지구는 약간 찌그러진 양파 모양으로 그 중심에는 고체인 내핵이 자리 잡고 있습니다. 내핵은 액체 성분의 철이 감싸고, 그 위를 맨틀이 둘러쌓고 있습니다. 맨틀은 '마그마'라고 하는 녹은 암석으로 구성되어 있고 맨틀의 표면에 우리가 살고 있는 고체 암석인 얕은 껍질이 떠다니고 있습니다. 지구의 내부는 어떻게 생겼고 그 내부를 알기 위해 과학자들은 어떤 방법을 사용하는지 알아볼까요?
 지구 속을 들여다볼 수 없지만 계산으로 알 수 있다 지구 속을 들여다보기 위해서 우리는 깊이 6,400km나 되는 금속과 바위층을 뚫어야 합니다. 인류는 실제로 그런 적이 없기에 지구 내부에 관한 정보는 관통하는 탄성파 elastric wave를 분석했습니다. 지구의 질량 또한 지구와 물체 사이에 작용하는 중력의 크기를 계산하여 알아냈습니다. 지구에 있는 물체의 무게 weight를 측정하는 것은 지구 위에 놓인 물체의 무게뿐 아니라 물체 위에 놓인 지구의 무게이기 때문에 지구의 질량을 구할 수 있습니다. 게다가 고대 그리스 철학자 에라토스테네스 Eratosthenesm가 이미 측정한 것처럼 지구의 반지름을 통해 지구의 질량과 함께 밀도를 알게 됩니다. 이것으로 지구가 무엇으로 이루어졌는지 짐작할 수 있습니다. 지구의 평균 밀도는 5.5g/cm3으로 보통 땅에 있는 돌의 밀도가 3g/cm3이고 금은 10g/cm3입니다. 결국 지구의 밀도는 바위와 금속의 중간 정도로 내부 깊은 곳은 압력이 매우 높은 상태를 말합니다.
세계 각지의 지진계에 도달한 음파 데이터를 종합하면 지구의 내부 구조를 알 수 있다. 지구를 흔드는 지진은 인류를 위협할 정도로 위험하지만 지구 내부를 파악하는데 중요한 역할을 합니다. 지구의 지각은 여러 개의 지각판으로 이루어져 있다는 사실은 주장은 1960년대 알프레드 베게너의 '판 구조론 plate tectonics'에 의해 정설로 자리 잡았습니다. 지각이 여러 개의 판이기에 지진은 자주 발생하고 이로부터 생성된 강력한 음파가 지구의 내부 구조에 대한 정보를 주고 있습니다. 지진파는 지구의 깊은 층을 통과하면서 속도가 빨라지므로 어떤 경로를 거쳐서 오느냐에 따라 각기 다른 속도고 지진계에 도달합니다. 그러면 세계 각지의 지진계에 도달한 음파 데이터를 종합하면 지구의 내부 구조를 알 수 있습니다.
지구 내부는 핵, 맨틀, 지각의 3개의 층으로 이루어졌다 지구 내부는 핵, 맨틀, 지각의 3개의 층으로 이루어져 있습니다. 가장 깊은 중심부에는 대부분 철 성분으로 이루어진 중심핵이 자리 잡고 있습니다. 그 위로는 지구 반지름의 절반을 차지하는 무거운 바위로 맨틀 mantle로 이루어져 있습니다. 바깥 표면은 가벼운 바위로 이루어진 얇은 지각 crust으로 덮여 있습니다. 맨틀과 핵의 두께로만 본다는 거의 같지만 부피로 본다면 맨틀이 핵보다 압도적으로 높습니다. 맨틀이 핵을 둘러싸고 있기에 우위를 차지합니다. 지구 전체를 봐도 맨틀이 차지하는 비율은 80%입니다.
지구 내부를 관통하는 다양한 지진파를 이용하면 각 층의 밀도를 알아낼 수 있다 지구 내부를 관통하는 다양한 지진파를 이용하면 각 층의 밀도를 알아낼 수 있습니다. 지진학자는 세계 각지에서 관측한 파동을 분석한 결과 지구의 핵은 액체 상태이며, 평균 밀도는 철과 비슷하다는 결론을 냈습니다. 지구 내부를 가로지르는 굽힘파bending wave가 중심부를 통과하지 못하는다는 것은 안쪽에 액체로 되어 있다는 것을 알 수 있습니다. 하지만 핵의 가장 깊은 중심부는 철로 이루어진 고체 상태라는 것 역시 알아냈습니다. 지진학자들은 각 층의 구성 성분을 밀도 차이와 외계에서 날아온 운석을 통해서도 알아냈습니다. 지구 중심핵의 주성분은 철이고 이외에 소량의 니켈과 유황이 섞여 있습니다. 액체 상태의 핵은 철이 잘 녹기 때문에 중심부를 이루었을 것이라고 추측합니다. 핵을 에워싸고 있는 맨틀은 마그네슘, 철, 규소, 산소 등으로 이루어졌으며 핵융합에 의해 생성되었습니다. 지구 표면을 덮고 있는 지각은 규소와 산소를 포함한 칼슘, 칼륨, 알루미늄, 나트륨 등 다양한 광물질로 이루어져 있습니다.
핵에서 발생한 자기장이 지구를 자석처럼 작용하게 만든다 앞에서 말한 것처럼 지진학자들은 핵은 대부분이 액체이며 가장 깊은 곳은 내핵 inner core은 고체이고 외핵 outer core는 액체로 이루어졌다고 생각합니다. 외핵은 액체이기 때문에 쉽게 흐를 수 있고, 주성분이 전기적 도체인 철 Fe이기 때문에 전류를 실어 나를 수 있습니다. 외핵에서 일어나는 유체 운동은 주로 대류와 지구의 자전에 의해 발생하며, 여기에 걸려 있는 외부 자기장에 의해 전류가 발생합니다. 이렇게 발생한 전류는 자신의 주변에 자기장을 만들어 지구 전체가 하나의 자석처럼 되는 것입니다.
지구의 표면을 살펴보면 지각과 대륙이 형성된 과정을 추측할 수 있습니다. 맨틀에 있던 엄청난 양의 마그마가 지각을 덮을 때 가벼운 물질이 가장 바깥층으로 떠올라 얇은 지각층을 만들 것이라고 생각할 수 있습니다. 아쉽게도 그 흔적이 남아있지 않아 증명할 수 없습니다. 맨틀에서 표면으로 떠오른 마그마가 굳으면 현무암이 됩니다. 맨틀의 깊은 아래층은 고체 상태에 가깝지만, 일부가 대류를 타고 표면으로 올라오면 10~20%는 낮은 압력으로 액체로 변합니다. 이렇게 녹은 물질이 표면으로 올라와 굳은 것이 현무암입니다. 지구내부구조에 대한 내용은 이 책을 참고하세요! 지구 내부는 무엇으로 이루어졌는지에 대한 동영상은 여기를 누르세요 https://youtu.be/JGXi_9A__Vc 지질과학 업적과 지질과학 사고방식에 대한 논문입니다!
* 저작권법에 따라 전체 논문을 올릴 수 없는 점 양해바랍니다. 지질학에 관심이 있는 초,중,고등학생이 보면 지구과학에 대한 안목이 넓어질 것입니다. |
지구 핵 성분 - jigu haeg seongbun
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