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판구조론 레포트

1.개요지진은 왜 일어날까? 화산은 왜 일어날까? 에베레스트 산은 어찌 그리 높을까? 우리가 살아가는 지구는 매우 역동적인 행성이다. 갑자기 지반이 갈라지기도 하고, 지반이 8000미터 위로 솟구쳐 올라가 있기도 하고, 그 위에서 아주 뜨거운 유동성 물질이 폭발해 온 지면을 뒤덮기도 한다.예전부터 많은 학자들은 위에 열거한 현상들의 원인을 알고자 부단한 노력을 기울여 왔다. 하지만 그 누구도 뚜렷한 해법을 내놓지는 못했다. 시간이 흘러 1912년, 베게너가 대륙이동설을 주장하면서 해법의 실마리가 풀렸고 이후 판구조론이 등장하면서 모든 지질현상의 수수께끼들이 풀리게 되었다.2.대륙이동설 - 베게너(Alfred Wegener, 1880-1930), 못다 핀 꽃 한송이독일의 지구과학자 베게너(Alfred Wegener, 1880-1930, 왼쪽 사진)는 남아메리카의 동해안과 아프리카의 서해안이 너무나 잘 들어맞게 생겨있음에 착안하여 과거에는 이 두 대륙이 한 덩어리를 이루고 있었는데 서로 분리, 이동되어 오늘날과 같이 멀리 떨어지게 되었다는 생각을 하게 되었다(대륙이동설, Continent drift hypothesis). 베게너는 현재의 해안서보다 대륙붕의 경계를 맞추면 대륙 복원이 더 잘 들어맞는다고 하였다.또한 베게너는 화석이나 암석의 종류 등 여러 가지 다양한 증거들을 제시하며 고생대 후기에서 중생대 초기까지 지구상의 모든 대륙들이 합쳐져서 초대륙(supercontinent)인 팡게아(Pangaea)를 형성하고 있었다고 주장하였다. 그는 암석의 종류나 산맥과 같은 지질구조들이 대서양 넘어 양쪽 연얀의 대륙으로 잘 연속되는 점, 그리고 남아메리카, 인도, 오스트레일리아, 남극에서 발견되는 육상 동식물 화석의 분포 등이 초대륙의 상태에서 보다 합리적으로 설명됨을 지적하였다.베게너가 제시한 보다 극적인 증거는 고기후학적 자료에 있었다고 할 수 있다. 빙하작용에 의해 생성된 빙퇴석(氷堆石)의 분포를 조사해보면 지금으로부터 3억 년 전인 석탄기에는 남아메리카, 아프리 말았다.3.해저확장설 - 헤스(H. H. Hess)2차 세계대전을 계기로 해저에 대한 연구가 활발해졌는데 그 결과 대서양의 중앙에서 남북으로 달리는 장대한 해저산맥이 있음이 발견되었다. 이를 대서양 중앙해령(大西洋中央海嶺, 왼쪽 사진)이라고 부른다. 해저에 대한 연구가 계속됨에 따라 이 해령이 태평양과 인도양으로도 계속 이어진다는 것이 밝혀졌다. 또한 해령에서는 화산활동이 활발하게 일어나고 있으며, 따라서 방출되는 지각열류량(地殼熱流量)도 높다는 것이 드러났다. 해양지각의 두께는 해령의 꼭대기에서 가장 얇으며 그 양편으로 멀어짐에 따라 두꺼워지는 것도 밝혀졌다. 해양지각 위에 쌓인 퇴적물의 두께도 마찬가지였다. 한편, 바다의 제일 깊은 곳, 즉 해구(海溝)는 대양의 중앙에 위치하는 것이 아니라 환태평양 화산대와 같이 대륙의 연변에 접하여 있다는 것도 밝혀졌다.미국 프린스턴대학교 교수인 헤스(H. H. Hess)는 이러한 일련의 새로운 사실들에 근거하여 해저확장설(海底擴張設)을 제창하였다. 헤스 교수는 해저 지각은 영구하지 않고 계속 생성 및 소멸된다고 설명하였다. 즉, 이 가설에 따르면 해저산맥, 즉 중앙해령(mid-oceanic ridge)은 맨틀대류에 의하여 뜨거운 물질이 올라와 새로운 해양 지각이 생성되는 부분이며, 대륙 연변부의 깊은 해구는 오래 되고 차가워진 해양 지각이 맨틀로 섭입되어 소멸되는 곳이다.