지구 내부에서 발견된 새로운 경계층
- 기초과학 / 문광주 기자 / 2023-02-07 20:42:03
3'20" 읽기
- 전 세계 716개 측정소의 지진 데이터를 평가
- 우리 발아래 약 150km 아래 맨틀 상부에 이전에는 인식되지 않았던 경계층이 있다.
- 약 150km 깊이에 지진파의 전파 시간이 갑자기 변해
- 그 후 파동 속도는 약 4%의 갑작스러운 점프를 하고 다시 가속
암석권은 지구의 단단한 바깥쪽 외피를 형성한다. 지각과 지구 맨틀의 작고 응고된 부분으로 구성되며 위치에 따라 두께가 60~200km이다. 이것은 더 따뜻하고 부드러운 연약권에서 유빙처럼 떠다니는 지각판을 구성하는 것이다. 맨틀의 이 층에서 암석은 소성 변형이 가능하지만, 완전히 녹지는 않는다. 현재의 가정에 따르면, 연약권은 예를 들어 화산 지역과 같이 녹은 마그마의 국지적 영역만을 포함한다.
150km 깊이에서 급격하게 점프
최근 지진 매핑이 밝혀냈다. 연약권의 상부 영역에 있는 암석이 화산 지역에서 부분적으로 녹았다. 오스틴에 있는 텍사스 대학의 Junlin Hua와 그의 동료들은 특별한 방법을 사용해 전 세계 716개 측정소의 지진 데이터를 평가했을 때 이것을 발견했다. 그들은 암석의 강도와 물리적 상태의 변화로 인해 발생하는 지진파의 둔화와 산란을 조사했다.
평가 결과
약 150km 깊이에 지진파의 전파 시간이 갑자기 변하는 연약권의 경계층이 있다. 이 경계층 위에서는 지진파가 상당히 느려진다. 그러나 그 후 파동 속도는 약 4%의 갑작스러운 점프를 하고 다시 가속된다. "이 PVG-150 경계는 핫스팟 외부에도 존재하므로 맨틀 플룸이 지배하는 영역에 국한되지 않는다"고 Hua와 그의 동료들은 보고했다.
사방에 녹은 암석
연구원들은 지구 표면의 44% 아래에서 이 경계층을 식별할 수 있었다. 대부분의 측정소는 육지에 있고 바다는 데이터에 거의 표시되지 않았기 때문에 아마도 전 지구적 범위일 것이라고 가정한다. 따라서 세계 어디에서나 단단한 판 바로 아래에 있는 상층은 이 150km 경계에 의해 나머지 연약권과 분리될 수 있다. Hua와 그의 팀은 그 이유를 조사하기 위해 지구물리학적 모델을 사용했다.
결과:
맨틀 암석의 수분 함량이나 광물 구성의 차이 또는 온도 변동은 연약권의 지진 경계층을 설명할 수 없다. 대신, 암석의 응집 상태가 원인인 것 같다. 녹은 암석의 비율은 1~5%이다.
이것이 판 운동에 영향을 줄까?
그러나 이 작은 양의 녹은 암석이 그 위에 떠 있는 지각판의 움직임에 대해 무엇을 의미할까? "어떤 것이 녹을 때 우리는 이 녹는 것이 물질의 점도에 큰 역할을 한다고 직관적으로 믿는다"고 Hua는 말했다. 따라서 부분적으로 녹은 암석이 있는 층이 더 움직이기 때문에 예를 들어 판 구조론에 영향을 미친다고 가정하는 것이 합리적이다.
그러나 더 면밀한 분석은 이것이 틀렸음을 증명했다. "녹은 암석의 비율이 더 높은 곳에서도 맨틀 흐름에 미치는 영향은 작았다. 명백하게, 용융 암석의 존재는 지진파의 전파 시간을 변경하지만 연약권의 점성은 변경하지 않는다. 이것은 여전히 주로 온도와 압력 변동에 의해 결정된다. 그러나 이것은 녹은 마그마의 국지적 축적이 판 구조론에 영향을 미칠 수 있는 가능성을 배제하지 않는다고 과학자들은 강조했다.
연약권의 특성에 대한 더 많은 통찰력
어쨌든 새로운 발견은 연약권과 판 구조론의 모델을 더욱 정교하게 하기 위해 중요하다. 동시에 그들은 표류하는 지각판 아래에서 무슨 일이 일어나고 있는지에 대한 귀중한 통찰력을 준다. Brown University의 수석 저자인 Karen Fischer는 "연약권의 특성과 소성 변형의 원인을 이해하는 것은 판 구조론을 이해하는 데 기본이 된다"고 말했다.
(Nature Geoscience, 2023; doi: 10.1038/s41561-022-01116-9)
출처: University of Texas at Austin
- 전 세계 716개 측정소의 지진 데이터를 평가
- 우리 발아래 약 150km 아래 맨틀 상부에 이전에는 인식되지 않았던 경계층이 있다.
- 약 150km 깊이에 지진파의 전파 시간이 갑자기 변해
- 그 후 파동 속도는 약 4%의 갑작스러운 점프를 하고 다시 가속
지구 내부에서 발견된 새로운 경계층
아스테노스피어(Asthenosphere)는 약 150km 깊이까지 부분적으로 용융됐다.
