맨틀 대류와 플룸 구조론

Plume tectonics

1. 맨틀 대류와 플룸 구조론

[평가원 출제 Code]

• 목표
  판을 움직이는 맨틀의 상부 운동과 플룸에 의한 구조 운동을 구분하여 설명할 수 있습니다.
• 출제 Point
  상부 맨틀의 대류에 의한 판 운동과 맨틀 핵의 경계에서 올라오는 플룸 운동을 구분하여 이해할 수 있으며, 플룸 상승류의 사례로 열점을 설명할 수 있습니다.

1-1 상부 멘틀의 운동

1) 맨틀 대류와 판의 운동

• 맨틀 대류
  연약권은 부분 용융 상태로 유동성을 띠고 있어 깊이에 따른 온도 차이
  로 인해 대류가 나타납니다. 따라서 판(암석권)의 운동은 맨틀의 대류에 의해 나타납니다.
  [ConFer]
  연약권
  암석권의 바로 아래 맨틀의 상부에서 맨틀 물질이 부분적으로 용융되어 유동성을 띠는 영역입니다.
• 맨틀 대류와 판의 운동
  맨틀 대류의 상승부는 판의 발산형 경계에 해당합니다.
  맨틀 대류의 하강부는 판의 수렴형 경계에 해당합니다.
• 판 이동의 원동력
  판 이동의 원동력으로는 크게 두 가지 힘이 있습니다. 하나는 해령에서 판을 밀어내는 힘이고, 나머지 하나는 섭입하는 판이 잡아당기는 힘입니다.

해령에서 판을 밀어내는 힘은 맨틀 대류가 상승하는 해령에서 생깁니다. 이때 지속적인 마그마의 분출로 높은 해저산맥이 형성되게 됩니다. 해령이 높아짐에 따라 발생하는 중력이 해령을 중심으로 하여 양쪽으로 판을 밀어내는 원동력으로 작용합니다.

섭입하는 판이 잡아당기는 힘은 섭입대에서 침강하는 판으로 인해 발생합니다. 섭입대에서 침강하는 판은 냉각되어 밀도가 커지고 두께가 두꺼워지므로 무거운 상태로 침강하면서 판을 섭입대 쪽으로 잡아 당깁니다. 섭입대를 포함하는 판은 태평양판, 필리핀판, 코코스판, 나스카판 등인데 이들 판 중 태평양판의 평균 이동 속도가 9cm/년~10cm/년으로 가장 빠르고, 다음이 필리핀판으로 6cm/년~7cm/년으로 빠릅니다. 섭입대를 거의 포함하지 않는 북아메리카판의 평균 이동 속도는 2cm/년 정도로 가장 느립니다.

1-2. 플룸 운동과 열점

1) 플룸 구조론

플룸구조론이란 플룸의 상승이나 하강으로 지구 내부의 변동이 일어난다는 이론으로 판 내부의 대규모 화산 활동을 설명하기 위해 등장하였습니다. 이때, 플룸이란 지구 내부에서 나타나는 기둥 모양의 흐름으로 뜨거운 플룸과 차가운 플룸으로 구분됩니다.

• 뜨거운 플룸
  맨틀과 외핵의 경계부에서 가열된 암석이 주변의 맨틀 물질보다 가벼워져 상승하여 발생하는 것으로 알려져 있습니다. 남태평양과 아프리카 대륙 아래에 거대한 뜨거운 플룸이 상승하고 있습니다.
• 차가운 플룸
  섭입하는 해양판은 상부 맨틀과 하부 맨틀의 경계부에 지속적으로 쌓이게 되는데 오랫동안 쌓인 많은 양의 해양판은 결국 하부 맨틀 속으로 침강하여 차가운 플룸을 형성합니다. 하강하는 차가운 플룸이 핵과 맨틀의 경계면까지 도달하면, 핵에서 차가운 플룸에 대해 열적 반응이 일어나고 경계면의 온도 구조가 교란되어 뜨거운 플룸이 생성되는 것으로 추정되고 있습니다. 유라시아 대륙의 아래에는 거대한 차가운 플룸이 하강하고 있습니다.플룸 구조는 온도에 따른 지진파의 속력으로 알 수 있습니다. 뜨거운 플룸은 주변의 맨틀보다 온도가 높아 지진파의 속도가 느립니다. 반면, 차가운 플룸은 주변의 맨틀보다 온도가 낮아 지진파의 속도가 빠릅니다.

2) 플룸구조의 조사 방법

플룸 구조는 온도에 따른 지진파의 속력으로 알 수 있습니다. 뜨거운 플룸은 주변의 맨틀보다 온도가 높아 지진파의 속도가 느립니다. 반면, 차가운 플룸은 주변의 맨틀보다 온도가 낮아 지진파의 속도가 빠릅니다
[ConFer]

• 지진파 토모그래피
  지구 내부에서 지진파의 전달 속도를 분석하여 지구 내부의 온도 분포를 알아 내는 기술을 말합니다.
• 지진파의 속도와 맨틀의 온도 분포
  해구에서 섭입된 판은 맨틀과 외핵의 경계까지 하강하기도 하는데, 하강하는 판은 주변 맨틀보다 상대적으로 온도가 낮으므로 주변보다 지진파의 속도가 빠릅니다.
• 맨 앞의 그림 자료와 함께 봐주시면 좋습니다.
  본 글 맨 앞의 그림은 플룸 구조론 모식도입니다. 외핵에서부터 올라오는 물질의 상승류는 규모가 매우 커서 거대 상승류(슈퍼 플룸)라고 부릅니다. 현재 거대 상승류가 올라오는 곳은 남태평양과 아프리카 대륙 아래에 있으며, 대서양 중앙 해령에도 뜨거운 플룸이 상승하고 있는 것으로 알려져 있습니다.