지구의 내부 구조

지구의 내부 구조

 지구의 대부분은 암석과 금속으로 이루어져 있다. 지구는 수성, 금성, 화성, 달보다 크고 가장 무겁다. 밀도도 가장 높고 표면 중력, 자기장, 자전 각속도가 가장 크다. 지구의 내부구조는 층상 구조를 이루고 있다. 최외각 부분은 주로 유체로 되어 있는데, 구성 물질에 따라 대기권, 수권으로 구분한다. 생물권은 그 양이 매우 작아서 지구의 물리적 층으로 인정하지 않는다. 

지구의 내부구조

 전통적인 방법으로 구분한 지구의 층상구조는 바깥부분부터 지각, 맨틀, 핵으로 나눈다. 이것은 화학적 구성 성분의 변화를 기준으로 구분한 것이다. 가장 바깥 부분을 이루고 있는 층인 지각은, 그 두께가 지구 반지름에 비해 매우 얇고 지역에 따라 구조와 성분의 변화가 심하다. 지각은 또 밀도에 따라 두 종류로 나뉘는데, 대륙지각(2.7g/cm3)과 해양지각(3.0g/cm3)이 그것이다. 대륙지각은 주로 알루미늄, 소듐, 포타슘 같이 상대적으로 가벼운 원소와 결합한 규산염 화합물로 이루어져 있고, 해양지각은 철, 마그네슘 같이 무거운 원소를 갖는 규산염 화학물이 주성분이다. 지각에서 밀도의 차이가 대륙지각, 해양지각의 구조를 나타내지는 않는다. 지각 평형설에 따라, 대륙지각은 낮은 밀도를 보상하기 위해 두꺼워져야 했고, 해양지각은 얇아야 했다. 이러한 까닭에 대륙지각의 두께는 30~70km 정도이고 해양지각은 10km도 되지 않는다. 대륙지각은 오랫동안 풍화의 산물들이 모여 생긴 것이기 때문에 그 구조와 성분이 지역에 따라 달라지는데 비해, 해양지각은 온 지구에 걸쳐서 거의 동일한 기작을 통해 형성되기 때문에 매우 균질한 양상을 보인다.

 지각의 맨 아래 부분은 모호로비치치 불연속면(모호면)이라고 하고, 이 면을 경계로 지진파의 속도가 매우 빨라진다. 지진파의 속도는 물성과 관계가 깊기 때문에 모호면 상하로 구성 물질의 변화가 있을 것으로 생각한다. 그래서 그 아랫부분을 맨틀이라고 한다. 맨틀은 모호면 바로 아래부터 깊이 2,900km에 이르는 구역을 가리킨다. 따라서 맨틀의 주요 구성성분인 규산염 광물 역시 깊이에 따라 매우 광범위한 변화를 보인다. 최상부에서 맨틀을 이루는 감람석의 밀도는 3.3g/cm3이고, 가장 하부의 맨틀은 그 밀도가 5.5g/cm3 정도일 것으로 추정하고있다. 맨틀의 최상부는 감람석으로 구성되어 있고 깊이 420km를 차지한다. 그 이하의 깊이에서 감람석은 높은 압력으로 인해 스피넬 구조로 상변이를 일으킨다. 깊이가 660km에 이르면 높은 압력으로 인해 감람석은 페롭스카이트로 상전이를 일으키며 마그네슘 산화물과 공존한다. 이 깊이 이하를 하부 맨틀이라 한다. 맨틀은 단단한 암석으로 이루어져 있지만 매우 오랫동안 유체처럼 행동하여 대류를 일으킨다. 최근의 연구 중에는 핵과 맨틀의 경계에 가까운 맨틀에서는 매우 높은 압력으로 인해 페롭스카이트가 또다시 상전이를 일으켜 이방성 광물로 변화하며, 이 상전이는 온도에 상당히 민감하기 때문에 지역마다 존재 여부가 달라진다.

 핵은 맨틀이나 지각과는 달리 철과 니켈이 주성분인 금속으로 되어있다. 핵은 지구 형성 초기에 밀도에 따른 중력의 분화 과정에서 무거운 원소가 중력 포텐셜이 낮은 중심으로 모이면서 생겼다. 이러한 갑작스런 물질 조성의 변화 때문에 핵과 맨틀의 경계는 뚜렷한 구분을 보이는데, 이면을 구텐베르크 면이라 한다. 핵은 깊이 5,100km를 경계로 다시 두 개의 층으로 나뉘는데, 외핵과 내핵이 그것이다. 외핵은 S파가 전달되지 못하는 액체 상태로 되어있고 내핵은 고체상태로 되어있다. 내핵과 외핵의 경계면을 레만면이라 한다. 외핵은 액체상태로 지구의 공전과 열역학의 영향을 받으며 대류 하고 있고, 외핵의 전도성은 유체의 운동에 의해 지구의 강력한 자기장이 유지되고 있다. 

 지구물리적인 관점에ㅐ서는 지구 내부를 물성에 따라 분류한다. 암석권, 연약권, 중간권(맨틀), 외핵, 내핵으로 구분한다. 판구조론에서 구별하는 암석권과 연약권은 물질의 성질에 따라 분류한 것으로 지질학적인 시간 동안 탄성체로 간주할 수 있는 부분을 암석권, 점성을 가진 물체처럼 행동하는 부분을 연약권이라 한다. 연약권을 암류권이라 부르기도 한다.