지구과학 고3 지구 탄생과 생동하는 지구

지구 내부 구조

지각·맨틀·외핵·내핵으로 이루어진 지구 내부의 층상 구조와 각 층의 성질을 이해한다.

지구 내부가 바깥부터 지각·맨틀·외핵·내핵의 네 층으로 나뉘어 있는 구조로, 층마다 조성과 상태(고체·액체)가 다릅니다.

삶은 달걀을 깨지 않고 속을 알아내려면 두드려 보는 수밖에 없습니다. 지구를 두드리는 망치가 지진파이고, 층마다 파동이 다르게 꺾이고 멈추는 것을 모아 안쪽 지도를 그린 것이 지구 내부 구조입니다.

쉽게 말하면

중학교에서 배운 지구 내부 구조가 '네 층으로 나뉜다'는 사실이었다면, 고등학교에서는 그것을 어떻게 알았는가가 핵심입니다. 사람이 직접 뚫은 가장 깊은 구멍도 12 km 남짓입니다. 지구 반지름이 약 6400 km이니, 우리는 사과 껍질도 채 벗기지 못한 셈입니다. 그래서 지구 내부는 전부 지진파가 지나간 흔적으로 간접 추론한 결과입니다.

추론의 근거는 세 가지입니다. 첫째, 지진파의 속도가 특정 깊이에서 갑자기 달라집니다. 이런 깊이를 불연속면이라 하고, 얕은 쪽부터 모호면(지각과 맨틀의 경계), 구텐베르크면(깊이 약 2900 km, 맨틀과 외핵의 경계), 레만면(깊이 약 5100 km, 외핵과 내핵의 경계)입니다. 둘째, S파(횡파)는 액체를 통과하지 못하는데 외핵을 지나 반대편으로 나오지 못합니다 — 외핵이 액체라는 결정적 증거입니다. 셋째, 지구의 평균 밀도는 약 $5.5 g/c m^{3}$ 인데 지표 암석의 밀도는 $2.7 - 3.0 g/c m^{3}$ 뿐입니다. 부족한 무게는 안쪽에 아주 무거운 것(철·니켈)이 있어야만 채워집니다.

한 가지 더 조심할 것이 있습니다. 지구를 나누는 방식이 하나가 아닙니다. 지각·맨틀·외핵·내핵은 화학 조성으로 나눈 층입니다. 반면 판 구조론에서 쓰는 암석권(판)과 연약권은 단단한가 잘 변형되는가라는 물리적 성질로 나눈 층입니다. 이 둘은 경계가 서로 어긋나기 때문에, 섞어 쓰면 '판=지각'이라는 흔한 오해로 곧장 이어집니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

암영대 — 지진파가 도달하지 않는 지대

진앙에서 각거리 $10 3^{\circ}$ ~ $14 2^{\circ}$ 구간에는 P파가 거의 도달하지 않고, $10 3^{\circ}$ 를 넘는 모든 지역에는 S파가 도달하지 않습니다. 이 '그림자'의 모양과 범위를 거꾸로 계산하면 외핵의 깊이와 크기가 나옵니다. 지구 속을 보지 않고 그림자만으로 크기를 잰 셈입니다.
예시 2

지구의 평균 밀도가 말해 주는 것

지구 전체 질량과 부피로 구한 평균 밀도는 약 $5.5 g/c m^{3}$ 입니다. 우리가 밟고 다니는 암석은 그 절반 수준이므로, 중심부에는 밀도가 $10 g/c m^{3}$ 을 훌쩍 넘는 물질이 있어야 계산이 맞습니다. 철질 운석의 조성이 이 요구를 잘 만족시킵니다.
예시 3

층마다 다른 상태

맨틀은 고체(S파가 통과), 외핵은 액체(S파가 차단), 내핵은 다시 고체입니다. '깊을수록 뜨거우니 깊을수록 잘 녹는다'가 아니라, 깊이 들어갈수록 압력이 함께 커져 녹는점도 올라가기 때문에 이런 순서가 나옵니다.

지구를 나누는 두 가지 방식

구분	화학 조성에 따른 층	물리적 성질에 따른 층
나누는 기준	무엇으로 이루어졌는가(조성)	단단한가, 잘 흐르는가(강성)
층 이름	지각 · 맨틀 · 외핵 · 내핵	암석권 · 연약권 · 중간권 · 외핵 · 내핵
지각과의 관계	지각은 맨틀과 완전히 다른 층	지각은 상부 맨틀 최상부와 함께 암석권(판)을 이룸
쓰이는 곳	지구의 재료와 형성 과정 설명	판의 운동 설명