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젊은 지구에 비해 너무 많은 석탄?
(Too Much Coal for a Young Earth?)
Gerhard Schönknecht
지질학적 시간 척도 내에서의 석탄 퇴적


석탄(coal)은 고생대 데본기(Devonian)에서 신생대 제3기(Tertiary)에 이르기까지 거의 모든 지질 지층들에서 발견된다 (표1을 보라)1.


그러나 석탄의 매장은 석탄기(Carboniferous Period)에서 가장 많이 발견되는데, 특별히 석탄기 후기에 많이 발견된다 (라틴어의 carbo는 coal 이라는 뜻). 탄소 농도와 석탄화 정도에 따라서, 갈탄(lignite), 역청탄(bituminous coal), 그리고 무연탄(anthracite)의 차별이 일어난다. 석탄화(coalification)의 정도는 지층 아래로 갈수록 증가한다. 그래서 석탄기에서는 깊은 장소에 묻히지 않은 것과 부역청탄을 제외하곤 주로 역청탄이 발견되며, 갈탄은 신생대 제3기에 주로 발견된다.


이렇게 다르게 분류되는 석탄들은 지사학적으로 3억5천만 년의 기간 동안에 걸쳐 형성되었다는 것이다. 예를 들면 3천만 년에서 4천만 년의 기간은 석탄기 후기에 역청탄이 형성되는데 필요한 시간이었다는 것이다.  


이 석탄은 수천만 년동안 축적된 태양 에너지를 포함하고 있을까?


       지질시대

주장되어지는 연대 (백만년)

 제4기 (Quaternary)

         0 – 1.8

 제3기 (Tertiary)

       1.8 – 65.0

 백악기 (Cretaceous)

      65.0 – 142.0

 쥐라기 (Jurassic)

     142.0 – 205.7

 트라이아스기 (Triassic)

     205.7 – 248.2

 페름기 (Permian)

     248.2 – 290.0

 석탄기 (Carboniferous)

     290.0 – 354.0

 데본기 (Devonian)

     354.0 – 417.0

 실루리아기 (Silurian)

     417.0 – 443.0

 오르도비스기 (Ordovician)

     443.0 – 495.0

 캄브리아기 (Cambrian)

     495.0 – 545.0

 선캄브리아기 (Precambrian)

    >545.0

표 1. 지사학적 시간 척도에 따른 동일과정설적 지질연대표.



전 세계의 천연 화석연료 자원량


천연물질로서, 확인된 매장량과 총 추정 매장량 사이에는 차이가 있다 (표2를 보라)2. 전 세계의 추정되는 화석연료의 자원량은 다음과 같다 (이중 단 10% 만이 확인된 매장량이다).

                 Efossil = 3.3 × 1023 J   

이 에너지량은 얼마나 될까?



매일의 태양 복사량과 화석 에너지의 비교


지구는 태양으로부터 다음과 같은 태양에너지를 받고 있다.

     Esolar = SorR2 p × 1 day

           = 1.37 × 103W/m2 (6.37 × 106m)2 p × 24 × 3600 sec

           = 1.5 × 1022 J per day

     여기서

        So = 태양 상수(solar constant), 

        rR = 평균 지구 반경 (average Earth’s radius)

     따라서

        Efossil/Esolar = 3.3×1023J / 1.51×1022J = 약 22


그러므로 지구가 22일 동안 받은 태양의 복사에너지는 모든 화석연료 자원의 총에너지에 해당된다. 이러한 화석연료는 얼마만한 넓이의 숲에 해당될까?


에너지 형태

자원량

생성 에너지(×1023J)

역청탄과 아역청탄 (bituminous and sub bituminous coal)

9.8 x 1012

2.2 

갈탄 (lignite)

2.3 x 1012

0.25 

유모혈암 (oil shale)

 

0.4 

역청암 (pitchstone)

 

0.15 

천연유 (natural oil)

3.4 x 1014 m3

0.13

원유 (crude oil)

2.7 x 1011

0.12 

중유 (heavy oil)

 

0.1 

토탄 (peat)

2.0 x 1011

0.015 

총계 

 

3.3 

표 2. 천연물질 화석 연료들의 전 지구적 자원량 (from Ref. 2).



