여러 층(layers)들에서 발견되고 있는 화산재(volcanic ash)는 그 자체로 매우 흥미로운 것이다. 화산재를 구성하고 있는 화학물질들은 모든 층들에서 일정(uniform)하게 나타난다. 사실, 스페시맨 크릭(Speciman Creek)에서는 단 네 가지 독특한 화학적 패턴들이 발견된다. 화산재의 줄무늬(bands)에서 미량 원소들에 대한 열원 질량분석계(spark source mass spectrometry)의 분석 결과, 스페시맨 크릭의 석화된 숲은 네 군데의 출처로부터 화산재의 파동을 나타내었다. 이 네 가지 미세 원소들의 흔적들은 스페시맨 크릭의 석화된 숲(Specimen Creek Petrified Forest)의 65개 유기층들에 불규칙적인 방식으로 혼합되어져 있었다. 만약 이 65개 화산재 층들(유기물 평지들)이 오랜 기간을 통하여 내려앉은 것이라면, 일련의 화산재 분출들의 끝부분에 있었던, 즉 수만년 후에 분출되어졌던 화산재들은 충분히 새롭고 다른 미세원소의 형태(새로운'화산 지문')를 가질 수 있었을 것이다. 그러나 이것은 그렇지 않았다. 전체 층들에 대한 일련의 급격한 매몰이 있었던 것으로 보여진다. 

직립형태의 나무 그루터기에 남아있는 뿌리 구조(root systems)들은 그들이 원래 자리(in situ)에서 성장했음을 뒷받침하는 근거로서 주장되어지면서 주요한 논쟁거리였다. 물론 일부 석화된 나무들의 뿌리들은 파손되었다. 그렇다면 그 뿌리들은 언제 파손된 것일까?  공원 내에서 석화된 나무들을 수집하는 것은 허락될 수 있다 하더라도, 그루터기를 발굴하는 것은 금지되어있다. 더군다나 단단한 암석으로 되어있기 때문에 파는 작업도 쉬운 일이 아니다. 결론적으로, 뿌리의 파손이 화석화되기 이전에 일어났는지, 이후에 일어났는지를 결정하는 것은 힘든 일이다. 하나데이(Harnaday) 산, 노리스(Norris) 산, 톰 마이너 분지(Tom Minor Basin), 그리고 스페시맨 크릭(Specimen Creek) 의 여러 예에서 뿌리 끝부분이 갑자기 끝나있는 것들은, 나무가 화산성 자갈과 진흙에 의해 매몰되기 전에 그들 나무의 뿌리들이 파손된 것임을 강하게 나타내고 있다. 

이러한 증거들은 나무들이 운반되어져 왔다는 견해를 지지한다. 그러나 작은 뿌리(small rootlets)들이 직립한 나무 그루터기의 기저 부분에 위치하기도 하는데, 이러한 모양들은 나무들이 운반되어졌다는 견해를 반대하는 근거로서 논쟁거리가 되어왔다. 세인트 헬렌(St. Helen) 산 근처의 스피릿(Spirit) 호수에서 굴착 작업으로 똑바로 서있는 나무들을 관찰한 결과, 잔뿌리(small roots and rootlets)들은 대부분 손상되지 않았으나, 큰 뿌리들은 대부분 부러져 있는 것을 볼 수 있었다 (그림 참조). 석화된 나무의 기저 부분에 뻗어있는 잔뿌리들의 존재는 큰 뿌리들 또한 존재하는 상태가 아니라면, 원래 위치 에서 자랐다고 해석하는 증거가 될 수 없다. 부러지고 너덜너덜 풀려진 큰 뿌리들은 자라고 있던 나무들의 기저 부분을 침식시킨 변화하는 물 흐름의 결과일 수도 있었다. 그러나 이러한 작용은 퇴적물 속에 증거를 남겨야만 한다. 게다가 침식은 한계가 있어야만 한다. 그렇지 않다면 나무들은 쓰러졌거나 제거되었을 것이다. 

