지구 내부 구조(지각, 맨틀, 외핵, 내핵)와 각 층의 특징 - 지질학 개론 (6)

지구는 겉보기에는 고체 덩어리처럼 보이지만, 그 내부는 매우 복잡한 구조를 가지고 있습니다. 지구의 내부 구조는 크게 지각(crust), 맨틀(mantle), 외핵(outer core), 내핵(inner core) 등 네 가지 주요 층으로 나뉩니다. 각 층은 고유한 물리적, 화학적 성질을 가지고 있으며, 지구의 형성 및 진화와 관련된 중요한 단서를 제공합니다. 이번 블로그 글에서는 지구 내부의 각 층과 그 특징에 대해 자세히 알아보겠습니다. 

지구 내부 구조

 

[ 목차 ]

1. 지각(Crust)

2. 맨틀(Mantle)

3. 외핵(Outer Core)

4. 내핵(Inner Core)

 

1. 지각(Crust)

지각은 지구의 가장 바깥층으로, 우리가 직접 접하는 지구의 표면입니다. 지각은 대륙 지각과 해양 지각으로 나뉘며, 이 두 종류의 지각은 구성 성분과 두께에서 차이를 보입니다. 

 

1.1. 대륙 지각(Continental Crust) 

대륙 지각은 주로 화강암질 암석으로 이루어져 있으며, 평균 두께는 약 35km이지만 일부 산악 지역에서는 최대 70km에 이르기도 합니다. 대륙 지각은 해양 지각보다 두껍고 밀도가 낮기 때문에, 대륙이 해양보다 높은 고도를 유지할 수 있습니다. 또한, 대륙 지각은 상대적으로 더 오래된 역사를 가지고 있으며, 40억 년 이상의 역사를 가진 고대 암석이 발견되기도 합니다. 

 

1.2. 해양 지각(Oceanic Crust) 

해양 지각은 주로 현무암질 암석으로 구성되어 있으며, 평균 두께는 약 5~10km로 대륙 지각보다 얇습니다. 해양 지각은 대륙 지각보다 밀도가 높아, 대륙보다 낮은 고도에서 해양을 형성합니다. 또한, 해양 지각은 대륙 지각보다 젊은 편으로, 가장 오래된 해양 지각도 약 2억 년 정도의 나이를 가지고 있습니다. 해양 지각은 끊임없이 생성되고 소멸되는 과정을 반복하며, 해양저 확장이라는 과정에 의해 새로운 해양 지각이 만들어집니다. 

 

 

2. 맨틀(Mantle)

맨틀은 지각 아래에서부터 약 2,900km 깊이까지 확장된 지구의 두 번째 층입니다. 맨틀은 지구 부피의 약 84%를 차지하며, 주로 고밀도의 규산염 광물로 이루어져 있습니다. 맨틀은 상부 맨틀과 하부 맨틀로 나뉘며, 온도와 압력이 깊이에 따라 크게 변하는 층입니다. 

 

2.1. 상부 맨틀(Upper Mantle) 

상부 맨틀은 지각 바로 아래에서부터 약 660km 깊이까지 확장됩니다. 상부 맨틀의 상부 부분은 고체 상태로, 지각과 함께 리소스페어(lithosphere)를 형성합니다. 리소스페어는 약 100km 두께의 단단한 층으로, 지각판(tectonic plates)을 구성하며, 지구 표면의 판구조 운동을 가능하게 합니다. 

상부 맨틀의 하부 부분은 부분적으로 용융된 암석으로 이루어진 아스테노스페어(asthenosphere)로 알려져 있습니다. 아스테노스페어는 유동성이 있어, 고체와 액체의 중간 상태인 점탄성(viscoelastic) 성질을 띠고 있습니다. 이 층은 리소스페어가 움직일 수 있게 하는 윤활제 역할을 하며, 지구의 판구조 운동에 중요한 역할을 합니다. 

