지구의 여러 층에 대한 탐색 및 구성과 특징

지구의 여러 층에 대한 탐색 및 구성과 특징

지구의 각 층을 벗겨볼 때 우리는 행성의 형성에 대한 많은 것을 알 수 있습니다. 지구의 층은 화학적 구성 요소 또는 기계적 특성인 암석 강도와 탄성에 따라 지정될 수 있습니다. 지구는 여러 층으로 구성되어 있으며, 이중 화학적 구성에 기초한 층은 핵, 맨틀, 지각입니다. 기계적 특성에 따라 지구의 층을 나눌 때에는 암석권, 약권, 하부 맨틀(중간층 맨틀), 외부 코어 및 내부 코어로 구성됩니다. 과학자들은 지구의 중심부터 우리가 일반적으로 집이라고 부르는 표면 층까지 탐색하면서 지구의 각 층을 더 자세히 소개했습니다.

 

내부 코어

지구의 중심에는 단단한 철제 내부 코어가 있습니다. 뜨겁고 밀도가 높은 핵은 약 759마일(1,221km)의 반경을 자랑합니다. 이곳의 압력은 약 360만 기압(atm)으로 측정됐습니다. 내핵의 온도는 철을 녹일 수 있을 만큼 뜨거운 태양 표면(화씨 9,392도 또는 섭씨 5,200도 정도) 만큼 뜨겁지만, 행성 나머지 부분에서 발생하는 엄청난 압력 덕분에 단단하게 유지됩니다. 내핵 열의 주요한 원인은 외핵의 응고로 인해 방출되는 열과 행성 형성으로 인한 잔류열입니다. 지각과 맨틀에 있는 우라늄, 토륨, 칼륨 등 방사성 원소의 붕괴도 이러한 원인에 포함됩니다. 지구의 내부 핵은 행성 표면과 같은 방향으로 회전하지만 그보다 약간 더 빠르게 회전해 약 1,000년마다 한 번의 추가 회전을 완료합니다.

 

외부 코어

지구의 외핵은 내핵과 맨틀 사이에 끼워져 있으며 이 사이의 경계는 리먼 지진 불연속성으로 알려져 있습니다. 두께가 약 2,200km인 외핵은 액체 철과 니켈로 구성되어 있습니다. 외핵의 온도는 화씨 8,132도에서 화씨 9,932도(섭씨 4,500도에서 5,500도) 사이입니다. 지구 내부는 시간이 지남에 따라 점차 냉각되고 있는데, 이 과정에서 액체 외핵이 결정화되면서 고체 내핵의 일부가 됩니다. 놀랍게도 내부 코어는 매년 약 0.039인치(1밀리미터) 씩 성장하고 있습니다. 이는 매초 8,820톤의 용철이 응고되는 것과 같습니다. 외핵이 굳으면 열이 방출되고, 이로 인해 지구 자기장 생성에 도움이 되는 외핵의 대류가 발생합니다. 외핵의 소용돌이 운동은 지오다이너모(geodynamo)라는 과정을 거쳐 지구 자기장을 생성합니다. 지구 핵 내부의 자기장은 표면보다 약 50배 더 강합니다. 결과적으로 전체 핵은 굳어지고 지구 자기장은 더 이상 존재하지 않게 될 것입니다. 자기장은 유해한 우주 방사선으로부터 우리를 보호하므로 이는 지구에 나쁜 소식이 될 것입니다. 과학자들은 "하지만 우리에게는 아직 수십억 년의 보호 기간이 남아 있다"라고 말했습니다.

 

맨틀

맨틀은 지구에서 가장 크고 두꺼운 층으로 지구 전체 부피의 84%를 차지합니다. 맨틀은 상부 맨틀과 하부 맨틀, 즉 중간권 맨틀로 한 번 더 나눌 수 있으며, 상부 맨틀은 약권과 암석권의 하부라는 두 개의 별개 영역을 포함합니다. 하부 맨틀은 외핵과 약권 사이의 층입니다. 부피로 따졌을 때 이것은 지구의 55%를 차지하며 외핵 방향으로 237,000atm에서 130만 atm의 압력을 받습니다. 하부 맨틀의 열과 압력은 상부 맨틀보다 훨씬 큽니다. 이 층은 암석이 부드러워질 수 있는 높은 온도에도 불구하고 엄청난 압력으로 인해 견고하게 유지됩니다. 대다수의 지질학자들은 아직 하부 맨틀의 결정적인 구조에 대해 동의하지 않았습니다. 미국 보석학협회(Gemological Institute of America)에 따르면 다이아몬드는 지구 표면 아래 약 150~200km(93~124마일) 떨어진 맨틀 내에서 단조됩니다. 마그마는 판이 쪼개지는 것과 같은 구조적 과정으로 인해 깊은 곳에서 휘저어지고, 그들은 이러한 현상에 의해 표면으로 올라옵니다.

