화성설

화성설, 화성론, 심성론, 심성 활동, 플루토니즘(plutonism)은 지구를 형성하는 화성암이 관입된 마그마 활동에서 기원했다는 지질학적 이론으로, 풍화와 침식의 지속적인 점진적 과정이 암석을 마모시키고, 이것이 해저에 퇴적된 후 열과 압력에 의해 퇴적암 층으로 재형성되어 다시 융기한다는 학설이다. 이 이론은 현무암이 녹은 마그마가 응고된 것이라고 제안한다. 화성설은 반려암, 섬록암, 화강암, 페그마타이트와 같은 관입 화성암을 포함하는 심성암(관입암) 분류로 이어졌다. 화성설(Plutonism)이라는 이름은 고전 신화의 지하 세계 통치자이자 로마의 부의 신인 플루토에서 유래했다. 플루토가 이 분류에 포함된 주요 이유는 심성암이 일반적으로 금과 은 광상(광맥)에서 발견되기 때문이었다.

옥스포드 영어사전은 "화성론자"(plutonists)라는 단어의 사용을 1799년으로 거슬러 올라가며, "화성설"(plutonism)이라는 단어의 등장은 1842년으로 기록하고 있다.

화산 섬들을 연구했던 안톤 모로(Anton Moro) 신부가 1750년 이전에 이 이론을 처음 제안했고, 이후 제임스 허턴이 1788년에 발표된 자신의 저서 《지구의 이론》(Theory of the Earth)의 일부로 발전시켰다.
허턴은 퍼스셔의 글렌 틸트(Glen Tilt)에 있는 암석 형성을 자신의 이론을 뒷받침하는 주요 사례로 사용했는데, 이 사례는 수성설 측에서도 자신들의 이론을 증명하기 위해 사용했던 것이었다. 이 아이디어는 아브라함 고틀로프 베르너의 수성설(Neptunism)에 대항하는 것이었다. 수성설은 지구가 물과 부유 물질의 덩어리에서 형성되었으며, 물이 물러날 때 퇴적된 침전물 층이 암석을 형성하여 대륙이 되었고, 이후 홍수와 일부 화산 활동에 의해 추가적인 층이 퇴적되었다고 주장했다.

화성론자들은 암석이 더 이상 작동하지 않는 과정에 의해 형성되었다는 수성론자들의 견해에 강력히 반대했으며, 대신 허턴의 동일과정설을 지지했다. 논쟁의 핵심 쟁점 중 하나는 현무암이 퇴적성이고 그 안에서 일부 화석이 발견되었다는 수성론자들의 믿음이었다. 이에 대해 허턴의 지지자인 존 플레이페어(1748~1819)는 이 암석이 녹은 마그마에서 형성되었기 때문에 화석이 포함되어 있지 않으며, 화산 암맥에서 다른 암석들을 뚫고 지나가는 것이 발견되었다고 주장했다. 이 논쟁은 19세기 초까지 이어졌으며, 결국 1830년대에 이 이론을 동일과정설에 통합시킨 찰스 라이엘의 연구에 힘입어 암석의 기원에 관한 화성론자들의 견해가 승리하게 되었다. 그러나 지질학자들은 석회암과 같은 퇴적암은 수성론자들이 설명한 것과 유사한 과정에서 비롯된 것으로 간주한다.

비교하자면, 동일과정설 내의 화성설은 격변설 내의 수성설과 동등한 위치에 있다. 두 이론 모두 각자의 이론 체계 내에서 핵심 개념으로 사용되기 때문이며, 따라서 격변설이 동일과정설에 반대하는 것과 같은 방식으로 수성설은 화성설에 반대한다.

 이데올로기 
섬네일|분출 화성암과 관입 화성암의 위치 및 결과의 차이를 묘사한 그림
섬네일|구조물 기저부의 회장암을 묘사한 이미지. 심성암의 일종이다.
화성설은 제임스 허턴에 의해 제안된 지질학 이론으로, 현재의 암석 배열과 지구 표면 지형의 주요 원인이 수천 년에서 수백만 년에 걸쳐 지구 표면 내부에 숨겨진 마그마가 제공하는 열에 의해 추진되었다고 주장한다. 이 과정은 마그마의 생성에 영향을 받는다.

마그마 생성 과정은 산맥 형성 과정 중에 발생하며, 마그마가 생성되는 두 가지 특정 위치가 있다. 첫 번째는 "두꺼워진 대륙 지각" 내에서 발생하는 고도의 변성 작용을 포함하며, 그 결과 화강암질 마그마가 생성되어 직접적인 형성을 가져온다. 두 번째 방법은 섭입대 위쪽에 위치한 더 넓은 지역에서 형성되는 현무암질 마그마를 포함하는데, 이 마그마는 높은 밀도 때문에 대륙 지각의 기저부를 통과하지 못한다. 그러나 지각에 열이 가해지면 변성 작용에 기여할 때 대륙 지각이 녹으면서 화강암질 마그마 영역이 생성될 수 있다.