 

2.2. 하부 맨틀(Lower Mantle) 

하부 맨틀은 상부 맨틀 아래 약 660km 깊이에서부터 2,900km 깊이까지 확장됩니다. 이 영역은 매우 높은 압력과 온도에서 고체 상태를 유지하며, 주로 페로실리케이트(페로브스카이트)와 같은 고밀도 광물로 구성되어 있습니다. 하부 맨틀은 매우 느리게 흐르는 고체 상태로, 이러한 흐름은 열 대류(convection)로 인해 발생하며, 지구 내부의 열을 전달하는 데 중요한 역할을 합니다. 

 

 

3. 외핵(Outer Core)

외핵은 맨틀 아래 약 2,900km 깊이에서 시작되어 약 5,150km 깊이까지 확장되는 층으로, 액체 상태의 철과 니켈로 구성되어 있습니다. 외핵은 지구의 자기장 생성에 중요한 역할을 합니다. 

 

3.1. 외핵의 구성 

외핵은 주로 철과 니켈로 이루어져 있으며, 소량의 황, 산소, 실리콘과 같은 경합금 원소들도 포함되어 있습니다. 외핵의 온도는 약 4,000°C에서 6,000°C에 이르며, 이러한 높은 온도는 철과 니켈을 액체 상태로 유지하게 만듭니다. 외핵의 액체 상태는 지구의 자기장을 생성하는 원동력으로 작용합니다. 

 

3.2. 자기장 생성 

지구의 자기장은 외핵에서 발생하는 액체 철의 대류 운동에 의해 생성됩니다. 외핵의 액체 철은 지구의 자전과 결합하여 복잡한 운동을 하며, 이 운동은 전류를 생성합니다. 이러한 전류는 자기장을 만들어내며, 이를 '지구 자기장'이라고 합니다. 지구 자기장은 태양풍으로부터 지구를 보호하는 중요한 역할을 하며, 컴파스를 사용하여 방향을 찾는 데도 이용됩니다. 

 

 

4. 4. 내핵(Inner Core)

내핵은 지구의 가장 깊은 곳에 위치한 층으로, 외핵 아래 약 5,150km 깊이에서 시작되어 지구 중심부까지 확장됩니다. 내핵은 고체 상태의 철과 니켈로 이루어져 있습니다. 

 

4.1. 내핵의 구성 

내핵은 주로 순수한 철과 소량의 니켈로 구성되어 있으며, 외핵과 달리 고체 상태입니다. 내핵의 온도는 약 5,000°C에서 7,000°C에 이르며, 이는 철의 녹는점보다 높지만, 극도로 높은 압력으로 인해 내핵은 고체 상태를 유지하게 됩니다. 

 

4.2. 내핵의 고체 상태 유지 

내핵이 고체 상태를 유지하는 이유는 높은 압력 때문입니다. 내핵에 작용하는 압력은 약 3,600만 기압에 달하며, 이는 물이 끓는점을 약 5,000배 이상 증가시키는 압력입니다. 이러한 극한의 압력 조건 하에서는 철이 고체 상태를 유지할 수 있습니다. 

 

4.3. 내핵의 역할 

내핵은 지구의 전체 구조와 안정성에 중요한 역할을 합니다. 내핵의 고체 철은 외핵의 액체 철과 상호작용하여 지구 자기장의 강도를 유지하고 안정시키는 데 기여합니다. 또한, 내핵의 고체 상태는 지구의 자전 운동에 영향을 주어 지구의 자전축 안정화에도 중요한 역할을 합니다. 

 

 

지구의 내부 구조는 매우 복잡하고 다양하며, 각 층은 고유한 물리적, 화학적 특성을 가지고 있습니다. 지각은 우리가 살아가는 공간을 제공하고, 맨틀은 지구의 판구조 운동과 열 전달에 중요한 역할을 합니다. 외핵은 지구 자기장을 생성하여 지구를 보호하며, 내핵은 지구의 중심부에서 안정성과 자기장을 유지하는 데 기여합니다. 지구 내부의 이러한 구조와 작용을 이해하는 것은 지구과학의 중요한 부분이며, 지구의 형성과 진화에 대한 중요한 단서를 제공합니다.