판 이동의 원동력
(1) 맨틀 대류와 판의 운동
① 물리적 성질에 따른 지구 내부의 층상 구조: 지구 내부는 물리적 성질에 따라 암석권, 연약권, 하부 맨틀, 외핵, 내핵으로 구분된다. 지각 하부에서부터 약 400 km 깊이까지의 맨틀을 상부 맨틀, 상부 맨틀 하부에서부터 약 2900 km 깊이까지의 맨틀을 하부 맨틀이라고 한다.
② 판의 구조
- 암석권과 판: 암석권은 지각과 상부 맨틀의 일부를 포함하는 두께 약 100 km의 암석으로 이루어진 층이다. 암석권은 여러 조각으로 나뉘어져 있는데, 각각의 암석권 조각을 판이라고 한다. 판은 특징에 따라 대륙판과 해양판으로 구분된다.
- 대륙판과 해양판: 대륙판은 지각의 대부분이 대륙 지각인 판이고, 해양판은 지각의 대부분 이 해양 지각인 판이다. 대륙판은 해양판에 비해 평균 두께가 두껍고 평균 밀도가 작다.
- 연약권: 상부 맨틀 중에서 암석권의 하부에서부터 약 400 km 깊이까지는 연약권이며, 연약권은 부분 용융 상태이다.
③ 맨틀 대류와 판의 이동: 맨틀은 고체 상태이지만 온도가 높으므로 유동성이 있고 매우 느리게 대류가 일어난다. 맨틀 대류가 상승하는 해령에서는 새로운 해양 지각이 만들어지고 양쪽으로 확장하며 오래된 해양 지각은 해구에서 섭입되어 소멸한다. 이와 같은 과정으로 판은맨틀 대류를 따라 움직인다. 판은 판 자체에서 만들어지는 물리적인 힘에 의해서도 이동하는데, 이것은 섭입하는 판이 잡아당기는 힘과 해령에서 판을 밀어내는 힘이다.
- 섭입하는 판이 잡아당기는 힘: 섭입대에서 침강하는 판은 판을 섭입대 쪽으로 잡아당긴다.
- 해령에서 판을 밀어내는 힘: 해령에서 솟아오른 해양판이 중력에 의해 해령의 사면을 따라미끄러지면서 판을 밀어낸다. 과학자들은 이 힘은 섭입하는 판이 잡아당기는 힘에 비해 판의 이동에 크게 영향을 미치지 못하는 것으로 보고 있다.
(2) 판 경계의 종류: 판의 상대적 이동 방향에 따라 판의 경계를 발산형 경계, 수렴형 경계, 보존형 경계로 분류할 수 있다.
① 발산형 경계: 새로운 해양 지각이 생성되면서 양쪽으로 확장되는 경계이다. 예) 대서양 중앙 해령, 동태평양 해령
② 수렴형 경계: 판과 판이 충돌하거나 섭입하는 경계이다. 판과 판이 가까워지면서 충돌하는 충돌형 수렴형 경계와 판이 섭입하면서 소멸되는 섭입형 수렴형 경계로 구분된다. 예) 충돌형수렴형 경계: 히말라야산맥, 섭입형 수렴형 경계: 마리아나 해구, 일본 해구
③ 보존형 경계: 판이 수평으로 미끄러지면서 어긋나는 경계로, 변환 단층 경계라고도 한다.
예) 산안드레아스 단층
④ 판의 경계와 지각 변동
(3) 플룸 구조론
① 판 구조론과 플룸 구조론
- 판 구조론: 판 구조론은 판과 상부 맨틀의 상호 관계가 중심이며, 판의 경계에서의 지각 변동을 설명하기 위해 대두되었다.
- 플룸 구조론: 플룸 구조론은 판과 맨틀 전체의 상호 관계가 중심이며, 열점에서의 화산 활동과 같이 판의 내부에서 일어나는 화산 활동을 설명하기 위해 대두되었다.
② 플룸의 종류: 지각과 맨틀에서의 지진파 속도 분포를 나타내는 지진파 단층 촬영 영상에서 지진파의 속도가 빠른 곳은 주위보다 온도가 낮고, 지진파의 속도가 느린 곳은 주위보다 온도가 높다. 주위보다 온도가 낮거나 높은 부분에서는 맨틀 물질이 기둥 모양으로 하강하거나 상승하는데, 이를 플룸이라고 한다.
- 차가운 플룸: 주위보다 온도가 낮고, 밀도가 큰 맨틀 물질이 하강한다.
- 뜨거운 플룸: 주위보다 온도가 높고, 밀도가 작은 맨틀 물질이 상승한다.
③ 플룸의 생성 원인
- 차가운 플룸: 차가운 플룸은 판의 섭입형 수렴형 경계에서 섭입한 판이 상부 맨틀과 하부 맨틀의 경계에 머물다가 일정량 이상이 되면 맨틀과 외핵의 경계 쪽으로 가라앉으면서 생성된다. 현재 아시아 대륙의 아래에서 거대한 차가운 플룸이 하강하고 있다.
- 뜨거운 플룸: 차가운 플룸이 맨틀과 외핵의 경계쪽으로 가라앉으면 그 영향으로 맨틀과 외핵의 경계에서 뜨거운 맨틀 물질이 상승하면서 생성된다. 현재 남태평양과 아프리카 대륙 아래에서 거대한 뜨거운 플룸이 상승하고 있다.
