해양저 확장설

plate tectonics

1. 판 구조론의 정립 과정 2

평가원 출제 코드와 베게너의 대륙 이동설, 멘틀 대류설은 이전 포스팅에서 다루었습니다. 아래는 해당 포스팅으로 넘어가는 링크입니다.
(추후 업로드 예정)

1-3. 해양저 확장설

1) 해저 지형 탐사

• 해저 지형 탐사의 시작
  20세기 중반 탐사 기술의 발전으로 해저 지형 탐사가 활발하게 진행되었고 음향 측심 기술이 개발됨으로 인해 해저 지형의 높낮이를 정밀하게 측정할 수 있게 되었습니다.
• 음향 측심법
  해양 탐사선에서 발사한 초음파가 해저면에 부딪히고 반사되어 되돌아오는 데 걸리는 시간을 측정하여 수심을 알아내는 방법입니다. 초음파의 왕복 시간을 $ t $, 초음파의 속력을 $ v $, 수심을 $ d $라고 하면, 수심 $ d= \frac{1}{2} vt $입니다.
  [ConFer]
• 음향 측심법
  수심이 깊을수록 해수면에서 발사한 초음파의 왕복 시간이 길다는 점을 활용합니다. 참고로, 물속에서 초음파의 속력은 약 $ 1500m/s $입니다.

2) 해저 지형

• 대륙붕
  육지와 접해 있는 부분으로 수심이 얕고 경사가 완만한 해저 지형입니다.
• 대륙 사면
  대륙붕에서 심해저 쪽으로 비교적 경사가 급한 해저 지형입니다.
• 대륙대
  대륙 사면에서 심해저로 이어지는 부분에 위치한 경사가 완만한 해저 지형입니다.
• 해구
  대륙 주변부와 심해저 평원 사이에 발달하는 수심 약 6000m 이상의 좁고 긴 골짜기입니다.
• 심해저 평원
  대륙대 또는 해구와 해령 사이에 있는 수심 약 4000m의 평탄한 지형으로 해저 지형의 대부분을 차지합니다.
• 해산
  심해저 평원에서 해저 화산 활동에 의해 생성된 산으로 정상부가 편평한 해산의 경우는 평정 해산(기요)이라고 합니다.
• 해령
  심해저에서 약 2500m~3000m 높이로 솟아 있는 대규모의 해저 산맥으로 정상부에 열곡이 발달합니다.
  [Tip]
  대륙 주변부의 해저 지형 대륙붕, 대륙 사면, 대륙대가 있습니다.

3) 해양저 확장설 이론

• 해양저 확장설
  1962년 헤스와 디츠는 해저 지형 탐사로 밝혀진 해저 지형의 특징을 설명하기 위해 해양저 확장설을 제안하였습니다. 해령에서는 새로운 해양 지각이 생성되어 해양저가 확장되고, 해구에서는 해양 지각이 맨틀로 섭입되어 소멸된다고 주장하였습니다.

4) 해양저 확장설의 증거

(1) 해양 지각 연령 분포와 퇴적물의 두께
해령에서 멀어질수록 해양 지각의 연령이 증가하고 퇴적물이 두꺼워집니다.
[ConFer]

• 심해 퇴적물의 두께
  1950년대에 해저 조사에서 퇴적층의 두께를 측정한 결과는 당시 매우 충격적이었습니다. 해저 퇴적물의 두께가 500m 이내이고, 퇴적물의 나이도 2억 년 이내였기 때문입니다. 당시 과학자들은 심해저 퇴적물의 나이가 수십 억 년은 될 것이라고 생각했습니다. 그러나 1960년대에 들어와서 맨틀 대류의 개념을 이용해 3억 년에서 4억 년마다 새로운 해저가 만들어지는 모델을 구상하였고, 이것으로 해저에 상대적으로 얇은 퇴적물이 덮여 있는 이유를 설명할 수 있었습니다.

