판 구조론(땅이 움직여요)

판구조론은 대륙 이동에 대한 이론입니다. 판구조론은 대륙 이동설을 설명하는 것에서 발전하여 정립되었고 현재 이 분야의 대부분의 과학자들이 판구조론을 수용하고 있습니다. 판구조론에 의하면 지구 내부의 가장 바깥 부분은 암석권과 연약권의 두 층으로 구성되어 있습니다. 암석권은 지각과 상부 맨틀 일부로 구성되어 있고, 그 아래의 연약권은 점성이 있는 유동성 맨틀로 구성되어 있습니다. 맨틀은 수백만 년 이상 동안 극도로 점성이 있는 액체처럼 행동하지만 지진파와 같이 단기간에 가해지는 힘에 대해서는 탄성체처럼 행동합니다.

암석권은 연약권 위에 있습니다. 암석권은 판이라고 불리는 여러 조각으로 나뉩니다. 10여개의 주요 판은 아프리카판, 남극판, 호주판, 유라시아판, 북미판, 남미판, 태평양판, 코코스판, 나이즈카판, 인도판을 포함합니다. 그것들과 함께, 많은 작은 판들이 세 가지 유형의 경계를 형성하기 위해 함께 움직입니다. 지진, 화산, 조산운동 그리고 해구는 대부분 판 경계를 따라 발생합니다.

 

판의 경계는 판이 상대적으로 움직이는 방향에 따라 세 가지 유형으로 구분됩니다. 각 유형의 표면에서 특징적인 현상을 볼 수 있으며 세 가지 판의 경계는 다음과 같습니다.

 

두 판이 어긋나는 곳에 보존 경계가 발생합니다. 이 판 경계에 변환 단층이 발생합니다.

 

두 판이 멀어지는 곳은 발산형 경계가 발생합니다. 발산형 경계의 예로는 대서양 중앙 해령과 동아프리카 열곡대가 있습니다.

 

두 판이 모이는 곳에 수렴 경계가 생기는데, 이때 발생하는 공간 문제를 해결하기 위해 밀도가 큰판이 밀도가 작은 판 아래로 섭입하면서 판 소멸 지역에는 해구가 만들어집니다. 섭입하는 판에는 함수 광물에서 물이 방출됩니다. 이 물에 의해 맨틀의 용융점을 낮춰 맨틀이 녹으면서 위로 올라가 대륙지각에 붙어 대륙지각을 녹여 화산 활동을 일으킵니다. 남아메리카의 안데스 산맥이나 일본 호상 열도를 예로 들 수 있습니다.

 

보존 경계

두 판은 판 사이의 마찰 때문에 쉽게 통과하지 못합니다. 대신 두 판 사이에 응력이 쌓여 마찰보다 축적된 힘이 크면 변환 단층이 지진의 형태로 퍼텐셜 에너지를 방출해 단층을 따라 이동합니다.

 

보존형 경계를 따라 발달한 변환 단층의 좋은 예는 북아메리카 대륙의 서해안을 따라 발달한 복잡한 단층계를 일컫는 산안드레아스 단층입니다. 여기서 태평양 판들은 북미 판에서 북서쪽으로 1년에 약 5cm의 속도로 서로 지나갑니다. 현재 산안드레아스 단층의 서쪽에 있는 캘리포니아 일부 지역은 먼 훗날 알래스카 근처까지 북상할 것입니다. 변환단층의 또 다른 예는 뉴질랜드의 알파인 단층과 튀르키예의 노던 아나톨리아 단층입니다. 변환단층은 해령의 축이 서로 어긋날 때 연결되는 부분에서도 발견됩니다.

 

발산형 경계

발산형 경계에서 두 판은 서로 멀어집니다. 그 열린 틈은 아래 맨틀이 부분적으로 녹은 결과인 새로운 지각 물질로 채워집니다. 발산형 경계가 새로 형성되는 곳은 열점과 관련이 있는 것으로 간주됩니다. 발산형 경계가 시작된 열점 아래에서 거대한 양의 뜨거운 맨틀 물질이 대류를 통해 상승하고, 암석권 바로 아래의 맨틀 물질은 그 위의 암석권을 돌파할 수 있을 만큼 충분한 운동 에너지를 가지고 있는 것으로 보입니다. 대서양 중앙 해령의 생성을 촉발한 열점은 현재 아이슬란드에 있습니다. 대서양 중앙 해령은 1세기에 몇 센티미터의 속도로 멀어집니다.

해양판과 대륙판의 발산형 경계는 서로 다른 양상을 보이고 있습니다. 해양판의 발산형 경계는 대서양 중앙 해령이나 동태평양 해령처럼 해령에서 중심부로 분기되는 형태를 보이고 있습니다. 대륙판의 발산형 경계는 동아프리카 열곡대를 꼽을 수 있습니다. 발산형 경계는 해양 지각에 있는 거대한 단층대를 동반하기도 합니다. 해령의 축은 연속적인 곡선을 이루지 못합니다. 이는 공간상의 문제가 발생하기 때문입니다. 따라서 해령은 자신과 연결된 짧은 평행한 조각상의 형태를 수직변환단층을 통해 보여주고 있습니다. 바다에서 발원한 지진은 해령의 축이나 이러한 변환단층에 의해 발생합니다. 해양판이 발산하면서 변환단층이었던 곳이 해령 축 위로 이동하면 더 이상 활동하지 못하고 이전의 불연속적인 흔적만 남게 되는데, 이를 파쇄대라고 합니다. 일부 파쇄대에는 이름이 붙기도 합니다. 해령에서 떨어진 해양판은 열전도를 통해 온도가 낮아지고 밀도가 상대적으로 높아집니다. 지각평형이론에 따르면 조밀한 지각은 얇아져 표면이 상대적으로 낮은 곳에 위치하기 때문에 바다의 깊이가 깊어진다고 합니다.

