지구구조

앞의 포스팅으로 지구에 관련하여

지구란 무엇인지와

지구의 생성에 대해서

간략하게 알아 봤는데요.

이번엔 지구의 물리적인 구조를

알아보려고 합니다. 지구속을 볼까요?

1.  지구의 구조

 

지구의 내부 구조 그림

많은 분들이 지구 깊은 중심에 core(코아)가 있다는 것은 다 알고 있으니 그림이 낯설지는 않으실 것 같습니다.

 

먼저 지구의 대부분은 암석과 금속으로 이루어져 있습니다. 수성, 금성, 화성, 달도 암석과 금속으로 이루어진 행성이죠.

지구를 포함하여 이 다섯 행성 중에서 지구의 무게는 가장 무겁고 그 크기 또한 가장 큽니다. 그 무게에서 증명이라도 하듯이 밀도 역시 가장 높고, 표면 중력, 자기장, 자전 각속도가 가장 큰 천체 입니다.

 

지구의 내부구조는 대체로 층상 구조로 이루어져 있습니다. 지구의 최외각부분은 주로 유체로 되어 있습니다. 유체의 구성 물질에 따라 대기권, 수권으로 구분할 수 있는데 생명체의 존재에 속하는 생물권은 그 양이 매우 적어서 보통 지구의 물리적 층으로는 구분되고 있지는 않습니다.

 

보통 지구의 층상 구조를 나눈다면 가장

바깥쪽부터 지각, 맨틀, 핵 (핵은 다시 외핵과 내핵)으로 나뉘게 됩니다.

이것은 화학적 구성 성분의 변화를 기준으로 구분한 것입니다.

이렇게 구별한 지구의 층상 구조에 대하여 좀 더 자세히 알아볼까요?

 

1) 지각

 

가장 바깥부분을 이루고 있는 층인 지각은 그 두께가 지구 반지름에 비하여 매우 얇고 지역에 따른 구조 및 성분의 변화가 심한 것이 특징입니다. 지각은 밀도에 따라 크게 두 종류로 나뉘는데, 대륙지각(약 2.7g/cm³)과 해양지각(약 3.0g/cm³)으로 나뉩니다.

대륙지각은 주로 알루미늄, 소듐, 포타슘과 같이 상대적으로 가벼운 원소와 결합한 규산염 화합물이 주성분인 광물로 이루어져 있습니다. 상대적으로 가벼운 원소인데 반하여 그 두께는 매우 두껍습니다.

 해양지각은 철, 마그네슘 같이 무거운 원소를 양이온으로 가지는 규산염 광물 화합물이 주성분입니다. 무거운 원소로 이루어져 있는 대신 그 두께는 대륙지각에 비하여 얇습니다.

지각의 구성 성분의 중량과 두께에 대해 설명하자면 밀도에 대하여서 말하지 않을 수가 없습니다. 밀도 차이가 대륙지각이 상부에 있고, 해양지각이 하부에 있는 구조를 나타내지는 않습니다. 지각 평형설에 따르면, 대륙지각은 낮은 밀도를 보상하기 위해서 두꺼워야 하고, 해양지각은 얇아야 한다는 것입니다. 그 이론이 맞는지 증명 할 수는 없지만 실제로 대륙지각의 두께와 해양지각의 두께에는 큰 차이가 있습니다.

수치로 볼 때 대륙지각의 두께는 30km에서 70km에 달하는 반면, 해양지각의 두께는 10km도 채 되지 않습니다. 그 이유를 보자면, 대륙지각은 오랫동안 풍화의 산물들이 모여 생긴 것이므로 그 구조와 성분이 지역에 따라 판이하게 달라집니다. 그에 반하여, 해양지각은 온 지구에 걸쳐서 거의 동일한 방식으로 형성되기 때문에 매우 균일한 양상을 보일 수 밖에 없습니다.

 

2)  맨틀

 

지각의 맨 아래 부분은 모호로비치치 불연속면(짧게 모호면)이라고 부르는데, 이 면을 경계로 지진이 발생 시 그 지진파의 속도가 상당히 빨라집니다. 지진파의 속도는 물성과 관계가 깊기 때문에 모호면 상하로 구성 물질의 변화가 있을 것으로 예상했으며, 구성 물질의 변화의 경계선 아래 부분을 맨틀이라고 합니다. 맨틀은 모호면 바로 아래에서부터 시작하여 깊이 2900 km 에 이르는 구역을 일컬어 말합니다. 지각의 구성 성분중의 하나인 규산염 광물이 맨틀의 주요 구성 성분으로서 이 광물은 지각부터 맨틀까지 지구의 매우 깊은 영역까지 광범위하게 구성하고 있으며 규산염 광물의 변화도 깊이에 따라 있습니다.

