되지만, 일반적으로 응력이 낮아지면 쉽게 변형될 수 있게 된다. 그런데 이 물체의 응력(또는 강도)은 여러 환경적 또는 내부적 변수들에 의해서 영향을 받는데, 이러한 변수 중 가장 중요한 것 하나가 바로 온도
이다. 온도가 높아지면 암석의 변형이 쉽게 일어난다. 예를 들어 플라스틱이 열을 받으면 매우 부드러워지는 것처럼 암석도 열을 받으면 상대적으로 부드러워진다.
그림 1) 판과 맨틀/지각과 암석권을 합하여 판( plate)이라 한다.
물질이 변형되며 이동할 때 반드시 일어나는 현상이 있는데 그것은 마찰에 의한 열 방출(shear heating)이다.(2) 이러한 열의 생성은 고체와 같이 점도가 매우 높은 물질에서 더욱 중요한데, 맨틀이 빠른 속도로 이동하게 되면 이 열 때문에 온도가 높아지고 이 온도가 맨틀의 강도를 낮추어 쉽게 변형되게 한다. 재밌는 사실은, 이 같은 맨틀의 변형은 이동을 쉽게 하기 때문에 이동속도가 빨라지고, 이 빨라진 이동 속도로 인해 이전보다 더 많은 열이 생성되어 맨틀의 이동속도를 더욱 높이며 이렇게 맨틀의 대류 속도가 계속해서 가속화될 수 있다는 점이다. 이러한 사실은 수학적 시뮬레이션에서도 관찰되었다. 그림 2에서 보여주듯, 상대적으로 차가운 지각(파란색)이 맨틀 속으로 가라앉을 때 주변의 온도가 높아지게 되며(붉은색) 이러한 과정이 연쇄적으로 일어나게 되어 아주 빠른 속도로(초당 수m) 가속화된다. 이 정도의 속도로 대략 1년 정도면 오늘날의 판의 모습으로 이동되는데 충분하다.(3, 4)
그림 2) TERRA 2D/ 유한원소법(FEA)을 사용한 맨틀 대류모델. 위 그림에서 차가운 지각물질이 중력에 의해 빠르게 가라앉으며 주변에 열이 형성된다. 이 열로 인해 맨틀의 이동속도가 매우 빨라질 수 있다. 하얀색 화살표는 이동속도를 나타낸다.(4)
“내가 홍수를 땅에 일으켜 무릇 생명의 기운이 있는 모든 육체를 천하에서 멸절하리니 땅에 있는 것들이 다 죽으리라”(창 6:17) 하나님께서 땅을 멸하시는 홍수를 일으키셨을 때 땅은 매우 격변적으로 이동했고 파괴되었다. 이러한 판들의 격변적 이동에 대한 증거들은 압도적이고 분명하다. 판의 이동에 있어서도 지구의 연대가 성경의 연대대로 젊어야만 한다는 말이다. 오늘날 겨우 일년에 2cm 정도 이동하는 판에서 일어난 네팔 지진의 위력을 생각하면, 홍수 당시가 어땠을지는 상상하기도 어려우리만큼 격변적이었을 것이다. 노아홍수가 지역적 홍수였다는 주장은 성경에서 말하는 것이 아니다. 하나님께서 노아홍수를 그토록 자세히 성경 속에 기록해두신 것이 참으로 놀랍고 감사한 일이지 않은가! 아마도 오늘날처럼 자신들의 실제 역사를 쉽게 잊을 수 있는 연약한 우리를 위해 창조주 하나님과 창조자이자 구원자이신 예수그리스도를 선명히 알려주시기 위함일 것이다. 수십억 년의 진화역사는 예수님이 가르쳐주시는 것이 아니다. 그분이 보고 들은 것이 기록된 성경, 하나님의 말씀이 실제 우리의 역사다.
참고문헌
1. Jet Propulsion Laboratory website, http://sideshow.jpl.nasa.gov/post/series.html
2. I.J. Gruntfest, 1963, Thermal feedback in liquid flow; plane shear at constant stress, Transactions of the Society for Rheology, 8, 195-207
3. J.R. Baumgardner, 2003, Catastrophic plate tectonics: The physics behind the Genesis Flood, in Proceedings of the Fifth International Conference on Creationism, R.L. Ivey, Jr. ed., Pittsburgh, PA: Creation Science Fellowship, 113-126
4. J.A. Sherburn, J.R. Baumgardner, M.F. Horstemeyer, 2013, New Material Model Reveals Inherent Tendency in Mantle Mineral for Runaway Mantle Dynamics, in Proceedings of the Seventh International Conference on Creationism, Pittsburgh, PA: Creation Science Fellowship
