지각판을 움직이는 힘

과학자들은 지구의 컴퓨터 모델인 '가상지구'를 만들어 지각과 맨틀의 관계를 분석하여 초대륙을 형성할 때 맨틀의 힘이 지배한다는 것과 하나의 판이 판 아래로 침강하는 섭입대가 초대륙을 분열시키는 원동력이 지각판을 움직이는 힘이라 주장했다. 

 

판구조론

대륙의 이동설에서 시작해 맨틀 대류설, 해저 확장설로 이어지며 확고히 정립됐다. 1912년 독일 지질학자 알프레드 베게너는 현재 지구의 지각이 2억년전 '판게아'라는 하나의 초대륙에서 갈라져 나왔으며, 대륙을 이동하고 있다고 주장하였다. 이런 '대륙 이동설'을 바탕으로 1960년대 후반 판구조론이 등장했으나, 그 당시 베게너가 대륙 이동설을 처음 발표했을 땐 대륙이동을 일으키는 힘의 근원이 무엇인지 규명하지 못했다.

 

판구조론(plate tectonics)에 따르면 지구의 표층은 유라시아판, 태평양판, 북미판 등 10여개의 판으로 나뉘어 있다. 이 판들은 서로 부딪치거나 밀고 포개지는 상호작용을 한다. 이 과정에서 지진이 발생하기도 하는데, 보통 판의 경계에서 지진이 발생하기쉽고, 종종 지구 내부에서도 발생한다.

 

최근에는 맨틀과 지구 내부 운동이 플룸(plume)에 의한 것이라는 '플룸구조론'이 주목받고 있다. 플룸은 지구 내부에 뭉쳐진 열덩어리가 상승하거나 하강하면서 만들어지는 흐름을 말한다.

 

지구 맨틀과 지각의 움직임

과학자들은 지각과 맨틀이 하나로 균일한 시스템을 가진 지구의 새로운 컴퓨터 모델을 만들었다. 시간이 지남에 따라 '가상지구'에 발생하는 지각운동의 약 60%는 지표로부터 100km 이내의 얕은 곳에서 발생하는 힘에 의해 움직였고, 나머지는 깊은 곳에서 움직이고 있는 맨틀의 힘으로 움직였다. 초대륙이 만들어지고 분열 될 때에는 얕은 곳에서 발생하는 힘이 우세했고, 초대륙을 만들기 위해서는 맨틀이 함께 움직일 때 중요한 역할을 했다. 

 

지각과 맨틀의 관계

연구진이 만들어낸 가상지구 컴퓨터 모델을 통해 지각과 맨틀이 상호 연결된 동적 시스템을 가지고 있다고 알아냈으며, 파리과학인문대학교의 고등사범학교 대학원의 Nicolas Coltic 교수는 "대류 모델은 맨틀에서는 관련이 있었지만 지각에서는 아니었고, 판구조론 모델은 지각에서는 관련이 있었지만 맨틀에서는 아니었다"며 "지각과 맨틀 사이의 상호관계가 있다"라고 말했다.

지구 내부의 모든 모델에서는 지구 내부에 뜨겁고 변형 가능한 맨틀층 위헤 얇은 지각이 있다는 것을 보여준다. 지구과학자들은 지각과 맨틀이 같은 시스템의 일부로 서로 뗄수 없는 관계임을 알았고, 지표의 힘과 맨틀 깊은 곳의 힘 중에서 지각을 구성하는 판의 움직임을 주도하고 있는 건 어떤 힘일까 라는 의문을 가지게 되었다. 

 

Coltice 교수 연구진은 열의 흐름에서 부터 지질구조판의 크기, 초대륙이 형성되고 분해되는데 걸리는 시간 까지 모든 현실적인 매개변수 값을 완비해 '가상지구'를 만들었는데 섭입대(subduction zones), 대륙이동(continental drift) 그리고 해령이나 해구를 갖춘 진짜처럼 보이는 가상지구를 만들었다. 이를 통해 대륙이 모여 초대륙을 형성했을 때 맨틀의 힘이 지배한다는 것 외에도 맨틀 플룸(antle plumes)이라 불리는 마그마의 기둥이 초대륙을 분열하는 주된 이유가 아니라, 하나의 판이 판 아래로 침강하는 섭입대가 초대륙을 분열시키는 원동력이라고 주장했다.

 

지구를 움직이는 힘

지각판이 움직여 대륙이 합쳐졌다가 분리되는 과정을 '윌슨 사이클'이라고 부른다. 초대륙은 오랜시간이 프르면서 분리되었고, 그 사이로 바닷물이 들어오면서 해양이 생겨났다. 하지만 해양도 시간이 오래 지나면 섭입대에 의해 해양판이 사라지게 되고 이는 다시 대륙끼리 충돌할 수 있는 상태를 말한다.

 

이것은 지금날에도 확인 할 수 있는데, 동아프리카 열곡대가 갈라져 300만 년 전에 생겨난 홍해, 1억 5000만 년 전에서 1억 년 전 사이에 태어난 대서양은 지금도 넓어 지고 있다. 대서양은 젊은 바다이기 때문에 섭입 구간이 없다. 반면, 태평양이 생긴지는 8억 년으로 태평양 가장자리에 해양판 섭이 일어나는 해구가 많아 바다가 점점 줄어드는 단계에 있다. 지중해는 바다가 거의 사라지는 단계에 있어 2000만 년 내기 3000만 년이 지나면 사라질 것이다. 이 기간은 인간에게는 엄청나게 긴 시간 이지만, 지질학적 시간으로 보면 머지 않았다.

 

지각판을 움직이는 원동력은 크게 3가지 이다.

먼저, 맨틀 대류에 의해 해령이 밀려 올라가는 힘, 해구 밑으로 들어간 판이 무거워져 당기는 힘이다. 이때 해령에서 지각판이 벌어지는속도보다 해구에서 판을 잡아당기는 속도가 빠르면 해령이 판 밑으로 끌려가기도하는데, 해령의 수심은 대개 2~3km정도 이며 해구는 수심이 깊으면 10km도 넘는다. 이러한 힘들이 적절하게 조화를 이루면서 판이 이동한다. 

 

이처럼 지각판을 넘어 지구 내부 깊은 곳에서 일어나는 현상까지 다루는 이론을 '플룸 구조론'이라 하며, '판 구조론'과 '플롬 구조론'을 엮어야 지구의 전체적인 움직임을 알 수 있다.