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석유는 어떻게 만들어졌을까?

Where does petroleum come from?

Bill Hoesch(지질학 석사), 조희천역, ACT뉴스 20185

 

 

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석유의 기원에 관한 최고의 과학은 지구 역사에 관한 전 지구적 홍수 모델인 젊은 지구와 온전히 부합한다. 수백만 년이란 시간의 가정은 석유 한 방울을 발견하는 데에 전혀 도움을 주지 못한다. 과연 석유의 기원에 대해서 실제로 알려진 사실은 무엇일까?

 

많은 양의 상업적 용도 석유가 저장된 곳들은 모두 원유 기원암(source bed)이라 불리는 세립질의 유기물이 풍부한 퇴적암과 관련된다. 그러나, 이 지층들이 퇴적되는 속도나 탄화수소가 배출되는 과정, 요구되는 깊이, 그리고 깊이가 얕은 지역으로 석유와 가스가 이동해 모이게 되는 경로 등은 모두가 논란거리이다. 긴 시간은 이들 중 어떤 과정에도 필요하지 않다. 다음 네 가지 요점들을 강조하여 설명하고자 한다.

 

1. 석유는 대부분 죽은 식물로부터 얻어진 재생 불가능한 자원이다.

 

원유 기원암과 축적된 대부분의 석유들 사이의 상호 생화학적 특징들은 석유의 기원이 무기물이 아님을 보여준다. 이 퇴적암에 존재하는 유기물들은 대부분 물에 떠다니던 조류(algae) 그리고 플랑크톤이다. 육지 식물들은 적고, 동물은 더욱 적으며, 공룡은 전혀 없다! 일반적으로 그 원유 기원암은 검은색 셰일이고, 2~15% 정도의 유기 탄소와 진흙 크기의 작은 입자로 구성되어 있다. 이렇게 유기물이 풍부한 지층이 어떻게 퇴적될 수 있었는지 동일과정설 모델로 설명하려면 수수께끼와 같다. 그러나, 석유가 대규모의 유기체의 죽음과 함께 만들어졌다는 사실은 매우 분명하다.

2

2. 원유 기원암이 형성될 조건, 즉 죽은 유기물이 사라지지 않고 보존되어야 하는 조건이 현대의 해양에 존재하지 않는다.

 

석유가 풍부한 흑색 셰일이 북미에 거의 대륙 규모의 넓이로 분포하며, 이 사실은 육지가 분명 과거에 홍수를 경험했다는 사실을 보여준다. 전지구적인 홍수가 아마도 고대 생물체들을 급속도로 매몰시켜 보존시키는데 가장 효과적이었을 것이지만, 진화론적 지질학자들은 오랜 시간 동안 점진적으로 형성되었다는 것을 선호한다. 그렇기 때문에 그들은 비정상적으로 산소 농도가 낮은 바다를 상상해서, 이곳에 죽은 유기체가 아주 천천히 바닥에 진흙과 함께 쌓여 부패되지 않은 채 존재할 수 있었을 것이라 주장한다. 그들은 이러한 특별한 바다의 상태에 대해 자세히 말할 수 없지만,

 

많은 지질학자들은 석유와 가스가 높은 온도와 깊은 곳, 소위 말해 석유 조리실(oil kitchens)”에서 매몰되는 과정으로 형성되었다고 상상한다.

 

어쨌든 과거에 존재했을 것이라고 확신한다! 하지만 구성물이 상대적으로 균일한 이 흑색 셰일의 형성을 설명하기 위해 제시된 여러 모델들은 서로 앞뒤가 맞지 않는다.(1) 2000년대 이후 셰일 유의 호황으로 시작된 여러 연구들은 이 흑색 셰일들의 퇴적 원인이 매우 전 지구적이고 큰 사건에 의한 것(episodic)”이었음을 보여주고 있다.(2)

 