세인트 화산의 분출로 인해 땅에서 뽑혀져 나온 한 나무. 큰 뿌리들은 부러졌지만, 잔 뿌리들은 대게 남아있음을 주목하라.

만약 숲이 나무들의 밑부분을 매몰시켜버린 진흙 흐름에 의해서 죽게 되었다면, 매몰된 나무의 윗 부분은 새로운 지표 위로 뻗어 있었을 것이다. 그들은 새로운 지표 위에서 자라기 시작한  두 번째 숲과 겹쳐졌을 것이다. 두 번째 숲의 성장기 동안 (또 다른 화산 진흙 사태에 의해 매몰되기 이전에), 첫 번째 숲의 잔해들은 부패되어지고, 벌레들이 들끓고, 결국 파손되어질 것이다. 두 번째 숲 층의 뿌리 부분에 닿게 되는 (실제 겹쳐지지 않았던), 첫 번째 숲의 매몰된 나무 기둥의 윗부분조차도 부패되어질 것이 예상되어진다. 

두 번째 숲의 뿌리들이 자랐던 토양은 아래에서부터 뻗어있는 나무 그루터기의 윗 부분들에 대한 그다지 좋은 보존제로서의 역할을 하지 못했을 것이다. 옐로우스톤의 화석화된 나무들의 눈에 띄는 특징 중 하나는 그 보존 상태가 매우 좋다는 것이다. 화석 나무들의 조각들을 슬라이드로 만들어 미세한 조직들을 관찰한다면, 나무의 조직들은 거의 살아있는 나무의 조직과 같이 생생하게 보일 정도이다. 몇몇 경우는 그 어떤 부패나 풍화의 증거도 나타나지 않고 있다.¹⁹ 이것은 일련의 기간 동안 나무들이 그러한 부패나 풍화의 과정을 겪지 않았다는 것을 의미한다. 

앞에서 언급했었지만, 옆으로 놓여져 있는 통나무들이 평행하게 정렬(parallel orientation)되어져 있다는 사실은, 물이나 진흙에 의해 운반되어졌다는 것으로 더 잘 설명될 수 있다. 나무들이 놓여져 있는 곳의 지층의 기울기는 좀처럼 7 도를 넘지 않는다. 이것은 나무들이 아래쪽으로 모두 미끄러져 내려가 그렇게 정렬되었을 것이라는 설명과는 잘 부합되지 않는다.¹⁹  거센 바람이나 화산 폭풍은 나무들을 쓰러트릴 수는 있지만, 직립형 그루터기들의 잘려진 나무의 긴 부분들이 정렬 형태를 갖게 하는 원인이 되지는 못한다. 특히 기저 부분에서 그루터기 단면의 비대칭성은 대게 그루터기에서 떨어져있는 쪽에서 확장되어온 화염(flare)으로 원인된 주 뿌리들의 영향으로 인한 것이다. 화산성 이류 (volcanic lahars,  빠른 속도로 움직이는 화산성 진흙 사태), 또는 물이나 진흙의 흐름(currents of water or mud)은 그루터기나 통나무들의 정렬을 만들어 내도록 뿌리나 줄기들에 작용하는 힘이 될 수 있다. 오늘날의 숲들은 옐로우스톤 화석 숲이 보여주는 정렬의 형태를 보여주지 못한다. 이러한 정렬(orientation)은 숲이 원래 위치에서 자랐다는 것을 반대하며, 격변에 의한 운송(catastrophic transport)을 말하고 있는 것처럼 보인다.

