지구의 구성 - 지질학 개론 (1)

지구의 구성

 

[ 목차 ]

1. 지각(Crust)

2. 맨틀(Mantle)

3. 핵(Core)

4. 기타(Other Material)

 

 

1. 지각(Crust)

지각은 지구 표면의 가장 바깥쪽 층으로, 지구를 둘러싸는 단단한 껍질을 형성합니다.

 

1.1. 구성

지각은 주로 암석과 광물로 구성되어 있으며, 가장 풍부한 원소는 산소, 규소, 알루미늄, 철, 칼슘, 나트륨, 칼륨입니다. 대륙지각은 해양지각에 비해 더 두껍고 밀도가 낮습니다. 주로 화강암으로 구성되어 있으며 실리카(이산화규소)와 산화알루미늄이 풍부합니다. 대륙 지각에서 발견되는 일반적인 광물에는 석영, 장석, 운모 등이 있습니다. 해양지각은 대륙지각보다 얇고 밀도가 높습니다. 주로 철, 마그네슘, 칼슘이 풍부한 현무암으로 구성되어 있습니다. 해양 지각에서 발견되는 일반적인 광물로는 감람석, 휘석, 장석 등이 있습니다.

 

1.2. 두께와 깊이

지각의 두께는 위치에 따라 달라지며, 일반적으로 대륙지각이 해양지각보다 두껍습니다. 평균적으로 대륙 지각의 두께는 3,050km인 반면, 해양 지각의 두께는 일반적으로 약 510km입니다. 지각의 깊이는 산, 계곡, 해저와 같은 다양한 지형에 따라 다릅니다. 지각의 두께는 지각 활동, 침식, 퇴적 등의 요인에 의해 영향을 받을 수 있습니다.

 

1.3. 구조

지각은 균일한 층이 아니라 서로 다른 구조와 형태로 배열된 다양한 종류의 암석과 광물로 구성되어 있습니다. 대륙지각은 산맥, 평원, 고원, 분지 등 다양한 지질학적 특징을 지닌다. 또한 광석, 석탄, 석유 매장지 등 광물 자원이 풍부합니다. 해양지각은 구성과 구조가 비교적 균일하며, 중앙해령, 심해평원, 해구 등의 특징을 가지고 있습니다. 화산 활동을 통해 중앙 해령에서 지속적으로 형성되고, 섭입대를 통해 맨틀로 다시 들어갑니다.

 

1.4. 판구조론에서의 역할

지각은 지구 표면의 암석권 판의 움직임과 상호 작용을 설명하는 판 구조론에서 중요한 역할을 합니다. 지각은 그 아래 반유체 연약권 위에 떠 있는 여러 개의 크고 작은 지각판으로 나누어져 있습니다. 이러한 판의 움직임은 맨틀 대류, 해령과 해구의 작용, 판의 이동과 같은 과정에 의해 이루어지며 지진, 화산 폭발, 산 형성과 같은 지질 현상으로 이어집니다.

 

 

2. 맨틀(Mantle)

맨틀은 지각과 핵 사이에 있는 지구 내부의 중요한 층으로, 지구 부피의 대부분을 구성하며 다양한 지질학적 과정에서 중요한 역할을 합니다.

 

2.1. 구성 물질

맨틀은 주로 철과 마그네슘이 풍부한 규산염 광물로 구성되어 있습니다. 맨틀에 가장 풍부한 광물은 감람석, 휘석, 석류석이다. 이러한 광물은 고압 조건에서 조밀한 결정 구조를 형성합니다. 맨틀에는 알루미늄, 칼슘, 나트륨을 비롯한 다른 원소도 소량 포함되어 있습니다. 이러한 원소는 규산염 광물의 미량 성분으로 존재하거나 광물 격자 내의 불순물로 존재합니다.

 

2.2. 물리적 특성

맨틀은 고체 상태를 특징으로 하지만, 오랜 지질학적 시간 규모로 보면 반유체 물질의 특성을 나타냅니다. 이 특성은 맨틀이 수천 년에서 수백만 년에 걸쳐 천천히 움직이는 가소성으로 알려져 있습니다. 맨틀 내부의 깊이에 따라 온도와 압력이 증가하는데, 지각과의 경계에서는 약 500도에서 900도이고 핵-맨틀 경계 근처에서는 3000도 이상으로 증가합니다.

