츄 사이언스 - 대륙지각과 해양지각

지각

지각은 크게 대륙지각과 해양지각으로 나눌 수 있습니다. 이러한 대륙지각과 해양지각은 지각의 구조, 구성물질, 생성연대 등 많은 차이를 보입니다. 아래의 그림은 동태평양 해저 산맥으로부터 아프리카를 횡단하는 지각의 단면도를 나타내고 있습니다. 일반적으로 해양지각에 비해 대륙지각이 더 두껍게 나타나는 것이 특징입니다.

대륙지각과 해양지각

대륙지각과 해양지각

1. 대륙 지각

대륙지각은 약 46억 년의 지구 역사의 대부분을 통해 형성된 암석들로 이루어졌으며 지표면에서 크게 3 부분으로 구분할 수 있습니다. 선캄브리아대의 화성암과 고변성의 변성암으로 이루어진 대륙 순상지, 선캄브리아대의 기반암을 덮고 있는 그 이후의 변성퇴적암으로 구성된 대륙과 제3기 습곡 산맥입니다. 대륙지각의 두께는 평균적으로 약 35km이나 지역에 따라 그 변화가 큽니다. 유럽의 알프스, 카파티안과 북미의 시에라 네바다 같은 대륙의 산맥 지역에서 가장 두껍게 나타나고, 오래된 순상지 지역에서도 비교적 두껍게 분포합니다. 반면 신기의 분지나 유럽의 북해, 라인 지구대, 북아메리카의 Basin and Range province와 같은 지구대에서는 얇게 나타납니다. 대륙 지각의 전체적인 성분은 해양지각에 비해 SiO2 성분이 더 많이 포함된 암석으로 구성되어 있습니다. 지각에 대한 대부분의 정보는 깊이에 따른 지진파 속도 변화가 지각과 일치하는 온도 압력 범위에서 측정되는 실험적인 결정 값과 어느 정도 일치하는가에 따라 구해질 수 있습니다. 상부 지각에서 관측한 P파의 속도는 약 5.9~6.3km/s의 범위인데, 이는 실내 실험 결과에 의하면 화강암보다 밀도가 약간 높은 화강섬록암이나 섬록암일 것으로 추정되고 있습니다. 하부 지각에서의 P파 속도는 6.5~7.6km/s의 범위이며, 이는 상부 지각보다 염기성 광물이 더욱 많이 존재하거나 상부 지각과 전혀 상이한 안정광물군으로 되어 있다고 생각됩니다. 하부 지각에 해당하는 온도와 압력 조건하에서의 실내 실험 결과 하부 지각은 불균질한 변성암이나 불균질하게 변성 작용을 받은 화성암의 복합체로 추정되며, 화학성분상의 암석명으로는 섬록암이나 안산암 또는 섬록암보다 규산 성분이 약간 더 많은 암석으로 추정됩니다. 콘라드 불연속면(Conrad discontinuity)이라는 매우 뚜렷한 불연속면은 전 세계적으로 하부 지각 사이에 존재하기도 하고, 존재하지 않기도 합니다. 그러므로 대륙지각은 표준적인 구조로 되어있지 않다고 볼 수 있습니다. 모호불연속면(Moho discontinuity)은 하부 지각과 상부 맨틀을 구분하는 경계로 어떤 지역에서는 지진파 속도의 경사지역으로서, 또는 매우 뚜렷한 경계지역으로 나타나지만 또 다른 지역에서는 얇은 층으로 나타나기도 합니다. 지각과 맨틀 사이의 이 불연속면의 두께는 2km 이내로 추정되고 있습니다.

2. 해양 지각

현재 지각구조를 결정하는데 있어 가장 많이 이용되는 방법은 지진 탐사법입니다. 천부 구조는 에어건(air gun) 등 반복 음원에 의한 반사법, 심부 구조는 자연, 인공 지진 등의 지진파를 이용한 굴절법, 광역적인 평균 구조의 추정에는 표면파의 분산 특성이 이용되고 있습니다. 해양 지각은 대륙 지각에 비해 훨씬 얇은 것이 특징입니다. 굴절 탄성파 연구에 의하면 평균 4.5km 깊이의 해수 및에 약 6~7km의 두께로 나타남을 알 수 있습니다. 해상에서 실시한 탄성파 굴절법 탐사, 심해저 시추결과 등에 의하면 대양저 산맥이 위치하는 정상부를 제외한 대부분의 해양지각은 3개의 층을 이루고 있음이 밝혀졌으며, 각 층의 평균적인 두께와 지진파 속도는 다른 것으로 나타났습니다.

제1층에서는 고화되지 않은 퇴적물로 덮여 있으며, 저탁류에 의해 심해저로 운반된 육상 퇴적물, 황갈색 점토, 연니와 망간단괴 등의 심해저 퇴적물로 구성되어 있습니다. 제1층의 두께는 평균 0.5km이며 해령에는 거의 없거나 얇지만 해령으로부터 멀어짐에 따라 두꺼워짐을 볼 수 있습니다. 제2층의 두께는 약 1.7km이고, 지진파 속도는 깊이에 따라 빠르게 증가하여 1km 깊이마다 1~2km/s의 속도 증가 구배를 나타냅니다. 관입 형태로 많이 나타나며, 주로 현무암질 베개용암과 감람석-쏘레아이트(olivine-tholeite)의 용암설(lava debris)로 구성되어 있으며 암맥도 나타납니다. 또한 이 층은 지표면 가까이까지 마그마가 관입하면서 분화되어 지역에 따라 상당히 다양한 광물 구성을 보여주고 있습니다. 제3층은 약 5km로 제2층보다 훨씬 두껍고 균질하며, 제2층과의 경계가 지진파의 굴절에 의해 매우 명확하게 나타나고 있습니다. 성분은 반려암질 암석이나 반려암이 변성을 받은 메타바사이트(metabasites)로 구성되어 있다고 보고 있으나, 1962년 부분적으로 사문암화된 감람암일 것이라는 가설도 Hess가 제안하기도 했습니다. 이 부분은 앞으로의 연구가 더 필요할 것으로 보입니다.