유기적 퇴적암
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1. 개요
유기적 퇴적암은 고대 생물학적 물질의 퇴적과 변환을 통해 형성되며, 매장 조건에 따라 석유로 변환될 수 있다. 유기 탄소의 기원과 퇴적, 퇴적 환경의 영향, 세균의 역할 등이 유기 퇴적암 형성에 영향을 미치는 주요 요소이다. 최근 연구에 따르면 해양 1차 생산자의 조류 번성이 유기물이 풍부한 퇴적물 형성에 중요한 역할을 한다. 유기 퇴적암 내 세균은 유기물 분해에 기여하지만, 탄소 기여도는 상대적으로 적다.
유기 탄소는 고대 생물학적 물질 퇴적(지질학자들이 이를 케로겐이라고 부른다)에서 유래하며, 이 유기물은 광물 및 암석 조각과 함께 퇴적암에 묻힌다.[2][3] 매장 조건의 온도와 압력은 물질의 속성 작용에 영향을 미치며, 물질이 석유로 변환될지 여부를 결정한다. 화석 유기 탄소는 강, 토양, 결국에는 바다에 이르기까지 현대 환경 전체에서 발견될 수 있다. 이 과정은 매우 오랜 시간에 걸쳐 발생하며, 화석 유기 탄소가 환경으로 다시 방출되는 주요 메커니즘 중 하나로 작용한다.
세균은 석유 근원암 생성에 중요한 기여를 하는 것으로 여겨진다.[6] 그러나 연구에 따르면 세균 생체 지표의 풍부함이 퇴적 유기 탄소에 대한 상대적 기여도를 항상 반영하는 것은 아니다.[6] 퇴적암 내 세균은 현재 석유와 같은 화석 연료 생산에 "사소한" 기여만 하는 것으로 여겨지지만, 퇴적물 찌꺼기에 대한 세균의 재작업은 매우 중요하다.[6] 특정 세균은 퇴적 과정 초기에 유기 물질의 분해를 돕지만, 세균 생물 자체는 탄질암 내 총 유기 탄소의 사소한 구성 요소일 수 있다. 세균 기여가 최소라는 생각은 일부 퇴적암 내 탄소의 동위원소 연구에 기인한다. 다양하고 광범위한 퇴적지 연구가 필요하며, 수많은 세균 종이 있으며 각 유기 근원암은 이러한 세균과 서로 다른 상호 작용을 할 수 있다. 그렇기 때문에 퇴적암에 탄소가 첨가되는 모든 세균의 영향을 배제할 수는 없다. 각 상황은 서로 다른 세균과 다양한 환경을 가지고 있기 때문에 고유하다. 석유 근원에 존재하는 세균 생체 지표의 풍부함과 총 유기 탄소에 대한 영향을 해석할 때 미세 현미경 및 분자 연구를 함께 고려해야 한다.[6]
2. 유기 탄소의 기원과 퇴적
수십 년 동안, 해양 바닥에 퇴적된 유기물이 풍부한 퇴적층의 대부분은 유기 물질의 투입, 퇴적 속도 및 심해 산소 공급량의 세 가지 환경 변수의 부산물로 여겨졌다. 이러한 변수는 퇴적 당시의 기후, 해류 및 해수면에 의해 공간적 및 시간적 척도로 연결된다.[2][4] 변수 또는 이를 연결하는 매개변수의 변화는 오늘날 표면에서 볼 수 있듯이 서로 다른 퇴적물을 생성한다. 이 정보의 지식은 상업 회사에서 중요하게 여겨지는데, 적용을 통해 경제적으로 활용할 수 있는 퇴적물을 추론할 수 있기 때문이다. 이전 방법론의 역을 사용하여, 이러한 퇴적물은 고기후, 이전 해양 순환 주기, 과거 해수면뿐만 아니라 퇴적물 생성을 유발한 변수 간의 비율과 같은 정보를 추론하는 데 프록시로 사용될 수 있다.[2] 이 정보는 지구과학자들에게 매우 유용할 수 있으며, 궁극적으로 지구를 현재 상태로 형성한 과거 과정을 재구성하는 데 도움이 될 수 있다.
그러나 최근 연구에 따르면 이러한 결과는 더 이상 완전히 유효하지 않다. 예를 들어, 현대 무산소 환경인 흑해의 사례 연구에서 홀로세에 충분한 유기 물질이 공급되었음에도 불구하고 수주 내의 무산소 상태만으로는 상당한 양의 유기물이 풍부한 퇴적물을 생성하지 않는 것으로 나타났다. 따라서 새로운 이론은 수주 상층부에 있는 "1차 생산자"가 대륙 연안 환경에서 탄소가 풍부한 퇴적물의 대부분을 퇴적시키는 원인이라는 것이다.[2] 백악기의 해양 순환 모델을 사용한 연구에 따르면, 조건이 오늘날과 비교적 유사했음에도 불구하고, 해양은 수주에 영향을 미치는 훨씬 더 거친 해류를 가지고 있었다는 것을 알게 되었다.[5] 새로운 생각은 이러한 해류가 미세 해양 1차 생산자의 조류 번성에 의해 느려졌고, 이로 인해 해저에 유기물이 풍부한 퇴적물이 정착하여 오늘날 존재하는 경제적으로 생산적인 많은 흑색 셰일층을 생성했다는 것이다.