전 세계 숲의 에너지 함량과 화석 연료들의 비교


오늘날 독일의 숲은 헥타르(1만 m2) 당 최대 300㎥ 의 목재를 가지고 있다.3 100년 정도 된 삼림지역은 헥타르당 1,000㎥ 에 이른다 (표3을 보라). 원시 삼림은 더 많은 목재를 산출해 냈을 것이다.


로스엔젤레스 북부의 세쿼이어 국립공원(Sequoia National Park)의 제너럴 셔먼 나무(General Sherman Tree)는 세계에서 가장 거대한 나무이다. 이 나무의 높이는 83.8m 이고, 둘레는 31.3m 이며, 수령은 약 2500 년이 된 것으로 추정된다. 이러한 나무는 한 그루가 쉽게 2,000㎥ 의 목재를 생산해 낼 수 있다.


오늘날 대다수의 과학자들은 원유(crude oil)와 천연가스(natural gas)는 주로 바다 플랑크톤(sea plankton)으로부터 생겨났다고 주장하고 있다. 그러므로 화석연료의 총에너지 중에서 석탄 부분인 2.4×1023J은 삼림에서 유래하였다고 생각할 수 있다.


만일 원시의 숲이 1010 J/㎥ 의 에너지를 가지고 1 헥타르 당 600 ㎥ 의 목재를 산출한다고 가정한다면, 석탄의 총에너지는 다음과 같은 숲의 면적에 해당될 것이다.

          

        2.4×1023J/(1010J/㎥ × 600 ㎥/㏊)  = 3.6×1010


이 면적은 현재 대륙 표면의 대략 2.5 배에 해당하며, 지구 전체 표면 5.11억 ㎢ 의 29%에 해당하는 면적이다. 즉 석탄매장량과 같은 에너지를 제공하기 위해서는, 현대 식물종들을 가진 홍수 이전의 삼림은 현재 대륙 표면의 2.5 배에서 자라 있어야만 했다.


현재 숲으로부터 화석연료들이 만들어지기까지는 얼마의 시간이 걸릴까?


나무의 종류

헥타르 당

소나무 (Pine)

300–400

너도 밤나무 (Beech)

600

전나무 (Spruce)

600–800

삼나무 (Sequoia)

1000

표 3. 100년 된 숲에서 각 종 나무들의 목재 산출량.



숲들의 성장률과 화석연료의 비교


숲의 연간 성장률은 헥타르당 0.09톤(침엽수)에서 3.5톤(열대우림) 사이에 있다. 대륙표면 면적의 17%에 해당하는 2.5×109 헥타르의 숲에서의 연간 나무 성장률은 건조된 나무 무게로 4.4×109 톤에 달한다. 낙엽수와 침엽수 등을 고려하여 부피로 환산한다면, 연간 성장률은 7.1×109 ㎥ 에 달할 것이다. 나무의 가열시 얻는 평균 에너지가 ㎥ 당 1010J 이므로, 매년 전 지구적으로 에너지 증가량은 7.1×109×1010 으로, 넉넉잡아 8×1019J에 해당할 것이다.


모든 저장된 석탄연료의 에너지 량을 매년 에너지 증가량으로 나누면, 즉 2.4×1023J/8×1019J = 3,000 년으로, 지구상에 존재하는 석탄의 총에너지량은 현재와 같은 식물성장률이라면, 대략 3,000년 동안에 걸쳐 축적된 량이라는 것을 알 수 있다.



창조 모델에서 역청탄과 아역청탄


진화론적/동일과정설적 시나리오

화석 연료중 대략 65% 정도는 역청탄이다 (대략 7%의 아역청탄을 포함하여). 역청탄(bituminous coal)은 모든 지질 기록에서 발견되지만, 석탄기와 페름기에서 대부분 발견된다. (표1을 보라). 그것은 수백 평방 킬로미터에 이르는 얇은 층(seams)의 형태로 퇴적되어 있다. 원래 식물들의 화석들이 역청탄에 종종 남아있다. 독일 북서부 지방의 석탄 매장지에는 200여 개의 얇은 석탄층들이 석탄기에 해당하는 지층에 놓여져 있는데, 석탄층들은 한 층 위에 또 한 층이 쌓여진 4,000m 두께의 두터운 퇴적지층 내에 분포되어 있다. 석탄의 얇은 층들은 다른 퇴적층(예를 들어 사암, 석회암, 셰일 등)들에 의해서 서로 분리되어 있다. 진화론적/동일과정설적 모델에 따르면, 이러한 얇은 층들은 대략 3천만년 동안에 당시의 해안가 늪지대의 숲에서, 반복적으로 일어났던 되는 당시 (주기적인 홍수) 바닷물의 침범과 후퇴의 결과로 형성되었을 것으로 추측하고 있다.4, 5



석탄기 석탄의 대격변적 형성?

