층서학
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1. 개요
층서학은 지층의 순서와 관계를 연구하는 지질학의 한 분야이다. 1669년 니콜라스 스테노에 의해 이론적 토대가 마련되었으며, 윌리엄 스미스는 지질도 제작과 화석 지표를 활용하여 층서학의 실용적 발전에 기여했다. 층서학은 암석층서학, 생물층서학, 층서시대층서학 등 다양한 방법론을 통해 지질 조사와 지질도학을 기반으로 지층의 시대를 파악하고, 지층의 신구 관계를 분석한다. 층서학은 고고학 연구에도 활용되며, 유물의 시간적 관계를 파악하는 데 중요한 역할을 한다. 또한 지구자기층서학을 통해 퇴적암 및 화산암 지층의 연대를 측정하는 데 사용된다. 층서학은 지질학의 여러 분야의 기초가 되며, 생물의 진화 연구, 단층 활동 이력 조사 등에도 응용된다.
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계 (층서학)는 지질 시대를 나누는 단위로 기(Era)를 세분화한 것이며, 특정 시대의 지층과 화석을 기준으로 지구 역사를 세밀하게 이해하는 데 중요한 역할을 한다. - 층서학 - 니콜라스 스테노
니콜라스 스테노는 덴마크의 해부학자, 지질학자, 고생물학자이자 가톨릭 주교로서, 개의 침샘관 발견, 지층 형성 원리 규명 등 여러 학문적 업적을 남겼고 가톨릭으로 개종 후 사제 및 주교로서 헌신하여 복자로 시복되었다. - 암석학 - 변성암
변성암은 기존 암석이 고온, 고압, 화학적 변화를 겪어 광물 조성과 조직이 변한 암석으로, 재결정 작용에 의한 조직 변화와 엽리 구조를 보이며, 변성 작용 유형과 원암, 광물 조성, 조직에 따라 다양한 종류로 분류되고 지구 지각의 상당 부분을 차지하며 건축 자재 등으로 활용되지만, 토목 공사나 건강에 위협을 줄 수도 있다. - 암석학 - 용암
용암은 화산 활동으로 지표면에 분출된 액체 상태의 녹은 암석 물질이거나 굳어져 형성된 암석을 뜻하며, 마그마에서 휘발성분이 빠져나온 것으로, 규산염이 주성분이고 온도와 조성에 따라 점성이 달라지며, 파호이호이 용암, 아아 용암 등의 형태가 있다.
| 층서학 | |
|---|---|
| 지도 정보 | |
| 기본 정보 | |
| 분야 | 지질학 |
| 하위 분야 | 퇴적학 고생물학 역사지질학 |
| 관련 분야 | 고고학 지구물리학 |
| 설명 | |
| 정의 | 암석층과 지층의 연구 |
| 목표 | 지층의 연대와 형성 과정을 이해 |
| 활용 | 지구 역사 이해 고환경 연구 지질 재해 예측 고고학 발굴 |
| 주요 개념 | |
| 지층 | 퇴적암이나 화산암 등으로 이루어진 층상 구조 각 지층은 특정한 퇴적 환경이나 지질학적 사건 반영 |
| 누중의 법칙 | 특별한 변동이 없으면, 지층은 아래에서부터 위로 쌓임 아래 지층이 더 오래된 것 |
| 부정합 | 지층이 연속적으로 쌓이지 않고, 시간 간격이 존재 침식이나 융기 등으로 발생 |
| 대비 | 멀리 떨어진 지역의 지층을 비교하여 지질학적 사건 해석 화석, 암상, 지질학적 사건 등을 이용 |
| 표준 층서 | 지질 시대 구분을 위한 기준 층서 전 세계적인 지질 사건과 연대 설정에 이용 |
| 층서학의 분류 | |
| 암층서학 | 암석의 종류, 성질, 배열 등을 기준으로 분류 암석의 기원과 형성 과정 연구 |
| 생층서학 | 화석을 이용하여 지층의 연대와 지질학적 관계를 파악 표준 화석을 이용한 시대 구분 |
| 시간층서학 | 지층의 절대 연대를 측정 방사성 동위원소 연대 측정법 이용 |
| 자기층서학 | 암석의 자성을 이용하여 지층의 연대를 측정 지구 자기장의 변화를 이용 |
| 추가 정보 | |
| 고고학에서의 층서학 | 문화 유적이나 유물이 발견되는 지층의 위치와 연대를 파악 유적의 형성 과정과 역사를 이해 |
| 관련 학문 | 지질학 퇴적학 고생물학 지구물리학 고고학 |
2. 역사적 발전
니콜라스 스테노는 1669년 지층누중의 법칙, 퇴적층 수평의 원리(수평성의 원리), 측방 연속성의 원리를 소개하여 층서학의 이론적인 토대를 설립하였다.