오늘날까지 이 주제는 학자와 상업 회사 모두에게서 집중적으로 연구되는 주제로 남아 있다.
2. 1. 퇴적 환경의 영향
수십 년 동안 해양 바닥에 퇴적된 유기물이 풍부한 퇴적층은 대부분 유기 물질 투입, 퇴적 속도, 심해 산소 공급량이라는 세 가지 환경 변수의 부산물로 여겨졌다. 이러한 변수는 퇴적 당시의 기후, 해류, 해수면에 의해 공간적 및 시간적 척도로 연결된다.[2][4] 이러한 변수 또는 이를 연결하는 매개변수의 변화는 오늘날 표면에서 볼 수 있듯이 서로 다른 퇴적물을 생성한다. 이 정보는 상업 회사에서 경제적으로 활용할 수 있는 퇴적물을 추론하는 데 중요하게 여겨진다. 또한, 이러한 퇴적물은 고기후, 이전 해양 순환 주기, 과거 해수면뿐만 아니라 퇴적물 생성을 유발한 변수 간의 비율과 같은 정보를 추론하는 데 프록시로 사용될 수 있다.[2] 이 정보는 지구과학자들이 지구를 현재 상태로 형성한 과거 과정을 재구성하는 데 도움이 될 수 있다.
그러나 최근 연구에 따르면 이러한 결과는 더 이상 완전히 유효하지 않다. 예를 들어, 현대 무산소 환경인 흑해의 사례 연구에서 홀로세에 충분한 유기 물질이 공급되었음에도 불구하고 수주 내의 무산소 상태만으로는 상당한 양의 유기물이 풍부한 퇴적물을 생성하지 않는 것으로 나타났다. 따라서 새로운 이론은 수주 상층부에 있는 "1차 생산자"가 대륙 연안 환경에서 탄소가 풍부한 퇴적물의 대부분을 퇴적시키는 원인이라는 것이다.[2] 백악기의 해양 순환 모델을 사용한 연구에 따르면, 조건이 오늘날과 비교적 유사했음에도 불구하고, 해양은 수주에 영향을 미치는 훨씬 더 거친 해류를 가지고 있었다는 것을 알게 되었다.[5] 새로운 생각은 이러한 해류가 미세 해양 1차 생산자의 조류 번성에 의해 느려졌고, 이로 인해 해저에 유기물이 풍부한 퇴적물이 정착하여 오늘날 존재하는 경제적으로 생산적인 많은 흑색 셰일층을 생성했다는 것이다.
오늘날까지 이 주제는 학자와 상업 회사 모두에게서 집중적으로 연구되는 주제로 남아 있다.
3. 유기 퇴적암 형성에 대한 세균의 역할
4. 한국의 유기 퇴적암 연구 및 개발
4. 1. 셰일 가스 개발 논란
참조
[1]
서적
Principles of Sedimentology and Stratigraphy
Pearson Prentice Hall
2006
[2]
논문
Chemostratigraphy and Chemofacies of Source Rock Analogues: A High-Resolution Analysis of Black Shale Successions from the Lower Silurian Formigoso Formation (Cantabrian Mountains, NW Spain)
https://www.scienced[...]
2016
[3]
논문
Storage and release of fossil organic carbon related to weathering of sedimentary rocks
2007
[4]
논문
Models for the deposition of Mesozoic-Cenozoic fine-grained organic-carbon-rich sediment in the deep sea
1984
[5]
논문
Anoxia vs. Productivity: What Controls the Formation of Organic-Carbon-Rich Sediments and Sedimentary Rocks?
1990
[6]
논문
Evidence for only minor contributions from bacteria to sedimentary organic carbon
1994
[7]
논문
Organic Geochemistry of Oxfordian Carbon-rich Sedimentary Rocks of the Russian Plate
2005
[8]
논문
Geochemical evaluation of Niger Delta sedimentary organic rocks: a new insight
2010
[9]
간행물
Precambrian oxygen levels estimated from the biochemistry and physiology of early eukaryotes
1991
[10]
논문
The role of biology in planetary evolution: cyanobacterial primary production in low-oxygen Proterozoic oceans
2016
[11]
논문
Primary production in the glacial North Atlantic and North Pacific oceans
1992
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