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전형적인 석유와 천연 가스를 포함하는 원유 기원암으로서 흑색 셰일인 차타누가 셰일(Chattanooga Shale)을 생각해보자. 이 지층은 약 10미터의 두께로 테네시(Tennesse)와 알라바마(Alabama), 그리고 켄터키(Kentucky)에 걸쳐 연결되며, 동일한 지층들을 연결하면 중앙 대륙을 가로지르는 넓이다. 이 지층에는 육지와 해양생물들의 화석이 함께 뒤섞여 존재하고, 이 양이 전체 유기 탄소의 약 10~15%를 설명할 정도이다. 이 지층의 한 부분인 오하이오 셰일의 클리브랜드군(Cleveland Member of the Ohio Shale)은 조개나 원생동물, 상어뿐만 아니라 약 10미터 길이의 거대한 물고기 화석으로도 유명한데, 이 생물들은 모두 산소가 충분한 해양 바닥에서 서식이 가능한 생물들이다. 발견된 상어 화석들의 지느러미나, 위장 속의 내용물, 그리고 근육 조직과 같은 부드러운 부분들이 육상의 식물들과 함께 잘 보존되어 있는데, 이러한 사실들은 갑작스런 매몰 과정이 있었음을 보여준다. 이 지층의 퇴적 모습도 당시 물이 정적이기보다 매우 강력하게 이동하고 산소가 풍부했을 것임을 암시한다. 이러한 증거들은 당시 퇴적 작용이 비정상적으로낮은 산소 농도의 바다에서 일어난 것이 아닌 격변적으로 생물을 매몰시켰던 전 지구적 홍수에 의해 일어났다는 사실에 더욱 적절해 보인다.

 

3. 세계적으로 가장 많은 양이 축적된 석유들은 얕은 깊이와 낮은 온도에서 쌓인 원유 기원암으로부터 배출된 것으로 보이며, 이 과정은 수백만 년의 시간을 필요로 하지 않는다.

 

많은 지질학자들은 석유와 가스가 높은 온도와 깊은 곳, 소위 말해 석유 조리실(oil kitchens)”에서 매몰되는 과정으로 형성되었다고 상상한다.(5) 이러한 생각에는 실제로 여러 지질학적인 오류가 있다는 사 실이 오랫동안 알려졌는데, 그중에서도 가장 중요한 예는 극도로 많은 양이 축적된 석유이다.(6) 이 경우에, 석유는 반드시 매몰 과정의 후기가 아닌 매우 초기에 특정 위치에 모여야만 형성될 수 있고, 이것은 유기물이 낮은 온도에서 기름을 배출했다는 것을 암시한다. 박테리아가 아마도 이 유기물이 풍부한 생물학적 기름을 열적으로 미완성된(thermally immature)” 원유로 바꾸는 과정에 관여했을 것이다. 이렇게 모인 원유가 열을 받게 되고 더 깊이 매몰되어 일반적인 석유로 변하게 된다. 자세한 경로와 상관없이, 낮은 온도에서 급격한 속도로 석유가 형성된 것을 암시하는 석유 형성의 여러 제약 조건들도 (특히, 이런 많은 양의 원유가 축적되는 과정에 대해선) 이미 많이 알려졌다.(7) 석유의 생성에 오랜 연대가 필요하다는 주장은 사실이 아니다.

 

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세계적으로 가장 많은 석유 저장 퇴적층으로 알려진 앨버타 역청 사암”(Alberta tar sands”)의 특징들은 그것이 얕은 깊이와 낮은 온도에서 형성된 열적으로 미완성된 원유임을 보여준다. 하지만 만약 석유 조리실(oil kitchen)”로 불리는 고온 고압에서의 석유 형성 모델을 만족시키려면, 현재 발견된 원유가 기원암으로부터 매우 제한된 투과율(permeability)을 이겨내고 거의 수평방향으로 약 500킬로미터 정도를 이동했다는 것을 설명해야만 한다.(8) 이것은 아무리 지구가 오래되더라도 불가능한 것이다.

 

4. 석유 매장지의 내부 압력 때문에 석유가 장시간 동안 저장될 수 없다.

