암권(rock sphere)
암석권(Lithosphere) 또는 암권(석권)은 지구의 최외곽 구각이다. 지구 위에서, 암권은 지각과 거기에 붙어 있는 맨틀의 최상층을 포함한다. 암석권-연약권의 경계의 기반은 거의 맨틀 내의 융점의 깊이에 해당한다. 지구 대류 시스템의 전도 냉각 표면으로 암석권은 시간의 흐름에 따라 두꺼워진다. 암석권은 서로 독립적으로 움직이는 다수의 판으로 구성되어 있다. 이 암석권 판의 움직임은 판구조론으로 기술된다. 지구의 강한 외층으로서 암석권의 개념은 바렐에 의해 개발되었다. 그의 개념은 대륙지각 위에 충분한 이상 중력의 존재로부터 발전되었으며, 그 사실로부터 그는 흐를 수 있는 약한 층(그것을 그는 연약권이라 불렀다.) 위에 암권이라 불리는 딱딱한 상부층이 존재함을 유추하였다. 이들 개념들은 달리(1940년)에 의해 확장되었고 지질학자와 지구물리학자들에게 널리 받아들여졌다.
지구의 외층이 암석권과 연약권으로 나뉘는 것은 외부 지구가 맨틀과 지각으로 화학적으로 구분하는 것과 혼동하여서는 안 된다. 모든 지각은 암석권 내에 있지만 암석권은 일반적으로 지각보다 더 많은 맨틀을 포함한다.
암권은 두 종류로 나뉜다.
대양 판은 해양 지각과 관련된다.
대륙 판은 대륙 지각과 관련된다.
대양판은 전형적으로 50~100km 두께(그러나 중앙해령은 지각보다 두껍지 않다)인반면 대륙판은 약 150km 두께이며 지각 50km와 상층 맨틀의 100km 이상으로 구성된다. 대양판은 주로 고철질(mafic)의 지각과 초고철질(Ultramafic)의 맨틀로 구성되며 대륙판보다 고밀도이다. 지각은 모호면에서 발생하는 화학 조성 내의 변화로 상부 맨틀과 구분된다. 대양판은 태어난 지 약 수천만 년 동안은 연약권보다 저밀도이지만 이후에는 연약권보다 더 무거워진다. 전도에 의해 연약권이 식어 상부부터 암석권으로 편입되기 때문이다.
성숙한 대양판이 그 아래의 연약권보다 무겁기 때문에 해구에서 해양판이 암석권 아래로 가라앉을 수 있다. 올라타는 암석권은 대양판일수도 있고 대륙판일 수 있다. 새로운 대양판은 중앙 해령에서 일정하게 생성되고 있고 소멸영역에서 맨틀로 되돌아간다.
가장 오래된 대양판의 나이는 약 천 7백만 년이다. 한편 대륙 암권의 많은 부분은 10억 년 이상이다. 암석권의 구분되는 특징은 그것의 물성이다. 암석권은 지질학적 시간 규모에서도 탄성체로 행동하며, 주로 깨지는 과정을 통하여 변형된다. 한편 연약권(암권 아래 맨틀, 연약권)은 열로 연화되고 비탄성 변형을 통해 변형이 발생한다. 지구 과학자들은 킴벌라이트와 다른 화산 파이프내에서 성장한 맨틀 포획암을 검사하여 하부 대륙 맨틀의 특성을 직접 연구할 수 있다.
⑴ 지구 내부의 조사 방법 : 시추법, 화산분출물 조사, 지진파 분석 등이 있음
① 시추법
② 화산분출물 조사
③ 지진파 분석
○ 지진파 : 지진에 의해 발생한 파동으로 관측소의 지진계로서 나타남
○ 특징 1. 진행 도중 성질이 다른 물질을 만나면 반사 또는 굴절함
○ 특징 2. 통과하는 물질의 종류에 따라 속도가 달라짐
○ 종류 1. P파
○ 주요 특징 : 종파. 5 ~ 8 km/s. 진폭과 피해 작음
○ 고체, 액체, 기체의 물질을 모두 통과
○ 종파 : 진동방향과 진행방향이 나란함
○ P파는 맨틀 상부와 맨틀과 외핵의 경계에서 급격히 감소함
○ 종류 2. S파
○ 주요 특징 : 횡파. 약 4 km/s. 진폭과 피해가 큰 편
○ 고체 물질만 통과
○ 횡파 : 진동방향과 진행방향이 수직
○ PS시(초기 미동 계속시간, P. S. time) : P파와 S파의 도달시간 차이
○ 종류 3. L파
○ 주요 특징 : 표면파. 약 3 km/s. 파괴력(진폭)이 매우 큼. 지표면으로만 전달
○ 횡파와 종파가 모두 존재함
○ 구분 1. 러브파(love wave)
○ 구분 2. 레일리파(Rayleigh wave)
○ PS시(PS interval) : 진원거리 또는 진앙거리를 측정할 수 잇음
○ 세 관측소를 통해 진앙 및 진원을 결정하는 방법
○ P : 진앙(epicenter)
○ 원의 반지름은 각 관측소에서의 진원 거리와 같음
○ 진원과 진앙 사이의 거리는 HH' 길이의 절반임
○ 주시곡선(time-distance curve) : P파를 중심으로 설명
○ 직접파(direct wave) : 진원 S로부터 측정지점 D까지 직접 지진파가 이동하는 시간
○ 굴절파(refracted wave) : 지각 - 맨틀 계면으로부터 반사되어 측정지점 D까지 지진파가 도달하는 시간