현무암질 마그마가 충분한 온도로 냉각되면 부분 결정화 및 마그마 혼합을 비롯한 여러 화성 활동이 발생하며, 그 결과 원래의 현무암질 마그마보다 밀도가 낮은 "더 규산질인 안산암" 조성이 형성된다. 이를 통해 마그마가 지각을 통과하여 폭발적인 화산이 발생할 수 있다. 화산암은 지구 표면에서 냉각된 용암으로부터 형성된다. 그러나 섭입 작용이나 마그마방 내부의 온도가 불충분할 경우, 화산 내부의 마그마방이 결정화되어 화산이 사멸하고 관입 화성암이 형성되는데, 이를 심성암 또는 "플루톤(plutons)"이라고도 부른다. 어떤 경우에는 별도의 마그마방이 결정화되어 화산의 사멸로 이어지지 않을 수도 있다. 융기나 침식으로 인한 산맥 형성이 일어나는 경우, 저반 암석이 나타난다.

또한 지구 내부의 일부 마그마는 섭입 없이 생성되어 "끈적끈적한 화강암 마그마"를 형성하며, 표면에 도달할 도관이 없다. 대신 암석의 틈새를 뚫고 들어가 고압 환경을 조성한다. 그 후 오랜 시간에 걸쳐 냉각이 진행되면서 거친 입자의 큰 결정이 생겨 독특한 질감을 가진 암체를 형성하며, 이것이 관입 화성암/심성암이 된다. 이 암석들은 크기와 색상이 다양하다.

 역사적 발전 
섬네일|존 플레이페어의 《허턴 이론의 설명》(Illustrations of Huttonian Theory) 표지 이미지
섬네일|허턴이 자신의 화성설 이론을 설명하기 위해 사용한 암벽 이미지
18th세기 동안 과학자들은 현재 지구 표면의 암석 지형이 어떤 과정과 맥락에서 생겨났으며, 왜 현재와 같은 배열을 하고 있는지 탐구했다. 이 탐구로부터 두 가지 유력한 이론이 나왔는데, 바로 제임스 허턴이 제안한 화성설과 아브라함 고틀로프 베르너가 제안한 수성설이다. 과학계에서는 그들이 그러한 이론을 처음 제안한 사람들은 아니었지만, 각자의 이론을 과학계에 정립시킨 공로를 인정받는 인물들이라고 지적한다.

초기 화성설 이론을 제안한 최초의 주목할 만한 과학자 중 한 명은 안톤 모로(Anton Moro) 신부로, 그는 18세기 전반에 과학계에 화산암과 퇴적암을 구별하는 방법을 알릴 수 있었다. 갑각류를 관찰함으로써 그는 산 내부에서 석화된 화석을 발견했다. 이를 통해 그는 과거 어느 시점에 화산 불의 힘에 의해 섬과 대륙이 바다 밑바닥에서 솟아올랐다고 생각했다. 그는 이것이 비교적 짧은 시간이 아닌 오랜 기간에 걸쳐 일어났다고 주장했으며, 이는 인류가 보는 현재의 지형으로 이어지는 지구 표면의 지속적인 변화가 있었고 지금도 일어나고 있음을 시사했다.

1780년대에 허턴은 현대의 사례로는 설명할 수 없는 과거의 격변적 사건들이 현재 지형의 원인이라는 수성론자들의 견해에 반대하기 시작했다. 허턴은 지구가 느리지만 지속적인 변화를 겪고 있으며, 이러한 변화는 주로 화산 작용, 침식, 운반 및 퇴적물의 퇴적을 통해 일어난다고 제안했다. 그는 퍼스셔의 글렌 틸트를 자신의 주장을 뒷받침하는 증거로 사용했는데, 이 장소는 그가 그곳에 존재하는 화강암에 대한 가설을 세우기 전까지 수성설의 예시로 사용되던 곳이었다. 그는 1788년 에세이를 통해 자신의 이론과 발견을 발표했고, 이어 1795년에는 1788년의 저작을 확장한 두 권 분량의 《지구의 이론》을 출판했다.