 

캘리포니아 산타바버라 해협(Santa Barbara Channel: 캘리포니아 육지와 채널 제도(Channel Islands) 사이의 해협)은 세계에서 가장 많은 농도의 석유가 흘러나오는 지역 중 한 곳이다. 석유가 흘러나오는 지점(Coal Oil Point) 주변에는, 원유가 해양 바닥으로부터 매일 약 160배럴 정도가 흘러나오기 때문에, 수 마일의 해변이 원유의 찌꺼기로 덥힌다. 더 심각하게는, 매일 40 톤의 엄청난 속도로 바닥에서 천연 가스 방울을 일으키며 뿜어져 나와 산타바버라 카운티의 공기 오염을 유발시키기도 한다. 이곳의 해양 바닥 퇴적물 아래에 매몰되어 모여 있는 석유는 약 2백만 년 전에 형성되었다고 주장한다. 그러나, 현재 배출되는 속도로 계산하면, 모든 석유와 가스가 136년이 못되어 모두 고갈되어야 하므로, 2백만 년 전의 생성 연대는 옳지 않다. 이 석유와 가스가 2백만 년보다 훨씬 더 가까운 최근에 형성되었거나, 아니면 현재의 배출 속도를 과거에 그대로 적용하는 동일과정설적 가정이 틀린 것이다.

 

석유의 급격한 형성을 말하는 과학적 논리는 훨씬 더 견고하고 성경 연대의 창조와 전 지구적 홍수와 더 잘 부합한다. “오 주여, 주의 말씀은 하늘에 정착되었사오며(119:89)”라고 고백한 시편 기자의 고백에 우리는 동의할 수 있다. 번역: 조희천

 

1. 동일과정설 모델은 모두 설명에 실패한다. (Arthur, M. A. and Sageman, B. B., 1994: “Marine black shales: depositional mechanisms and environments of ancient deposits,” Annual Review of Earth & Planetary Sciences, 22: 499551).

2. Schieber, J., 2004: “Connecting the dots: Sequence stratigraphic correlation in Devonian black shales of the eastern United States an drelationship to global sea level variations,” in J. Schieber & R. Lazar, eds., Devonian Black Shales of the Eastern U.S. (Indiana Geological Survey Open-File Study 04-05, p.80-82).

3. Schieber, J. 1998. “Developing a sequence stratigraphic framework for the late Devonian Chattanooga Shale of the southeastern US A: Relevance for the Bakken Shale,” 5868, in J. Christopher, C. Gilboy, D. Paterson, and S. Bends (eds.), Eighth International Williston Basin Symposium, Saskatchewan Geological Society Special Publication 13.

4. 이 크기의 물고기를 화석화 하려면 약 1미터의 두께의 퇴적물이 쌓여야 하는데, 진화론적 퇴적 속도로 이는 약 만년의 시간이 필요하다. 그러므로 점진적 매몰과정으로 설명되지 않는다. 차타누가의 경우처럼, 클리블랜드 셰일은 격변적으로 퇴적되었어야 한다. (Alshahrani, S. & Evans, J., 2014, Shallow-water origin of a Devonian black shale, Cleveland Shale Member of the Ohio Shale, Northeastern Ohio, USA: Open Journal of Geology 4:12:1-17).

5. 카타지네시스는 석유의 전구체인 케로진이 석유로 바뀌는 지구화학적 과정이지만, 다른 과정으로도 석유는 생성될 수 있다.

6. Journal of Petroleum Geology 13:127-156, 1990; and, Houston Geological Society Bulletin 34:57-76, 1992; https://www.hgs.org/sites/default/files/bulletins/June_1992.pdf

7. Sabate, R.W. & Baker, C.C., 1994 (abs.) “Synergetic catalysis in hydrocarbon generation,” Gulf Coast Association of Geological Societies Transactions, 44: 657-661.

8. Tozer, R., Choi, A., Pietras, J., & Tanasicuk, D., 2014, “Athabasca oil sands: Megatrap restoration and charge timing”: American Association of Petroleum Geologists Bulletin, 98:3:429-447.

9. Based on: original reserves of 2 x 109 bbls. of oil, and 1011 ft3 of natural gas; seepage rates of 160 bbls. oil/day and 2x106ft 3/day. (From: Peltonen, C. B., & Boles, J. R., 2015, “Hydrocarbon production from the South Ellwood Field and the effects on naturally occurring oil and gas seeps,” AAPG Search & Discovery Article # 23010, posted on 6/29/2015. http://www.searchanddiscovery.com/documents/2015/20310peltonen/ndx_peltonen.pdf). Disparities like this have been known for a long time (Melvin A. Cook, Prehistory and Earth Models: London, Max Parrish, 1966).

 


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