화석 숲에 대한 연구가 착수되었을 때 나타난 첫 번째 관찰 사실중 하나는, 수평적으로 그리고 수직적으로 놓여져 있는 나무들은 함께 나무껍질이 없는(barkless) 상태로 나타난다는 것이었다. 이후의 조사에서 몇몇 나무들에는 일부 얇은 층의 나무껍질이 남아있는 것으로 밝혀졌다. 그러나 대부분의 나무들은 껍질이 없을뿐더러, 모든 가지들이 부러져 있었다. 심지어는 직경 25cm 이상 두께의 굵은 가지들까지도 제거되어져 있었다. 단지 부러져나간 나머지 부분들만이 나무기둥에 남아있었다. 세인트 헬렌산 분출 기간 동안 매몰된 후, 하천 침식에 의해 드러난 나무들의 경우, 나무껍질이나 큰 가지들이 모두 유실되지는 않았다. 격랑의 물에서 일정 기간 동안을 떠다닌 나무들은 서로 부딪침과 마모에 의해서 나무껍질(물에 의해 부드러워진)이나 큰 가지들을 쉽게 잃어버렸을 것이다.^14,15 오늘날 나무들이 종종 물 속에서 수직으로 떠있다는 사실을 고려할 때, 격변 모델은 이러한 발견들을 가장 잘 설명할 수 있는 것으로 보인다.¹⁶  연속적으로 퇴적층들을 층층이 빠르게 매몰시키는 거대한 홍수는 적어도 매우 설득력 있어 보인다. 

세인트 헬렌 산의 분출과 그 결과로 생긴 스피릿 호수(Spirit Lake)와 같은 국지적 홍수는 옐로우스톤의 화석 숲이 어떻게 형성되었는가에 대한 통찰력을 갖게 해 준다. 스피릿 호수에서 떠다니던 통나무(log raft)들은 분류학적 분류(taxonomic sorting)에 약간의 통찰력을 제공하였다.  스피릿 호수의 바닥에 수직으로 서있는 채로 매몰된 나무들의 대부분은 전나무(Silver Fir), Nolle Fir, Hemlock 들이었다. 주변의 삼림에서 흔히 볼 수 있었던 미송(Douglas Fir)은 단지 2.2% 비율로 나타날 뿐이었다. 그러나 물 위에 떠다니는 나무들에 대한 조사결과 48% 가 미송이라는 것이 이러한 모순점을 풀어주었다.

분명히 이 나무(미송) 종은 수분침투에 대한 저항력이 강해서 더 많이 부유되어 있었다. 그러나 삼나무(Cedar)는 호수의 떠다니는 통나무들의 2.2%에 불과했지만, 주변의 숲에는 훨씬 더 높은 비율로 형성되어 있었는데, 호숫가를 따라 횡단하면서 부서진 나무 조각들의 시료채취에서 11% 가 삼나무였다. 호수에 수직으로 떠다니거나, 호수 바닥에 수직으로 묻혀있는 직립목들의 일부는 그 높이가 20m 를 넘기도 한다. 매우 큰 석화목들은 성장 위치에 있었음에 틀림없었다는 주장은 나무들이 물에서 떠다녔다는 시나리오(flotation scenario)에는 적용될 수 없다. 세인트 헬렌 산의 기슭에 있는 스피릿 호수에서 보여진 것처럼, 식물 유기체들이 호수 물 위에 떠다녔다는 (직립 형태의 나무들을 포함하여) 사실은, 옐로우스톤의 직립하여 서있는 석화목들을 해석하는 데에 하나의 모델을 제공하고 있다. 

스피릿 호수에 대한 연구는 뿌리 높이에서 유기층(organic layer)이 존재하는 것을 설명하는 데에 도움을 준다. 물에 젖은 유기물  파편들은 호수 바닥에 가라앉아 유기물질의 층을 형성하게 된다. 수직으로 선 채로 떠있던 나무들도 스피릿 호수의 바닥에 가라앉아 성장하는 숲의 형태와 비슷하게 배치되어졌다. 그것들은 예상과는 달리 통나무들의 무더기 속에서 서로 뒤범벅이 되지 않았다. ²⁰