 

맨틀의 밀도를 한 번 알아 볼까요?

최상부에서 맨틀을 이루는 감람석의 밀도는 약 3.3g/cm³인 반면, 가장 하부의 맨틀은 그 밀도가 약 5.5g/cm³에 달할 것으로 추정하고 있습니다. 맨틀의 최상부는 주로 감람석으로 구성되어 있고 깊이 420km까지를 차지합니다. 그 이하의 깊이에서 감람석은 높은 압력으로 인하여 스피넬 구조로 상변이를 일으킵니다. 깊이가 660km에 이르면 높은 압력으로 인해 감람석은 페롭스카이트로 상전이를 일으키며 마그네슘 산화물과 공존하게 됩니다. 이 깊이 이하를 하부맨틀이라고 하여 상부맨틀과 구분하게 됩니다.

맨틀은 단단한 암석으로 이루어져 있지만 매우 오랫동안에는 유체처럼 행동하여 대류를 일으켰습니다. 최근의 연구 중에는 핵과 맨틀의 경계에 가까운 맨틀에서는 매우 높은 압력으로 인해 페롭스카이트가 또 다시 상전이를 일으켜 이방성 광물로 변화하며, 이 상전이는 온도에 상당히 민감한 변화이기 때문에 지역마다 존재 여부가 달라진다는 가설도 있습니다.

 

3)  핵

 

핵은 맨틀이나 지각과 구성 성분부터 다릅니다. 핵의 구성 성분은 중량이 높은 철과 니켈등의 금속성분으로 되어 있습니다. 핵은 지구 형성 초기에 밀도에 따른 중력 분화 과정에서 무거운 원소가 중력 포텐셜이 낮은 중심으로 모이면서 생겼다고 예측하고 있습니다. 이러한 갑작스런 물질 조성의 변화 때문에 핵과 맨틀의 경계는 매우 뚜렷한 경계선을 보이는데, 이 면을 구텐베르크면이라고 합니다. 

 

핵은 그 깊이가 5100km에 이르면 다시 두 층으로 경계가 나뉘게 됩니다.  외핵과 내핵이 바로 그것입니다. 외핵은 S파가 전달되지 못하는 것으로 보아 액체 상태로 되어 있다고 추정하고 있으며, 내핵은 고체 상태라고 추정하고 있습니다. 

 

내핵과 외핵의 경계면은 레만면이라고 합니다. 외핵은 액체 상태로 지구의 공전과 열역학의 영향을 받으며 대류하고 있다고 추정하고 있으며, 외핵의 전도성의 유체의 운동에 의해 지구의 강력한 자기장이 유지되고 있다고 예측하고 있습니다.

 

4)   지구 층상 구조 분류

 

앞의 구분은 화학적인 구분이라고 한다면 지구 물리적인 관점에서는 지구 내부의 물성에 따라서 분류를 할 수 있는데 지구의 층상 구조는 아래와 같이 물성으로 분류 할 수가 있습니다. 화학적으로 구분한 지각 구조와 내용면에서는 차이가 있지만 어떤 면에서는 물질의 성질에 따라 분류한 부분도 있어서 그런지 구분 짓는 경계는 거리 상으로는 볼 때 거의 동일하다고 봅니다.

·         0 - 약 60 km 암석권

·         약 60 km - 약 200 km 연약권

·         약 200 km - 2890 km 중간권 (맨틀)

·         2890 km - 5100 km 외핵 (온도는 섭씨 3000~5500도)

·         5100 km - 6378 km 내핵 (온도는 섭씨 5500도 이상)

 

판구조론에서 구별하는 암석권과 연약권은 물질의 성질에 따라 분류한 것으로 지질학적인 시간 동안 탄성체로 간주할 수 있는 부분을 암석권, 점성을 가진 물체처럼 행동하는 부분을 연약권이라고 합니다. 연약권을 암류권이라고 부르는 가설도 있습니다.