○ 반사파(reflected wave) : 언제나 직접파보다 늦게 도착
○ 교차거리 : 직접파와 굴절파가 만나는 지점까지의 거리. 지각의 두께와 비례함
○ 진앙거리 ℓ이 짧은 경우 : 이동거리가 짧은 직접파가 더 빠르게 D에 도착
○ 진앙거리 ℓ이 긴 경우 : 이동거리의 차이는 미미함. 밀도 차이에 따라 더 빠른 굴절파가 더 빠르게 D에 도착
○ 추론 1. 지각보다 맨틀에서 P파의 속도가 빠름 : 지진파가 굴절하기 때문
○ 추론 2. 지각의 두께가 두꺼울수록 주시곡선의 꺾이는 진앙거리가 길어짐 : 굴절파의 이동거리가 증가하면서 굴절파가 관측지점에 도착하는 데 걸리는 시간이 지연됨
○ 유용한 공식
④ 지구 내부 물질의 추정방법
○ 지구 내부의 지진파 속도 분포 조사
○ 고온, 고압 실험
○ 운석의 화학 분석
⑵ 지구의 층상 구조
① 개요
○ 지진파의 속도 변화로 구분 가능
○ 깊이가 증가할수록 압력과 온도 증가
○ 밀도 : 지각 ＜ 맨틀 ＜ 외핵 ＜ 내핵
○ 중력가속도 : 맨틀의 경계에서 최고. 중심에 이를수록 감소
① 지각 : 지표면 ~ 모호면
○ 모호면 (모호로비치치 불연속면) : 0 km ~ 100 km
○ 근거리 주시곡선의 굴절로 발견
○ 고체이며 전체에 1 %만 차지
○ 대륙지각 : 30 ~ 50 km, 평균 30 km로 밀도는 2.7 g/㎥
○ 상부 : 화강암질 암석(sial 층)
○ 하부 : 현무암질 암석(sima 층)
○ 해양지각 : 6 ~ 8 km, 평균 6 km로 밀도는 3 g / ㎡, 현무암질 암석으로 구성
② 맨틀 : 모호면 ~ 구텐베르크면
○ 구조
○ 구텐베르크면 (구텐베르크 불연속면) : 2,900 km. 중력이 가장 큼
○ 맨틀 = 상부 맨틀 + 전이대 + 하부 맨틀
○ 상부 맨틀 (모호면 ~ 400 km) = 암석권(lithosphere) + 연약권(asthenosphere)
○ 전이대 : 상전이가 일어나기 때문에 지진파의 속도가 증가함
○ 하부 맨틀 (700 ~ 2,900 km)
○ 판 : 지각과 상부 맨틀을 포함하는 단단한 부분
○ 연약권 : 100 ~ 400 km. 부분적으로 용융되어 지진파의 속도가 변화. 판을 움직이는 원동력
○ 특징
○ 지구 부피의 약 82 % : 지구 내부에서 가장 많은 부피와 질량을 차지함
○ 지구 전체 질량의 약 67 %
○ 밀도 : 3.3 g/㎤
○ 감람암질 암석으로 구성 : 초염기성암으로 구성
○ 지진파
○ 암영대 : 핵의 존재 때문에 지진파가 도달하지 못하는 곳
○ P파의 암영대 : 진앙에서의 지심각 103 ~ 142°
○ S파의 암영대 : 진앙에서의 지심각 103 ~ 180°
○ 저속도층(low velocity layer) : 상부 맨틀에서 지진파의 속도가 느려지는 층
③ 외핵 : 구텐베르크면 ~ 레만면
○ 레만면 (레만 불연속면) : 5,100 km
○ S파가 지나지 못하는 암영대가 존재하는 것으로 보아 액체라고 추정
○ 철과 니켈로 이루어져 있음
○ 압력 증가율은 외핵에서 가장 큼
④ 내핵 : 레만면 ~ 6,400 km
○ 지심각 110° 부근에 약한 P파가 도달되는 사실이 발견되어 그 존재가 알려짐
○ P파의 속력이 빨라지는 것으로 보아 고체라고 추정
○ 대부분 철로 이루어짐
⑶ 지각의 구성 물질
① 지각을 이루는 암석
○ 지각을 이루는 조암 광물은 대부분 규산염 광물
○ 지표 부근의 암석 : 퇴적암 (75 %), 화성암과 변성암 (25 %)
○ 지하 16 km 부근의 암석 : 퇴적암 (5 %), 화성암과 변성암 (95 %)
○ 대륙지각 상부 : 화강암질 암석, SiO2, Al2O3 풍부 (sial 층), 밀도 2.7 g/㎥
○ 대륙지각 하부, 해양지각 : 현무암질 암석, SiO2, MgO 풍부 (sima 층), 밀도 3.0 g/㎤
② 지각의 8대 원소 (질량비)
○ O : 46.6 %
○ Si : 27.7 %
○ Al : 8.1 %
○ Fe : 6.0 %
○ Ca : 3.6 %
○ Na : 2.8 %
○ K : 2.6 %
○ Mg : 2.1 %
○ 암기팁 : 산규알철칼나칼마
③ 클라크 수(Clarke number) : 해발고도 0 ~ 지하 약 16 km까지 존재하는 각 원소들의 중량백분율
⑷ 맨틀의 구성 물질
① 핵보다는 지각에 가까움
② 감람석, 휘석을 주로 하는 감람암질 암석으로 추정
③ Fe, Mg이 풍부, 밀도는 3.3 ~ 5.5 g/㎤
⑸ 핵의 구성 물질
① 외핵 : Ni을 포함한 Fe의 혼합물 (액체상태), 밀도는 약 11 g/㎤
② 내핵 : Ni을 포함한 Fe의 혼합물 (고체상태), 밀도는 약 16.5 g/㎤