지구 내부
지구의 구조는 지표에서의 거리에 따라 나눌 수 있다. 경계의 고도(심도)에 폭이 있는 것은 위치나 시간에 의해 경계가 변화하기 때문이다.
80-90 km ~ 지구반경의 10배 -- 외권, 일반적으로 500km이하가 지구 대기권이다.
80-90 ~ 1,000 km -- 상층대기, 열권.
10 ~ 80-90 km -- 중층대기.
50 ~ 80-90 km -- 중간권.
10 ~ 50 km -- 성층권, 안정적이며 오존층이 있다.
0 ~ 10 km -- 하층대기, 대류권.
0 km -- 지표.
0 ~ 150 km -- 암석권.
0 ~ 30-35 km -- 지각.
6-35 ~ 2,891 km -- 맨틀.
6-35 ~ 670 km -- 상부 맨틀.
670 ~ 2,891 km -- 하부 맨틀.
2,891 ~ 6,371 km -- 핵.
2,891 ~ 5,151 km -- 외핵.
5,151 ~ 6,371 km -- 내핵.
지구 내부의 구조는 지표면에서의 관측으로 얻을 수 있다. 그 중에서 가장 좋은 방법은 지진파의 분석이다. 지진파는 P파와 S파로 나눌 수 있는데 P파는 액체와 고체를 통과하는 종파이며, S파는 고체만 통과할 수 있는 횡파이다. 이것을 바탕으로 지진파 해석에 의하면 지구는 외측부터 암석질의 지각, 암설질의 점탄성체인 맨틀, 금속질 유체인 외핵, 금속질 고체인 내핵이라는 구조로 나뉜다.
핵핵은 외핵과 내핵으로 나뉘는데, 유동적인 외핵은 반경 약 3,480km, 고체인 내핵은 반경 약 1,220km이다. 외핵은 철과 니켈이 주성분으로 추정되나 수소나 탄소 등의 경원소가 10%이상 포함되어 있다고 가정하고 있다. 그래야 지진파의 속도와 밀도를 설명할 수 있기 때문이다. 내핵은 지구내부가 차가워질 때 외핵의 철과 니켈이 침강되어 생긴 것으로 보며, 현재에도 계속 성장하고 있다.
대류와 지구자전의 원인으로 여겨지는 외핵의 유동적인 특성에 의해 전류가 발생하고, 이 전류에 의해 자기장이 생기는데 이것이 지구 자기장이다. 이처럼 지구의 자기장의 발생은 역학적 운동과 관련이 있고, 이것의 유지구조를 다이나모구조라고 한다.
맨틀맨틀은 지각 아래 있으면서 내부의 핵을 둘러 존재하는 두꺼운 암석층이다. 이것은 깊이 약 2,900km까지 존재하며 지구 부피의 약 83%, 질량의 약 67%를 차지하고 있다. 맨틀 전체의 화학조성은 직접적으로 알 수 없으나 감람석과 휘석 등의 물질들이 주로 구성되어 있고, 지각에 비하여 철과 마그네슘의 함량이 높다고 알려져 있다. 맨틀대류의 양상도 포함하여 맨틀은 화학적으로도 역학적으로도 연구대상인 영역이다.
지각과의 경계에는 지진파 속도가 불연속으로 변화하는 층이 있는데 이것을 모호로비치 불연속면(모호면)이라고 한다.
지각지각은 대륙지각과 해양지각으로 나눌 수 있다. 대륙지각은 현무암질의 하부지각과 화강암질의 상부지각으로 이루어져있다. 두께(모호면까지의 깊이)는 지역에 의한 차가 커서 대략 30~60km으로 알려져 있고, 평균밀도는 약 2,650 kg/m³이다. 그리고 해양지각에 비해 알루미늄이 많으며 철과 마그네슘의 양이 적다. 해양지각은 대부분 현무암질로, 두께의 대략적인 평균은 6~7km이고 평균밀도는 약 2,950 kg/m³이다.
2011-05-19
지구의 내핵은 바깥의 암석질 맨틀 층 속을 순환하는 열 때문에 녹기도 하고 얼기도 하는 중이라고 사이언스 데일리가 최신연구를 인용 보도했다.
국제 연구진이 네이처지 최신호에 발표한 이 연구는 지구 내핵이 어떻게 형성됐으며 외핵은 어떻게 자기장을 형성하는 발전기 역할을 하는 지 이해하는 단서를 줄 것으로 보인다.
지구 중심부에서 표본을 채취할 수 없기 때문에 지금까지 과학자들은 지표 관찰과 컴퓨터 모델로만 추측했을 뿐 지구 자기장이 어떻게 형성됐는지 알 수 없었다.
그러나 이 연구는 지구 핵의 역학작용 전체가 판구조와 관련이 있음을 시사하고 있다. 이런 현상은 표면 관찰로는 드러나지 않는 것이다.
지구의 내핵은 고체 상태의 철로 이루어진 달 크기의 구(球)이며 그 주위는 액체 상태의 철-니켈 합금 등 보다 가벼운 원소들로 이루어진 매우 역동적인 외핵과 점성이 큰 맨틀층, 그리고 우리가 살고 있는 단단한 지각으로
둘러싸여 있다.
지난 수십억년동안 지구는 안에서 바깥을 향해 식으면서 녹은 철 성분의 핵이 부분적으로 동결되고 고체화하는 과정을 겪어 왔다. 내핵의 철분 결정체가 얼어서 고체가 되면서 내핵은 연간 1㎜ 꼴로 커지고 있는 중이다.
