과학 포털 iKAOS

4 Contents

지진이 일어나지 않으면 어떻게 될까?

2023년 튀르키예와 시리아 접경 지역에서 발생한 대지진은 인류에게 막대한 피해를 입히며 지진의 공포를 다시금 각인시켰습니다. 지진은 건물을 붕괴시키고 쓰나미를 일으키는 등 파괴적인 힘을 지니고 있지만, 그 근원을 따라가 보면 지구가 살아있는 행성임을 증명하는 열쇠를 발견하게 됩니다. 지구 중심부의 핵은 막대한 열에너지를 방출하며 내부 물질의 열대류를 일으킵니다. 뜨거운 물질은 상승하고 차가운 물질은 하강하는 이 거대한 흐름은 지구의 겉 부분인 암석권을 움직이게 만드는 원동력이 됩니다. 지구의 암석권은 여러 개의 판으로 나뉘어 있으며, 이 판들은 지구 내부의 열과 중력에 의해 끊임없이 판 운동을 합니다. 지진은 주로 이 판들이 서로 맞닿는 경계부에서 발생하는데, 특히 밀도가 높은 판이 낮은 판 아래로 파고드는 섭입대에서 강력한 지진이 자주 관측됩니다. 섭입대에서는 지표면부터 지하 깊숙한 곳까지 다양한 깊이에서 응력이 집중되며 인류 역사상 가장 규모가 큰 지진들이 발생해 왔습니다. 반면 판이 서로 멀어지는 해령 부근에서는 상대적으로 얕은 깊이의 지진이 주로 발생하며 새로운 지각이 형성되기도 합니다. 전 세계 지진의 약 90%는 판의 경계에서 발생하지만, 나머지 10%는 판의 내부에서 일어납니다. 판 내부 지진은 경계부보다 발생 빈도는 낮지만, 과거에 형성된 단층이 새로운 응력을 받아 재활성화되면서 발생하기에 그 원인이 더욱 복잡한 경우가 많습니다. 이외에도 마그마의 이동으로 인한 화산 지진이나 인간의 활동으로 발생하는 인공 지진 등 지진의 형태는 매우 다양합니다. 결국 지구상의 모든 지역은 과거 어느 시점에든 지진을 경험했을 것이며, 판 운동이 지속되는 한 지진으로부터 완전히 자유로운 곳은 존재하지 않는다고 볼 수 있습니다. 만약 지구 내부의 열대류가 멈추고 판 운동이 중단된다면 어떤 일이 벌어질까요? 지진이 발생하지 않는다는 것은 지구가 활동성을 잃었음을 의미합니다. 판 운동이 멈춘 지구는 화성이나 금성처럼 단일 판으로 이루어진 행성이 될 것이며, 대기에 의한 침식과 풍화 작용으로 인해 지표면은 점차 평평해질 것입니다. 과학자들은 화성과 금성의 지질 구조를 연구함으로써 지구의 판 운동이 어떻게 시작되었고 지속되는지를 역으로 추적하고 있습니다. 이러한 연구는 지구가 다른 행성들과 달리 어떻게 독특한 지질학적 특성을 유지해 왔는지 이해하는 데 중요한 단서를 제공합니다. 지진은 우리에게 큰 재앙을 가져다주기도 하지만, 역설적으로 생명체가 살 수 있는 환경을 조성하는 데 필수적인 역할을 합니다. 판 운동은 탄소를 순환시켜 미생물부터 동식물에 이르기까지 생명 활동에 필요한 원소를 공급하며, DNA와 단백질 합성에 기여합니다. 즉, 지진은 지구가 여전히 뜨겁게 살아있으며 생명을 품을 수 있는 역동적인 시스템을 갖추고 있다는 증거인 셈입니다. 지진의 위험에 대비하는 동시에, 우리는 이 거대한 자연 현상이 지구 생태계를 유지하는 근본적인 메커니즘의 일부라는 사실을 기억해야 합니다.

과학플랫폼 SOAK

지구환경과학

[석학인터뷰] 최덕근_ 외핵이 줄어들고 있다?!!