놀라운 발견:
우리 발아래 약 150km 아래 맨틀 상부에 이전에는 인식되지 않았던 경계층이 있다. 그것은 지각판 아래에 있는 층인 연약권이 소성 변형이 가능할 뿐만 아니라 부분적으로 녹는 전지구적 영역의 끝을 표시한다. 따라서 액체 마그마는 화산 지역에서만 발견되는 것이 아니라 지구 판 아래 모든 곳에 소량 존재한다.
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| ▲ 단단한 판 바로 아래에는 지진 측정에 의해 제안된 바와 같이 부분적으로 녹은 암석의 전체 층이 있다. © Leonello Calvetti/Dreamstime |
암석권은 지구의 단단한 바깥쪽 외피를 형성한다. 지각과 지구 맨틀의 작고 응고된 부분으로 구성되며 위치에 따라 두께가 60~200km이다. 이것은 더 따뜻하고 부드러운 연약권에서 유빙처럼 떠다니는 지각판을 구성하는 것이다. 맨틀의 이 층에서 암석은 소성 변형이 가능하지만, 완전히 녹지는 않는다. 현재의 가정에 따르면, 연약권은 예를 들어 화산 지역과 같이 녹은 마그마의 국지적 영역만을 포함한다.
150km 깊이에서 급격하게 점프
최근 지진 매핑이 밝혀냈다. 연약권의 상부 영역에 있는 암석이 화산 지역에서 부분적으로 녹았다. 오스틴에 있는 텍사스 대학의 Junlin Hua와 그의 동료들은 특별한 방법을 사용해 전 세계 716개 측정소의 지진 데이터를 평가했을 때 이것을 발견했다. 그들은 암석의 강도와 물리적 상태의 변화로 인해 발생하는 지진파의 둔화와 산란을 조사했다.
평가 결과
약 150km 깊이에 지진파의 전파 시간이 갑자기 변하는 연약권의 경계층이 있다. 이 경계층 위에서는 지진파가 상당히 느려진다. 그러나 그 후 파동 속도는 약 4%의 갑작스러운 점프를 하고 다시 가속된다. "이 PVG-150 경계는 핫스팟 외부에도 존재하므로 맨틀 플룸이 지배하는 영역에 국한되지 않는다"고 Hua와 그의 동료들은 보고했다.
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| ▲ 새로 발견된 경계층(PVG-150)과 부분적으로 녹은 암석의 상부 구역이 있는 상부 연약권의 구조. © Junlin Hua/ University of Texas in Austin |
사방에 녹은 암석
연구원들은 지구 표면의 44% 아래에서 이 경계층을 식별할 수 있었다. 대부분의 측정소는 육지에 있고 바다는 데이터에 거의 표시되지 않았기 때문에 아마도 전 지구적 범위일 것이라고 가정한다. 따라서 세계 어디에서나 단단한 판 바로 아래에 있는 상층은 이 150km 경계에 의해 나머지 연약권과 분리될 수 있다. Hua와 그의 팀은 그 이유를 조사하기 위해 지구물리학적 모델을 사용했다.
결과:
맨틀 암석의 수분 함량이나 광물 구성의 차이 또는 온도 변동은 연약권의 지진 경계층을 설명할 수 없다. 대신, 암석의 응집 상태가 원인인 것 같다. 녹은 암석의 비율은 1~5%이다.
이것이 판 운동에 영향을 줄까?
그러나 이 작은 양의 녹은 암석이 그 위에 떠 있는 지각판의 움직임에 대해 무엇을 의미할까? "어떤 것이 녹을 때 우리는 이 녹는 것이 물질의 점도에 큰 역할을 한다고 직관적으로 믿는다"고 Hua는 말했다. 따라서 부분적으로 녹은 암석이 있는 층이 더 움직이기 때문에 예를 들어 판 구조론에 영향을 미친다고 가정하는 것이 합리적이다.
그러나 더 면밀한 분석은 이것이 틀렸음을 증명했다. "녹은 암석의 비율이 더 높은 곳에서도 맨틀 흐름에 미치는 영향은 작았다. 명백하게, 용융 암석의 존재는 지진파의 전파 시간을 변경하지만 연약권의 점성은 변경하지 않는다. 이것은 여전히 주로 온도와 압력 변동에 의해 결정된다. 그러나 이것은 녹은 마그마의 국지적 축적이 판 구조론에 영향을 미칠 수 있는 가능성을 배제하지 않는다고 과학자들은 강조했다.
연약권의 특성에 대한 더 많은 통찰력
어쨌든 새로운 발견은 연약권과 판 구조론의 모델을 더욱 정교하게 하기 위해 중요하다. 동시에 그들은 표류하는 지각판 아래에서 무슨 일이 일어나고 있는지에 대한 귀중한 통찰력을 준다. Brown University의 수석 저자인 Karen Fischer는 "연약권의 특성과 소성 변형의 원인을 이해하는 것은 판 구조론을 이해하는 데 기본이 된다"고 말했다.
(Nature Geoscience, 2023; doi: 10.1038/s41561-022-01116-9)
출처: University of Texas at Austin
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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