1802년, 존 플레이페어는 당시 수성설의 영향력을 약화시키기 위해 《허턴 이론의 설명》(Illustrations of the Huttonian Theory)을 출판했다. 이 책은 허턴의 "길고 난해하게 쓰인 책"을 간결하고 명확한 방식으로 묘사하여, 1797년 허턴 사후 다른 과학자들이 그의 이론을 제각기 해석하는 상황에서도 "허턴의 접근 방식을 생생하게 유지"시켰다. 또한 존 플레이페어는 수성설보다 화성설이 올바른 이론이라고 주장했다.

1830년, 찰스 라이엘이라는 과학자가 동일과정설을 창시했다. 1830년 라이엘은 《지질학 원리》(Principles of Geology)를 출판했는데, 여기서 지구는 평형 상태에 있으며 생물학적, 화학적, 물리적 과정이 극도로 긴 시간 동안 천천히 발생하여 현재 지구 표면에서 관찰되는 특징들을 만들어냈다고 주장했다. 이 이론은 화성설의 측면들을 핵심 개념으로 포함했고, 동일과정설이 과학계에서 널리 받아들여짐에 따라 화성설 또한 사실상 일반적으로 수용되게 되었다. 이로 인해 허턴의 연구가 핵심 개념으로 자리 잡으면서 허턴은 "지질학의 아버지"가 되었다.

 화성론자와 수성론자의 분열 
앞서 언급했듯이, 18세기에는 현재의 지형 배열과 암석 형성을 설명하기 위해 화성설과 수성설이라는 두 가지 유력한 이론이 존재했다. 이 분열은 모로가 퇴적암과 화산암을 구별하고 화산의 불이 섬과 대륙을 들어 올렸다는 이론을 제시하면서 시작되었다. 그는 이것이 느린 과정이라고 주장한 반면, 다른 이들은 그것이 격변적이며 현대에는 일어나지 않는 일이라고 주장했다. 수성론자들은 지구 표면이 처음에 혼탁한 바다만을 포함하고 있었으며, 이것이 바다에 퇴적물을 쌓아 화강암과 같은 결정질 암석을 형성했다고 믿었다. 두 이론 사이에는 많은 대립적인 견해가 있었는데, 그중 가장 주목할 만한 대립 중 하나는 화강암의 형성이었다. 허턴은 화강암이 퇴적층을 가로질러 절단된 모습으로 보아, 달래디언(Dalradian) 변성 퇴적암을 뚫고 관입한 것이라고 믿었다. 이는 허턴에게 퇴적물이 화강암보다 오래되었다는 것을 의미했다. 이것은 화강암이 바다에서 침전되어 나온 가장 오래된 암석 유형이라고 믿는 수성설과 모순되었다.

1773년, 허턴의 관찰이 있기 전 아브라함 고틀로프 베르너는 광물을 물리적 특성만으로 분류한 광물학 서적 《광물의 외부적 특징에 대하여》(On the External Characteristics of Fossils)를 출판했다. 이를 통해 그는 프라이베르크 광산 학교의 광물 수집 책임자이자 교수 자리를 얻었으며, 그곳에서 자신의 수성설 이론을 홍보할 수 있었다. 그의 명망 있는 지위 덕분에 많은 학생들이 모여들었고, 이들이 지질학 및 관련 분야에 진출하면서 수성설을 일반 과학계에 퍼뜨릴 수 있었다.

1797년 허턴이 사망했을 때, 화성설은 수성설 지지자들로부터 회의적인 시각을 받아 당시 과학계에서 목소리가 작았다. 위에서 언급했듯이 존 플레이페어는 《허턴 이론의 설명》을 출판하여 수성설의 영향력을 약화시켰다. 플레이페어는 허턴의 이론을 더 간결하고 명확하게 묘사하여 과학계에서 수성설에 대항하는 화성설의 존재감을 유지시켰다.

베르너의 이론은 엄선된 일부 암석 그룹에 대한 관찰을 통해 발전되었는데, 대학에서의 지위 때문에 그는 더 넓은 범위의 암석에 대해 관찰하고 이론을 발전시키는 데 제약이 있었다. 따라서 세계의 다른 지역에서 다른 암석들이 관찰됨에 따라, 조사되는 암석 유형마다 수성설과의 일치성은 떨어졌다. 이러한 발전은 프라이베르크에서 베르너와 함께 공부했으나 점차 스승의 이론에서 벗어난 알렉산더 폰 훔볼트(1769~1859)의 연구에서 두드러졌다. 이러한 추세로 인해 베르너가 1817년에 사망한 후 수성설은 쇠퇴하기 시작했고, 화성론자와 수성론자 과학자들이 각자의 이론을 인정받으려 노력하면서 두 이론의 대결은 상대적인 정체 상태에 빠졌다. 이러한 교착 상태에도 불구하고, 베르너의 직위 덕분에 대학과 과학계의 많은 사람들이 그의 영향을 받았기 때문에 수성설은 부분적으로 화성설보다 우세했다. 따라서 그의 제자들 중 많은 이들이 화성설보다 수성설을 선호했다.

