암석 단위(표준화석)의 대비

윌리엄 스미스는 19세기 초 무렵에 활동했던 영국의 측지기사였다. 그의 직업은 그에게 지표면뿐만 아니라 그 밑에 놓인 암석 또한 관찰할 이상적인 지회를 제공해 주었다. 영국 서부에 새로운 운하를 건설하기 위한 측량 과정에서 그는 많은 퇴적층을 관찰했고, 곧 그 층들이, 그 자신을 표현한 것처럼, "버터 바른 빵 조각들 같이" 질서를 가진, 단조로운 층을 이루는 사실을 알았다.

그는 층의 순서와 각 층에 포함된 화석과 함께 각 층의 물리적 특징에 친숙해졌다. 그는 남부 영국 어디에서 수집한 것이든 퇴적암의 표품을 보기만 해도 그 표품이 어느 층에서 온 것인지 금방 알아보았으며, 물론 연속된 층들 내에서 그 층의 위치도 알 수 있게 되었다.

스미스는 그의 발견이 어떤 특별한 과학적 원리를 반영 한다고 믿지는 않았으며, 그 발견은 순전히 경험에 의해 얻은 것이었다. 그럼에도 불구하고, 스미스의 발견은 광범위한 지역으로 늘어나는, 퇴적암층의 대비에 효시가 되었다. 대비는 둘 또는 둘 이상의 다른 지역들에서 발견되는 층의 시간-층서적 시간의 동시성을 결정하는 것을 의미한다. 스미스는 물리적 유사성과 화석 내용이라는 두 기준을 사용하여 처음에는 몇 km 거리에 떨어져 있는 두 층, 그리고 나중에는 수십km 떨어진 층들을 대비시켰다.. 결국에는 화석이라는 수단 하나만으로도, 수백, 그리고 그 다음에는 수천km 떨어진 층들 사이의 대비가 가능해졌다.

대비의 중요한 역할이 두 개 있다. 하나는 어떤 조사 중인 지역 내에서 국지적으로 노출된 한 단위와 다른 단위 사이의 상대 연령을 결정하는 것이다. 그리고 나면, 그 단위들의 연령이 지질 시간을 나타내는 표준척, 즉 지질연대표의 어느 위치에 해당하는지를 찾아보아야 한다. 이 목적을 이루기 위해서 지질학자들은 다양한 물리적 생물학적 단서들을 사용하게 된다. ; 한 단서가 다른 단서에 비해 더 의존적이거나 정확하지는 않다.

층들이 연속해서 노출되는 것은 흔하지 않으므로, 우리는 흔히 공간적으로 멀리 떨어져 있는 노두들을 대비하는 데 어려움을 겪는다. 하나의 단위층, 또는 심지어 하나의 층도 변형되고 침식을 받아 그 일부만이 남을 수 있을 것이다. 우리가 이러한, 부분적으로 남아있는 층의 노두들을 대비하기 위해서는 퇴적물의 입도, 암석의 색상과 퇴적구조, 그리고 그 단위를 다른 단위와 구별시키는 암석의 특징들이 사용된다. 경우에 따라서는 아주 다른 층들이 거의 동일한 것처럼 보일 수도 있으므로 대비에는 면밀한 주의가 필요하다. 예를 들면, 그림 8.5에서 보여주는 시온국립공원의 나바호사암층은 120km남쪽에 있는 그랜드 캐년(그림8.1B)의 코코니노 사암층과 매우 유사하다. 그러나 물리적인 단서들을 바탕으로 한 이들 두 층의 대비는 맞지 않는데, 이것은 면밀한 지질조사 결과 나바호 사암층은 코코니노 사암층보다 층서 단면에서 훨씬 상부에 위치하고 있다는 사실이 밝혀졌기 때문이다.

특징있는, 그래서 다른 어떤 층과도 쉽게 불간되어 혼동되지 않는 어떤 두께가 얇고 흔히 광범위하게 분포되는 단위층을 열쇠층이라 한다. 이런 층들은 규모가 큰 암석의 단면들을 대비할 때 매우 유용하다. 화산활동이 있는 지역에서 쌓인 화산재층은 그림 8.7에서 보여주듯 지역간 대비에 있어서 두드러진 열쇠층 역할을 할 수 있다.

우리는 어떤 단위층에 포함된 그 층을 식별하고 층의 나이를 밝히는데 쓰일 수 있는 화석을 표준화석이라고 부른다. 어떤 표준화석이 이 목적에 가장 유용하게 사용되기 위해서는 흔히 발견디며, 광범위한 지리적 분포를 가져야 하고, 매우 제한된 시간 범위를 갖는 것이어야만 한다. 표준화석의 가장 좋은 예는 빠른 형태적 진화를 한, 짧은 시간 동안 광범위한 지역에 퍼진 유영성 또는 부유성 생물들이다(그림8.8). 한 노두에서 특징 있는 표준화석이 하나 인식되면 신속하고 신뢰할 수 있는 대비가 가능해 진다(그림8.9). 일부 속과 종은 멀리 떨어진 지역간의, 심지어는 대륙간의 광역대비를 가능하게 하며, 더욱 흔한 경우로서, 정밀한 연대측정과 대비에는 가능한 다양한 종의 화석군을 사용하고 있다.

그림 8.7 열쇠층 북아메리카 서부에서 지난 2백 만년 동안 분출되어 광범위한 지역에 퇴적된 테트라층의 분포를 보여주는 그림. 각각의 테프라 층은 열쇠층이다.

그림 8.8 표준화석 지금부터 약 5억년 전 오르도비스기 중엽에 살았던 삼엽충의 한 종인 Homotelus brimidensis은 우수한 표준화석의 하나이다. 이 화석 표품은 오클라호마주의 브로마이드 층에서 채집된 것이다.

그림 8.9 화석을 이용한 지층 간의 대비 층들이 포함된 화석의 유사성을 바탕으로 서로 수 km씩 떨어진 세 장소에 노출된 층들의 대비. 장소 3에서 E층이 C층의 바로위에 놓여 D층이 결여되어 있음을 보여준다. 이 사실은 장소 3에서는 D층이 퇴적되지 않았거나 퇴적된 후 E층이 쌓이기 이전에 침식되어 사라졌음을 뜻한다.

 

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