차시명: 6주차 제1강

주제: 제 3장 지구 내부 에너지, 2부 – 판구조론 2

동기 유발: 판구조론이란 지각이 여러 개의 운동판으로 이루어져있으며 다양한 지질작용들을 이 판 운동을 통해 해석하는 것이라고 하였습니다. 그렇다면 지각에는 어떤 판들이 어떤 모양으로 있으며, 이들은 어떤 식으로 운동하고 있을까요? 여러 개의 판들 사이의 경계는 또 어떻게 구분할까요? 이 단원에서는 판구조, 판 경계의 종류, 판 운동의 원인 등에 대해 알아봅니다.

학습 목표: 판구조, 판의 운동에 따른 판 경계의 성격, 그리고 판 운동의 원인을 이해하자

강의 타이틀: 3-1 판구조론

안녕하십니까?

이번 시간에는 지난 시간에 이어 판구조론에 대한 얘기를 마무리 해보도록 하겠습니다.

[slide #1]

지난 시간 해저 확장설을 설명할 때 해령과 같은 곳을 중심으로 새로운 지각이 생겨나고, 이 지각은 계속 움직여 섭입대에서 소멸한다고 설명하였습니다. 지구상에는 이렇게 새로운 지각이 만들어지는 곳과 소멸되는 곳이 여러군데 존재합니다. 이렇게 만들어진 지각은 일정 방향으로 특정 속도로 움직이는데, 이 움직이는 방향과 속도가 다르기 때문에 서로 잘려 여러 조각으로 나뉘게 됩니다. 이처럼 만들어지고 소멸되는 경계와 서로 갈려 잘라지는 경계를 따라 만들어진 조각을 지판(plate)라고 합니다.

(설명에 따라 해당 부분 진하게)

지판의 경계는 그 성격에 따라 분산, 수렴, 분산, 변환 경계로 구분합니다.

[slide #2]

(설명에 따라 해당 부분 확대)

이 그림은 지판의 구조와 경계를 모식적으로 보여줍니다. 지판은 연약권 위 단단한 암권 조각으로 이루어져 있는데, 이 지판과 지판의 경계는 다음 셋 중 하나입니다.

분산 경계는, 확장경계 또는 생성 경계라고도 불리는데,  해령이나 열곡 등을 따라 마그마가 분출하여 계속 새로운 지각을 만드는 경계입니다. 이 곳을 중심으로 양쪽 지판이 사로 반대 방향으로 운동하여 이런 이름이 붙었습니다.  수렴경계는 소멸 경계라고도 불리는데 판과 판이 서로 마주보고 움직이며 만나는 곳입니다. 대개 이 경계에서는 한 지판이 다른 지판 밑으로 끌려들어가면서, 지하 깊은 곳에 이르러 용융하여 소멸합니다. 이때 이와 같이 끌려 들어가는 곳을 섭입대(subduction zone)이라 부릅니다.  변환 경계는 유지 경계라고도 불리며 판과 판이 서로 엇갈려 지나가는 경계입니다.

지각은 흔히 대륙지각과 대양지각으로 나뉩니다. 대륙지각은 주로 화강암으로 이루어져있고 대양지각은 현무암으로 되어 있어, 대륙지각의 밀도가 대양지각의 밀도보다 낮습니다. 대양지각은 지판을 구성하며, 지판의 생성부터 소멸에 이르기까지 그 생을 함께하지만, 대륙지각은 가볍기 때문에 이러한 지판위에 떠있는 것처럼 존재합니다. 이러한 이유때문에 대륙지각은 판의 운동에 따라 움직이다가 기존의 대륙에 합쳐져서 더 큰 대륙을 만들거나, 다른 대륙가 충돌하여 대단위의 산맥을 만들게 됩니다. 대양지각의 연령은 보통 2억년을 넘지 않는데 반해, 대륙 지각 중에는 35억년 이상 된 것들도 존재하는 이유가 바로 이것떄문입니다.

[slide #3]

(설명에 해당하는 지판 확대 후 축소)

현재 지구를 덮고 있는 지판은 수십 개가 넘으며, 이들은 그 크기와 모양, 운동 방향과 속도가 모두 제 각각입니다. 이 지판 중 가장 큰 것들을 골라보면 대략 8개 정도가 되는데, 그 지판들의 이름은

• 아프리카판(African plates)

• 남극판(Antarctic plates)

• 인도판(Indian plates)

• 호주판(Australian plates)

• 유라시아판(Eurasian plates)

• 북아메리카판 (North American plate)

• 남아메리카판(South American plate)

• 태평양판(Pacific plate)

입니다.  그림에서 보듯 이 판들 이외에도 수 많은 작은 판들이 있습니다.

[slide #4]

이 그림은 각 지판의 이동 속도와 방향을 보여주는 그림입니다.

[slide #5]

이 그림은 지판 운동이 어떤 구동력에 의해서 일어나는지를 간단히 보여주는 그림입니다.

