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제목 [지구-2강] 지구 내부로의 여행
작성자 관리자 작성일 2017.06.27 15:22 조회 121

 

지구 2
지구 내부로의 여행
강연자 : 심상헌(아리조나 주립대 교수)
 

 

생명체는 어떻게 지구에 존재하게 되었는가? 
이 광활한 우주에서 지구는 생명체를 품고 있는 유일한 행성인가? 인간의 지식이 고도로 발달한 이 시대에도 수천 년 된 이 질문들은 풀리지 않은 채 남아 있다. 
이 근원적인 질문들에 답하기 위해서는 지구 전체를 아우르는 이해가 선행 되어야만 한다. 우리는 지구에서 75억 km 떨어진 태양계 제일 바깥 쪽에 있는 왜소 행성의 지표까지도 자세히 볼 수 있는 시대에 살고 있다. 하지만 우리 발밑에서 부터 불과 6000 km 거리 내에 존재하는 지구 내부는 최근에서야 그 실체가 조금씩 밝혀지고 있다. 
이 강연에서는 최근 연구 결과들로 알게 된 지구 내부의 모습과 그곳에서 일어나는 내부의 현상들이 지구의 역사 동안 어떻게 지표환경, 대기, 수권을 변화시켜 왔고 생명체의 형성과 진화에 어떠한 영향을 주었는지를 소개한다. 


■ 강연자 : 심 상 헌(아리조나 주립대 교수)
■ 패   널 : 소 병 달(강원대 지질/지구물리학부 조교수), 김 은 정(서울대 지구환경과학부 재학)
■ 사회자 : 박 민 아

 









 

강연개요 살펴보기

 

구상에서 몇 안 되는 맑은 밤하늘을 가진 애리조나에서도 점점 볼 수 있는 별의 숫자가 줄어들고 있다고 한다. 그 수많은 별을 바라보던 우리의 조상들은 우리보다 더 근원적인 질문들에 관심이 많았을지도 모른다. 이 광활한 우주에 우리는 생명을 지닌 유일한 행성에 살고 있는 걸까? 어떻게 지구는 생명을 품을 수 있는 환경을 갖게 되었을까? 처음 지구 궤도에 오른 우주비행사들도, 처음 달로 향하던 우주비행사들도 아마 같은 생각을 해 보았을 것이다. 과학기술이 고도로 발달한 이 시대에도 이 근원적인 질문들은 풀리지 않은 채 남아 있다. 

 

하지만 어쩌면 우리는 그 질문들을 풀어낼 단서들을 찾아내고 있는 시대에 살고 있는지도 모른다. 지구에 대한 과학적인 연구가 본격적으로 시작된 후 대기, 수권, 지표의 상호작용이 이들의 개별적인 진화에 결정적인 영향을 주고 있다는 것이 밝혀졌다. 따라서 전 지구적인 이해는 이 근원적인 질문들에 답하는데 필수적으로 선행되어야 하는 과정이다. 오랜 세월 많은 과학자들의 노력으로 우리는 지표에서 일어나는 지질 현상들, 대기 현상들, 수권의 변화를 이해하는 데 괄목할 만한 성과를 거두어 왔다. 하지만, 내부는 지구의 여러 부분들 중 우리의 이해도가 가장 낮은 부분으로 남아 있다. 
 
질량으로 볼 때 지구 내부는 대기, 수권, 지표를 다 합친 것의 백만 배 이상 큰 부분을 차지하고 있다. 따라서, 내부가 지표 환경의 진화에 막대한 영향을 주었다는 것을 쉽게 이해할 수 있다. 내부를 이해하는 데 가장 큰 장애물은 우리가 내부를 직접 관찰 할 수 없다는 것이다. 하지만 90년대 초반 과학자들은 지구의 곳곳에서 일어나는 지진을 이용하여 내부의 구조들을 영상화 하는 방법을 고안해 내게 된다. 지진으로부터 발생한 지진파는 지구 내부 깊은 곳을 지나게 되고, 지표면으로 돌아와 지진계에 지구 내부를 지나며 영향 받은 기록을 남기게 된다. 이 기록들을 모으면 마치 병원에서 엑스레이로 몸 속의 모습을 영상화 하듯, 지구 내부를 영상화 할 수 있게 된다. 한편 실험과학자들은 지구 내부 깊은 곳의 고압과 고온을 다이아몬드를 이용해 재현해내는 방법을 고안하고 지구 내부 깊은 곳의 광물들과 암석들의 성질과 변화를 측정한다.

