판구조론 홈즈가 그린 맨틀 대류의 모습

목차

5가지의 간접 증거들

고지자기

극의 이동(Polar Wandering)

※ 편각(Declination)과 복각(Inclination)

지자기의 역전(Geomagnetic Reversal)

자기 줄무늬(Magnetic Anomaly)

열점

-지구 내부의 열

열원(Heat Source)

대륙의 열류량(Polar Wandering)

해양저의 열류량

-맨틀 대류

대류 모델

본문내용

. 최근까지 유력했던 상층 대류 모델은 상하 맨틀의 대류가 따로 있다는 것으로 두층 대류모델이라고도 한다. 그 이유는 지구에 포함된 방사성 원소의 함량과 관계가 있다. 만일 한 층 대류의 경우 방사성 원소의 함량이 맨틀 전체에 균일하여야 할 것이다. 그러나 실제 지각과 상부 맨틀에 방사성 원소의 함량이 크고 하부 맨틀에는 함량이 적다. 이는 하부 맨틀의 대류가 상부 맨틀에 방사성 원소를 공급하고 상부 맨틀은 아래에서 올려 보내는 방사성 원소를 받기만 할 것이고, 대류에 의해 상·하부 맨틀 내의 방사성 원소량은 각기 섞여서 서로 다른 함량을 갖게 되기 때문이다. 이러한 이유로 연약권만을 한 층으로 하는 얇은 대류가 존재할 가능성이 큰 것으로 생각하고 있다.
그러나 판구조론에서 이야기하는 이들 두 모델들은 지구의 상층부에서 일어나는 현상에 국한되어 있으며, 맨틀의 깊은 곳에서 일어나는 현상에 대해서는 설명하지 못하고 있다. 비록 두층 대류 모델이 하부 맨틀의 대류를 언급하고 있지만, 이는 많은 부분을 추측에 의존하고 있다. 한 예로 열점의 연구를 들 수 있다. 지구 표면에는 판구조 운동과 관련이 없어 보이는 지질 현상도 있는데, 판 경계로부터 멀리 떨어진 하와이섬은 판 내부에서 일어나는 화산 활동의 무대이다. 하와이섬은 대표적인 열점으로 이와 같은 열점이 지구 표면에 수십 개 이상 존재한다. 이 열점은 판구조 운동에 대하여 큰 문제점을 던져 주었다. 열점 화산 활동의 근원지가 어디이며, 왜 맨틀 내에 이러한 현상이 일어나는가 하는 의문이 생기는 것이다. 더구나 열점에서 분출하는 마그마의 성분과 해령에서 분출하는 마그마의 성분이 지구화학적으로 기원이 전혀 다른 것으로 알려져 맨 틀 대류 2가지중 어느 모델도 설명할 수가 없다. 따라서 이들을 설명할 수 있는 모델로 제안된 것이 상승류(plume) 모델이다.
열점에서 분출되는 맨틀 물질이 깊은 곳으로부터 상승하는 모습이 마치 연기가 공기 중으로 파이프 모양으로 올라가는 것과 유사하므로 이를 맨틀 플룸 (또는 상승류)이라고 부른다.
최근 지진파의 속도를 이용한 맨틀 플룸의 모습을 3차원으로 나타내기도 하였다 . 하바드 대학 지구물리연구팀은 컴퓨터를 이용하여 상승하는 플룸의 3차원 모습을 밝혔는데, 우리가 생각하는 것보다 훨씬 복잡한 맨틀 대류의 모습을 보여주고 있다.
상승류 모델은 그 동안 지구 상층부에만 제한되어 있던 판구조론에서 맨틀 깊은 곳에서 일어나는 현상을 다루기 시작하였다는 점에서 '제3의 대륙이동설' 또는 플룸 구조론 (Plume tectonics)이라고 불리기도 한다. 1960년대 확립된 판구조론이 21세기를 얼마 남기지 않은 시점에서 대변화를 맞고 있다. 상승류 구조론은 지구 내부의 비밀을 서서히 밝혀 주고 있지만, 플룸의 개수와 부존 깊이 및 생성 기구 등 앞으로 해결해야 할 더 많은 과제를 던져 주고 있다.