 

연약권

연약권은 하부 맨틀과 암석권 사이에 위치한 상부 맨틀의 180km 두께 층으로, 약권(asthenosphere)이라는 용어는 약함을 의미하는 그리스어에서 유래됐습니다. 약한 이 층은 위에 놓인 암석권보다 더 밀도가 높고 더 유동적입니다. 연약권의 온도는 약 2,732°F(1,500°C)이며 이곳의 암석들은 압력과 열이 너무 높은 탓에 점성이 높은, 녹은 퍼지 같은 농도로 매우 천천히 흐릅니다. 약권의 암석은 녹기 직전이지만 높은 압력으로 인해 더 연성이 있는 방식으로 움직입니다.

 

암석권

암석권은 지각과 상부 맨틀의 부서지기 쉬운 부분으로 구성된 지구의 가장 바깥층입니다. 암석권이라는 용어는 돌을 의미하는 그리스어와 구체 및 공을 의미하는 단어로부터 파생됐습니다. 암석권의 온도는 지각의 화씨 32도(섭씨 0도)부터 상부 맨틀의 화씨 932도(섭씨 500도)까지 다양하게 나타납니다. 암석권은 큰 암석권(구조) 판으로 나뉘게 되는데, 하부 맨틀과 연약권의 대류는 단단한 암석권 판을 움직이는 데 도움이 됩니다. 약권 위 암석권의 느린 움직임은 판 구조론과 지진, 화산 폭발, 산 형성과 같은 후속 과정을 주도합니다. 암석권은 다시 해양 지각과 대륙 지각으로 나눌 수 있습니다.

 

상부 맨틀의 부서지기 쉬운 부분과 해양 및 대륙 지각 사이의 경계는 모호로비치치 불연속면(Moho)으로 알려져 있습니다. 이 면의 깊이는 해양 지각 아래 약 8km(5마일)에서 대륙 지각 아래 32km(20마일)까지 다양합니다. 해양 지각과 대륙 지각은 구성과 밀도, 연령이 다릅니다. 실제로 해양 지각이 주로 규소, 마그네슘 등의 원소가 풍부한 어두운 현무암으로 구성된 반면, 대륙지각은 산소와 규소를 함유한 밝은색의 화강암으로 이루어져 있습니다. 아울러 해양 지각은 대륙 지각보다 밀도가 높습니다. 두 개의 암석권 판이 만날 때 해양판은 항상 부력이 더 강한 대륙판 아래로 섭입합니다. 대륙 지각 아래, 해양 지각의 섭입은 해양 암석을 계속해서 아래 맨틀로 재활용합니다. 이러한 지속적인 파괴로 인해 해양 암석의 나이가 2억 년을 넘지 않는 반면, 역경이 훨씬 덜한 대륙 암석의 나이는 40억 년에 달합니다.

 

지구의 지층을 아는 법

지진파는 암석권과 약권이 위치한 곳을 포함해 지구 내부에 대해 많은 것을 알려줄 수 있습니다. 컬럼비아 대학에 따르면 지진이 발생할 때 P파와 S파는 지구 내부를 통해 퍼집니다. 전 세계에 위치한 특수 관측소들은 이러한 파동을 감지하고 파동의 속도와 이동 방향, 굴절 및 구부러짐 여부 등을 기록합니다. 지진파는 단단한 암석과 같은 밀도가 높은 물질을 통해 더 빠르게 이동하며 액체에서는 속도가 느려집니다. 과학자들은 파동 도달 시간의 상대적인 차이가 파동의 속도와 통과한 물질의 밀도를 나타낸다고 말합니다. 예를 들어 S파는 액체를 통해 이동할 수 없으며 지구의 외핵을 통과하지도 않습니다. 이는 해당 층이 액체임을 암시합니다.