석유는 어떤 환경에서 생성되나요?
안녕하세요. 김계민 과학전문가입니다.
바벨탑? 미라? 고대부터 시작된 석유의 역사
현대 문명의 발전은 석유와 함께 해왔습니다. 석유는 자동차, 비행기, 선박 등에 사용되는 수송용 에너지원으로부터, 공장, 제철소, 화력발전소 가동에 필요한 산업용 에너지원, 그리고 섬유, 플라스틱, 합성세제 등의 원료로까지, 그 사용처는 무궁무진합니다.
의외로 석유는 아주 먼 과거부터 사용되었는데, 그중 가장 유명한 사례는 성경에도 소개되는 바벨탑입니다. 약 4000년 전, 바벨탑을 건설할 당시 아스팔트를 채취하여 돌과 진흙을 단단하게 만드는 데 사용하였다고 합니다.
고대 이집트에서도 유사한 기록을 찾을 수 있는데, 미라를 만들 때 사체의 부패를 막기 위해 아스팔트를 활용하였습니다. 특히, 미라를 뜻하는 영어 단어인 머미(mummy)는 아스팔트의 아랍어 명칭인 머미야(mūmiyyah)에서 유래되었다고 합니다. 물론 현재처럼 심부까지 시추를 해서 석유를 생산하진 않았고, 얕은 깊이에 우물을 설치해서 생산하거나 지표로 새어 나온 석유를 채취하였습니다.
중세 유럽의 일부 지역에서는 땅바닥에서 너무 많은 석유가 새어 나와 장화를 신지 않고는 외출이 힘들다는 기록도 존재합니다. 따라서 이 검은 물질의 명칭이 ‘석유(石油)’가 된 것은 너무나 자연스럽다고 할 수 있습니다.
석유를 뜻하는 영어단어 또한, 암석과 기름을 뜻하는 그리스어 페트라(petra)와 올륨(oleum)에서 유래된 페트롤륨(Petroleum)이다. 물론 석유가 돌에서 나온다는 것은 알고 있었지만, 당시에는 이것이 어떻게 생성되었는지는 그다지 중요하지 않았습니다. 시간이 지난 후 석유산업이 활성화된 후에야 이에 대한 연구가 이루어졌는데, 석유를 찾기 위해서는 석유가 어떤 환경에서, 어떻게 생성되는지가 먼저 밝혀져야 하기 때문입니다.
미스터리한 석유 생성에 대한 두 가지 가설
석유의 생성에 대해서는 유기물 기원설과 무기물 기원설의 두 가지 가설이 존재하는데, 이 중 유기물 기원설이 과학적으로 타당한 것으로 받아들여집니다.
유기물 기원설
유기물 기원설에 따르면 생물의 사체 등 유기물이 산소가 없는 고온·고압의 환경에 오래 노출되면서 긴 시간에 걸쳐 석유가 만들어진다고 합니다. 이 조건을 만족하는 유기물이 고생대와 중생대(약 1억 8천만 년 전부터 1천만 년 전까지)의 플랑크톤과 해조류의 사체입니다. 바다나 호수에서 플랑크톤 혹은 해조류의 사체가 바닥에 쌓이고, 긴 시간이 지나면서 상부로 퇴적물들이 쌓이면서 점점 지하 깊은 곳으로 묻히게 됩니다. 결국 이 유기물들은 산소가 거의 없는 고온 고압의 환경에 놓이게 되고, 점차 다른 물질로 변하게 됩니다. 이 유기물들이 석유로 변하는 첫 번째 단계가 바로 케로젠이라고 불리는 걸쭉한 왁스 같은 물질인데, 이것이 긴 시간 동안 높은 열과 압력 하에서 최종적으로 석유, 천연가스가 됩니다. 아직 석유가 되지 못한 케로젠이라는 물질을 인공적으로 석유와 천연가스로 변환시키는 기술도 개발되어 있고, 이렇게 케로젠이 매장된 층을 오일셰일이라고 부릅니다.(셰일 오일과는 다름) 지금과 같은 저유가에서는 경제성이 부족하지만, 기술적으로 생산 가능한 양이 1조 배럴에 달하는 것으로 알려져 있습니다. 현재는 석유의 생성에 관련된 연구가 더 진행되었고, 석유와 천연가스가 생성되는 심도를 분석하여 우리가 목표로 하는 지층 내 석유가 부존되었는지 천연가스가 부존되었는지 어느 정도 판별이 가능한 수준이 되었습니다.
무기물 기원설
무기물 기원설은 1850년대 중반 러시아의 과학자에 의해 주장되었는데, 이 가설은 신빙성이 떨어지는 것으로 판단됩니다. 아직까지 충분한 과학적 증거가 부재하기 때문입니다. 또한, 무기물 기원의 석유가 발견되기는 하지만, 상업적으로 생산 가능한 정도의 대규모 매장량은 아직 발견된 바가 없습니다.
[출처]한양대학교 자원환경공학과 왕지훈 교수의 글입니다.
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