베게너의 대륙이동설과 마찬가지로 헤스의 해저확장설도 지지보다는 반대에 부딪혔다. 당시의 사고방식으로는 계속 대서양이 넓어지고 있다는 다소 초현실적인 발언이 가슴 속 깊이 와 닿지 않았을 것이다. 더군다나 헤스 역시 베게너와 마찬가지로 그의 의견을 충분히 뒷받침할만한 확실한 증거물을 제시하지 못했다.4.대륙이동설과 해저확장설의 증명베게너가 세상을 떠난 후, 사람들로부터 잊혀져 가는 대륙이동설을 부활시킨 것은 지구 자기장(地球磁氣場)의 변화 역사에 대한 연구이었다. 지구는 마치 커다란 자석과 같으며 북극과 남극은 지구의 회전축 가까이에 있다. 암석이 으로 자화된 곳)에서는 약하게 측정됨을 확인하였다. 나아가서 이러한 강약의 자기장기록이 중앙해령을 중심으로 대칭되는 모습을 하고 있음도 드러났다. 이로써 헤스가 주창한 해저확장설이 증명된 것이다. 지구자기장의 역전이 일어났던 시간들은 이미 육상 암석에 대한 방사능 연령측정과 고자기 연구를 통해 잘 알려진 바 있기 때문에 해양 자력탐사를 통하여 해저의 정자화와 역자화의 패턴과 그 간격을 측정하면 해양 지각의 연령과 확장속도를 알 수 있다.이로써 해저확장은 가설이 아닌 사실로 판명되었으며, 이는 대륙이동의 메커니즘을 설명하고 아울러 지질과학의 혁명을 예고하는 것이었다. 해저가 확장되어 가면 그 양편 대륙이 점점 멀어지는 것이 당연한 결과이기에, 해저확장설의 증명은 바로 대륙이동설의 증명이 되는 것이다.지구과학자들에 의하면 후기 원생대에 모든 대륙들이 하나로 뭉쳐서 로디니아(Rodinia, 왼쪽그림)란 초대륙을 형성하였다. 이와 같이 지구의 암석권은 고정되어 있는 것이 아니라, 맨틀 대류에 의해 여러 번에 걸쳐 갈라지고 합쳐짐을 반복했던 것이다.결국 베게너와 헤스의 가설은 옳았음이 증명되었다. 하지만 베게너와 헤스의 가설을 반대한 사람들의 행동이 잘못되었다고 생각하지는 않는다. 오히려 그들은 자신들에게 주어진 역할을 훌륭히 수행했다고 보아야 한다. 모든 과학적, 수학적 가설들은 그것이 하나의 이론으로 정립되기 이전에 엄격한 검토와 수정을 반드시 거쳐야 한다. 아무리 뛰어난 아이디어와 발상이라고 해도 그저 상상 속에, 말 그대로 초현실세계에서나 적용될만한 것들이 있을 수 있기 때문이다. 베게너와 헤스의 가설이 이론으로 정립되는 과정은 현대과학이 발전해온 모습을 잘 보여준다고 할 수 있다.5.판구조론(Plate Tectonics)베게너의 대륙이동설은 해저확장설을 거쳐서 보다 큰 의미의 판구조론(板構造論)으로 발전되었다. 판구조론은 지구의 외각 껍데기인 암석권이 7개의 큰 판(板)과 기타 여러 개의 작은 판으로 나뉘어져 있으며, 이들 판(왼쪽그림)은 맨틀 대류에 의해 여아오는 시간을 측정하는 방법이 있다. 즉, 판경계 양쪽 기지국에서 발사한 레이저 빔이 기준 “거울”로부터 반사되어 돌아오는 시간을 측정하면 두 기지국의 정확한 위치가 나온다. 후에 기지국이 다소라도 이동되면 레이저 빔의 왕복시간에 변화가 나타나는 것이다. 국지적 단층운동을 측정하려면 단층선 너머 양편에 관측점을 선정하고 레이저 반사경을 설치하면 된다.레이저 빔 대신에 라디오 신호를 이용하는 방법도 있다. 퀘이사(quasar)나 인공위성들은 끊임없이 라디오 신호를 발사하고 있는데 그들의 위치가 정확히 알려져 있다. 지구상의 여러 기점에서 이들에 라디오 망원경을 맞추어 신호가 도착되는 시간의 차이를 측정하면 기점들간의 상대적 위치를 알 수 있다.