언제 인도가 아시아를 치받았는가?
| 두 대륙 사이의 충돌로 만들어지는 조산대의 형성은 판구조론의 가장 획기적인 연출과정이다. 히말라야 산맥과 티베트 고원 그리고 그 주변의 산맥들은 대규모의 지구조와 대륙충돌에 따른 지질학적 결과 사이의 관계를 알아보는데 주요한 무대와 대상이다. 최근의 연구 결과에 의하면, 산맥은 직접적인 환경 뿐 만 아니라 지역적인 기후와 해양의 지화학, 그리고 전 지구적 석유 기원암의 퇴적 등에도 영향을 주었음이 알려지고 있다. 히말라야와 그 일대 산맥들의 형성은 인도와 아시아 대륙 사이의 충돌에 따른 대륙지각의 변형을 반영하고 있다. 이 충돌의 올바른 시기를 알아내는 것은 지역적인 진화를 이해하는데 결정적이다. Beck et al.(1995)은 기존에 알려진 판 복원에 의한 결과보다도 천만년이나 앞 선 충돌의 시기를 제시하였다(1). 그 내용을 요약하면 다음과 같다. ‘아시아와 인도의 충돌은 백악기 말과 신생대 동안의 해양, 기후, 종의 멸종 그리고 몇몇 지판의 운동 등에 깊은 영향을 미쳤다. 충돌로 인도-아시아 간의 빠른 근접기가 끝나게 되었다. 충돌로 파생된 다양한 결과들을 이해하는데 충돌시기에 대한 정확한 지식(신-테티스해의 지각이 지판의 경계부를 따라 어떤 지점에서 언제 완전히 섭입했는가?)이 중요하다. 그러나 현재까지 알려진 충돌시대는 6천5백만년전-3천7백만년전의 범위에 해당한다. 파키스탄 북서부의 와지리스탄과 쿠람에서의 광범위한 생층서학적 분석을 통해, 6천6백만년전 이후 5천5백5십만년전 이전, 인도 북서부의 비활동적이었던 대륙연변부 상위로 부착응결-쐐기대와 해구에서 형성된 층준이 처음 드러스트로 올라타기 시작하였음을 보고하고 있다. 이 시기 이후 화산호의 지판조각들, 부착응결 쐐기대, 해구 퇴적물, 그리고 인도(판) 북쪽 사면의 인편(구조)들이 상승하여 수심이 얕은 곳(천해)으로 위치하게 되고, 팔레오세 상부의 천해성 석회암과 셰일층으로 덮이게 되었다. 부정합으로 덮는 천해성 석회암과 셰일층은 이 지역에서 충돌 이후의 드러스트를 지시하고 있다. 마지막으로, 인도강괴와 봉합대는 연속적으로 퇴적된 에오세 상부의 천해성에 의해 부정합으로 덮이며, 봉합작용은 4천9백만년전에 완료된 것으로 보인다.’ 지금까지 충돌의 시기에 관한 이해는 두 가지의 뚜렷한 근거에 의한 것이었다. 그 하나는 해양저에서 지자기역전 양상으로 기록되어진 인도양 확장의 역사에 기초한, 인도대륙의 과거의 위치 복원을 이용한 접근이다. 이 기록에 의하면 4천5백만년전에 인도대륙 이동속도가 뚜렷한 감속(년 11cm에서 년 4.5cm)을 보이며 이동의 불안정을 나타내고 있다. 감쇄된 두 대륙간의 접근속도는 당시 부력이 있는 대륙지각이 섭입대에서 진행이 막히게 되었음을 의미한다. 따라서 초기의 감속시점을 충돌의 시기를 정하는데 이용하였다. 다른 하나는 두 대륙 사이의 봉합대를 따른 지질에서 관찰하는 접근이다. 히말라야 내에는 모호하게 정의된 에오세의 충돌기가, 다소 불충분하게 측정되기는 하였지만, 두 암석 층준에서 제기되었다. 먼저, 봉합대 위에 놓이는 육원성 퇴적물에 의해, 둘째, 화강암의 지역적인 변화에 의해서 이다. 즉, 맨틀로부터 유래되고 섭입대와 관련된 화강암으로부터 두꺼워진 대륙지각에서 유래된 화강암으로의 지역적인 변화에 의해서 이다. 이들 기존의 충돌에 대한 평가는 순환논법으로 제한된다. 판들 간의 근접 속도가 판경계부를 지나면서 감쇄하게 된다는 것은 충돌에 직접적으로 뒤따르는 가설이다. 얇은 대륙지각이 섭입하기까지 상당한 지연기간이 있게 된다. 유사하게, 충돌과 화성암의 근원인 지화학적 마그마저류지의 변화 사이에는 상당한 시간 지체가 있다. 예로 파키스탄에서 맨틀 기원의(\'I-type\') 화강암이 약 2천만년전까지 계속해서 정치하였으며, 2천만년전의 시기에 가까운 암석들은 히말라야조산운동에 의한 변성작용을 받았을 뿐 만 아니라 근처의 분지에 퇴적물을 공급되도록 지표로 노출되기도 하였다. 