혜령은 해저의 팽창을 드러낸 핵심 지형입니다. 평면에 장착된 지자기 탐사 기록은 양쪽의 지자기 역전 기록이 해령을 중심으로 대칭임을 보여주었습니다. 패턴은 매우 일관되었고, 양쪽 모두 매우 높은 대칭성을 보였습니다. 과학자들은 그 역전을 연구해 왔고 이제 관계를 구축할 수 있습니다. 지자기 역전의 띠는 지구의 지자기 역전과 직접적인 관련이 있었습니다. 이 사실은 해저 암석의 나이를 측정함으로써 점점 더 분명해졌습니다. 지자기 역전의 간격은 해양지각의 발산 속도와도 밀접한 관련이 있었습니다.

 

수렴 경계

수렴하는 경계의 모습은 충돌하는 두 개의 암석권의 종류에 따라 달라집니다. 밀도가 높은 해양판이 비교적 밀도가 낮은 대륙판과 충돌하면 해양판이 대륙판 아래로 섭입합니다. 표면에 나타나는 지형적 특징으로는 해양판 쪽의 판 경계를 따라 해구가 나타나고, 대륙판 위에는 해구와 평행한 방향으로 화산이 나란히 형성됩니다. 대륙판과 해양판이 합쳐지는 곳의 좋은 예로는 남아메리카 대륙의 서해안에서 유명한 나즈카판이 남아메리카판 아래로 합쳐지는 경우를 들 수 있습니다. 이 과정에서 중간에 끼어 있는 해양판 위의 맨틀이 녹아 마그마가 형성되는데, 이 마그마는 해양판에서 물이 공급되기 때문에 녹을 수 있습니다. 해양판의 유입 온도가 높아지면 원래는 빈 공간이 많았던 함수광물에 함유되어 있던 물이 나오게 됩니다. 맨틀에 물이 공급되면 맨틀의 용융점이 낮아져 맨틀이 녹으면서 마그마가 형성됩니다. 이 마그마들이 솟아올라 대륙지각에 닿으면서 화산활동이 일어나게 됩니다. 남아메리카 서해안의 안데스산맥이 남북으로 길게 뻗어 있는 것은 판의 수렴에 의한 화산활동으로 인해 많은 화산이 발달했기 때문입니다. 그 예로는 북아메리카의 캐스케이드 산맥에서도 찾아볼 수 있습니다. 이곳의 화산은 활동기와 휴지기를 반복하는데, 활동기 초기에는 유리질의 화산재와 부유석의 종류를 방출하다가 나중에 마그마가 분출하여 화산이 커지게 됩니다.

 

두 대륙 지각이 충돌하면 거대한 습곡산맥을 형성하게 됩니다. 예를 들어, 인도판의 북쪽 경계는 유라시아 고원 아래로 뻗어 있는 히말라야와 티베트 고원 지역에서 볼 수 있습니다. 이 충돌은 아시아 대륙의 동쪽과 서쪽 모두를 변형시켰습니다.

 

해양판이 해양판과 충돌할 때 특징적인 지형은 호상 열도와 한 판이 다른 판 아래로 섭입하며 만들어진 해구입니다. 호상 열도는 해양지각에 있는 함수 광물에서 나온 물이 맨틀의 녹는점을 낮추어 형성된 마그마가 대륙지각에 붙어 나오는 화산으로 이루어져 있습니다. 탁구공의 한쪽을 눌러 찌그러뜨리면 변형된 부분이 둥근 모양이 된다는 것과 같은 이치입니다. 호상열도의 앞에는 깊은 해구가 형성될 것입니다. 이러한 수렴형 경계의 좋은 예로는 필리핀 열도와 마리아나해구를 들수 있습니다.

 

모든 판의 경계가 쉽게 결정되는 것은 아닙니다. 경우에 따라서는 판의 경계가 넓은 폭을 보여주기 때문에 과학자들이 모양을 결정하는 데 어려움을 겪을 수 있습니다. 이를 보여주는 좋은 예가 지중해-알프스 국경입니다. 여기에는 두 개의 큰 대륙판과 여러 개의 작은 판이 결합되어 있습니다. 더욱이 대륙판의 경계는 대륙의 경계와 일치하지 않습니다. 북아메리카판에는 북아메리카 외에도 극동 시베리아와 동북 일본이 포함되어 있습니다.

 

이처럼 판구조론은 지질학 분야에서 매우 중요한 이론으로 지구의 지각운동과 지질현상을 이해하는데 도움이 됩니다.