진화론적/동일과정설적 가설은 계속해서 의문시 되어 왔다. 중간 퇴적지층들의 구조는 명백하게 그것들의 형성이 대격변에 기인한 것이었음을 가리키고 있다. 소위 말해지는 뿌리 지평층(root horizons)들은 석탄기 식물들의 성장에 적절한, 그들 안에 뿌리를 가지고 있는 화석 토양(fossil soils)들이 아니다.6 그리고 석탄기 식물(Lepidodendron and Sigillaria)들의 해부도는 떠다니는 숲(floating forest)을 가리키고 있다.7, 8 ,9


이러한 자료를 근거로 해서 쉐븐(Scheven)은 석탄기의 식물들은 늪지에서 자란 숲 대신에 물 위에서 떠다니던 숲의 특성을 가지고 있다는 것을 가정했다.10 (자료 ‘물 위에서 자랐던 숲(아래 참조), Forests that grew on water)’ 과 쉐븐 박사가 제안한11 아래의 그림을 보라).

 


지구 역사에 관한 창조론자들의 틀 안에서 쉐븐의 홍수 모델(Scheven’s Flood model)은, 홍수 이전 생태계의 한 서식지(habitat)로서 소위 석탄기의 떠다니던 숲들이 홍수 동안, 또는 홍수 직후에 매장되었음을 전제로 하고 있다. 이 모델에 따르면, 그 숲들은 격변적인 홍수 이전에 자랐었고, 홍수 동안에 부러졌으며, 서로 층층이 쌓이게 되었다. 숲의 잔해들은 연속적으로 매몰되면서 깊은 곳에 가라앉았고, 그곳에서 압력을 받아 빠르게 석탄을 형성하였다.12



짧은 기간 동안에 너무 많은 석탄?


지구 역사에 대한 창조론자들의 시간 척도 내에서 석탄 형성에 대한 이러한 설명은, 아마도 역청탄으로 존재하는 홍수 이전 지구상 식물들의 생물량(biomass)은 오늘날 보다 더 많았음을 제시하고 있다. 떠다니는 숲들은 오늘날 석탄의 얇은 층(coal seams)으로 묻혀서 발견되는 방식으로는 자랄 수 없었기 때문에 (즉, 한 층 위에 한 층이 쌓여서), 그들은 홍수 이전에 물 표면에서 서로 이어져서 살았어야만 했다. 이 모든 것들이 지구의 크기에서 과연 가능했겠는가? 오늘날의 숲(오늘날의 목재 생산량으로)들이 오늘날의 대륙표면 전체를 덮었다고 할지라도, 그들은 화석연료 중에 석탄이 차지하는 량의 약 40% 만을 산출했을 것으로 보인다. 간단하고 매우 대략적인 평가가 한 답을 우리에게 줄 수 있다.


그렇게 하기 위해서 우리는 다음과 같은 것들을 가정해야만 한다 :


1. 석탄기와 페름기의 석탄들은 주로 떠다니는 숲으로부터 유래되었다고 가정한다.

2. 역청탄은 다양한 두께의 얇은 층(seams)들로 발견된다. 평균 두께는 약 50cm 라고 가정한다. (이것은 아마도 신중한 평가이다.)

3. 역청탄과 아역청탄은 구성성분과 치밀도가 다양하다. 평균 밀도는 약 1.8g/cm3라고 가정한다.

4. 역청탄과 아역청탄의 총량은 1013 톤이라고 가정한다. (표 2를 보라)


얇은 층의 두께가 0.5m 라면, 석탄의 가정된 밀도는 얇은 층 평방미터당 대략 10톤의 질량을 가지게 된다. 따라서 1.0×1013 톤의 총 질량은 대략  1013 m2, 또는 10×106 km2의 표면적을 산출하게 된다. 지구의 전체 표면적은 511×106 km2 이므로, 이것은 지구 표면적의 대략 2% 정도에 해당한다. 홍수 동안에 파괴된 식물들의 일부는 자연적인 분해과정을 거쳐서도 파괴되었을 것이다.



