해저 확장의 증거
대륙 이동설과 맨틀 대류설의 뒤를 이어 나타난 것이 해저 확장설이며 이는 고지자기를 통해 증명되었습니다. 고지자기에 대해 익히고 암석 속에 있는 잔류자기를 이용해 해저 확장설을 어떻게 설명할 수 있는지 알아보겠습니다.
암석들은 반자성체, 상자성체 그리고 강자성체의 조합으로 이루어져 있다. 반자성체와 상자성체 물질은 외부자기장에 노출되면 자화가 일어나며 만일 외부자기장이 제거되면 자화현상이 사라집니다.
그러나 강자성체 물질은 외부자기장에 노출되면 강하게 자화되고 외부자기장이 제거되어도 자화 상태를 영구적으로 유지하게 되며 이를 잔류자기라 합니다.
강자성체 물질이지만 고온상태에서 상자성체적인 성질을 보이는 자철석과 같은 물질은 큐리온도 이하로 냉각되
면 다시 강자성체로 변합니다.
이때 자기요소들이 주변의 지구자기장과 같은 방향으로 정렬됨으로써 현저한 잔류자기를 가지게 되는데 이를 열잔류자기(thermoremanent magnetization)라 합니다.
물속에서 퇴적물이 퇴적될 때는 자철석과 적철석 같은 강자성 물질의 입자들이 당시의 지구자기장 방향을 따라 정렬되는 경향이 있습니다. 이때 형성된 잔류자기를 퇴적잔류자기(detritalremanent magnetization)라 합니다.
금속이온이 침전되어 강자성 광물이 형성될 때는 광물 결정 안에 있는 자기 요소들은 우선적으로 당시의 지구자기장을 따라 정렬됩니다.
이와 같이 생성된 잔류자기를 화학잔류자기(chemical remanent magnetization)라 하며 일반적으로 금속물질이 많은 대륙 지역의 퇴적암 내에 형성된 고지자기는 화학잔류자기를 띕니다.
암석의 잔류자기는 암석이 생성된 당시의 자기 방향에 대한 정보를 기록하고 있다. 일부 화산암은 현재 지구자기장과 반대 방향으로 자화되어 있습니다.
이런 현상은 이들 화산암이 분출되고 냉각될 당시에 지구자기장의 극성이 현재의 것과 반대였음을 의미한다. 지자기 역전 원인은 확실히 규명되지 않았으나 내핵에서 발생하는 변화와 외핵 내 대류운동의 변화와 관련된 것으로 추정됩니다.
지구 자기장의 역전현상은 불규칙하나 평균적으로 수십만 년에 한 번 정도 역전이 일어났었습니다. 아래 그림처럼 해저의 맨틀 물질이 상승하는 곳에서는 마그마가 식으면서 그 당시의 지구자기장 방향으로 자화됩니다.
이렇게 자화된 암석은 지속적인 맨틀물질의 상승으로 확장축에서 양쪽으로 밀려나고 확장축에서는 새로운 마그마가 식으면서 그 당시의 지구자기장 방향으로 자화됩니다.
현재의 지구자기장의 방향과 같은 정자극기(검은색)와 반대인 역자극기(흰색)가 반복되어 나타납니다. 따라서 해저의 자기이상을 측정하면 검은색과 흰색의 줄무늬가 해령축을 중심으로 대칭을 이루며 나타나게 됩니다.
지구자기장에 대해 더욱 자세한 연구를 위해 암석의 자성을 측정하는 장비인 자력계를 탑재한 탐사선을 이용하여 해
양자력탐사를 수행했습니다.
해양지각은 지구자기장을 기록하기 쉬운 세립질이고 함철자성광물이 풍부한 현무암으로 구성되어 있기 때문에 탐사를 통해 해저의 고자기 기록을 쉽게 얻을 수 있습니다.
탐사 결과 해저 암석들은 균질하지 못한 자화양상을 보여주는데 이러한 자화의 차이를 자기 이상(magneticanomaly)이라고 하며 지도상에 해령과 평행하고 거의 직선에 가까운 줄무늬로 표시됩니다.
