지구와 지질학/지질학 Geology

지구의 형성

mmgoon 2017. 1. 4. 17:50


지질학을 시작하는 방법으로 나름 좋은 방법은 다음 질문에 대답하는 것일 겁니다.


"지구는 어떻게 만들어졌나요?"



지구의 형성과정은 여러가지 설이 있지만 우리가 잘 아는 빅뱅(Big Bang, 가수 말고요 미드 빅뱅이론에 빅뱅입니다)이론으로 설명을 해보겠습니다. 

참고로 대학교 때부터 저는 이 부분이 약합니다. 

그러니 복잡하게 들어가지는 말고여.



자, 아래 부분은....

굳이 몰라도 앞으로 이야기 할 지질학을 이해하는데에 큰 지장은 없습니다.

갠적으로도 강의가 아니었으면 이 부분은 건드리지도 않았답니다.

그러니까 약간이라도 지루한 얘기가 싫으신 분들은.... 네네, 이 부분을 포기하셔도 좋습니다.

그렇죠. 이 포스팅은 재미로 혹은 취미로 지질학을 얘기하는 것이니까여.




자 일단 이렇게 시작해봅시다


사람이 거주할 만한 행성을 만들기 위해서는 무엇이 필요할까요?


1. 우선 안정적인 에너지원 즉 태양이 필요합니다.
그러기 위해서 태양은 너무 뜨겁거나 차갑지 않아야 합니다. 4000-7000K 정도가 적당하겠죠.
또 수십억년 정도는 안정적으로 존재해야 합니다.
단기간에 밝기의 변화가 없어야 합닏.

2. 물이 존재하는 생활가는 공간이 있어야 합니다.

3. 행성에 금속물질이 충분해서 충분한 질량을 가져야 합니다. 
그래야 대기를 유지할 수 있게됩니다. 
대기는 숨쉬는데에도 중요하지만 적정한 온도를 유지하는데에도 중요한 역할을 합니다.

4. 행성의 무게가 충분하게 커서 행성이 지질학적 활동이 가능한 충분한 열원을 가지고 있어야 합니다. 

작은 행성들은 춥고 지질학적으로 죽어 있는 상태입니다. 
그럼 지질학적 활동이 도데체 왜 중요할까요?

-  외핵의 대류가 있어야 행성은 자성을 띄게 됩니다. 
   이렇게 형성된 자기장은 우주로부터 오는 우주선으로부터 지구를 지키는 역할을 합니다.
-  지판의 움직임을 가져와서 생물학적인 다양성, 진화, 생물의 다양한 분포를 가져옵니다.
-  지구조 운동으로 인해 침식으로부터 화산폭발까지 다양한 지질학적 작용들이 생겨나고, 이로 인해 대기 성분이 조정되고 결국 기후를 구성하게 됩니다.

5. 이러한 지구조운동을 지속시킬 수 있는 방사성 원소 ()도 필요합니다.



뭐랄까 나름 이런저런 조건들이 있어야 생명체가 살 수 있는 별이 되는 것이죠.

그렇다면 이 여러가지 조건들을 어떻게 만족시켜서 사람이 살만한 지구가 만들어졌을까요?

반대로 말하자면 지금도 50억이 넘는 사람들이 살고 있으니 어찌어찌해서 이런 조건들이 만족된 지구가 만들어졌다는 얘기죠.





태양계가 형성되고 결국 지구가 만들어지는 과정을 한 번 살펴봅시다.

앞서 말했듯이 빅뱅이론으로 설명해봅니다.



1. 빅뱅(big bang)이 일어나자 원자들의 융합을 시작합니다. 

이를 통해서 베릴륨 (7Be)까지의 원자들이 우선 생겨납니다.
더 무거운 예를 들어 탄소(C)같은 원자들은 나중에 헬륨(4He)의 삼중충돌에 의해 생기게되는데 상대적으로 무거운 원자들은 시간적으로 상당히 나중에 형성됩니다.



2. 더 무거운 원소들 그러니까 행성의 형성에 중요한 원소들은 다음의 과정들을 통해 형성됩니다.


(1) 별 (그러니까 우리의 태양과 같은 급) 내부에서 수소(H)와 헬륨(He)의 융합으로 철(56Fe)까지의 원소가 만들어 집니다.

(2) 초신성 내부

(3) 적색 거성 내부


3. 이렇게 해서 모든 원소들이 만들어졌습니다. 

그런데 이 원소들이 어떻게 해서 태양이랄지 행성이랄지 위성들이 되는 것일까요?
시작점은 1, 2번 과정들을 통해 형성된 원소들이 뿌옇게 듬성듬성 모여있는 것으로부터 시작됩니다.



4. 이 후에 섭동(perturbation) 즉, 어떤 외부의 힘에 의해서 물질들의 회전이 일어나기 시작하고 궁극적으로는 태양계가 형성이 됩니다.

이러한 섭동을 일으킨 원인은 인근 초신성에서 발생한 충격파라는 이론이 있습니다. 

이는 아마도 초신성에서 만들어져 유성속에 존재하는 1백만 이하만 존재하는 물질의 방사성분해를 통해 알 수 있다고 합니다.



5. 이후 중력이 이 성운을 회전시키기 시작하고 회전이 진행되면서 납짝한 원반형태로 변합니다.


중력에 따라 회전이 시작됩니다



회전이 되면서 납짝하게 되고 가운데 고태양(proto-Sun)이 형성되죠




6. 여기서 드는 질문이 이 원판이 어떻게 별이되고 행성이 되고 등등이 된다는 것인가 하는 겁니다.

   특히나 어느 부분이 지구가 되는 건지 궁금해지게 되죠.
   이론에 의하면, 회전이 진행되면서 물질들이 차별적으로 모이게 되는데
   대부분의 질량들은 원반의 가운데 모여서 태양이 됩니다. 


(1) 원반의 바깥쪽은 점차적으로 식게되고 물질들이 뭉쳐 가스에서 액체나 고체화하여 더 단단해지기 시작합니다. 

(2) 안쪽부분은 너무 물질들이 뭉치게되고 뜨거워저서 원자융합이 시작되고 방사선이 방출됩니다.




7. 이렇게 회전을 계속한 원반은 물질의 충돌과 중력 등등을 통해서 슬슬 행성들을 만들어 갑니다.

   이 때 뭉치는 중심이 된 상대적으로 큰 물질은 planetestimal이라고 합니다.






8. 회전하는 원반의 안쪽과 바깥쪽 성분이 달라서 행성의 구조도 달라지게 됩니다.


(1) 지구형 행성 (수성, 금성, 지구, 화성 및 일부 소행성)은 금속성 내핵을 가지고 외부는 암석성이 됩니다

(2) 외부의 가스 자이언트 (목성, 토성, 천왕성, 해왕성-이 녀석은....) 내핵이 암석 및 금속성이고 외부는 매우 큰 가스상을 가집니다.









네, 드디어 태양계가 만들어졌습니다 (먼 산)


이 이론에 의하면 태양계의 형성은 상당히 빨리 (그러니까 지질학적인 관점에서 보았을 때죠) 그러니까 1천만년 전에 일어난 일입니다.

그리고 태양과 지구의 나이는 같은 것이 됩니다. 그러니까 46억년정도죠.


뭐랄까 이런 이론들은 태양이나 우주물질 그리고 별똥별들을 연구한 결과입니다.


아, 쉽게 정리하려고 했는데 어렵네요.

혹시나 용기를 가지고 여기까지 읽어보신 분들에게 찬사를 보냅니다.