정밀도는 떨어지지만 보다 저렴하고 간편한 방법은 GPS(Global Positioning System, 왼쪽그림)수신기 를 이용하는 방법이다. 현재 지구 상공 약 25,000km 높이에 24개의 GPS용 인공위성이 자신의 위치정보를 송신하며 돌고 있는데 GPS 수신기로 그 신호를 받으면 지상 어느 곳에서나 수신기의 위치가 파악된다.판운동의 원동력은 지구 내부로부터 방출되는 열이다. 지표로 방출되는 열의 약 80%는 방사성 동위원소의 붕괴로 생산된 것이며, 나머지 약 20%는 지구의 냉각으로 방출되는 열이다. 이러한 지구 내부기원의 열에 의하여 맨틀에서는 열대류가 일어난다. 열대류의 뜨거운 상승류는 중앙해령 때로는 열점을 형성시키고, 차가운 하강류는 섭입대를 이루면서 다시 맨틀 속으로 침강하게 된다. 상승류의 냉각된 껍질부분은 암석권을 이룬다.베게너와 헤스의 공로를 발판삼아 결국 판구조론이라는 지구과학사에 길이 남을 이론이 정립되게 된다. 판구조론은 지구라는 행성이 움직이는 공식을 잘 보여준다. 마치 아날로그 시계처럼, 톱니바퀴 굴러가듯 움직이는 지구의 운동 설계도를 드디어 손에 넣은 것이다. 또한 이 설계도를 가지고 수많은 지구과학적 현상들을 설명할 수 있고 이해할 수 있게 되었다. 지구과학사가 크게 진일보한 것이다.6.판판이 서로 모여드는 곳이다. 맨틀대류가 두 판을 수렴하게 하면 다음 두 가지 중 하나의 경우가 발생된다. 즉, 이 경계면에 작용되는 압축응력에 의하여 하나의 판이 다른 판 아래로 밀려들어가거나, 또는 두 판이 정면으로 충돌하여 습곡과 단층작용이 일어난다. 이러한 충돌지역을 조산운동(造山運動)지역 혹은 조산대(造山帶)라고 부른다.판의 수렴경계에는 다음의 3가지 유형이 있다. 즉, 충돌하는 두 판 모두가 해야 암석권만으로 이루어진 경우, 한쪽 판은 해양 암석권으로 되어 있으나 다른 한쪽 판은 대륙 암석권으로 이루어진 경우, 두 판 모두가 대륙 암석권으로 이루어진 경우이다.①두 해양판의 수렴두 해양판이 수렴, 즉 충돌하면 그 중 하나의 판은 다른 판 밑으로 밀려들어가게 된다. 이러한 작용을 섭입(攝入)이라고 하며 이러한 현상이 일어나는 곳을 섭입대(攝入帶)라고 부른다. 대양의 가장 깊은 해구(海溝)는 하나의 판이 맨틀 속으로 빨려 들어가는 섭입대의 입구이다. 가장 깊은 해구는 서태평양의 마리아나 해구(Marianas Trench)이며, 그 깊이는 약 11km에 달하여 에베레스트산의 높이보다 더 깊다.아래로 섭입되는 판은 그 상부의 판이나 맨틀과 마찰을 일으키기 때문에 섭입대를 따라 지진이 발생한다. 이 지진대는 최초로 발견한 사람의 이름을 따서 베니오프대(Benioff zone, 왼쪽 그림)라고 한다. 베니오프대는 평균 45도 기울어져서 판의 섭입 방향으로 점점 깊어지는데 최고 700km의 깊이까지 섭입된다. 700km 이상의 깊이에서는 차가웠던 섭입판의 온도가 주변 맨틀의 온도와 같아지게 된다. 베니오프대의 기울기는 섭입되는 판의 연령에 연관되는데 섭입판의 연령이 많을수록 밀도가 커서 경사각이 90도 가까이까지 증가된다.한편, 섭입된 해양판이 맨틀 속 약 100km의 깊이에 도달하면 물이 방출되어 상부에 놓인 맨들에서 부분용융이 일어나 안산암질 마그마가 생성된다. 밀도 및 온도차에 의한 부력으로 이 마그마는 상승하여 다른 해양판 위에 분출되면서 일련의 화산열도를 다.

자연과학| 2010.11.12| 10페이지| 1,500원| 조회(394)

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