세계 곳곳에서 화산 폭발이 이어지고 있다. 거리를 걸으며, 산길을 걸으며 자신의 발 밑에서 화산이 폭발할지도 모른다고 걱정하는 사람이 다행히 한국에는 거의 없다. 지하 깊은 곳에는 모든 것이 초고열로 녹아 있다. 지구 내부를 직접 확인할 수는 없지만 오늘날의 과학자들은 4층 구조의 지구에 대해 많이 알고 있다. 왜 지구는 수십억 년을 두고 여전히 뜨거운 것일까.
지구 내부는 크게 4개의 층으로 나뉘어져 있다.
지각 – 모든 생명이 사는 지표면 부분을 지각(outer crust)이라고 한다. 지각은 지구 전체 부피의 1%(질량은 0.5%) 정도를 차지한다.
맨틀(mantle) – 지구 표면에서 2,890 km까지의 층이다. 이 상부 맨틀의 온도는 500~900℃이고, 외핵에 가까운 하부 맨틀은 4,000℃에 이른다. 맨틀은 깊은 곳(열과 압력이 강한 곳)일수록 점성이 약해져 고체이지만 조금씩 흐를 수 있는 상태가 된다. 맨틀은 지구 전체 부피의 84%(질량의 70%)를 차지한다.
외핵 고열 때문에 전체가 액체 상태이다.
내핵-가장 중심부(inner core)를 말하며 초고압 조건 때문에 고체 상태임.
얇은 지각지구를 덮고 있는 지각의 두께는 바다에서는 평균 510km, 육지에서는 3050km이다. 해저 지각은 육지보다 더 단단하다. 지구의 중심(핵)쪽으로 갈수록 온도가 높아진다. 870도 이상이 되면 지각은 유동성이 있는 맨틀이 된다.
단단한 지각과 맨틀이 만나는 경계를 모호로비치치 불연속면(Mohorovic Discontinuity), 줄여서 모호(Moho)라고 한다. 이 경계면(모호) 위층에서는 지진파 속도가 초속 56km이지만 그 아래에서는 속도가 8km 이상으로 빨라진다. 이 사실은 유고슬라비아 과학자 모호로비치치(A. Mohorovic 1857-1936)가 처음 발견했다.
지구 전체 지각은 여러 갈래로 나뉘어 있어 유동성이 있는 상부 맨틀 위에서 떨어지거나 부딪친다. 이를 대륙 이동이라고 하는데 왜 이런 현상이 일어나는지 그 이유를 정화하는 데는 이르지 못했다.
지구 중심까지의 깊이는 6,3 78km이다. 가장 바깥인 지각(crust)은 바다와 육지가 덮고 있으며 두께는 최대 100km 정도다. 그 아래 맨틀은 다시 3층으로 구분된다. 그 중 고체와 같은 튼튼한 상층은 암석권(lithosphere)이라 하며, 그 하층은 연약권 또는 약권(asthenosphere)이라고 한다. 약권은 유동하기 때문에 암석권과 함께 지각이 움직이게 한다. 약권보다 더 아래는 중간권(mesosphere)이라고 한다. 맨틀 아래쪽에 있는 외핵은 두께가 2,900km이고 액체 상태이다. 외핵하의 가장 중심부(내핵)의 두께는 5,100 km이며, 압력이 너무 높기 때문에 고체 상태로 존재한다.
맨틀은 암석(mantle rock)이 녹아 있는 곳이 많은데, 녹은 상태의 바위를 마그마(magma 마그마)라고 한다. 마그마는 고열이므로 밀도가 낮아지고 가벼워 화산이 폭발할 때 분화구를 통해 지표면으로 분출한다. 이 마그마가 화산의 경사를 따라 흘러내리면 이를 용암lava라고 한다.
태평양을 둘러싼 화산이 많은 지대를 불의 고리(Ring of Fire)라고 한다. 불의 고리에는 약 1500개의 활화산이 있다. 활화산은 화산 연기를 내뿜고 있거나 잦은 지진, 산울림 등의 현상을 보이며 폭발할 가능성이 있는 화산을 말한다.
맨틀에 있던 마그마가 분화구를 통해 지상으로 흘러나온 것을 용암이라고 한다.
지구 표면(지각)은 그림의 의미가 결여된 상태로 위쪽 맨틀 위에 떠 있다. 이런 지각조각(tectonic plates)들이 서로 부딪치거나 떨어진 곳에서 주로 화산과 지진활동이 발생한다.
초고온의 외핵지구 외핵(깊이 2,300~3,400km)을 구성하는 물질은 80%가 철이며 기타 니켈과 다른 금속이 소량 함유되어 있다. 지구가 거대한 자석이 된 것은 외핵 철 성분 때문이다. 외핵에 철이 많은 이유는 45억 년 전 지구가 처음 생겼을 때 무거운 원소들이 중심 쪽으로 몰려든 결과다.
외핵의 온도는 4,030-5,730℃ 정도로 추정되고 있다. 그러나 과학자들은 액체 상태의 외핵이 지구 자체보다 아주 조금 더 빨리 회전하기 때문에 내부에서 대류 현상이 일어난다고 믿고 있다. 이 같은 현상은 지구 자력장이 소규모로 흔들리고 있는 사실에서 짐작할 수 있다.
지구 내 핵의 구성물질은 외핵과 비슷하며 온도는 태양 표면과 거의 5,400℃정도이다. 그러나 이곳은 초고압조건이기 때문에 밀도가 높아져 모두 고체 상태로 존재한다. 과학자들은 내핵에 금, 은, 백금, 팔라듐, 텅스텐과 같은 중금속이 많이 함유될 것으로 예측한다.
▲지구 내부가 항상 뜨거운 이유=지구의 외핵과 내핵에는 무거운 원소가 다수 모여 있다. 이들 중 K-40, U-238, U-235, Th-232와 같은 반감기가 긴 방사성 물질은 지구 탄생 이래 지금까지 핵분열을 계속하고 있다. 지구 내부의 고열은 바로 이들 핵분열로 인해 발생한다고 믿고 있다.
과학자들은 직접 접근할 수는 없지만 화산활동, 용암, 화산연, 지진, 지구자기장 등의 변화를 분석하면서 물질의 변화(변형)와 유동에 관한 과학(유동학) 지식부터 가장 깊은 부분까지 상황을 살핀다.
지구 내부가 이처럼 뜨거운 상황이 아니라면 우리의 생존이 가능하겠는가. 어림없는 소리다. 지열이 없다면 이 땅은 인간이 살 수 없는 추운 행성으로 변하고 말 것이다. 그뿐이 아니다. 내부가 뜨겁고 화산이 폭발해 지각변동이 크게 일어나지 않았다면 인류가 쓸 석탄이나 석유(화석연료)가 생기지 않았다. 화석연료 없이 인류는 어떻게 여유로운 삶을 살고 있을까. 어느 날이 되면 인류는 지하 깊숙이까지 파고 들어가 그곳의 무한한 열을 이용하여 전력을 생산하거나 난방에 이용하는 방법을 찾아낼지도 모른다 인류가 생존하려면 실로 훌륭한 장소가 지구다. -YS.
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