지구는 지권, 수권, 기권, 생물권이라는 네 가지 권역이 서로 유기적으로 상호작용하며 하나의 거대한 시스템을 이룹니다. 이러한 지구 시스템이 원활하게 작동한다는 것은 각 권역 내에서 물질과 에너지가 역동적으로 순환하고 있음을 의미합니다. 특히 지권에서는 지구 내부와 표면의 물질이 끊임없이 교류하며 변화를 만들어내는데, 우리가 흔히 겪는 지진 역시 이러한 지권의 흐름이 정상적으로 작동하고 있다는 증거 중 하나로 볼 수 있습니다. 판 구조론의 관점에서 볼 때, 지구의 겉면은 단순히 지각으로만 이루어진 것이 아니라 지각과 맨틀의 최상부를 포함하는 거대한 '판(암석권)'들로 구성되어 있습니다. 판은 대륙이나 해양을 단독으로 포함하기도 하고, 때로는 두 지형이 섞여 있는 복합적인 구조를 띠기도 합니다. 이는 판이 지각보다 훨씬 더 크고 깊은 구조임을 시사하며, 학자들은 이를 지각과 맨틀 상부를 아우르는 단단한 암석권의 개념으로 정의하여 지구의 역동성을 설명하고 있습니다. 판을 움직이는 원동력에 대해서는 크게 세 가지 힘이 거론됩니다. 첫째는 해령에서 새로운 지각이 형성될 때 밑에서 밀어 올리는 힘이며, 둘째는 차갑고 무거워진 판이 해구에서 지구 내부로 섭입하며 잡아당기는 힘입니다. 마지막으로는 해령과 해구 사이의 지형적 높이 차이로 인해 판이 미끄러지는 힘이 있습니다. 현재 학계에서는 이 중에서도 무거워진 판이 스스로 가라앉으며 전체를 끌어당기는 힘이 판 이동의 가장 핵심적인 역할을 수행하는 것으로 보고 있습니다. 고생대 초기 한반도의 고지리적 위치를 추적해 보면 현재와는 사뭇 다른 흥미로운 사실을 발견할 수 있습니다. 당시 한반도는 따뜻한 기후를 가진 저위도 지역에 머물러 있었으며, 거대한 대륙의 끝자락을 구성하고 있었습니다. 강원도 일대에서 관찰되는 고대 암석과 삼엽충 화석은 그 시절 이곳이 생명력이 넘치는 얕은 바다였음을 시사합니다. 이러한 연구는 한반도의 뿌리를 찾고 지각의 이동 경로를 이해하는 데 결정적인 단서를 제공합니다. 한반도의 형성 과정을 두고는 여러 지괴가 모여 하나가 되었다는 가설들이 팽팽하게 맞서고 있습니다. 이와 더불어 지구 내부에서는 액체 상태였던 핵이 점차 굳어지며 내핵이 커지고 외핵이 줄어드는 변화가 진행 중입니다. 외핵의 움직임은 지구 자기장을 형성하는 근원이기에, 이러한 내부 구조의 변화는 결국 자기장의 변동으로 이어질 수밖에 없습니다. 이는 장기적으로 지구상의 생물계 전반에 걸쳐 지대한 영향을 미칠 수 있는 중요한 과학적 화두입니다.

최덕근

카오스재단석학인터뷰

지구환경과학

[강연] 한반도 : 10억년 전으로의 시간여행 (1) _ 최덕근 교수 | 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 4강 | 4강 ①

우리가 발을 딛고 살아가는 한반도의 형성 과정을 이해하기 위해서는 시간과 공간이라는 두 가지 축을 탐구해야 합니다. 지질학에서는 방사성 동위원소를 이용한 암석 연령 측정과 화석 연구를 통해 과거의 시간을 추적하며, 판구조론이라는 거대한 이론적 배경을 통해 지괴의 이동 경로를 파악합니다. 10억 년이라는 장구한 세월 동안 한반도가 어떤 변화를 거쳐 현재의 모습에 이르렀는지 밝혀내는 과정은 마치 거대한 퍼즐을 맞추는 것과 같습니다. 1970년대에 등장한 판구조론은 현대 지질학의 패러다임을 바꾼 혁명적인 이론입니다. 이 이론에 따르면 지구의 겉 부분은 암석권이라 불리는 여러 개의 판으로 나뉘어 있으며, 이들은 하부의 연약권을 따라 끊임없이 상대적으로 움직입니다. 판구조론의 등장은 단순히 암석의 종류를 분류하던 수준을 넘어, 습곡 산맥의 형성이나 화산 활동과 같은 거대한 지질 현상을 과학적으로 설명할 수 있는 토대를 마련해 주었습니다. 판의 경계는 그 움직임에 따라 발산, 보존, 수렴 경계로 구분됩니다. 해령과 같이 새로운 지각이 생성되며 멀어지는 곳이 있는가 하면, 산 안드레아스 단층처럼 판이 서로 어긋나며 지진을 일으키는 곳도 있습니다. 또한, 판과 판이 충돌하는 수렴 경계에서는 히말라야와 같은 거대한 산맥이 솟아오르거나 깊은 해구가 형성되기도 합니다. 이러한 역동적인 움직임은 지구 내부의 에너지가 지표면의 지형을 끊임없이 재편하고 있음을 보여주는 증거입니다. 대륙의 이동을 증명하는 결정적인 단서 중 하나는 고생대 바다에 살았던 삼엽충 화석의 분포입니다. 캐나다의 지질학자 윌슨은 대서양 양안의 삼엽충 종류가 서로 다르다는 점에 주목하여, 과거에 대서양이 닫혀 있었다가 다시 열렸다는 가설을 제시했습니다. 이는 대륙이 고정된 것이 아니라 시기에 따라 합쳐져 초대륙을 형성하기도 하고, 다시 흩어져 새로운 바다를 만들어내기도 한다는 사실을 깨닫게 하는 중요한 전환점이 되었습니다. 대륙이 갈라지고 바다가 태어나며 다시 소멸하는 일련의 과정은 '윌슨 주기'라는 개념으로 설명됩니다. 동아프리카 열곡대에서 시작된 대륙의 분리는 홍해와 같은 어린 바다를 탄생시키고, 대서양처럼 광활한 대양으로 확장됩니다. 하지만 영원할 것 같은 바다도 시간이 흐르면 섭입을 통해 점차 축소되며, 결국 지중해처럼 사라지는 단계를 거쳐 대륙 간의 충돌로 이어집니다. 이러한 순환은 지구가 살아있는 행성임을 증명하는 장엄한 역사의 기록입니다.