 

맨틀은 지하 30km 부터 3000km 에 이르는 거대한 암석층이다. 고압과 고온으로 인해 원래 고체인 맨틀 내의 암석들은 마치 유체처럼 흐르고 있다. 맨틀의 대류는 지표의 판들을 움직여 지진, 화산활동, 대산맥의 형성 등 다양한 지질 현상을 일으킨다. 또한 이 맨틀 대류로 인해 지표에서부터 맨틀의 최하부(3000km)까지를 아우르는 물질의 순환이 가능하게 된다. 지하 600km 깊이에서 올라온 다이아몬드로 부터 최근 물이 발견되어 오랫동안 가설로만 생각되던 맨틀 암석 내의 물의 존재가 확인되었다. 맨틀은 아마도 지표에 존재하는 물의 두 배 이상의 물을 지니고 있는 것으로 생각된다. 맨틀의 최하부에는 두개의 대륙 크기의 구조들이 발견되었다. 이 구조들은 지구가 형성될 때 마지막까지 남아있던 마그마가 굳어 형성되었고 지구 형성과 진화의 기록을 지니고 있는 것으로 추측된다.  


맨틀 밑에는 액체상의 철이 존재하는 외핵이 있다. 외핵에는 액체상의 철이 빠른 속도로 대류하고 있다. 외핵의 대류에는 맨틀 대류와는 달리 철 속에 녹아 있는 가벼운 원소들이 내핵에서 나와 외핵으로 마치 거꾸로 내리는 눈처럼 오르는 현상이 존재한다. 이런 움직임들은 지구 자기장을 만들고 지표에 존재하는 연약한 생명체들을 강한 태양풍으로 부터 지켜 준다. 지구의 가장 깊은 곳의 내핵은 고체상의 철로 되어 있다. 최근 여러 가지 다른 성질을 가진 부분들이 내핵의 내부에 존재하는 것이 발견되었다. 아직 이 다른 부분들이 어떻게 생겨났는지는 알려져 있지 않지만, 아마도 내핵이 형성되는 과정에서 남겨진 흔적인 것으로 생각된다.

 

위의 예에서 볼 수 있듯, 내부는 지구의 어느 부분에서도 볼 수 없는 독특한 현상들이 일어나고 있고 우리의 상상을 넘는 구조들이 존재한다. 무엇보다도 중요한 것은 지구 내부가 지표, 수권, 대기권과 물질들을 교환하며 환경을 변화시키고, 지판을 움직여 지표의 지질현상을 일으키며, 지표를 생명체가 살 수 있는 곳으로 만들어 왔고 지탱하고 있다는 것이다. 아직도 우리는 지구 내부가 우리가 살아왔고 살고 있으며 살아갈 지표의 환경을 어떻게 변화시키는지 배워가고 있다. 이 배움을 통해 우리는 결국 지구가 어떻게 생명을 품은 행성으로 변화하게 되었는지 알게 될 것이다. 더 나아가서 이러한 과학자들의 노력은 왜 태양계의 다른 행성들에 생명이 존재 하지 않는지 (아니면 생명이 존재 했었거나, 심지어 현재 존재하는지), 그리고 태양계 밖의 행성들에는 어떠한 다양한 환경이 있는지, 더 나아가서는 생명이 존재할 수 있는지 답해 줄 것이다.

 

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