판 구조론

지구의 어느 곳에서 큰 규모의 지진이 일어나면 뉴스에 생생하게 보도된다. 사람들이 지진을 두려워하는 것은 지진이 발생하면 건물 피해는 물론이고 막대한 인명 피해를 입을 수 있기 때문이다. 지진이 자주 일어나는 지역을 확인해 보면 일정한 곳에 편중되어 나타나는 것을 알 수 있다. 지진이 자주 일어나는 지역은 주로 어디일까? 미국의 북태평양 연안 지역은 단층 지대로 지진이 자주 발생하는 곳이다. 특히 산안드레아스 단층은 미국 캘리포니아주를 지나는 단층으로 길이가 1,300km에 이른다. 이 단층으로 인해 1906 년 4 월 18 일 새벽 샌프란시스코시에서 지진이 발생하였다. 이때 최소 3,000여 명이 사망하였고 샌프란시스코시의 80 % 정도가 파괴되었으며, 약 30만 명에 이르는 사람들이 집을 잃었다. 언제 다시 산안드레아스 단층에서 큰 지진이 발생할까? 정확한 시기를 알 수는 없지만 과학자들 사이에서는 산안드레아스 단층에서 큰 지진이 일어날 가능성이 매우 높다고 여기고 있다. 이 때문에 과학자들은 단층의 생성 과정을 연구하고, 특징을 조사하면서 지진 발생을 예측하려 하고 있다. 17세기에 등장한 지동설은 많은 사람들의 반대와 비난을 받았다. 그러나 망원경이 발명됨에 따라 천체의 정확한 관측 자료가 쌓이면서 지동설은 하나의 완전한 이론으로 받아들여졌다. 대륙 이동설의 경우에도 초기에 많은 사람들이 받아들이기 어려웠고, 과학과 탐사 기술의 발달이 없었다면 역사 속으로 사라질 수도 있었다. 과거 과학자들은 지각이 수직 방향으로 운동하는 것이 지각 변동의 주요 원인이라고 생각하였다. 그러나 수직 방향의 운동으로는 설명할 수 없는 지각 변동이 알려지게 되면서 수평 방향의 운동이 지각 변동의 원인이라는 생각도 받아들여지기 시작하였다. 이를 구체적으로 설명한 이론이 베게너의 대륙 이동설이다. 대륙 1912년 독일의 과학자 베게너는 멀리 떨어진 대륙들의 해안선 모양이 서로 비슷하다는 것에 착안하여 대륙이 움직인다는 대륙 이동설을 발표하였다. 그는 과거에는 하나였던 대륙이 시간이 지나면서 여러 대륙으로 분리되고 이동하여 현재와 같은 대륙 분포를 이루게 되었다고 주장하였다. 베게너는 대륙 이동의 증거로 해안선의 유사성, 서로 다른 대륙에서의 같은 종 생물 화석의 발견, 지질 구조의 연속성, 과거 빙하의 흔적 등을 제시하였다. 그러나 대륙이 이동하는 원동력에 관한 맨틀 대류설 1929년 영국의 지질학자 홈스는 지각 아래에 있는 맨틀이 열대류를 하고 있으며, 이 힘으로 대륙이 이동한다는 맨틀 대류설을 주장하였다. 홈스는 맨틀이 상승하는 지역에서는 맨틀이 서로 반대 방향으로 이동하면서 대륙이 갈라지고, 갈라진 대륙은 맨틀이 대류하는 방향으로 움직이게 된다고 설명하였다. 그러나 그는 이 가설을 뒷받침할 수 있는 지구 내부 탐사 자료나 지질학적인 증거를 제시하지 못하였으며, 이 때문에 맨틀 대류설은 쉽게 받아들여지지 못하였다. 설명이 부족했기 때문에 당시에는 인정을 받지 못하였다. 베게너가 대륙 이동설을 제안했던 20세기에는 세계적인 규모로 두 차례의 전쟁이 일어났는데, 이 전쟁 중에 잠수함과 이와 관련된 탐사 기술이 발달하였다. 이렇게 발달한 탐사 기술 중 대표적인 것이 초음파를 이용한 수중 탐사 기술이다. 전쟁이 끝난 후 이 기술은 해저 지형을 정밀하게 탐사하는 데 이용되었으며, 이를 통해 대륙 및 지각의 운동을 설명하는 다양한 증거가 발견되었다. 