(설명에 해당하는 부분 깜박이기)

지판을 움직이게 하는 힘의 원천은 이미 설명한 바와 같이 맨틀의 대류입니다. 맨틀의 대류는 지구 내부 열을 외부로 전달하여, 지구를 식히는 과정의 일부입니다. 이러한 맨틀의 대류가 정확히 어떠한 방식으로 진행되는 지에 대해서는 학자마다 다르게 주장하지만, 맨틀의 대류가 판을 움직이는 원동력임은 분명합니다. 우리는 여기서 이 맨틀의 대류가 어떻게 판을 움직이는지 간략하게 살펴보기로 하겠습니다.

지진파의 자료로부터 맨틀은 수직 수평적으로 밀도가 다른 곳들이 있음을 알 수 있습니다. 이러한 밀도의 차이로 인해 연약권에서는 대류가 일어납니다(Toshiro et al., 2000). 이 대류 운동의 결과 연약권은 횡적으로(암권과의 경계와 나란히) 다양한 방향으로 움직이는데, 이 때 암권과 연약권 간의 마찰력으로 인해 암권 즉 지판도 따라 움직이게 됩니다. 때로 연약권의 대류에 의한 종적 운동이 흡입력을 발휘하면서, 이 힘으로 지판을 움직이게도 한다고 믿는 학자들도 있습니다.

사람들은 상당히 오랜 기간 동안 연약권의 대류 운동과 그로 인해 발생하는 연약권과 암권 간의 마찰력 및 흡입력만이 판 운동의 원인이라고 생각하였습니다. 그러나, 최근의 연구 결과들은 단순히 이 힘 만으로는 우리가 관찰하는 지판의 운동을 설명할 수 없다고 주장하고 있습니다.

요즈음 지질학자들 사이에서 가장 설득력 있게 받아들여지는 지판 운동의 원인 중 하나는 섭입대에서 연약권으로 침강해 들어가는 지판에 의한 인력입니다(Conrad et al., 2002). 해령을 중심으로 새로 형성된 해양지각을 포함하는 지판은 연약권에 비해 밀도가 크지 않지만, 이 지판이 판 운동에 따라 움직이면서 식어감에 따라 점점 두껍고 무겁게 변해갑니다. 결국 해양지각을 포함하는 지판은 섭입대에서 연약권으로 내려갈 즈음에는 연약권보다 밀도가 높아져 중력에 의해 저절로 가라앉게 되며, 이 때 이 가라앉는 힘으로 지판을 끌고 내려가 지판 전체를 움직이게 합니다. 이 밖에 판이 분기하는 확장경계에 비해 수렴경계가 위치가 낮아, 이 지형적인 차이로 인한 중력작용이 판의 움직임에 기여하는 것으로 생각하기도 합니다.

[slide #6]

판구조론이 받아들여지기 전에는 지구상에서 일어나는 다양한 지질 작용들을 국부적인 환경과 과정에 의해 설명하였습니다. 예를 들면, 두꺼운 퇴적층의 형성과 이 퇴적층의 변성은 지각이 맨틀로 가라앉으면서 분지를 형성하고, 여기에 퇴적물이 쌓여 점점 두꺼워지며, 이렇게 퇴적물은 지열의 작용으로 변성된다는 식이었습니다. 하지만, 판구조론이 등장하고부터는 대부분의 지질작용을 판의 운동과 연관지어 명쾌하게 설명할 수 있게 되었습니다. 퇴적분지는 판과 판 간의 응력으로 인해 단층 등을 수반하며 만들어지며, 퇴적된 두꺼운 퇴적층들은 이때의 압력과 지열로 변성된다는 식입니다.

지구상의 화산과 지진의 분포를 보면, 판의 경계와 일치하는 것을 알 수 있습니다. 이는 이들이 판 운동과 매우 밀접한 관련이 있음을 지시하는 것입니다. 화산과 지진의 판 운동과의 연관성과 그 재해에 대해서는 다음 단원에서 좀 더 자세히 다루도록 하겠습니다. 대양저 산맥 분포는 해령의 분포와 유사하고, 해구는 섭입대를 따라 분포합니다. 지구상에 존재하는 대부분의 커다란 산맥들은 판 위 대륙지각이 수렴경계로 이동하며 충돌한 결과 만들어진 것입니다.

이 그림은 인도 판이 유라시아 판 밑으로 섭입하면서 그 위의 인도 대륙과 아시아 대륙이 충돌하고, 이로 인해 히말라야 산맥이 만들어졌음을 보여주는 그림입니다.

지금까지 지판의 구조와 지구 내부 에너지에 의해 구동되는 지판 운동 및 그에 수반되는 지질 작용에 대해 간략하게 알아보았습니다.  다음 시간에는 지진과 화산에 대해 비교적 자세히 공부해 보겠습니다.

안녕히 계십시오,

[끝]

심화토론

우리 나라와 주변의 일본, 중국, 필리핀, 인도네시아 등을 포함하는 지역의 지판 경계에 대해 자세히 관찰하고, 어떤 지판이 분포하는지 파악해보자.

각각의 지판은 어떤 경계를 갖으며 어떻게 운동하는가?