판의 운동과 변동대

판의 운동과 변동대

지구 표면에서 지진이나 화산 또는 거대한 습곡 산맥이 만들어지는 지질 현상이 집중적으로 일어나는 지역은 서로 거의 일치한다. 이러한 현상을 과학자들은 지구 겉 부분에 분포하고 있는 판의 운동과 관련지어 설명하고 있다. 판이란 무엇이고, 판의 운동과 지진, 화산, 그리고 습곡 산맥의 형성과 같은 지질 현상 사이에는 어떤 관계가 있을까?

인도 대륙과 유라시아 대륙의 경계에 있는 거대한 히말라야 산맥의 고지에는 퇴적암층이 큰 횡압력을 받아 형성된 습곡이 있고, 바다에서 살았던 조개 화석이 발견된다. 바다에서 살았던 조개의 화석이 어떻게 높은 산맥에서 발견될 수 있을까?

 

판의 분포

오랫동안 사람들은 지구 표면에 대륙과 해양의 모습은 변하지 않는 것으로 믿어 왔다. 그러나 일부 사람들은 남아메리카 대륙의 동쪽 해안선과 아프리카 대륙의 서쪽 해안선이 마치 퍼즐 조각처럼 일치하는 것을 보고 혹시 과거에 두 대륙이 붙어 있지 않았을까?라고 생각하기도 했다.

20세기 초반에 독일의 과학자인 베게너는 과거에는 대륙이 하나로 붙어 있었느넫, 오랜 시간에 걸쳐 서서히 갈라지고 이동하여 현재와 같은 대륙과 해양의 분포를 이루게 되었다는 '대륙 이동설'을 발표하였다. 이후 과학자들의 연구로 지구의 표면은 판이라고 부르는 크고 작은 10여 개의 조각들로 나뉘어 있고, 판들이 1년에 수cm 정도의 느린 속도로 서서히 움직이고 있음이 밝혀졌다.

지구의 내부는 지각, 맨틀, 외핵, 내학의 층상 구조를 이루고 있고, 지구 내부로 들어갈수록 온도와 압력이 증가하여 물질의 성질이 변화한다. 맨틀에 해당하는 지하 약 100km 부근에 물질의 연성이 커져 지진파의 속도가 느려지는 지역이 있는데, 이 부분부터 지하 약 700km까지를 연약권이라고 한다. 연약권 위에 있는 지각과 상부 맨틀의 일부를 합친 두께 약 100km 정도의 단단한 부분을 암석권이라고 하고, 이 부분이 '판'에 해당한다.

지구 표면에서 지진이 자주 발생하고 화산 활동이 활발하게 일어나는 지역인 변동대는 대부분 대륙과 해양의 경계 부근에 위치하고 있으며, 판의 분포와 관련 지으면 판의 경계 부분과 대체로 일치함을 알 수 있다.

화산과 지진 활동이 자주 발생하는 지역을 선으로 연결하여 그리면 지구의 표면이 크고 작은 여러 개의 조각으로 구분되고 판의 경계오 거의 일치한다. 그 이유는 무엇일까?

 

판 경계의 유형과 판 구조론

지구의 온도는 중심부로 갈수록 높아지고 판 아래의 맨틀은 아주 느린 속도로 대류하고 있으므로, 맨틀 위에 있는 판도 서서히 움직이게 된다. 이때 맨틀 대류의 상승이 있는 지역에서는 판이 갈라지면서 새로운 판이 형성되어 양옆으로 확장되고 발산형 경계가 형성되고, 맨틀 대류의 하강이 있는 곳에서는 판이 서로 가까워져 부딪치는 수렴형 경계가 형성된다. 또 판이 서로 다른 방향으로 이동하며 어긋나는 지역에서는 판의 생성이나 소멸이 없는 보전형 경계가 형성된다. 그러면 이러한 판의 경계가 어느 지역에 분포하고 있고, 어떤 지형이 발달해 있는지 찾아보자.

판 경계의 유형

발산형 경계는 맨틀 대류의 상승이 있는 곳으로 해양에서 해양판이 생성되면서 확장되는 경우와 대륙에서 대륙판이 생성되면서 확장되는 경우가 있다. 해양판이 갈라지면서 확장되는 지역은 해저 산맥인 해령이 발달하며 해령 정상부의 열고글 따라 고온의 맨틀 물질이 상승하여 생긴 혐무암질 마그마가 분출하여 새로운 해양 지각을 만들어지면서 느리게 양옆으로 확장된다. 따라서 해령을 중심으로 해양 지각의 나이가 대칭적으로 분포하고, 이러한 지역으로 대서양 중앙 해령이나 동태평양 해령이 있다. 대륙에서 대륙판이 갈라지면서 확장되는 지역으로는 동아프리카 열곡대가 있는데, 이러한 발산형 경계에서는 화산 활동과 천발 지진이 활발하게 일어난다.

동아프리카 열곡대

수렴형 경계는 맨틀 대류의 하강이 있는 곳에서 판과 판이 가까워져 서로 충돌하는 경계로, 대륙판과 대륙판, 대륙판과 해양판, 해양판과 해양판이 충돌하는 경우가 있다. 대륙판과 대륙판이 충돌하면 습곡 산맥이 형성된다. 히말라야 산맥은 인도 판이 이동하여 유라시아 판과 충돌하여 그 경계에 생긴 거대한 습곡 산맥이다. 이런 곳에서는 지진은 활발하지만 화산 활동은 일어나지 않는다.

대륙판과 해양판이 충돌하면 밀도가 큰 해양판이 대륙판 아래로 섭입하여 소멸되면서 V자 모양의 깊은 골짜기인 해구가 형성되고 호상 열도나 습곡 산맥이 만들어진다. 일본 열도나 안데스 산맥이 이에 해당하는데, 대륙판이 섭입되면서 생긴 마찰열로 마그마가 발생하여 섭입대를 따라 화산 활동이 일어나고, 해구에서 멀어질수록 진원의 깊이는 깊어진다.

해양판과 해양판이 충돌하면 밀도가 더 큰 해양판이 다른 해양판 밑으로 침강하여 소멸하면서 해구와 호상열도가 형성되고 화산 활동과지진이 활발하게 일어나는데, 태평양 판이 필리핀 판 밑으로 침강하는 마리아나 해구가 이에 해당한다.

보존형 경계는 판의 생성이나 소멸이 없이 두 판이 반대 방향으로 스쳐 나가는 판의 경계이다. 이러한 곳에서는 오랫동안 응축된 힘에 의해 두 판이 서로 어긋나면서 지층이 끊어지는 변화 단층이 형성되고 천발 지진이 발생한다. 1906년 샌프란시스코 대지진을 일으킨 산안드레아스 단층이 이에 해당한다.

판의경계와 지형

이와 같이 에너지가 높은 지구 내부 물질의 움직임과 형성된 판의 경계 부근에서 지진이나 화산 활동과 같은 급격한 변동이 대부분 일어나나다는 이론을 판 구조론이라고 한다. 즉, 판의 운동과 그에 따른 급격한 지각 변동은 지구 내부의 에너지와 물질이 지구의 겉 부분으로 표출되는 결과 나타나는 현상이다.