지구과학자가 현대의 충돌대를 연구하는 목적은 잘 계산된 시간의 틀 내에서 일어나는 다양한 작용과 반응 사이의 관계를 조사하는 것이다. 대륙변형 또는 지화학적 마그마저류지의 존속기간을 좌우하는 과정이 이상적으로 현대의 조산운동 연구를 통하여 이해되지 않는다면, 지구조 사건을 정의하기 위해 반응을 사용하는 것은 바람직하지 못하다. 파키스탄의 서부 국경지대에 대해 Beck와 그의 동료연구자들은 기존의 자료에 새로운 자료를 추가하여 생층서 자료를 종합하였다. 이 지역의 지질은 복잡하지만 접근방식은 매우 간단하였다. 그들은 인도대륙과 아시아 대륙의 남단부를 구성하던 고기 해양 지괴의 조각들 사이의 봉합대 위에 놓이는 퇴적층을 순서대로 도면화 하였다. 이들 암층은 고산 히말라야에서의 퇴적물과는 달리 해성이며, 팔레오세 상부인 생물대 P5의 유공충을 포함한다. 이들 생층서는 방사선동위원소에 의해 57±1 Ma라는 절대연령이 알려졌다. 충돌시기는 이 연대 이전임이 틀림없다. 제3기 동안의 판의 근접은 충돌 이전에 해양암권의 섭입에 의한 것이며, 이후에는 대륙변형이 일어나게 된다. 충돌의 시기로 가정한 4천5백만년을 사용함으로써 아시아에서 대륙변형을 포함한 부수적인 판의 근접(약 2,500 km)이 가능하게 되었다. 팔레오세 상부의 충돌로 대륙변형으로 나타난 판의 근접량이 1,000 km 증가하게 되며, 이에 합당한 구조를 찾아야 한다. 새로운 충돌연대는 변형사에서 매우 애매한 부분에 해답을 제공한다. 파키스탄의 히말라야에서의 변성암은 39±2 Ma의 광물냉각연대를 보인다. 이들 암석은 위로 올라탄 아시아 대륙의 아래로 묻혀져야 했으며, 열을 받아 변성되었고, 상부의 많은 부분들이 삭박되어져 나갔으며, 이들 과정은 충돌과 냉각기 사이의 시간 내에 모두 일어났다. 여기서 문제는 지구조라기보다는 열변화율에 있다. 암석에서 열전달에 대한 기존의 모델로는 5천만년 이후의 충돌로는 냉각시기를 조정하기는 어렵다. 5천6백만년 이전의 충돌로는 암석이 열을 받아 온도가 상승하기에 충분한 시간이다. 히말라야에서의 충돌시기를 구하기 위해 단순히 국지적인 지질이나 지구조 보다는 더 광범위한 내용관계가 있다. 충돌 이전인 백악기에 대서양과 태평양 이전의 해양이 동-서로 하나로 연결되어 있었으며, 이것이 테티스해이다. 백악기의 고해양을 복원하면 전지구적 동-서 방향의 해류를 보인다. 인도와 아시아의 충돌에 따라 해양순환이 현재의 배열로 바뀐 것으로 여겨진다. 그 시기가 정확할수록 고해양학자와 고기후학자들이 더 확실한 복원을 할 수 있게 될 것이다. 충돌을 더 잘 이해하기 위해, 특히 고지판의 경계의 길이를 따른 통시성(반대. 동시성)의 정도를 규명해야 한다. 즉, 인도와 아시아 충돌 전 연변부의 불규칙성, 가능한 사교충돌, 그리고 신생대 동안 아시아에 대한 인도의 다양한 회전 등으로 말미암아 충돌이 전체 충돌대에서 동시적으로 일어난 것은 아니라는 것 등을 규명하기 위해서는 고지의 히말라야산맥으로부터 떨어진 곳에서의 더욱 더 근본적인 지질학적 자료가 요구되고 있다. ※ 위 글의 대부분은 아래 논문에 대한 견해를 요약한 내용이다(Butler, R., 1995, Nature, 373, 20-21) (1) Beck, R. A., Burbank, D. W., Sercombe, W. J., Riley, G. W., Barndt, J. K., Berry, J. R., Afzal, J., Khan, A. M., Jurgen, H., Metje, J., Cheema, A., Shafique, N. A., Lawrence R. D. & Khan, M. A., 1995, Stratigraphic evidence for an early collision between northwest India and Asia. Nature, 373, 55-58. |