④ 플룸과 지각 변동
- 열점: 열점에서는 뜨거운 플룸이 상승하여 생성된 마그마가 지각을 뚫고 분출하여 화산 활동이 일어난다. 뜨거운 플룸은 맨틀과 외핵의 경계에서 상승하므로 맨틀이 대류하여 판이 이동해도 열점의 위치는 변하지 않는다. 고정된 열점에서 오랫동안 많은 양의 마그마가 분출하면 해산, 화산섬 등이 형성될 수 있다. 예) 하와이 열점
- 초대륙의 분리: 초대륙 아래에서 뜨거운 플룸이 상승하면 초대륙이 분리될 수 있다.
변동대에서의 마그마 활동
(1) 마그마의 생성 조건
① 마그마와 화성암: 지구 내부에서 지각 하부 물질이나 맨틀 물질이 녹아서 생성된 물질을 마그마라고 하며, 마그마가 굳어져서 만들어진 암석을 화성암이라고 한다.
② 마그마의 종류: 마그마는 화학 조성(SiO2 함량)에 따라 현무암질 마그마, 안산암질 마그마,유문암질 마그마로 구분된다. 마그마의 SiO2 함량(%)이 많을수록 대체로 마그마의 온도가 낮고 점성이 크다.
③ 마그마의 생성: 일반적으로 지구 내부의 온도는 암석의 용융 온도에 도달하지 못하므로 대부분의 지구 내부에서는 마그마가 생성될 수 없다. 하지만 지구 내부에서 환경 변화가 일어나지구 내부의 온도가 암석의 용융 온도에 도달하면 암석이 녹아서 마그마가 생성될 수 있다.
- 압력 일정, 온도 상승: 그림의 A → A’과 같이 지구 내부의 온도가 높아지면 대륙 지각의 물질이 용융되어 마그마가 생성될 수 있다.
- 압력 하강, 온도 일정: 그림의 B → B’과 같이 맨틀 물질이 상승하여 압력이 감소하면 맨틀 물질이 용융되어 마그마가 생성될 수 있다.
- 용융 온도 하강: 그림의 C → C’과 같이 물이 맨틀에 공급되면 맨틀의 용융 온도가 낮아져 마그마가 생성될 수 있다.
(2) 마그마의 생성 과정
① 해령 하부에서의 마그마 생성: 해령 하부에서는 맨틀 물질이 상승하여 압력이 감소하면 맨틀 물질이 부분 용융되어 주로 현무암질 마그마가 생성되고, 해령에서는 주로 현무암질 마그마가 분출된다.
② 베니오프대에서의 마그마 생성: 해양판이 섭입하여 온도와 압력이 상승하면 해양 지각과 퇴적물의 함수 광물에 포함된 물이 빠져나오고, 이 물의 영향으로 연약권을 구성하는 광물의 용융 온도가 낮아져 주로 현무암질 마그마가 생성된다. 이 현무암질 마그마가 상승하여 대륙지각 하부에 도달하면 대륙 지각을 이루고 있는 암석이 가열되어 유문암질 마그마가 생성될 수 있다. 또한 상승한 현무암질 마그마와 유문암질 마그마가 혼합되면 안산암질 마그마가 생성될 수 있다. 베니오프대가 발달하는 수렴형 경계에서는 주로 안산암질 마그마가 분출된다.
③ 열점에서의 마그마 생성: 맨틀 물질이 상승하여 압력이 감소하면 맨틀 물질이 부분 용융되어 주로 현무암질 마그마가 생성된다.
(3) 마그마가 만든 암석
① 화성암: 마그마가 굳어져서 만들어진 암석을 화성암이라고 한다.
② 화학 조성에 따른 화성암의 종류: SiO2 함량에 따라 염기성암, 중성암, 산성암으로 구분된다.
예) 염기성암: 현무암과 반려암, 중성암: 안산암과 섬록암, 산성암: 유문암과 화강암
③ 산출 상태와 조직에 따른 화성암의 종류: 마그마가 어느 깊이에서 어떤 형태로 굳어지는가에 따라서 화성암의 조직과 종류가 달라진다.
- 심성암과 화산암: 마그마가 지하 깊은 곳에서 서서히 냉각되면 심성암(예) 반려암, 섬록암, 화강암)이 되고, 지표 부근에서 빠르게 냉각되면 화산암(예) 현무암, 안산암, 유문암)이 된다.
- 화성암의 조직: 심성암의 경우 마그마가 서서히 냉각되어 결정의 크기가 충분히 커서 육안으로 식별할 수 있을 정도인 조립질 조직이 발달한다. 화산암의 경우 마그마가 빠르게 냉각되어 결정의 크기가 작아서 육안으로 식별하기 불가능할 정도인 세립질 조직 또는 결정을 형성하지 못한 유리질 조직이 발달한다.
④ 화성암의 분류: 화성암은 화학 조성과 광물의 조성에 따라 염기성암, 중성암, 산성암으로 분류하고, 암석의 조직에 따라 화산암과 심성암으로 분류한다.
(4) 한반도의 화성암 지형
① 화산암 지형: 제주도, 울릉도, 독도 등에는 현무암이 많이 분포한다. 화산암이 생성될 때 마그마가 지표 부근에서 급속히 냉각되면서 부피가 급격히 수축되어 기둥 모양으로 갈라진 주상 절리가 발달하기도 한다.
② 심성암 지형: 북한산 인수봉, 설악산 울산바위는 지하 깊은 곳에서 마그마가 관입하여 생성된 화강암이 지표면에 노출되어 형성된 것이다. 화강암이 지표에 노출될 때 압력 감소로 인해 팽창하면서 판상으로 갈라진 판상 절리가 발달하기도 한다.
참고자료: EBS 수능 특강 지구과학1