최덕근

카오스재단카오스강연

지구환경과학

[강연] 한반도 : 10억년 전으로의 시간여행 (2) _ 최덕근 교수 | 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 4강 | 4강 ②

판 구조론에서 판을 움직이는 원동력은 오랫동안 맨틀 대류로 설명되어 왔습니다. 하지만 실제 지구의 운동을 살펴보면 맨틀 대류만으로는 설명하기 힘든 현상들이 존재합니다. 해령이 대륙판 밑으로 끌려 들어가는 사례는 맨틀 대류보다 더 강력한 힘이 작용하고 있음을 시사합니다. 현대 지질학에서는 판이 스스로의 무게로 인해 섭입하는 힘과 해령과 해구 사이의 고도 차이로 인해 미끄러지는 힘이 복합적으로 작용하여 판을 이동시킨다고 보고 있습니다. 이러한 힘들이 조화를 이루며 지구의 표면을 끊임없이 변화시키고 있습니다. 섭입대를 통해 지구 내부로 들어간 판은 어디까지 이동할까요? 지진파 분석에 따르면, 섭입한 판은 상부와 하부 맨틀의 경계인 지하 670km 지점에서 잠시 정체됩니다. 이곳에서 물질이 쌓여 무거워지면 결국 맨틀 바닥인 2,900km 지점까지 가라앉게 됩니다. 이렇게 내려간 물질은 다시 다른 곳에서 상승하며 거대한 순환을 만드는데, 이를 플룸 구조론이라고 합니다. 판 구조론이 지구 겉면의 움직임을 다룬다면, 플룸 구조론은 지구 심부까지 아우르는 거대한 역동성을 설명해 줍니다. 한반도의 지질도를 살펴보면 암석의 종류와 나이가 매우 복잡하게 얽혀 있음을 알 수 있습니다. 한반도는 크게 북부, 중부, 남부의 세 가지 지괴로 나뉘며, 이는 다시 여러 개의 지체 구조구로 세분화됩니다. 낭림 육괴, 경기 육괴, 영남 육괴와 같은 고원생대 암석들은 약 25억 년 전부터 형성되어 한반도의 기초를 이루었습니다. 암석의 종류를 파악하는 것은 곧 그 땅이 언제, 어떤 과정을 거쳐 만들어졌는지를 이해하는 열쇠가 됩니다. 비록 그 구조가 매우 복잡하여 해석이 쉽지 않지만, 지질학적 연구를 통해 한반도 형성의 비밀이 서서히 밝혀지고 있습니다. 지질학적으로 한반도는 인접한 중국 대륙과 밀접한 연관성을 지니고 있습니다. 중국 대륙이 중한 지괴와 남중 지괴의 충돌로 형성되었듯이, 한반도 역시 여러 땅덩어리가 모여 완성되었습니다. 특히 약 2억 5천만 년 전은 한반도 역사에서 매우 중요한 시기입니다. 이 시기를 기점으로 서로 떨어져 있던 지괴들이 충돌하여 합쳐지면서 오늘날 우리가 아는 한반도의 기틀이 마련되었기 때문입니다. 2억 5천만 년 전 이전과 이후는 완전히 다른 세계라고 할 수 있을 만큼, 이 거대한 충돌 사건은 한반도 지질 역사에서 가장 결정적인 전환점이 되었습니다. 시간을 더 거슬러 올라가 약 10억 년 전에는 지구상에 로디니아라는 거대한 초대륙이 존재했습니다. 당시 한반도를 구성하던 지괴들은 지금과는 전혀 다른 위치에 흩어져 있었으며, 8억 5천만 년 전부터 초대륙이 분열되면서 각자의 여정을 시작했습니다. 예를 들어 충청 지역의 옥천 누층군은 당시 남중 지괴의 일부로서 분열 과정에서 생성된 퇴적층으로 해석됩니다. 이처럼 한반도의 땅덩어리는 수억 년의 시간 동안 모이고 흩어지는 과정을 반복하며 현재의 위치에 자리 잡게 되었습니다. 우리 발밑의 암석들은 그 머나먼 시간 여행의 증거를 고스란히 간직하고 있습니다.

최덕근

카오스재단카오스강연

지구환경과학