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최근 일본에서 곧 대지진이 일어날 것이라는 예언이 퍼지며, 사람들이 여행을 취소하고 항공권 가격이 폭락하는 등 사회 전반에 혼란이 빚어졌습니다. 그런데 같은 예언이 한국에서 나왔다면 어땠을까요? 아마 대부분의 사람들은 ‘설마, 한국에서 대지진이?’라며 심각하게 받아들이지 않았을 겁니다. 한국은 비교적 지진과 화산 활동이 적은 지역이라는 인식이 있기 때문입니다. 정말로 그럴까요?

세계 지도를 가만히 들여다보면 대륙의 가장자리들이 마치 퍼즐 조각들처럼 맞아떨어지는 모양이라는 것을 알 수 있습니다. 독일의 기상학자 알프레트 베게너도 이런 점에 주목했어요. 베게너는 지금은 서로 멀리 떨어져 있는 대륙들이 과거에는 하나의 초대륙이었고, 시간이 지나면서 갈라져 이동했다고 주장했습니다. 이것이 바로 대륙 이동설입니다.

▲ Shutterstock

 

물론 당시에는 이러한 주장이 쉽게 받아들여지지 않았습니다. 내가 서 있는, 이 거대한 땅덩어리가 움직이고 있다는 생각이 너무 파격적이었기 때문입니다. 이후 해저 탐사 기술과 지진파 분석 기술 등이 발달하고서야 점차 받아들여졌습니다.

김태영 쌤의 통합과학, 이것만은 꼭! 판의 경계에서 나타나는 지권의 변화를 판의 운동과 관련지어 설명할 수 있는지 평가하는 문제가 자주 출제되므로, 판의 경계의 종류와 각각의 경계에서 일어나는 지각 변동에 대해 꼭 알아둬야 합니다.

경계		발달 지형	화산 활동	지진
발산형 경계	해양판-해양판 대륙판-대륙판	해령, 열곡 열곡대	활발 활발	천발 천발
수렴형 경계	해양판-해양판 해양판-대륙판 대륙판-대륙판	해구, 호상열도 해구, 습곡 산맥 대륙 화산호 습곡 산맥	활발 활발 거의 없음	천발, 중발, 심발 천발, 중발, 심발 천발, 중발
보존형 경계		변환 단층	거의 없음	천발

지구 표면으로부터 약 100km 두께의 암석권은 지각 전체와 맨틀 상부의 일부를 포함하는 영역으로 매우 단단합니다. 암석권은 여러 조각으로 나뉘어 있으며, 각각의 조각을 판이라고 합니다. 암석권 아래, 깊이 약 100~400km 사이에 해당하는 연약권은 맨틀 상부의 일부로, 전체적으로 고체이지만 맨틀 하부보다 압력이 낮아 암석을 이루는 광물 일부가 부분적으로 용융될 수 있습니다. 이로 인해 연약권은 유동성을 가지며, 유동성은 맨틀에서 대류가 일어날 수 있게 합니다. 그리고 이 맨틀 대류는 연약권 위에 떠 있는 판을 움직이는 원동력이 됩니다.

판이 움직이면 어떤 일이 일어날까요? 각각의 판은 서로 다른 방향과 속도로 이동하므로, 판과 판은 서로 멀어지거나 가까워지고, 또는 어긋나기도 합니다. 이 중 맨틀 대류가 상승하는 부분에서는 두 판이 서로 멀어지면서 판과 판 사이에 새로운 판이 형성되는데, 이러한 판의 경계를 발산형 경계라고 합니다. 해양판과 해양판이 멀어지면, 마그마가 상승해 바닷속에 솟아오른 해저 산맥인 해령이 형성되고, 맨틀의 상승부 위에 두껍고 단단한 대륙판이 있을 경우에는 대륙판에 균열이 생겨 갈라지고 찢어지며 중앙부가 침강해 열곡대가 형성됩니다. 이와 같은 발산형 경계에서는 마그마의 상승으로 화산 활동이 활발하고, 판 경계 주변에서는 주로 천발 지진이 발생합니다.

한편 맨틀 대류가 하강하는 부분에서는 수렴형 경계가 형성됩니다. 해양판과 해양판이 만나면, 밀도가 더 큰 해양판이 밀도가 더 작은 해양판 아래로 섭입하여 해양의 깊은 골짜기인 해구가 형성됩니다. 새로 생긴 해양판은 온도가 높고 얇지만, 시간이 지날수록 차가운 바닷물에 냉각되면서 두꺼워지고 밀도도 높아집니다. 이러한 이유로 보통 더 오래된 해양판이 더 젊은 해양판 아래로 섭입하게 됩니다. 섭입된 해양판은 고온·고압의 환경에서 일부가 녹아 마그마를 생성하고, 이 마그마가 지표로 분출하여 ‘호(弧)’ 모양으로 배열된 화산섬들, 즉 ‘호상열도’를 형성합니다. 해양판과 대륙판이 가까워지는 경우에도 밀도가 더 큰 해양판이 밀도가 더 작은 대륙판 아래로 섭입하면서 해구가 형성되고, 섭입으로 형성된 마그마가 지표로 분출되면서 화산섬들이 만들어집니다. 이 경우 화산섬들은 대륙 지각을 뚫고 형성되므로 해양 지각에서 형성된 호상열도와 구별해 ‘대륙 화산호’라고 부릅니다.