이들 줄무늬의 폭과 배치를 기존에 육지 화산암들에서 발견된 지자기 역전 기록들과 비교하면 해저 확장 속도를 구할 수 있다. 대서양 중앙 해령의 확장축으로부터 해양지각이 형성되면서 자화된 암석의 지자기 줄무늬를 나타내고 있습니다.
대칭적인 지자기 줄무늬를 통해 해령에서부터 해양지각이 형성되어 확장된다는 것을 증명할 수 있습니다.
판구조론
왜 태평양 주변에서 지진과 화산활동이 잦은 것일까? 일본은 어떻게 형성되었을까? 이런 질문에 대한 답은 판구조론에서 찾을 수 있습니다.
지구를 구성하는 연약권 위에 있는 암권이 이동하면서 지각변동이 일어난다는 것을 익히고, 판과 판의 경계에 따라 각각 어떤 특징적인 지형이나 지진, 화산 활동 등이 나타나는지를 알아보겠습니다.
지구표면을 구성하는 암권은 판으로 불리는 여러 개의 커다란 조각으로 나누어지며 판들은 서로 상대적인 운동을 합니다. 이들 판의 생성, 소멸, 이동과 관련된 일련의 과정을 설명하는 종합적인 이론을 판구조론(plate tectonics)이라라고 합니다.
암권(lithosphere)은 지각과 상부맨틀의 일부분으로 구성되며 느리게 유동하는 약권(asthenosphere) 위에 놓여 있습니다.
암권은 평균 약 100 km의 두께를 가지는데, 중앙해령의 중심부에서는 수km, 해저에서는 약 120 km, 대륙에서는 100~250 km로 지역에 따라 다양한 두께를 갖고 있습니다.
판들의 경계는 지질학적인 활동 지역으로 대부분의 지진과 화산 활동이 나타납니다. 지구상에서 일어나는 대부분의 화산활동과 지진은 태평양 가장자리를 따라 발생하며 판의 경계와 밀접한 관계가 있습니다.
판의 경계는 크게 세 가지 유형으로 구분합니다. 발산형 경계는 새로운 암권이 생기는 곳으로 인접한 두 판이 서로 반대로 멀어지는 상대운동을 합니다.
발산형 경계의 대표적인 예는 중앙해령으로 맨틀로부터 뜨거운 물질이 상승하여 새로운 해양지각이 만들어지면서 해저 확장이 일어납니다. 중앙해령의 정상부에는 열곡이 발달하며 육지에서는 동아프리카지역에 열곡이 발달되어 있습니다.
수렴형 경계는 판이 섭입하거나 충돌하는 곳으로 두 판이 서로 가까워지는 운동을 합니다. 해양판과 대륙판이 충돌할 경우에는 밀도가 큰 해양판이 대륙판 아래로 비스듬히 들어가는 섭입대가 형성됩니다.
해양판은 약 45°의 각도로 섭입하며 섭입 각도는 해양판의 밀도에 따라 다르게 나타납니다. 해양판과 해양판의 수렴 경계는 해양판과 대륙판의 수렴경계부와 비슷한 특징을 많이 갖습니다.
해양판의 섭입에 의해 해구와 호상열도가 만들어지며 알류산, 마리아나, 통가 해구 및 호상열도가 대표적인 예입니다. 대륙판과 대륙판이 충동할 경우에는 판이 맨틀 속으로 가라앉기 어렵습니다.
이때는 습곡과 단층활동이 활발하여 판이 수축하고 두꺼워져 습곡 산맥을 형성하게 됩니다. 이렇게 형성된 산맥은 알프스, 히말라야 산맥 등 입니다.
보존형 경계는 변환단층 경계라고도 하며 판의 생성이나 소멸이 없이 판들이 서로 어긋나는 곳입니다. 중앙해령은 하나의 연속적인 열곡이 아니라 변환단층에 의해 어긋나 있는 여러 개의 열곡들로 되어 있습니다.
변환단층은 대부분 해양지각에 분포하지만 일부는 대륙 내에 위치하며 산안드레아스 단층이 대표적인 예입니다. 보존형 경계에서는 두 판이 서로 반대 방향으로 이동하므로 천발지진이 주로 발생합니다.