지구과학 고3 지구 탄생과 생동하는 지구

고지자기

지구 자기장의 역전 역사가 해양 지각에 줄무늬로 기록된 고지자기 이상을 통해 해저 확장을 증명한다.

암석이 만들어질 당시의 지구 자기장 방향을 기록해 남긴 자기로, 해양 지각에 해령을 축으로 좌우 대칭인 줄무늬로 새겨져 해저 확장의 결정적 증거가 됩니다.

마그마가 식을 때 그 속의 자성 광물들이 나침반처럼 그 시대의 자기장 쪽을 향해 굳어 버립니다. 바다 바닥은 그렇게 찍힌 자기장 사진을 시대순으로 늘어놓은 필름입니다.

쉽게 말하면

뜨거운 마그마 속에서 자성 광물은 자유롭게 방향을 바꿉니다. 그런데 어느 온도 아래로 식으면 그 순간의 지구 자기장 방향으로 배열이 고정되어 버립니다. 이후 자기장이 아무리 바뀌어도 암석에 새겨진 방향은 그대로 남습니다. 이것이 잔류 자기이고, 이 기록을 읽는 것이 고지자기 연구입니다. 물리에서 배우는 자성체와 자기력이 그대로 적용되는 지점입니다.

이 기록이 지구과학을 뒤집은 것은 바다 밑에서였습니다. 해저 위에서 자력을 측정하자, 주변보다 자기가 강한 띠와 약한 띠가 번갈아 나타났습니다. 강한 띠는 그 시대 자기장 방향이 지금과 같아서 암석의 자기가 현재 자기장에 더해진 곳이고, 약한 띠는 방향이 반대라서 상쇄된 곳입니다. 즉 줄무늬는 지자기 역전의 역사가 기록된 것입니다.

결정적인 점은 그 줄무늬가 해령을 축으로 좌우 대칭이라는 사실입니다. 해령에서 새 지각이 만들어져 양쪽으로 똑같이 밀려 나갔다면, 같은 시대에 굳은 지각이 해령 좌우 같은 거리에 놓여야 합니다. 대칭 줄무늬는 바로 그 예측이 실현된 모습입니다. 해저 확장설은 이 관측으로 가설에서 확립된 이론이 되었습니다.

고지자기는 대륙의 과거 위치도 알려 줍니다. 자기장은 극지방에서는 지면에 가파르게, 적도에서는 거의 수평으로 들어옵니다. 암석에 새겨진 자기의 기울기(복각)를 읽으면 그 암석이 굳을 때의 위도를 추정할 수 있고, 여러 시대의 암석을 이으면 대륙이 지나온 길이 그려집니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

해령을 축으로 좌우 대칭인 자기 줄무늬

해저 자력 탐사 결과, 강한 띠와 약한 띠가 해령을 거울처럼 사이에 두고 같은 폭·같은 순서로 반복됩니다. 해저가 원래 그 자리에 있었다면 나올 수 없는 무늬입니다 — 해령에서 태어나 양쪽으로 밀려 나갔다는 뜻입니다.
예시 2

줄무늬의 나이와 지각의 나이가 일치한다

자기 줄무늬로 추정한 순서와, 해양 지각을 실제로 시추해 측정한 나이가 서로 맞아떨어집니다. 서로 독립적인 두 방법이 같은 답을 내놓았다는 점이 이 증거를 강력하게 만듭니다.
예시 3

복각으로 읽는 대륙의 옛 위도

같은 대륙의 여러 시대 암석에서 잔류 자기의 기울기를 재면 시대마다 다르게 나옵니다. 자기장이 그때그때 요동친 것이 아니라, 대륙이 위도를 가로질러 이동했다고 보면 자연스럽게 설명됩니다.

자주 하는 오해

고지자기 줄무늬를 '자석이 박힌 띠'로 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움해저에 자석 성질을 띤 암석 띠와 그렇지 않은 띠가 번갈아 있다

실제로는모든 띠가 자기를 띠고 있습니다. 다만 어떤 띠는 현재 자기장과 같은 방향으로, 어떤 띠는 반대 방향으로 기록되어 있어 측정값이 강하게 또는 약하게 나옵니다.

줄무늬가 담고 있는 정보는 '자성이 있느냐'가 아니라 '어느 쪽을 향하느냐'입니다. 이 점을 놓치면 줄무늬가 왜 지자기 역전의 역사인지, 왜 좌우 대칭이 해저 확장의 증거가 되는지 설명할 수 없게 됩니다.

겉보기 극이동 경로를 보고 '자기극이 돌아다녔다'고 결론 내리기

이렇게 생각하기 쉬움옛 암석의 자기 기록이 가리키는 극의 위치가 시대마다 다르니, 자기극이 지구를 크게 돌아다닌 것이다

실제로는여러 대륙에서 같은 시대의 극을 구하면 서로 다른 곳을 가리킵니다. 극이 여러 개일 수는 없으므로, 움직인 것은 극이 아니라 대륙입니다.

한 대륙만 보면 극이 이동한 것처럼 보이지만, 두 대륙의 극이동 경로를 나란히 놓으면 서로 어긋납니다. 그런데 대륙을 과거 위치로 되돌려 붙이면 두 경로가 하나로 겹칩니다. 이것이 대륙이 이동했다는 증거입니다.

선수 개념 — 이걸 먼저 알아야 해요

지구 자기장고3 해저 확장설고3

이후 개념 — 이 개념을 배우면 이어집니다

지자기 역전고3

연계 개념 — 과목을 넘어 함께 보면 좋아요

자성체와 자기력고2

같은 단원의 개념 — 지구 탄생과 생동하는 지구

자주 묻는 질문

Q1암석은 왜 만들어질 때의 자기장을 기억하나요?

자성 광물은 온도가 높으면 자성을 유지하지 못합니다. 마그마가 식어 어느 온도 아래로 내려가는 순간 그때의 자기장 방향으로 자화되어 굳고, 그 뒤에는 방향이 고정됩니다.

Q2퇴적암에도 고지자기가 기록되나요?

기록됩니다. 물속을 가라앉는 자성 입자들이 당시 자기장 방향에 맞춰 배열된 채로 쌓이기 때문입니다. 다만 화산암처럼 순간에 굳으며 남는 기록보다는 신호가 약합니다.

Q3복각으로 위도는 알 수 있는데 경도는 왜 못 구하나요?

자기장은 위도에 따라 기울기가 달라지지만, 같은 위도에서 경도가 달라도 기울기는 같습니다. 그래서 고지자기만으로는 남북 방향의 위치는 알아도 동서 방향의 위치는 정할 수 없습니다.

교육과정 2022 개정 · 고3 지구과학 · 지구 탄생과 생동하는 지구 수록 기본 (교육과정 단원)

출처 교육부 고시 제2022-33호 (2022 개정 교육과정) · NCIC 국가교육과정정보센터

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