지구 내부 구조를 연구하는 학문도 역시 개인적으로 어려워라 하는 분야입니다. (도데체 뭐가 쉬운 건지 -_-;;;)
때문에 간단하게 다루려 합니다. 하아-
이전 포스팅을 안보신 분들을 위해 정리하자면 지구는
"빅뱅이후 물질들이 납짝한 디스크 처럼 빙빙돌다가 뭉쳐서 형성된 지구형 행성으로 금속성 핵을 가지고 외부는 암석으로 이루어졌다"
라고 했었습니다.
그렇다면 지구가 이렇다는 사실을 도데체 어떻게 알아냈으며, 왜 이런식으로 지구는 내외부 구조가 다른 것일까요?
다음의 세가지 질문으로 다시 해 봅니다.
1. 지구 내부의 성분은?
2. 지구 내부의 상태는?
3. 지구가 나뉘어져 있다면 각각의 특성 (밀도, 강도 등등)은?
결론부터 말하자면 지구는 마치 계란처럼 여러개의 층으로 이루어졌습니다.
그러니까 계란이 껍질, 흰자, 노른자로 나뉜 것 처럼 말이죠.
단, 노른자에 해당되는 부분이 고체인 점이 계란과는 다릅니다.
1. 성분
지구가 어떤 성분들로 구성되어 있는지를 아는 가장 좋은 방법은 시료를 채취해서 검사는 것이겠지요.
그렇지만 시료 채취가 가능한 곳은 대부분 지각과 극소수 상부맨틀뿐입니다.
지각은 지구 전체로 볼 때 아주 작은 부분이기 때문에 시료분석으로 지구의 구성성분을 정의하는 것은 효과적인 방법이 아닙니다.
때문에 지구 성분에 대한 유용한 정보는 태양계를 살펴보아야 합니다.
현재 우리가 알고 있는 지구 전체 구성성분의 정보는 태양계 형성 초기에 형성되었으나 행성으로 뭉쳐지지 못한 원시 운석을 분석학여 얻은 것입니다.
그렇죠. 과학자들이 기를 쓰고 운석을 찾아다닐 때에는 다 이유가 있었던 것입니다.
2. 지구를 구성하는 물질의 상태
지구 내분에 대한 직접적인 측정이 불가능하기 때문에 지구 내부를 분석하기 위해서는 간접적인 측정 방법을 사용하는데
이 중 가장 많이 사용하는 것이 바로 탄성파(seismic wave)입니다.
탄성파는 보통 6-8km/s의 속도로 이동하는데, P파와 S파로 나뉩니다. (네네, 물론 이 이외에도 다른 파가 있지만 간단히 갑시다)
P파가 더 빠르고, S파의 경우는 액체를 통과하지 못하는 특성이 있습니다.
이런 특성들을 통해 지구의 내부는 일부 액체인 구간이 있고, 가장 중심은 다시 고체로 되어 있다는 것을 알아낼 수 있었습니다.
그러니까 속이 보이지 않는 통을 두드려보면 물이 차있는지 비어있느지를 소리와 탄성으로 구분할 수 있는 것과 같은 원리를 사용하는 것이죠.
그리고 탄성파의 속도는 물질의 밀도에 비례하는 관계를 이용해서 geologist 들이 특히나 지구물리학자(geophysicist)들이 지구 내부 모델을 다음과 같이 같이 만들었습니다.
네네, 뭐 저는 지구물리하는 친구들은 존경하고 있져 (산수에 약한 본인 -_-a)
정리해보자면
성분으로 구분할 경우 지구는 다음과 같이 바깥쪽에서부터 안쪽으로 구분됩니다.
지각 (crust)
암석성분, 가벼움, 철과 망간은 적고 실리콘이 풍부하고 상대적으로 얇아 해양은 ~7km, 육상은 ~30km의 두께를 보인다. 고체로 이루어짐
영어어세 빵껍질과 지각을 같은 크러스트(crust)라는 단어를 사용하는데에는 다 이유가 있습니다. 지각은 얇고 바삭하거든요.
맨틀
암석성분, 더 무거움, 철과 망간이 많고 상대적으로 실리콘은 적음. ~3000km 심도까지 연장됨.
기본적으로 고체이지만 온도, 밀도, 압력이 지역마다 차이가 있어서 지질학적 시간으로 보았을 때에는 액체처럼 (좀 더 정확히는 꿀처럼) 움직임.
- 상부 맨틀 : 심도 660km 상부로 탄성파 속도가 많은 변화를 보이고, 광물들의 상변화가 일어나는 곳
- 하부 맨틀 : 660km 하부로 탄성파 속도측면에서 봤을 때 상대적으로 균일
그럼 또다시 드는 질문 하나는...
이렇게 뜨겁게 지구가 형성되는 동안 물이 있었다면 다 날라갔을텐데 어떻게 지구에 물이 나름 많이 존재할 수 있었을까요?
일반적으로 다음 세 가지 이유로 설명합니다.
1. 초기에 존재했었던 물이 지구 형성동안 날아가기는 했지만 일부 남아있음
2. 물과 같은 가벼운 물질을 많이 함유하고 있는 혜성이 충돌 혹은 접근 하면서 물을 전달해줬음
3. 목성, 토성과 같이 가벼운 물질을 함유하고 있는 행성의 일부 부분들이 지구로 날아왔음