창조모델에서의 갈탄


역청탄과 마찬가지로 갈탄(lignites)들은 지질학적 기록의 다양한 지층들에서 발견된다. 그러나 신생대 제3기에 주로 발견된다. 그러나 갈탄은 역청탄을 이루는 식물들과는 매우 다른 오늘날의 속씨식물(angiosperms)과 겉씨식물(gymnosperms)에 다소 해당하는 식물들로 형성되었다. 


역청탄의 얇은 층들의 형성이 수백만년 동안 늪지대에서 성장한 결과로 생각하듯이, 갈탄의 기원 또한 그러하다. 그러나 제3기 갈탄의 실질 구조에 대한 연구는, 그들의 형성도 역시 대격변에 의한 것임을 가리키고 있다.13 쉐븐의 전제에 의하면, 제3기 갈탄 퇴적은 부분적으로 홍수 이전 식물들로 구성되었으나, 그것들은 홍수 이후 1 세기나 그 이상의 기간에 걸쳐 축적되었다는 것이다 (특별히 아열대 식물군을 가지는 오래된 제3기 갈탄에서). 그들이 마지막으로 퇴적과 매몰되기에 앞서서, 그것들은 홍수 후 바다 위를 ”서식했던 정거장(inhabited depot)”으로서 표류했었다고 추정된다. 반면에 홍수 후에 새로운 삼림은 수 세기동안 대규모로 성장했을 수 있으며, 후에 일어난 연속적인 격변들에 의해 뿌리가 뽑히고 부수어지고 매몰되었을 것이다.14


위의 계산에 따르면, 오늘날의 갈탄 매장량을 갖기 위하여, 홍수이전 시대에 지구 표면에 식물들이 자라야했던 공간은 충분했을 것으로 보인다. 그러나 홍수 이전 지구에 모든 필요한 식물들이 자랄 수 있는 충분한 표면적이 있었을까?


다음의 주어진 매개변수에 의해 그 답을 추정해 볼 수 있다.


1. 갈탄의 총량은 대략 2.5×1012 톤이다. (표2를 보라).

2. 홍수 이전의 숲으로부터 기원된 갈탄은 km2 당 건조 목재로 대략 40,000톤의 생물량이다. (예를 들어, 헥타르당 600 m3. 표3을 보라)


그러므로 홍수 이전의 숲은 최소한 60×106 km2의 표면적을 덮었다 (2.5×1012 톤을 km2 당 40,000톤으로 나누었다). 이것은 오늘날 대륙의 대략 40% 정도이다. 이러한 평가는 낮아 보인다. 하지만, 이들 식물들의 모든 부피가 홍수 동안에 화석화 되었다고 추정하기는 힘들다. 반면에, 제3기 갈탄의 알려지지 않은 부분들은 홍수 후 연속적인 격변들에 의해서 식물들이 묻혀져서 형성되었을 가능성도 있다.15



결론


1. 오늘날 숲의 생산성이 계산의 근거로서 사용된다면, 수천년 동안 식물 성장으로 축적된 에너지가 화석 연료에서 발견되고 있다. 전체 매장량의 단지 10% 정도에 해당하는 채굴 가능한 축적분은 오늘날 숲에서 수백년 동안에 저장될 수 있는 태양에너지를 함유하고 있다. 이것은 태양에너지의 중요성과 지구의 숲에 대한 태양에너지의 기여를 나타낸다. 이러한 평가들에 의하면, 홍수 모델은 모든 화석 연료가 현대의 숲과 유사한 숲에서 유래되었다고는 볼 수 없게 한다.


2. 그러나 만약 쉐븐의 모델인 석탄기의 떠다니는 숲(Carboniferous floating forests) 모델이 적용된다면, 홍수이전 생물량은 다음과 같이 추정된다.


a. 역청탄과 아역청탄은 홍수이전 지구 표면의 단 2% 만을 덮고 있었던 떠다니는 숲에 의해서 유래되었다.

b. 주로 홍수이전 초목으로부터 생성된 갈탄은 현재 대륙 표면의 대략 40% 정도에 존재했을 생물량을 나타낸다.


3. 해결되지 않은 많은 사항들에도 불구하고, 석탄의 형태로 존재하는 대략 1.3×1013 톤의 탄소(carbon)는 성경에 기록된 홍수와 약 6,000년에서 10,000년의 지구 나이와 조화될 수 있다.