층서학에서는 지질 조사와 지질도학(기하학)의 방법을 주로 사용하여 지층의 순서를 복원한다. 노두나 시추 코어에서 관찰되는 지층은 암상, 퇴적 구조, 포함된 화석 등을 통해 동정하고 신구 관계를 판단한다. 표준화석이나 방사성 동위원소 연대 측정을 이용해 지층의 시대를 구하고 신구 관계를 판단하는 방법은 지층 동정의 법칙이라고 하며, 윌리엄 스미스에 의해 처음 사용되어 확립되었다.[6]
1790년대와 19세기 초, 윌리엄 스미스는 층서학을 실제로 대규모로 적용하였다. "영국 지질학의 아버지"[1]로 불린 그는 층의 중요성과 화석을 이용해 층을 서로 연관시키는 방법을 알아내고 영국의 최초 지질도를 제작했다. 19세기 초 조르주 퀴비에와 알렉상드르 브롱니아르는 파리 주변 지역의 지질학을 연구하여 층서학에 중요한 기여를 했다.
1905년, 닐 고든 먼로는 요코하마시 미츠자와 패총 발굴 시, 지층 누중의 법칙을 이해하고 층별로 발굴하는 방법을 도입하여 일본 고고학 연구에 층서학적 개념을 적용했다.[7]
3. 층서학의 방법
3. 1. 암석층서학 (Lithostratigraphy)
암석 단위의 변화는, 가장 명확하게는 보이는 층리로 나타나며, 암석의 종류(암상)의 물리적 대조 때문에 발생한다. 이러한 변화는 수직으로 층리(층상) 또는 측면으로 발생할 수 있으며, 퇴적 환경(상변화라고 함)의 변화를 반영한다. 이러한 변화는 암석 단위의 암석층서 또는 암석층서를 제공한다. 층서학의 핵심 개념에는 암석층 사이의 특정 기하학적 관계가 어떻게 발생하는지, 그리고 이러한 기하학이 원래의 퇴적 환경에 대해 무엇을 의미하는지 이해하는 것이 포함된다. 층서학의 기본 개념인 층위의 법칙은 변형되지 않은 층서 단면에서 가장 오래된 지층은 단면의 바닥에 나타난다고 명시한다.[1]
3. 2. 생물층서학 (Biostratigraphy)
생층서 또는 고생물학적 층서는 암석층에서 발견되는 화석 증거를 기반으로 한다. 동일한 화석 동물군과 식물군을 포함하는 광범위한 지역의 지층은 시간적으로 상관관계가 있다고 한다. 생물 층서는 윌리엄 스미스의 동물군 천이 원리를 기반으로 하였는데, 이는 생물 진화에 대한 최초이자 가장 강력한 증거 중 하나였다.[6] 이는 종의 형성(종 분화) 및 멸종에 대한 강력한 증거를 제공한다. 지질 시대 구분은 19세기에 생물 층서와 동물군 천이의 증거를 바탕으로 개발되었다. 이 시대 구분은 방사성 동위원소 연대 측정이 절대적 시간 틀을 기반으로 개발될 때까지 상대적 척도로 남아 있었고, 이는 층서 연대학의 발전으로 이어졌다.
3. 3. 화학층서학 (Chemostratigraphy)
화학층서학은 암석 단위 내부 및 암석 단위 사이에서 미량 원소와 동위원소의 상대적 비율 변화를 연구한다. 탄소와 산소의 동위원소 비율은 시간에 따라 변하며, 연구자들은 이를 사용하여 고환경에서 발생한 미묘한 변화를 파악할 수 있다. 이는 동위원소 층서학이라는 특수 분야로 이어졌다.
3. 4. 층서시대층서학 (Chronostratigraphy)
층서시대층서학은 지층에 상대 연령이 아닌 절대 연령을 부여하는 층서학의 한 분야이다. 이 분야는 암석 단위에 대한 지질연대학적 자료를 직·간접적으로 얻어 암석 형성을 일으킨 시간 상대적 사건의 순서를 유추하는 것을 목표로 한다. 층서시대층서학의 궁극적인 목표는 지질학적 지역 내 모든 암석의 퇴적 순서에 연대를 부여한 다음, 모든 지역으로 확장하여 지구의 전체 지질 기록을 제공하는 것이다.