한편 핵이 식으면서 방출된 열은 대류 현상에 의해 맨틀층을 지나 지각까지 전달된다. 대류현상은 냄비 속의 끓는 물에서 보듯 온도가 높은 맨틀층을 표면으로 이동시키고 식은 맨틀층을 핵 쪽으로 이동시킨다. 이렇게 방출되는 열이 지구 발전기, 즉 지오다이너모에 동력을 제공하며 지구 회전운동과 합세해 자기장을 형성하는 것이다.
과학자들은 최근 내핵이 녹는 동시에 얼기도 한다는 사실을 인식하기 시작했지만 지구의 깊은 내부 온도가 식고 있는데 어떻게 이런 일이 가능한지는 논란거리로 남아 있었다.
이번 연구는 이런 의문에 해답을 제공했다.
이들은 외핵의 대류 현상을 컴퓨터 모델로 만들어 지진 자료와 종합한 결과 핵-맨틀의 경계 부위의 열 흐름이
맨틀층의 구조에 따라 크게 달라진다는 사실을 발견했다. 일부 지역에서는 변화 폭이 너무 커서 맨틀층의 열이 핵으로 되돌아가 부분적으로 녹는 현상을 일으키기도 하는 것으로 밝혀졌다.
이 모델은 ‘불의 고리’로 불리는 환태평양 지진대 주변의 판 섭입대 밑에서 맨틀층의 바닥에 위치한 해양판의 저온 부분이 핵으로부터 엄청난 열을 끌어들이고 있음을 보여준다. 맨틀층의 추가적인 온도 저하는 차가워진 물질을 밑으로 흐르게 해 외핵을 통과해 내핵 위에 동결되게 만든다.
반대로 최하층부의 맨틀층 온도가 평균보다 높은 아프리카와 태평양 밑의 광대한 두 영역에서는 핵으로부터 적은 양의 열이 흘러나오기 때문에 이들 지역 밑의 외핵은 온도가 높아져 녹아서 고형 내핵으로 되돌아가기 시작하는 것으로 나타났다.
연구진은 “만일 지구 내핵이 곳에 따라 녹는다면 내핵-외핵 경계 부근에 생기는 역학작용은 생각보다 더 복잡할 것”이라고 말했다.
이들은 “학자들의 일반적인 견해는 내핵이 모든
영역에서 동결되면서 점차 커지고 있다는 것이지만 연구 결과 핵이 녹고 있는 영역도 있는 것으로 나타났다. 핵에서 맨틀층 쪽으로 열이 이동하기 때문에 내핵 물질은 여전히 전반적으로는 동결되고 시간이 지나면서 커지고 있지만 이런 현상이 어디서나 균일하게 일어나는 것은 아니다”라고 밝혔다.
외핵(外核, outer core)은 액체 상태로 존재하는 지구핵의 바깥쪽 부분을 말한다. 내핵 위에, 맨틀 아래에 위치하며 대부분 액체 상태의 철과 니켈로 이루어져 있다.[1]
개요[편집]
1906년에 리처드 딕슨 올덤Richard Dixon Oldham은 P파가 지구의 약 2550km 깊이에서 속력이 갑자기 느려지는 것을 관측하였고, 1914년에는 지구에 액체상태의 핵이 존재한다는 것을 추론하는데 성공했으며 그 경계를 구텐베르크 불연속면이라 하였다.[2] 후에 레만은 핵이 액체와 고체 두 부분으로 되어있다는 것을 알아냈다. S파가 전파하지 못하고 P파의 속도가 감소하는 점으로 미루어 유체인 것으로 알려져 있다.
다이너모 이론에 의하면 유체 상태인 외핵의 존재는 지구 자기장의 원인으로 지목된다. 구텐베르크 불연속면에서의 자기장은 지구 표면에서의 자기장의 50배일 것으로 추측된다.[3][4]
외핵에서 S파의 속도는 완만하게 변하며 진폭의 감소도 매우 적다. 외핵의 밀도는 9.9 - 12.2g/cm³이다. 충격파 실험에 의하면 외핵의 구성 물질은 순수한 철보다 밀도가 낮게 나타난다. 따라서 외핵은 순수한 철로만 이루어진 것이 아니라 수소나 탄소 등의 경원소가 19%이상 포함되어 있고 가벼운 원소, 즉 황, 규소, 산소 등과 화합물을 이루고 있을 것으로 추정이 된다.[5]
각주[편집]
- ↑ “Earth's Interior”. 《Science & Innovation》. National Geographic. 2017년 1월 18일. 2018년 11월 14일에 확인함.
- ↑ 관리자, 사이언스올. “지진파로 지구 속살을 보다. | 과학문화포털 사이언스올”. 2021년 3월 26일에 확인함.
- ↑ Staff writer (2010년 12월 17일). “First Measurement Of Magnetic Field Inside Earth's Core”. 《Science 2.0》 (영어). 2018년 11월 14일에 확인함.
- ↑ Buffett, Bruce A. (2010). “Tidal dissipation and the strength of the Earth's internal magnetic field”. 《Nature》 468 (7326): 952–4. Bibcode:2010Natur.468..952B. doi:10.1038/nature09643. PMID 21164483.
- ↑ Gubbins, David; Sreenivasan, Binod; Mound, Jon; Rost, Sebastian (2011년 5월 19일). “Melting of the Earth's inner core”. 《Nature》 473 (7347): 361–363. Bibcode:2011Natur.473..361G. doi:10.1038/nature10068. PMID 21593868.