(2) 고지자기 역전 줄무늬의 대칭적 분포
•고지자기
마그마가 냉각되어 굳거나 퇴적물이 퇴적될 때 자성을 띠는 광물의 경우, 암석 생성 당시의 지구 자기장 방향에 따라 배열되게 됩니다. 암석에 남아 있는 암석 생성 당시의 지구 자기를 고지자기라고 합니다.

•지자기 역전(geomagnetic reversal)
지구 자기장의 방향이 역전되는 현상으로, 외핵의 운동에 의해 일어나는 것으로 추정되고 있습니다. 지자기의 역전 주기는 대략 25만 년~30만 년이라고 알려져 있습니다.

• 고지자기 줄무늬의 대칭성
  해령에서 생성된 새로운 해양 지각이 양쪽으로 확장되는 과정에서 정자극기에 생성된 암석과 역자극기에 생성된 암석이 반복되어 나타나 일반적으로 해령을 축으로 대칭을 이룹니다.
  [ConFer]
• 광물의 자화
  마그마의 온도가 높을 때는 방향성이 없던 자성을 띤 광물이 마그마가 냉각되면 당시 자기장의 방향을 따라 배열되게 됩니다.
• 바인과 매슈스
  1963년 바인과 매슈스는 아이슬란드 부근 레이캬네스 해령에서의 지자기를 조사하여 지자기 역전의 줄무늬가 해령을 중심으로 양쪽으로 대칭적으로 분포함을 발견하였습니다. 이는 해령에서 생성된 해양 지각이 해령 양쪽으로 이동하기 때문이라고 해석할 수 있습니다.

(3) 열곡과 변환 단층의 발견

• 열곡
  해령 중심부에는 해양저가 확장되면서 V자 모양의 골짜기인 열곡이 형성됩니다.
• 변환 단층
  변환 단층은 해령과 해령 사이에 존재하는 단층으로 해양 지각이 서로 반대 방향으로 어긋나게 이동하는 구간입니다.

해령에서 해양지각이 생성되어 양쪽으로 확장되는 속도가 위치에 따라 다르기 때문에 변환 단층이 나타나게 됩니다. 변환 단층의 발견은 해저가 해령을 중심으로 양쪽으로 확장한다는 증거가 되었고, 해양저 확장설이 판 구조론으로 발전하는 데 큰 영향을 미쳤습니다.
[ConFer]

• 해령
  거대한 해저 산맥으로 해령의 정상부에는 폭이 30km~50km, 깊이가 1km~2km인 열곡이 발달해 있습니다.
• 변환 단층
  윌슨은 해령과 해령 사이에 수직으로 발달한 단층을 변환 단층이라 불렀습니다. 그리고 이를 해저 확장의 결과라고 생각했으며 육지로 드러난 변환 단층인 산안드레아스 단층을 조사하여 이를 확인하였습니다.
• 변환 단층의 발견
  교과서에 따라서 어떤 교과서는 변환 단층의 발견을 해양저 확장설의 증거로, 다른 교과서에서는 변환 단층의 발견을 판 구조론의 정립 과정으로 설명하고 있습니다. 따라서 변환 단층의 발견은 해저가 해령을 중심으로 양쪽으로 확장된다는 증거이자 해양저 확장 설이 판 구조론으로 발전하는 데 큰 영향을 미쳤다고 이해하면 좋을 것 같습니다.

(4) 섭입대에서 지각 변동
해구에서는 섭입대를 따라 지진이 발생하는데, 해구에서 대륙 쪽으로 갈수록 진원의 깊이가 점차 깊어집니다. 이는 해양저 확장설에서 해양 지각의 소멸을 설명하는 증거가 됩니다.
[ConFer]

• 베니오프대
  해양판과 대륙판 또는 해양판과 해양판이 만나서 생성되는 해구로부터 밀도가 큰 판이 지각(또는 맨틀) 속으로 섭입할 때 두 판의 경계면을 베니오프대라고 합니다.
• 해양지각의 연령
  해령에서 생성된 해양 지각은 해구에서 소멸되기 때문에 해저에는 약 1억 8천만 년 이상된 암석이 거의 없습니다.