대륙판과 대륙판이 충돌하는 경우는 두 판의 밀도가 비슷해 하나의 판이 다른 하나의 판 아래로 완전히 삽입하기 어렵습니다. 따라서 이 경우 대륙 지각의 지층이 압력을 받아 접히면서 습곡 산맥이 형성되며 해구와 같은 깊은 골짜기는 형성되지 않습니다. 또한 섭입이 일어나지 않으므로 마그마가 거의 생성되지 않아 화산 활동도 드물고, 지진 역시 비교적 얕은 층에서 발생합니다.

두 판이 서로 멀어지지도 가까워지지도 않고 수평하게 반대쪽으로 이동하는 경우도 있습니다. 가령 해양판의 발산형 경계에서는 두 해양판이 서로 반대 방향으로 멀어지는데, 두 해양판이 서로 멀어지는 속도가 다른 경우 해령이 끊기고 그 사이에 해령과 수직 방향인 변환 단층이 형성됩니다. 이러한 경계를 보존형 경계라고 부르며, 보존형 경계에서는 판이 생성되거나 소멸하지 않고, 마그마도 생성되지 않기 때문에 화산 활동이 일어나지 않습니다. 또한 지진 역시 지표와 가까운 얕은 깊이에서만 발생합니다.

▲ Shutterstock

 

지각 변동은 지구에 살고 있는 생물권에도 다양한 영향을 미칩니다. 지진의 경우 특히 짧은 시간 동안 넓은 지역에 걸쳐 일어나므로 인명 피해나 재산 피해가 클 수 있으며, 산사태나 화재 등으로 이차적인 피해가 일어날 수도 있습니다. 화산 활동도 마찬가지입니다. 화산 활동이 일어나며 방출된 화산 가스는 생물의 호흡이나 다양한 물질대사에 영향을 줄 수 있고, 화산재 역시 햇빛을 차단해 지구의 평균 기온을 낮추거나 식물의 광합성에 직접적인 영향을 줄 수 있습니다.

물론 지각 변동이 늘 부정적인 영향을 주는 것만은 아닙니다. 해저 화산 활동은 해수에 염류를 제공하고, 해양 생태계에 광물질을 공급합니다. 또한 화산 지대의 열을 난방과 발전에 이용하거나 화산 지대의 독특한 지형을 관광 자원으로 활용할 수도 있습니다. 그러기 위해서는 지각 변동에 대한 다양한 정보를 수집하고 기록하는 활동이 매우 중요합니다. 지각 변화를 과학적으로 분석하고 통합적으로 이해하는 것은 우리가 살아가는 환경을 지키고 지구와 조화롭게 공존하기 위한 첫걸음이자 필수적인 과제임이 분명합니다.

Q.그림은 태평양 주변의 판의 분포와 판 경계에 위치한 지점 A~D에서 두 판의 상대적 이동 방향을 나타낸 것이다. 옳은 설명에는 ‘O’를, 옳지 않은 설명에는 ‘X’를 표시하시오.

▲ GIB, 이형룡

 

① 해양 지각의 평균 연령은 A가 C보다 많다. ( ○, × )
② A와 D 지역에서 해구가 발달한다. ( ○, × )
③ B 지역에서 새로운 해양 지각이 생성된다. ( ○, × )
④ C 지역에서 화산 활동이 활발하게 일어난다. ( ○, × )
⑤ D 지역의 하부에서는 맨틀 대류가 상승한다. ( ○, × )

A.○, ○, ×, ○, ×

해설 (1) C 지역에서 새로운 해양 지각이 형성되고, A 지역에서 해양 지각이 소멸한다. 따라서 해양 지각의 평균 연령은 A가 C보다 많다.
(2) A와 D는 수렴형 경계로 밀도가 더 큰 판이 밀도가 더 작은 판 아래로 섭입되면서 해구가 발달한다. 
(3) B 지역은 보존형 경계로 지각이 생성되지도 소멸되지도 않는다.
(4) C 지역 하부에서는 맨틀 대류가 상승하며, 화산 활동이 활발하게 일어난다.
(5) D 지역 하부에서는 맨틀 대류가 하강하면서 수렴형 경계가 형성된다.

“태양계 행성 중에서 판구조운동이 일어나고 있는 행성은 지구가 유일하다. 만약 판구조운동이 없었다면 지구는 어떤 모습이었을까?”

판의 움직임이 지각의 변동뿐 아니라 생명의 탄생과 진화에도 중요한 역할을 했을 가능성이 있다는 것을 알 수 있다.

“백두산이 사화산이 아닐 가능성이 처음 제기된 건 30년이 채 되지 않았다.”

화산재와 화산가스가 심각한 피해를 일으킬 수 있다는 점을 알 수 있으며, 이러한 피해를 줄이기 위해 국제적인 협력과 지속적인 연구가 반드시 필요하다는 것을 이해할 수 있다.

“1900년 이후 발생한 지진 규모 상위 10개 중 9개가 불의 고리에서 발생했다.”

이 글을 통해 지구의 표면이 여러 개의 판으로 나누어져 있으며, 판과 판의 경계에서 지진과 화산이 자주 발생한다는 사실을 알 수 있다.