과학자들은 초음파를 이용한 수중 탐사 기술을 적용하여 다양한 해저 지형을 발견하였다. 해저에는 편평한 곳도 있지만깊은 골짜기가 나타나기도 하며, 높고 거대한 해저 산맥인 해령이 있다는 것도 알 수 있었다. 해령의 중심부에는 지구 내부 물질이 분출되는 좁고 깊은 골짜기인 열곡이 발달하고 있었으며, 이 열곡이 길게 이어지면서 연결되어 만들어진 열곡대도 발견할 수 있었다. 또한, 해령을 가로지르는 방향으로 변환 단층이 발달해 있다는 것도 알 수 있었다. 이처럼 해령에 열곡대가 존재하고, 변환 단층이 발달하고 있다는 것은 무엇을 의미하는 것일까? 1960년대 초 헤스와 디츠는 해저 산맥의 중심인 해령에서 고온의 맨틀 물질이 상승하여 분출하면서 새로운 해양 지각을 생성하고, 이렇게 만들어진 해양 지각이 해령을 중심으로 반대 방향으로 이동해 가면서 해저가 점차 넓어진다는 해양저 확장설을 제안하였다. 즉, 해령에서 나타나는 열곡대는 고온의 맨틀 물질이 분출하며 해양 지각이 확장된 흔적이며, 변환 단층이 생기는 원인은 지구가 둥글기 때문에 해령의 위치에 따라 해양 지각이 확장하는 방향과 속력이 서로 다르기 때문이다. 그렇다면 해양저가 확장한다는 증거는 어디에서 찾을 수 있을까? 대서양의 심해를 시추한 자료를 확인하여 해양저 확장을 알아보자. 해저 지형을 탐사한 자료를 분석해 보면 해양 지각을 이루는 암석의 연령은 해령에서 가장 낮고, 해령으로부터 양쪽으로 멀어질수록 높아진다. 또한, 해령에서 멀어질수록 퇴적물의 두께는 두꺼워진다. 이러한 사실은 해령에서 새로운 지각이 만들어지면서 해양저가 확장된다는 것을 알려준다. 해양 지각의 대부분은 철 성분이 풍부한 현무암질 암석으로 이루어져 있다. 현무암질 암석에 있는 철성분이 풍부한 광물은 자성을 갖게 되어 생성될 당시의 지구 자기장이 기록되는데, 이를 고지자기라고 한다. 해양 지각의 고지자기를 분석하면 현재의 지구 자기장 방향과 나란한 정상 시기와 반대 방향인 역전 시기가 교대로 반복되어 나타난다. 이를 지자기의 줄무늬라고 한다. 지질학자인 바인과 매튜스는 1963년 해양 지각에서 나타나는 지자기의 줄무늬를 해양저 확장과 관련지어 설명하였다. 고지자기의 줄무늬가 해령을 기준으로 대칭적으로 나타나는 것은 해령을 기준으로 해양저가 확장되고 있다는 증거이다. 그렇다면 해양저는 계속 확장하여 넓어지기만 하는 것일까? 지진 탐사 기술이 발달하면서 해양 지각과 대륙 지각이 만나는 섭입대에서 발생한 지진의 진원 깊이는 대륙 지각 쪽으로 갈수록 깊어진다는 것이 베니오프에 의해 측정되었다. 이것은 그림 7과 같이 해양 지각이 대륙 지각 밑으로 비스듬히 들어가고 있다는 것을 알려주는 것으로, 해령에서 생성된 지각이 서서히 이동한뒤 대륙 지각과 만나 소멸한다는 것을 설명해 준다. 판 구조론의 정립 | 20세기 초 대륙이 이동한다는 혁신적인 가설이었던 대륙이동설은 그 당시 많은 의문과 논쟁을 일으켰다. 그러나 과학과 탐사 기술이 발달하고 대륙 이동에 관한 과학적인 증거들이 많이 발견되면서 하나의 이론으로 발전하였다. 대륙 이동설은 이러한 증거들을 통해 맨틀 대류설과 해양저 확장설로 발전하였으며, 이를 통합하여 판 구조론이라는 이론으로 정립되었다. 판 구조론은 대륙 이동을 여러 판의 움직임으로 이해하고, 판이 움직이는 원동력을 맨틀대류로 설명하였다. 즉, 판 구조론은 지구에서 일어나는 지진과 화산 활동 및 산맥 형성 등과 같은 여러 지질 현상들을 통합적으로 설명할 수 있는 하나의 이론으로 제안된 것이다.