일부 사람들은 스피릿 호수는 옐로우스톤 화석 숲에 대한 유사한 좋은 예가 아니라고 주장하고 있다. 왜냐하면, 스피릿 호수 바닥에는 많은 수의 통나무들이 축적되어 있지만, 옐로우스톤의 석화목들과 그루터기들은 산발적으로 흩어져 있어서 다르다는 것이다. 그러나 두 곳의 퇴적물 사이의 중요한 차이점 하나는, 스피릿 호수는 가라앉는 통나무들이나 그루터기들을 매몰시킬만한 적절한 퇴적물의 유입이 적었다는 것이다. 만약 1980년 세인트 헬렌 산의 폭발이 스피릿 호수로 몇 차례의 화산성 각력암의 흐름을 일으켰었다면, 가라앉은 통나무들과 그루터기들을 충분한 간격을 두고 연속적으로 매몰시켰을 것이다.¹⁹

 그러나 이것을 아직 확신할 수 없었기 때문에, 이들 나무들에서 나이테의 성장 패턴이 같이 나타나는지에 대한 연구가 수행되었다. 그 나무들이 시간적으로 수천년을 떨어져서 살았다면, 성장 패턴의 일치는 일어나지 않았을 것이기 때문이다. 1991년 미카엘 악트(Michael Arct)는 그의 박사학위 논문에서 이에 대한 연구를 보고했다  (그는 1979년 이후에 수행해왔던 연구 결과들을 취합하였다). 그는 옐로우스톤(Yellowston) 지층의 23 피트 구역에 있는 서로 다른 높이에 있는 14개의 화석목들을 조사하였다. 분석 결과 14개의 화석목 모두 나이테 패턴이 일치되었고, 그들 중 10개는 같은 시기에 죽었다. 다른 4개의 나무들은 10개의 나무가 죽기 2, 3, 4 ,7년 전에 죽었다. 지층들이 매우 오래 되었다는 이론은 더 이상 유효하지 않는 것처럼 보인다. ^7,8

References

7. John Morris, The Young Earth, Master Books, Colorado Springs, CO, 1994, pp. 112–117.

8. Michael J. Arct, Dendroecology in the fossil forests of the Specimen Creek area, Yellowstone National Park, Ph.D.     Dissertation, Loma Linda University, 1991;     Dissertation Abstracts International 53–06B:2759, 1987–1991.

13. National Park Service. 1980. Petrified forests of Yellowstone. US Department of the Interior, Washington, DC. Handbook 108, p 6-9

14. Coffin HG.  Orientation of trees in the Yellowstone Petrified Forests. Journal of Paleontology 50:539-543, 1976.

15. Coffin HG. 1979. The organic levels of the Yellowstone Petrified Forests. Origins 6(2):71-82

16. Coffin HG. 1983. Erect floating stumps in Spirit Lake, Washington. Geology 11:198-199.

17. Coffin HG. 1983. Origin by Design. Washington DC:Review and Herald Publishing Assn., p 143

18. DeBord PL. 1979. Palynology of the Gallatin Mountain 'fossil forest' of Yellowstone National Park, Montana: preliminary report. First Conference on Scientific Research in the National Parks. US Department of the Interior, National Park Service Transactions Proceedings Series 5:159-164

19. Coffin, Harold G.  1997. The Yellowstone Petrified 'Forests'. Origins 24:5-44.

20. Coffin HG. 1987. Sonar and scuba survey of a submerged allochthonous 'forest' in Spirit Lake, Washington. Palaois 2:179-180.

* 참조 :

1. 옐로우스톤의 석화림 : 격변의 증거

    http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=755

2. 쟈긴스 화석 단애의 다지층나무와 석탄층

    http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=2093

3. 다지층 화석들

    http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=456

4. 물 위에서 자랐던 숲

    http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=2201

5. 화석들의 방향성

    http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=2112

6. 세인트 헬렌산의 7 가지 경이

    http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=1814