19세기 초 라이엘의 기여가 있기 전, 프랑스 과학자 조르주 퀴비에는 자신의 격변설 이론 내에 베르너의 수성설 이론을 활용했다. 이는 동일과정설이 화성설을 핵심 측면으로 구현한 것과 유사하게 수성설을 핵심 요소로 삼았다. 그의 이론은 지구 시스템이 보유한 휘발성 힘이 나타났다 사라짐을 반복하며 지구의 지형이 만들어졌다고 제안했다. 이 이론은 당시 과학계의 지지를 받았으며, 따라서 수성설은 기본적으로 여전히 화성설에 대해 우위를 점하고 있었다.

그러나 1830년에 출판된 라이엘의 저서 《지질학 원리》를 통해 이 분열은 종식되었다. 이 책은 허턴의 화성설 아이디어를 통합한 동일과정설을 형성했다. 그의 발견과 주장, 아이디어는 일반 과학계에 수용되었고, 이로써 분열이 끝나고 수성설 대신 화성설이 일반적으로 받아들여지게 되었다.

 주요 화성론자 

 안톤 모로(Anton Moro) 신부: 그는 화산암과 퇴적암을 처음으로 구별했을 뿐만 아니라, 오랜 기간에 걸쳐 화산의 불을 통해 섬과 대륙이 융기했다는 가설을 처음 제안했다. 이로써 나중에 베르너가 직접적으로 반대하는 이론을 제기하고 허턴이 이에 맞서게 되는 화성설과 수성설의 논의를 시작하게 했다. 또한 그는 나중에 허턴이 공식적으로 제안하게 될 현대 과학의 화성설 이론을 창시했다.

center|섬네일|안톤 모로

 제임스 허턴: 과학계에 화성설을 제안했다. 과학자가 되기 전에는 스코틀랜드의 농부였다. 그는 농사를 짓던 시절의 경험을 활용하여 중력과 같은 자연의 힘이 암석 형성에 기여한다는 것을 확인했다. 지구의 지형이 천천히 침식되어 낮은 평면에 퇴적되기 때문이다. 그는 스코틀랜드의 퍼스셔 글렌 틸트에서 처음으로 공식적인 관찰을 수행했지만, 지질학자가 되기 전 농부로 지내면서 자신이 경작하던 땅이 침식과 퇴적물 쌓임과 같은 측면을 통해 느린 속도로 변화를 겪고 있음을 알아차리며 비공식적인 관찰을 해왔다. 그는 그의 연구가 1830년대에 널리 받아들여진 지질학 이론인 동일과정설의 핵심 개념으로 자리 잡으며 화성설과 수성설 중 어느 것이 "옳은" 이론인지에 대한 논쟁을 끝냈기 때문에 "지질학의 아버지"로 간주된다.
섬네일|제임스 허턴, 헨리 레이번 경 그림|center

 존 플레이페어: 《허턴 이론의 설명》(1802)을 출판하고 수성론자들의 반대로부터 허턴을 보호한 자연철학 교수이다. 덕분에 허턴의 연구는 과학적 가설과 제안된 이론들의 심연 속으로 단순히 사라지지 않았고, 다른 과학자들이 허턴의 이론을 주목할 수 있게 되었다. 플레이페어의 연구는 라이엘이 그러한 이론의 존재를 더 잘 발견할 수 있게 해주었고, 라이엘은 이를 동일과정설 내에 구현하여 지질학적 분열을 종식시켰다.
섬네일|존 플레이페어|center

 찰스 라이엘: 1830년대 이후 널리 받아들여진 지질학 이론인 동일과정설을 창시하여 "19세기 지질학의 가장 중요한 과학자 중 한 명"으로 평가받는 과학자이다. 그의 이론은 허턴의 화성설을 핵심 원칙으로 통합하여 수성설보다 화성설이 사실상 받아들여지게 했다. 그러나 그의 이론은 수성설을 핵심 개념 중 하나로 받아들인 격변설과 경쟁했다. 당시에는 동일과정설이 더 많이 받아들여졌지만, 현재의 과학적 사고는 지구의 일반적인 지형 형성에 있어 두 이론의 측면이 모두 사실임을 인정한다.
섬네일|찰스 라이엘|center

 각주 

 History of Science: Early Modern Geology . . . And Still We Evolve, A Handbook on the History of Modern Science, Ian Johnston of Malaspina University-College, Nanaimo, BC. (퍼블릭 도메인)

분류:18세기 과학
분류:지구과학사