 

2.3. 레이어

맨틀은 구성, 온도, 물리적 성질의 변화에 따라 여러 층으로 나누어집니다. 상부 맨틀은 지각 아래에 있으며 깊이는 약 670킬로미터이고 암석권과 약권으로 구분됩니다. 암석권은 맨틀과 지각의 단단한 가장 바깥쪽 층으로, 지구 표면을 가로질러 이동하는 지각판을 포함합니다. 암석권 아래에는 반유체이며 구조판의 움직임을 관장하는 연약권이 있습니다. 하부 맨틀은 상부 맨틀의 기저부에서 핵-맨틀 경계까지 뻗어 있으며, 깊이는 약 2,900킬로미터에 이릅니다. 상부 맨틀보다 더 높은 압력과 온도를 형성하고 있으며 더 균일한 구성과 밀도를 나타냅니다.

 

2.4. 판구조론에서의 역할

맨틀은 암석권 판이 지구 표면에서 이동하고 서로 상호 작용하는 과정인 판 구조론을 형성하는 데 근본적인 역할을 합니다. 지구 핵의 열에 의해 구동되는 맨틀 내부의 대류는 지각판의 움직임을 유발합니다. 핵의 열은 하부 맨틀을 가열하여 표면을 향해 상승하게 하고, 냉각되면서 다시 가라앉아 맨틀 대류 순환이 일어납니다.

 

2.5. 지질 활동에서의 역할

맨틀은 해저 확장, 섭입 등 다양한 지질 활동에 관여합니다. 해저 확산은 중앙해령에서 발생하는데, 이곳에서는 마그마가 맨틀에서 솟아올라 표면에서 응고되면서 새로운 해양 지각이 형성됩니다. 섭입은 수렴하는 판 경계에서 발생하는데, 여기서 하나의 지각판이 다른 지각판 아래로 밀려 들어가 맨틀 안으로 들어가게 됩니다. 이 과정은 지각 물질의 재순환과 화산호의 형성으로 이어집니다. 맨틀 플럼은 맨틀 내 뜨거운 암석이 국부적으로 용승하여 지구 표면에 화산 활동을 일으켜 핫스팟이나 화산섬과 같은 지형을 형성할 수 있는 현상입니다.

 

3. 핵(Core)

핵은 맨틀 아래에 위치하며 내부 핵을 둘러싸고 있는 지구 구조의 가장 안쪽 층입니다. 주로 철과 니켈로 구성되어 있으며, 황과 산소와 같은 가벼운 원소도 소량 포함되어 있습니다.

 

3.1. 구성

핵은 주로 철(Fe)과 니켈(Ni)로 이루어져 있으며, 이 두 성분이 전체 중량의 약 85%를 차지합니다. 이 원소들은 밀도가 높기 때문에 초기 형성 과정에서 지구 맨틀에서 분리된 것으로 여겨집니다. 핵에는 철, 니켈 외에도 황(S), 산소(O) 등의 가벼운 원소가 포함되어 있지만 그 양은 적습니다. 이러한 가벼운 원소는 코어의 전반적인 화학적 구성과 특성에 기여할 수 있습니다.

 

3.2. 구조

핵은 외핵과 내핵의 두 가지 영역으로 구분됩니다. 외핵은 내핵을 둘러싸고 있으며 액체상태로 추정된다. 맨틀 바닥부터 약 2,900킬로미터 깊이까지 뻗어 있습니다. 외핵 내부의 높은 온도와 압력은 철과 니켈이 응고되는 것을 방지하여 용융 상태를 유지합니다. 내핵은 외핵 아래에 위치하며 깊이 약 5,150킬로미터에서 지구 중심까지 뻗어 있습니다. 극심한 압력에도 불구하고 철-니켈 합금에 작용하는 낮은 온도와 압축력으로 인해 내부 코어는 견고합니다.

 

3.3. 온도와 압력

코어는 위에 놓인 암석층의 엄청난 무게로 인해 극도로 높은 온도와 압력을 경험합니다. 외핵의 온도는 약 4,000도에서 6,000도인 것으로 추정되며, 내핵의 온도는 5,000도가 넘는 것으로 추정 됩니다. 핵 내부의 압력은 깊이에 따라 증가하여 내부 핵 경계에서는 수백만 기압에 이릅니다. 이러한 높은 압력으로 인해 철-니켈 합금이 지구 표면과 다르게 작용하여 독특한 물리적, 화학적 특성이 발생합니다.

