지구 내부 구조 (지권의 구조)

지구 내부 조사 방법

지구 내부를 조사하는 방법은 아래와 같이 직접적인 방법과 간접적인 방법으로 분류할 수 있습니다.

 

• 직접적인 방법
  • 시추 : 직접 땅을 파고 들어가서 지구 내부를 조사하는 것을 말하는데, 지구의 내부를 파악하는 가장 확실하고 직관적인 방법입니다. 하지만, 지구의 내부로 들어갈수록 온도와 압력이 크게 증가하기 때문에 한계가 있죠. 참고로 현재까지 가장 깊은 시추 구멍은 구소련에서 1970년에 지각의 가장 깊은 곳까지 시추를 해보는 프로젝트가 있었는데, 그 프로젝트의 결과물인 콜라 반도에 있는 시추공으로 도달 깊이가 12,262m입니다. 콜라 시추공이라고 불립니다. 참고로 시추공이라는 말은 지질 조사나 광물 형태 등의 조사를 위해 시추 과정에서 파놓은 구멍을 말합니다.
  • 화산 분출물 조사 : 화산이 폭발할 때 나오는 지구 내부 물질을 조사하는 방법입니다. 지각의 물질이나 맨틀의 물질이 지표면으로 올라오게 되므로 이 때 내부의 물질을 직접 관찰하고 확인할 수 있습니다. 하지만 대략적으로 100km 보다 더 깊은 곳의 물질은 거의 분출되지 않으므로 이 역시 한계가 있습니다.
• 간접적인 방법
  • 지진파 분석 : 지진 발생 시 지구 내부를 통과하여 전달되는 지진파를 분석하는 방법입니다. 지진이 발생하면 지진파는 모든 방향으로 전달되는데 파동이 전달되는 매질에 따라서 전달되는 속도가 달라지기 때문에 지구 내부 구조와 지구 내부의 층상 구조에서 각 층의 상태를 파악할 수 있습니다. 자연적으로 발생하는 지진 뿐만 아니라 인공적으로 발파를 통해 지진파를 발생시켜 지구 내부의 층상 구조를 확인할 수도 있습니다.
  • 운석 연구 : 지구 내부 물질과 비슷한 물질로 이루어진 운석을 연구하는 방법입니다. 지구에 떨어지는 운석은 태양계 초기에 만들어진 물질이기 때문에 초기의 지구와 지구 내부 물질에 대한 정보를 얻을 수가 있습니다.
  • 지구 내부의 물질을 가지고 지구 내부와 유사한 고온 고압 환경에 놓이게 만드는 실험을 통해 간접적으로 지구 내부에 있는 물질들이 어떤 상태에 놓이게 되는지 확인할 수 도 있습니다.

 

여기서 우리가 기억해야 할 부분은 지구 내부를 조사하는 방법으로 지진파 분석이 가장 효과적인 방법이라는 것입니다. 그리고, 추가로 지진파를 통해 지구 내부 구조를 조사하는 방법에 대해서는 아래 링크를 참조하면 됩니다.

 

2024.01.31 - [과학] - 지진파를 이용하여 지구 내부 구조를 조사하는 방법

지진파를 이용하여 지구 내부 구조를 조사하는 방법

 

지구의 내부 구조 (지권의 층상 구조)

 

지권은 아래와 같이 지각(crust), 맨틀(mantle), 외핵(outer core)과 내핵(inner core)의 4개 층으로 구분이 됩니다. 일반적으로 지진파가 지구 내부로 전달이 될 때 속도의 급격한 변화가 관찰되는 부분을 기준으로 파악되었습니다.

 

지권의 층상 구조, 지각, 맨틀 및 외핵과 내핵으로 구성된다.

 

지각 (Crust)

지각은 영어로 크러스트(Crust)라고 하는데, 피자를 먹을 때 치즈 크러스트와 같이 테두리 부분을 크러스트라고 하죠. 우리말로 옮기자면 표면의 층, 껍질이라고 할 수 있습니다. 고체 상태이며, 암석으로 된 지구의 겉 부분으로 지권의 층상 구조를 이루는 층 중에 가장 두께가 얇습니다. 그리고, 이 지각은 대륙 지각과 해양지각으로 분류를 할 수가 있고 지각과 맨틀의 경계면을 모호면이라고 합니다. 정확하게는 모호로비치치 불연속면입니다. 지각과 맨틀의 경계면에서 지진파의 속도가 달라지는 부분이 있는 것을 크로아티아의 모호로비치치가 발견하였기 때문에 모호면이라는 이름이 붙었습니다. 참고로 맨틀과 외핵의 경계면은 구텐베르크면, 외핵과 내핵의 경계면은 레만면이라고 합니다.

 

지각의 구조

 

지각의 종류를 구분하면 아래와 같이 대륙 지각과 해양 지각으로 나눌 수 있고, 특징 역시 다르게 나타납니다.

 

• 대륙 지각 (Continental crust) : 두께 약 35km, 화강암질 암석으로 구성 (마그마가 천천히 식어서 만들어짐, 평균 밀도 약 2.7g/㎤으로 밀도가 낮음)
• 해양 지각 (Oceanic crust) : 두께 약 5km, 현무암질 암석으로 구성 (마그마가 빠르게 식어서 만들어짐, 평균 밀도 약 3.0g/㎤으로 밀도가 높음)

 

여기서 지각의 약 98%를 구성하는 8대 원소가 있는데, 질량비를 기준으로 산소가 47%로 가장 많고 규소가 28%로 두 번째로 많습니다. 그리고, 참고로 마그마와 용암이라는 표현이 종종 등장하는데 아래 링크에 설명된 마그마와 용암의 차이를 알고 있다면 이해를 하는데 도움이 될 수 있습니다.

 

2024.01.23 - [과학] - 용암과 마그마의 차이

용암과 마그마의 차이

 

맨틀 (Mantle)

지구 내부의 구조를 이루는 층 중에 두께가 약 2865km로 가장 두껍고 부피 역시 가장 큽니다. 지구 전체 부피의 약 80%를 차지하고 있는데, 일반적으로 지각과 다른 종류의 암석으로 구성되어 있는데, 지각보다 무거운 암석으로 구성되어 있어 밀도 역시 지각보다 높습니다. (3.3g/㎤ - 6.0g/㎤)

 

외핵과 내핵 (Outer core and Inner core)

핵(Core)은 지하 약 2900km 깊이부터 지구 중심까지의 부분을 말하는 것으로 철과 니켈 같은 가장 무거운 물질로 이루어져 있어 지각이나 맨틀보다 밀도가 높고, 특히 외핵은 지구 내부의 층상 구조에서 유일한 액체입니다. 대략 5100km 깊이를 기준으로 외핵과 내핵을 구분할 수 있는데, 지진파 S파가 통과를 못하였기 때문에 외핵이 액체일 것이라고 추정이 되는 것으로, 내핵은 고체 상태로 추정하고 있습니다. 지진파에 대해서는 나중에 별도로 정리를 해보겠습니다.

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지각에서 맨틀, 외핵과 내핵의 지구 중심부로 갈수록 온도, 압력, 밀도가 높아지는 것은 참고로 알고 있으면 되겠습니다. 따라서 내핵이 온도와 압력이 가장 높겠죠. 그리고, 지구 시스템에 대한 아래의 글도 참고하면 도움이 될 수 있습니다.

 

2024.01.22 - [과학] - 지구계의 상호작용 예시

지구계의 상호작용 예시