판구조론이 탄생하기까지

판구조론이 탄생하기까지

■ 홈즈의 맨틀 대류설

베게너의 대륙 이동설이 당시 지질학계에 받아들여지지 않았던 이유 중의 하나는 대륙 이동의 원동력에 대한 설명이 부족했기 때문입니다. 이에 대해 대안이 될 수 있는 내용을 이야기한 학자가 영국의 지질학자인 아서 홈즈입니다. 1929년 홈즈는 베게너가 주장한 대륙 이동설의 약점인 대륙 이동의 원동력이 ‘맨틀의 대류’라는 학설을 발표하였습니다. 지각 아래에는 맨틀이라고 부르는 움직일 수 있는 물질이 있는데, 이 맨틀의 윗부분과 아랫부분의 온도 차이로 인해 대류가 일어나면서 맨틀의 위에 있는 지각이 이동하게 된다고 설명하였습니다. 이때 맨틀 대류의 속력은 1년에 몇 cm 정도로 매우 느린 것으로 보았습니다. 맨틀에서 대류가 일어나기 위해서는 맨틀 내부에서 온도 차이가 발생해야 하는데, 홈즈는 그 이유를 지구의 중심부의 온도가 매우 높기 때문이라고 설명했습니다.

▲맨틀의 대류(출처: 에듀넷)

홈즈는 대류가 만들어지는 깊이, 대류의 크기에 대해서 정확하게 설명하지 못했지만 홈즈의 맨틀 대류설은 현재 판구조론의 많은 내용을 포함하고 있습니다. 대륙 지각과 해양 지각이 함께 이동한다는 점, 맨틀의 대류가 아래로 내려가는 부분에서 지각이 아래쪽으로 당겨지면서 해구가 만들어진다는 점, 맨틀 대류의 상승이 일어나는 부분에서 해령이 만들어진다는 점이 바로 그것입니다. 그렇지만 홈즈의 주장은 당시 실험이나 관찰로 증명할 수 없었고, 따라서 구체적인 증거 자료를 제시할 수 없었기 때문에 받아들여지지 못했습니다. 판구조론의 정립에 기여한 그의 업적을 기리기 위해서 유럽지질과학협회에서는 뛰어난 지질학자에게 그의 이름을 딴 ‘아서 홈즈’ 메달을 수여하고 있습니다.

 

■ 헤스와 디츠의 해저 확장설

1920년대에 음파를 이용하여 해저 지형에 대한 조사가 활발하게 이루어지기 시작하면서 1947년에 대서양의 중앙에 있는 해저 산맥이 발견되었습니다. 또한 1953년에는 대서양 중앙에 있는 해저 산맥 중심부에 있는 열곡대가 발견되기도 했습니다. 이후 대양저 산맥이 지구 전체적으로 분포하고 있다는 것이 밝혀지면서 해저 확장설이 나오게 되었습니다. 1960년에는 해리 H, 헤스가, 1961년에는 로버트 S. 디츠가 각각 해저 확장설을 발표하였습니다.

해저 확장설이란 새로운 해양 지각이 대양저 산맥의 중심부에서 만들어지고, 이렇게 새로이 만들어진 해양 지각이 맨틀의 대류에 따라 천천히 이동하여 대륙 지각과 만나는 해구에 도달하고, 여기서 해양 지각이 대륙 지각 아래로 미끄러지듯 내려가면서 다시 맨틀 쪽으로 가라앉아 소멸된다는 학설입니다. 대양저 산맥을 다른 말로 ‘해령’이라고 하는데 이 해령에서 마그마가 상승하여 분출합니다. 마그마가 분출되는 부분을 ‘열곡’이라고 합니다. 열곡에서 상승한 마그마는 식어서 새로운 해양 지각을 만들게 됩니다.

해저 확장설의 증거는 여러 가지가 있습니다. 지각이 생성되는 해령에서 지각이 소멸되는 해구 쪽으로 갈수록 점차 지각의 나이가 많아지고, 지각 위에 쌓인 퇴적물의 두께가 두꺼워지는 것을 볼 수 있으며, 수심이 깊어진다는 점들이 대표적인 증거라고 할 수 있습니다. 헤스와 디츠의 해저 확장설은 대륙 이동설과 맨틀 대류설을 뒷받침하는 증거가 되었고, 이후 윌슨이 판구조론을 연구하는 데에도 큰 기여를 하였습니다.

 

■ 윌슨의 변환 단층

캐나다의 지질학자 윌슨은 대륙 이동설과 해저 확장설을 통합하고 확장시켜 판구조론을 확립하기 위해 노력한 사람입니다, 1965년 윌슨은 해양판이 대륙판 밑으로 미끄러져 들어가는 해구나 마그마가 분출되면서 해양판이 생성되는 해령과 달리, 지각이 서로 반대 방향으로 미끄러지는 부분이 있음을 발견하고 이를 ‘변환 단층’이라고 이름을 붙였습니다. 이것이 윌슨의 중요한 업적 중 하나입니다. 변환 단층은 해구나 해령처럼 지각이 새로 만들어지거나 소멸되지 않고, 지각이 그대로 유지되면서 일어나는 판의 움직임입니다. 주로 대양저 산맥 주변에서 많이 일어나지만, 해구나 육지에서도 일어납니다. 변환 단층 주변에서는 주로 지표면 가까이에서 일어나는 천발 지진이 일어납니다.

▲변환 단층(출처: 에듀넷)

■ 판구조론의 탄생

여러 학자들이 대륙에 대한 가설들을 내놓은 이후 대륙 이동설, 맨틀 대류설, 해저 확장설에 대한 관심이 높아지면서 1967년 미국 지구물리연맹 학술회의에서는 해저 확장설에 대한 논문이 70여 편이나 발표되기도 하였습니다. 1968년 3월, 미국의 지질학자인 모건은 지진이 많이 일어나는 지역이 판의 경계부에 존재하며 판의 두께가 약 100km라고 설명하는 논문을 발표하였습니다. 또한 6개의 대규모 판과 12개의 소규모 판을 구분하고, 판의 운동 방향과 상대 속도를 계산하기도 하였습니다. 1968년 9월, 미국의 지구물리학자인 아이악스, 올리버, 사이크스는 판이 운동하고 있다는 것을 증명하는 지진학적 증거를 발표하였습니다. 그들은 역동적인 지질학적 과정을 표현하기 위해 건축자를 뜻하는 그리스 어의 ‘tecton’에서 기원한 ‘tectonis'라는 용어를 도입하여 ‘신지구 구조론(New Global Tectonics)’라는 용어를 처음으로 사용하였습니다. 이 용어는 그 후 ‘판구조론(plate tectonics)’이라는 용어로 불리고 있습니다.

[자료출처: 에듀넷]