표류하는 대륙: 과거, 현재, 미래
지금까지 판구조론에 의해 이동하는 대륙의 모습을 현재의 시점에서 살펴보았다. 해저에서 관찰되는 지자기의 역전띠나 그에 따른 암석 연령의 분포, 그리고 열점에 의해 생성된 화산 열도 등의 배열로부터 지각들의 이동 속도와 방향을 결정할 수가 있으며, 이로부터 우리들은 과거 대륙이 어떻게 이동해 왔는지를 추적하여 과거 대륙의 모습을 복원할 수 있으며 앞으로 대륙들이 어떻게 변해 갈지를 예측해 볼 수도 있을 것이다.
지금으로부터 약 2억2천5백만년 전인 고생대 말~중생대 초의 시기에는 베게너가 말한 팡게아(Pangaea: '모든 대륙'이라는 뜻)라는 초대륙으로 합쳐져 있었다. 판탈라사(Panthalassa) 해(海)는 현재의 태평양에 해당되며 테티스(Tethys) 해는 현 지중해에 해당된다. 이 시기에 형성된 빙하 퇴적물들이 현재 분리된 남미, 아프리카, 인도, 오스트레일리아 등지에서 광범위하게 발견된다. 빙하 퇴적물의 이와 같은 분포는 대륙이 분리되기 전인 페름기에 곤드와나(Gondwana) 대륙의 남극 지역에 대륙 빙하가 덮여 있었던 것으로 설명할 수 있다.
약 4천5백만년 동안 대륙 이동이 경과한 약 1억8천만년 전인 트라이아스기 말의 지도에서는 팡게아가 분리되었다. 즉 로라시아(Laurasia) 대륙은 북쪽으로 이동하고 상대적으로 이동이 적은 곤드와나 대륙은 남게 되어 테치스해를 경계로 두 대륙은 갈라지게 된다. 그리고 인도판도 곤드와나 대륙에서 떨어져 나와 독자적인 움직임을 시작한다.
그 후, 4천5백만년 동안 대륙의 이동이 계속된 약 1억3천5백만년 전인 쥬라기 말의 지도에서는 인도판이 상당히 이동을 하였으며, 약 4천5백만년 전에 형성되기 시작한 북대서양과 인도양이 상당히 열려 있다. 그러나 남대서양은 이제 막 형성되기 시작하고 있다.
지금으로부터 6천5백만년 전인 백악기 말에는 대서양이 완전히 열리고 남대서양은 한층 넓어졌다. 그리고 마다가스카르 섬이 아프리카에서 떨어져 나오고, 인도판은 적도를 지나가고 있다. 그러나 오스트레일리아는 아직 남극 대륙에 붙어 있는 것을 알 수 있다. 그리고 북으로 이동을 하던 남·북 아메리카판들이 이동 방향을 바꾸어 서쪽과 서북쪽으로 이동하면서 점점 두 대륙이 가까워지고 있다.
현재의 모습에서는 잘 알려졌다시피, 계속 북쪽으로 이동한 인도판이 마침내 아시아판과 충돌하면서 지구의 지붕인 히말라야 산맥을 형성시켰으며, 오스트레일리아 대륙도 남극으로부터 떨어져 나왔다. 북아메리카도 유라시아 대륙과 떨어지고 남·북 아메리카가 연결이 되었다.
이와 같이 각 대륙의 이동이 계속된다면 앞으로 약 5천만년 후에는 아프리카 동부는 대륙으로부터 분리되고 홍해는 더욱 넓어질 것이며 열곡대를 따라 2개로 분리되면서 동시에 북상함에 따라 지중해는 더욱 좁아지게 될 것이다. 한편, 캘리포니아 반도는 산안드레아스 단층을 따라 더욱 북상하고, 상대적인 이동 방향의 크기에 따라 북 아메리카가 동쪽으로 밀려나면서 남·북 아메리카가 다시 분리된다. 아시아에서는 인도판이 계속 유라시아판을 밀어붙이면서 히말라야 산맥은 훨씬 더 높아져 세계의 지붕으로서의 위치를 더욱 굳건히 할 것이며, 오스트레일리아 대륙은 북상하여 더 이상 남반구의 대륙이 되지 않을 것이다

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