지역의 지질 기록에서 암석층이 누락되거나 빠져있는 부분을 층서 공백(stratigraphic hiatus)이라고 한다. 이는 퇴적물 퇴적의 중단으로 인한 결과일 수 있다. 또는 침식에 의해 제거된 것일 수도 있으며, 이 경우 층서 공동(stratigraphic vacuity)이라고 할 수 있다.[2][3] 퇴적이 일정 기간 동안 '중단'되었기 때문에 '공백(hiatus)'이라고 한다.[4] 물리적 공백은 비퇴적 기간과 침식 기간 모두를 나타낼 수 있다.[3] 지질학적 단층은 공백의 모양을 유발할 수 있다.[5]
3. 4. 1. 지구자기층서학 (Magnetostratigraphy)
지구자기층서는 퇴적암 및 화산암 지층의 연대를 측정하는 연대층서 기법이다. 이 방법은 단면 전체에 걸쳐 측정된 간격으로 방향을 맞춘 시료를 채취하는 방식으로 작동한다. 시료는 그 퇴적 잔류 자기(DRM), 즉 지층이 퇴적될 당시 지구 자기장의 극성을 결정하기 위해 분석된다. 퇴적암의 경우, 물기둥을 통과하여 떨어질 때 매우 미세한 자성 광물(17 μm)이 작은 나침반처럼 작용하여 지구 자기장과 정렬하기 때문에 이것이 가능하다. 매몰되면 그 방향이 보존된다. 화산암의 경우, 용융체에서 형성되는 자성 광물은 주변 자기장과 정렬하고 용암의 결정화 시 제자리에 고정된다.[6]
방향이 맞춰진 고지자기 코어 시료는 현장에서 채취된다. 이암, 사암, 그리고 매우 미세한 입자의 사암이 자성 입자가 더 미세하고 퇴적 중에 주변 자기장과 정렬될 가능성이 더 높기 때문에 선호되는 암석이다. 고대 자기장이 현재 자기장과 유사하게 정렬되어 있었다면 (북자기극이 북극축 근처에 있었다면), 지층은 정상 극성을 유지할 것이다. 데이터가 북자기극이 남극축 근처에 있었다는 것을 나타낸다면, 지층은 역전된 극성을 나타낼 것이다.[6]
개별 시료의 결과는 자연 잔류 자화(NRM)를 제거하여 DRM을 드러내는 방식으로 분석된다. 통계 분석 후, 결과를 사용하여 지역 지구자기층서 단면을 생성하고 이를 전 지구 자기 극성 시간 척도와 비교할 수 있다.[6]
이 기법은 일반적으로 화석이나 협재된 화성암이 부족한 지층의 연대를 측정하는 데 사용된다. 샘플링의 연속적인 특성으로 인해 퇴적물 축적 속도를 추정하는 데에도 강력한 기법이다.[6]
4. 층서학과 고고학
고고학 연구에서 층서학(층위학)은 지층이 포함하는 유물·유구의 시간적 신구 관계를 중심으로 하는 정보를 이끌어낸다. 참고로, 고고학(특히 일본 고고학)에서는 “지층”이라는 용어보다 “토층”이라는 용어가 일반적으로 사용된다.[7]
5. 층서학의 응용
베일 곡선은 전 세계적인 층서 패턴으로부터 추론하여 전 세계적인 역사적 해수면 곡선을 정의하려는 시도이다.[6] 층서는 석유 지질학에서 탄화수소를 함유한 저류암, 덮개암, 함정의 특성과 범위를 구분하는 데에도 사용된다.[6]
참조
[1]
서적
Whatever is Under the Earth the Geological Society of London 1807–2007
https://books.google[...]
Geological Society
[2]
웹사이트
SEPM Strata
http://www.sepmstrat[...]
[3]
논문
Cenozoic development of the Norwegian margin 60–64N: sequences and sedimentary response to variable basin physiography and tectonic setting
https://books.google[...]
Geological Society, London
[4]
서적
Dictionary of Geology
Penguin Reference, London
[5]
서적
Petroleum Geology
https://books.google[...]
Elsevier Scientific, Amsterdam
[6]
웹사이트 #추정. 더 자세한 정보가 필요합니다.
stratigraphy
2004 #추정. "윈체스터, 2004년" 정보만으로 판단
[7]
서적
考古学ハンドブック
新書館
[8]
서적
Whatever is Under the Earth the Geological Society of London 1807-2007
http://books.google.[...]
Geological Society
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