보이는 게 다가 아니다 - 지구 속 여행

'지구과학'이라는 단어를 들으면, 사람들은 대개 눈에 보이는 바다, 지각, 우주, 기후를 떠올린다. 지구 내부에서는 어떤 일들이 일어나는지 대해 관심을 갖는 사람들은 많지 않아 보인다. 그러나 지구가 현재와 같은 역동성과 생명력을 가질 수 있는 것은 지구 내부에서 뿜어져 나오는 에너지 덕분이다.

오늘은 우리가 잊고 지냈던 지구 속에서 일어나는 일들을 살짝 살펴보도록 하자.

@AZRainman / http://www.flickr.com/photos/azrainman/2047910540/

# 지구를 ‘해부’해 보자
 
지진파의 모양을 분석해 알아낸 지구의 구조는 바깥에서부터 지각, 맨틀, 외핵, 내핵으로 이루어져 있다. ‘지각(Crust)’지구 부피의 1%정도를 차지하는 부분으로 지구의 가장 바깥에 위치한 암석층이다. 지구 전체 표면의 1/3을 차지하는 대륙지각과 2/3를 차지하는 해양지각으로 이루어진다.

대륙지각은 약 30~65km의 두께를 가지며 주로 화강암, 퇴적암 및 변성암으로 이루어지는 반면, 해양지각은 약 5~10km의 두께를 가지며 주로 현무암으로 이루어진다. ‘맨틀(Mantle)’은 지각과 외핵 사이의 구간으로, 10~65km부터 2,885km까지 깊이에 해당하며 지구 전체 부피의 84%를 차지한다. ‘외핵(Outer Core)’은 맨틀과 내핵 사이의 구간으로, 두께는 2,270km이다. 온도는 깊어질수록 증가하는데 맨틀 부근에서는 4,400° 그리고 내핵 부근에서는 6,100°에 이른다. 지구 가장 안쪽에 위치한 ‘내핵(Inner Core)’은 두께가 1,216km에 달하며, 온도는 5,500°로 태양의 온도와 비슷하다.

@BlatantWorld.com / http://www.flickr.com/photos/blatantworld/5052426530/

# 지구 내부 에너지, 어떤 일들을 일으킬까?

세계 최대의 다이아몬드 광산에서의 맨틀의 대류와 융기, 인류에게 필요한 석탄 에너지의 발견, 피로 회복에 좋은 온천, 심하게 구부러진 산줄기 등 지구 내부의 에너지에 의해 일어나는 현상은 매우 다양하다. 또한 거의 모든 지구의 생명체는 호흡을 통해 생명을 유지한다. 호흡에는 대기가 필요하다. 우리는 지구가 두꺼운 대기층에 둘러싸여 있다는 것을 알고 있는데, 이는 지구 중심에서 발생하는 중력 덕분이다.

이 모든 현상의 비밀은 지구 중심부에 있는데, 총 두께가 3,500km에 달하는 외핵과 내핵이 주요한 원인이다. 외핵은 액체 상태이며, 철, 니켈, 황, 규소 등을 포함하고 있다. 이 방사성 원소들의 붕괴나 지구 자전에 의한 열, 그리고 외핵에 녹아 있는 철 성분이 굳으면서 발생하는 응고열 등에 의해 외핵은 레미콘 차에 담긴 시멘트 반죽처럼 1초에 수 밀리미터씩 천천히 돌고 있다.

@NASA Goddard Photo and Video / http://www.flickr.com/photos/gsfc/4445502419


별, 성운 등 우주에서 반짝이는 모든 것은 우주방사선의 근원지가 된다. 때로는 지구 가까이 위치한 태양으로부터 영향을 받기도 하는데, 이 때 전리층에 문제가 생겨 통신 장애를 일으키거나 오로라를 만들며, 생명체에 각종 암을 유발하기도 한다. 이 때 지구 자기장은 우주 자기장을 막아주는 방패 역할을 한다. 우주에서 날아오는 치명적인 방사선으로부터 생명체를 보호해주는 지구 자기장도 외핵으로부터 만들어진다.

@Beverly & Pack / http://www.flickr.com/photos/walkadog/3389058334

회전하는 외핵의 액체금속에 전류가 발생하면서 지구 자기장이 만들어지는데, 이것은 지구 전체를 에워싸는 큰 자기권으로 지구 바깥 수천 km까지 뻗어 있다. 지구 가장 안쪽에 위치한 내핵 또한 외핵과 비슷한 성분으로 구성되어 있는데, 고체 상태이며 내핵은 시간이 지날수록 점점 커지고 있다.
이렇게 지구를 ‘살아있게’ 만드는, 지구 생명체의 생명 유지에 필수적이며 우리를 보호해주는 힘은 지구 내부로부터 비롯된다고 해도 과언이 아니다.

# 지구 내부의 연구 방법은 어떤 것들이 있을까?

그렇다면 반지름이 6400km에 달한다는 지구를 연구하는 데 어떤 방법이 쓰일까?
사람이 직접적으로 연구하기 어려운 지구 내부의 연구 방법은 대표적으로 <지진파 분석법>, <직접 땅을 파서 내부로 들어가는 시추>, <화산 분출물 분석법>, <열류랑 연구> 등이 있다. 그 중 가장 많이 사용되는 <지진파 분석법>은 여러 개의 검문지점을 지정하여 지진파나 자기장을 측정하여 지구의 내부구조를 알아내는 방법이다. 지진파는 단단하고 밀도가 큰 암석에서는 빨리 전파되며 부드러운 암석에서는 속도가 느려지고, 물질의 상태가 바뀌면 반사하거나 굴절하기도 한다. 다른 부분과 달리 액체로 존재하는 외핵의 존재도 이 지진파 분석법을 통해 규명되었다.


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