 

3.4. 지구 역학적 역할

핵은 지구 다이나모 과정을 통해 지구 자기장을 구동하는 데 중요한 역할을 합니다. 내핵의 열과 맨틀의 방사성 붕괴에 의해 생성된 외핵 내의 대류는 지구 자기장을 생성하는 전류를 생성합니다. 핵에서 생성된 자기장은 유해한 태양 복사열과 우주 입자로부터 지구를 보호하여 대기와 표면을 그 영향으로부터 보호합니다. 또한 내비게이션, 통신 및 기타 기술 응용 분야에서도 역할을 합니다.

 

 

4. 기타(Other Material)

지각, 맨틀, 핵 외에도 지구는 구조, 구성 및 역학에 기여하는 다양한 다른 물질로 구성되어 있습니다. 마지막으로 이들 물질에 대해서 알아보겠습니다.

 

4.1. 물

물은 지구상에서 가장 풍부한 물질 중 하나이며 생명을 유지하고 행성 표면의 특징을 형성하는 데 필수적입니다. 바다, 바다, 호수, 강, 지하수를 포함하는 수권은 지구 표면의 약 71%를 차지합니다. 물은 침식, 풍화작용, 퇴적물 이동에 중요한 역할을 하며 강이 계곡을 만들고 빙하가 산을 만드는 등의 과정을 통해 자연환경을 형성합니다.

 

4.2. 대기

대기는 지구를 둘러싸고 있는 가스층으로 주로 질소(78%)와 산소(21%)로 구성되며 아르곤, 이산화탄소, 수증기 등의 기타 가스도 미량 포함되어 있습니다. 대기는 지구의 기후와 기상 패턴을 조절하고, 태양 복사를 흡수 및 재분배하며, 호흡과 연소에 필요한 산소를 공급하는 데 중요한 역할을 합니다. 또한 태양으로부터 유해한 자외선(UV) 방사선을 걸러내고 지구 표면에 도달하는 것을 방지하는 보호막 역할도 합니다.

 

4.3. 유기물

유기물에는 살아있는 유기체, 부패하는 식물 및 동물 물질, 토양 유기탄소가 포함됩니다. 토양, 퇴적물, 숲, 바다 등 지구상의 다양한 환경에서 발견됩니다. 유기물은 영양 순환, 토양 비옥도, 탄소 격리에 중요한 역할을 하며 생태계 기능과 생산성에 영향을 미칩니다. 석탄, 석유, 천연가스 등의 화석연료는 수백만 년에 걸쳐 지질학적 과정을 거친 유기물에서 파생됩니다. 이러한 연료는 인류 문명의 중요한 에너지원이지만 환경오염과 기후 변화에도 영향을 미칩니다.

 

4.4. 광물과 암석

미네랄은 특정 화학적 조성과 결정 구조를 지닌 자연적으로 발생하는 무기 물질입니다. 그들은 암석의 구성 요소이며 지질학적 과정에서 필수적인 역할을 합니다. 암석은 광물이나 광물질의 집합체인 것으로 화성암, 퇴적암, 변성암 등 다양한 형태로 나타나며 지구의 지각을 구성하고 물리적, 화학적 특성에 기여합니다. 광물과 암석은 건설, 제조업, 농업 및 기타 산업에 사용되는 귀중한 천연자원입니다. 또한 방사성 연대측정 및 암석학적 분석과 같은 과정을 통해 지구의 지질학적 역사와 진화에 대한 귀중한 자료를 제공합니다.

 

4.5. 가스 및 휘발성 물질

이산화탄소, 메탄, 이산화황, 수증기 등의 가스와 휘발성 물질은 지구의 대기, 지각, 맨틀에 존재합니다. 이러한 가스는 지구의 기후, 대기 화학 및 지질 과정에서 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 화산 폭발은 가스를 대기로 방출하여 기후 변동성과 대기 구성에 영향을 미칩니다. 가스와 휘발성 물질은 지구 내부 역학과 표면 환경에 영향을 미치는 침강, 변성, 탈기 등의 과정에도 관여합니다.