실험 4, 5. 암석에 기록된 복각과 대륙의 이동

1. Introduction

판의 이동에 관한 증거들을 나열할 수 있고, 판의 이동 속도를 추정할 수 있다. 또한 판의 경계를 결정하고, 지질활동의 특성에 따라 세 가지로 구분할 수 있다.

2. Method & Result

1) 지구자기 이상의 띠 무늬를 이용한 해저 확장 속도의 계산

(1) 원리

그림 1  해양 자력 탐사에서 측정되는 자기장의 세기는 현재 지구자기장의 세기와 해저 지각의 자화에 의한 자기장이 합쳐져 나타난다. 두 자기장의 방향이 일치하는 경우(A)는 측정치가 크게 나타나고 서로 다른 경우(B)에는 작게 나타난다.

그림 2  시대별 지구자기장의 역전을 보여주는 자기층서 기록. 검게 표시한 구간은 현재의 지구자기장과 같은 극성을 가지는 시기를, 흰 구간은 반대의 극성을 가지는 시기를 나타낸다.

암석을 이루는 입자들 중에는 자철석 등과 같은 자성 광물이 함유되어 있으며, 이들 광물이 외부 자기장에 의하여 자화됨으로써 암석들도 자기장을 형성한다. 새로운 해양지각이 형성되는 해령에서 솟아오르는 마그마가 식으면서 퀴리 온도 이하로 온도가 떨어지게 되면 여러 자성 광물들은 당시의 지구 자기장 방향으로 자화된다. 일반적으로 해수에 의해 급격히 식으면서 만들어지는 해양지각의 잔류자기는 그 세기가 유도자기에 비하여 훨씬 강하다.

(2) 방법

그림 3은 북아메리카 대륙 British Columbia 서쪽 해역에서 관측된 고지구자기장의 역전을 나타내는 띠무늬로 검게 표시한 부분은 해저 암석의 자화방향이 현재의 지구자기장의 방향과 같은 구역을, 희게 표시한 부분은 반대방향으로 자화된 구역을 나타낸다. 이 지역의 해령은 그림에서 화살표로 표시되어 있으며, Juan de Fuca 해령이라 부른다. 이렇게 해령을 가로질러 나타나는 지구자기 이상의 띠무늬를 분석한다.

(3) 결과 및 논의

① 그림 2의 시대별 지구자기장 역전의 패턴과 비교하여 그림 3에 나타난 띠무늬의 연령을 설명하시오.

② 해령 양 측의 평균적인 해저 확장의 속도는 각각 얼마인가?

③ 이러한 띠무늬가 만들어지는 메커니즘을 설명하시오.

그림 3 북아메리카 British Columbia 서쪽 해역에서 관측된 고지구자기장의 극성 변화

2) 인도대륙의 이동과 지구자기장의 복각 변화

(1) 원리

그림 4  쌍극자에 의해 형성되는 지구 자기장

자침을 실에 매달고 자유롭게 움직일 수 있도록 하면 어느 특정한 방향으로 정지하는데, 이 방향이 바로 그 지점에서의 지구자기장의 방향이다. 이러한 지구자기장은 그림 4와 같이 지구 중심부에 자기쌍극자가 존재할 때 생기는 자기장의 형태를 띤다. 지표면의 한 지점(예를 들면 그림의 P점)에서 자기극 방향으로 수평선을 정하면 이 수평선과 지구자기장이 만드는 각을 복각이라 부른다. 또한 각 지점마다 자기극과 지도에서 사용하는 지리상의 극은 약간의 차이를 보이는데 이들 사이의 각을 편각이라 한다.

따라서 지구자기장을 지리좌표계에서 표현하기 위해서는 지구자기장의 크기인 총자기장 F, 편각 D 및 복각 I를 알아야 하며 이를 지구자기장의 3요소라 한다.

(2) 방법

그림 5는 인도 중앙부의 한 지역에서 채취한 6개의 암석 시료로, B와 D는 화산암, 나머지는 자철석을 함유한 퇴적암 시료이다. 각 시료별로 수평선에 대한 잔류자기의 방향이 도시되어 있고, 방사능 연대측정법을 이용하여 측정한 절대 연령값이 주어져 있다. 이 자료들을 이용하여 다음 물음에 답하시오.

그림 5  인도 대륙에서 채취한 암석시료에 나타나는 고지구자기장의 방향

 

① 암석 시료 A~F 의 복각을 각각 구한다.

② 지구자기장을 쌍극자 자장이라 가정하고, 지리북극과 자기북극이 일치한다고 하면 복각(I)과 위도(θ)의 관계는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

$$ \tan I = 2 \tan \phi $$

위 식을 이용하여 암석 시료 A~F의 복각에 해당되는 위도를 구한다.

③ 과학자들의 연구에 따르면, 인도 대륙은 과거 지질 시대를 지나면서 동서 방향으로는 거의 이동하지 않고, 남북 방향으로만 이동하였다고 한다. 이 사실을 참고하여 [그림 6]의 인도 대륙과 그 주변 지도에 지질 시대에 따른 인도 대륙의 위치를 그려 넣는다

그림 6  인도대륙과 그 주변을 보여주는 작업용 도면

 

(3) 결과

① 암석 시료 A ~F 의 복각과 고지구의 위도를 각각 구하여 다음 표에 기록해 보자.

암석 시료	연령 (백만 년)	복각	위도	암석 시료	연령 (백만 년)	복각	위도
A				D
B				E
C				F

 

② 과거 약 2억 년 동안 인도 대륙이 이동한 거리를 구해 보자.(단, 위도 1c 는 111 km 로 계산하고, 소수 둘째 자리에서 반올림한다.)

③ 인도 대륙이 각 시대별로 이동한 속도를 구하여 이동 속도 변화에 대해 말해 보자.

④ 인도 대륙이 과거 약 2억 년 전부터 현재까지 이동한 평균 속도를 cm/ 년의 단위로 구해 보자.

(4) 논의

① 인도 대륙이 아시아 대륙에 충돌한 결과 어떠한 현상이 일어났을까?

② 인도 대륙이 이동한 이유는 무엇일까?

④ 인도대륙과 북쪽의 티벳 고원의 지형적 특성을 기술하고, 이러한 지형의 생성을 판구조론과 연관하여 설명하여라.

⑤ [그림 7]은 전 세계적 지진과 활화산의 분포도를 보여준다. 인도 북부의 히말라야 산맥 일대에는 지진은 많이 발생하나 활화산은 나타나지 않는다. 그 이유를 설명하시오.

그림 7  근래에 전세계적으로 발생한 지진과 화산의 분포