4. 원유(crude oil)의 형성은 창조/홍수 구조틀에서 양적으로 모델화 될 필요가 있다.


5. 지구상의 감소된 탄소의 대부분은 퇴적물과 결합한 케로겐(kerogen, 油母, 고체유기화합물)이라는 것을 언급하여야만 한다. 이것은 13C/12C 비율에 기인하며, 대부분은 아마 생물학적 기원일 것이다. 퇴적암에는 1022g의 케로겐이 존재하는데, 단지 2% 만이 석탄, 석유, 가스에 더해져 있다. 이 케로겐의 기원 또한 창조/홍수 모델에서 논의될 필요가 있다.



Acknowledgments


This contribution was originally published in German by Wort und Wissen (Scripture and Science) as Discussion Contributions, Reports, Information, 3/92. We thank Siegfried Scherer in Munich for permission to republish the paper in English. The authors thank Thomas Kalytta and Joachim Scheven for helpful critical input. We also thank Rudolf Steinberg of Pretoria (South Africa) for bringing this contribution to our attention and Marianne Rothe of Johannesburg for translating it.



References


1. Gradstein, F. M. and Ogg, J., 1996. A Phanerozoic time scale. Episodes, 19(1/2):3–5.

2. Reservern, Ressourcen und Verf?barkeit von Energierohstoffen, 1989. Bundesanstalt f? Geowissenschaften und Rohstoffe, Braunschweig, Hannover. (Reserves and Availability of Energy-Providing Natural Resources, Federal Institute for Geosciences and Natural Resources.) 

3. Weck. J. and Wiebecke, C., 1961. Weltforstwirtschaft und Deutschlands Forst und Holzwirtschaft, M?chen. (World Forestry and Germany’s Forest and Timber Industries.)

4. Deuticke, F., 1987. Einf?rung in die Pal?botanik, Bd. 1, Win. (Introduction to Palaeobotany, Vol. 1, Vienna.)

5. P?z, H., Rascher, J. and Seifert, A., 1986. Kohle—ein Kapitel aus dem Tagebuch der Erde, Leipzig. (Coal—A Chapter in the Diary of the Earth.)

6. Scheven, J., 1986. Karbonstudien: Neues Licht auf das Alter der Erde, Neuhausen. (Carboniferous Studies: New Light on the Age of the Earth.) 

7. Scheven, Ref. 6.

8. Scheven, J., 1992. Die Schwimmw?der des Karbon. LEBEN 5, Herausgegeben vom Kuratorium Lebendige Vorwelt, Hagen-Hohenlimburg. (The floating forests of the Carboniferous.)

9. Scheven, J., 1981. Die Bedeutung von Stigmarien in Torfdolomitknollen. ZEISS-Information 26 (H92):16–18, Oberkochen. (The meaning of stigmaria in peat-dolomite nodules.)

10. Junker, R. and Scherer, S., 1992. Entstehung und Geschichte der Lebewesen, 3. auflage, Gie?n.(Origin and History of Living Organisms.)

11. Junker and Scherer, Ref. 10.

12. Scheven, Ref. 6.

13. Scheven, J., 1988. Megasukzessionen und Klimax im Terti?: Katastrophen zwischen Sintflut und Eiszeit, Neuhausen. (Megasuccessions and Climax in the Tertiary: Catastrophes Between the Flood and the Ice Age.)

14. Scheven, Ref. 13.

15. Scheven, Ref. 13.


Authors :

Gerhard Schönknecht was called home by his LORD in 1994 when hiking in the German alps. He was a devoted Christian and an indefatigable co-worker of the Studiengemeinschaft Wort und Wissen.


Siegfried Scherer has a Ph.D. in biology and resides in Freising, Germany.



* 참조 :


1. 물 위에서 자랐던 숲

    http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=2201

 

2. 홍수 동안 육지 식물들에게 무슨 일이 일어났는가?

    http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=2075

 

3. 쟈긴스 화석 단애의 다지층나무와 석탄층

    http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=2093

 

4. 석탄 : 홍수의 기념물

    http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=937

 

5. 석탄 지층과 노아의 홍수

    http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=685

출처 : TJ 11(3):278–282, December 1997
URL : http://www.answersingenesis.org/docs/1233.asp
번역자 : IT 사역위원회
 
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