지구의 핵은 어떤 모습일까요? 우리가 알고있는 지구의 표면과는 전혀 다른 모습이죠? 이렇게 거대한 지구의 중심부엔 엄청난 압력과 열이 존재하고 이 곳을 ‘지구의 핵’이라고 부릅니다. 지구의 핵을 구성하는 지각, 맨틀, 외핵, 내핵에 대해 자세하게 셜명드리겠습니다.
지구의 핵
지구의 핵은 고체인 맨틀 위에 위치하기 때문에 고체라고 생각하시는 분들이 많은데 실제로는 매우 뜨거운 액체 상태입니다. 온도가 무려 1,000°C나 되기 때문에 절대 만질 수 없고, 만약 만진다면 피부가 녹아버릴지도 몰라요. 또한 밀도가 아주 높기 때문에 물처럼 흐르지 않고 단단한 형태를 유지한답니다. 지구의 핵은 태양으로부터 오는 복사에너지를 흡수해서 에너지를 저장하기 때문에 항상 고온상태로 뜨겁다고 합니다. 그리고 이러한 에너지는 다시 방출되는데 이때 나오는 빛이 바로 오로라랍니다. 오로라는 북극에서만 나타나는 줄 알았는데 남극에서도 나타납니다. 지구의 핵은 약 10km 두께이며, 반지름은 약 6,400km 입니다.
지구의 내부구조_ 지각, 맨틀
지각은 지표면 아래 약 35km까지의 암석권을 의미하며, 이 하부맨틀 위에 얇은 층상구조로 존재하는데 이를 연약권이라고 합니다. 또한 지각은 대륙지각과 해양지각으로 구분되는데, 대륙지각은 주로 화강암질 암석으로 구성되어 있고 두께는 대략 35km이며, 해양지각은 현무암질 암석으로 구성되어 있으며 두께는 5~10km 입니다. 대륙지각은 밀도가 2.7g/cm3이고 산소함량이 0.03%이하이지만 해양지각은 밀도가 2.0g/cm3이고 산소함량이 1.6%이상입니다. 따라서 대륙지각은 물에 가라앉지만 해양지각은 물에 뜬답니다. 지각 아래 약 2900km~5100km 깊이에 위치한 맨틀은 액체상태인 외핵과 달리 고체 상태입니다. 하지만 엄밀히 말하면 '고체'라고 표현하기보다는 '액체처럼 움직이는 고체'라고 하는 게 맞는 말입니다. 왜냐하면 맨틀은 마치 물 위에 떠있는 기름처럼 움직이고 그래서 지진파 속도나 온도 등 여러가지 물리량들이 액체와는 다른 형태를 보이고 있답니다. 맨틀의 움직임 방식은 크게 두 가지 방식으로 움직인다고 합니다. 첫 번째는 판 구조론이고, 두 번째는 마그마 활동이랍니다. 먼저 판 구조론에 대해 알아볼겠습니다. 판이 이동한다는 이론은 이미 오래전부터 알려져있었습니다. 그러나 실제로 어떤 원리로 움직이는지 밝혀진건 비교적 최근이죠. 지금으로부터 약 100년 전쯤 미국의 과학자 로렌스 크라우스(Lawrence Krauss)라는 사람이 제안했습니다. 당시엔 아무도 믿지 않았지만 현재는 많은 학자들이 인정하고 있었습니다. 판 구조론이란 쉽게 말해서 땅덩어리가 서로 부딪히면서 쪼개지고 갈라지는 현상을 말합니다. 대륙이동설과도 비슷한 개념이지만 차이점이라면 대륙이동설은 한 덩어리였던 큰 땅덩어리가 서서히 분리되는 반면, 판 구조론은 충돌하면서 갑자기 나눠진다는 점입니다. 또한 대륙이동설은 주로 바다 밑에서 일어나는 일들을 설명하지만, 판 구조론은 지표면에서부터 일어난다는 점도 다르답니다. 두 번째로는 마그마 활동이라는 방법이 있습니다. 앞서 말했듯이 맨틀은 끊임없이 움직이며 변화하는데 특히 깊은 곳일수록 빠르게 변한답니다. 이때 뜨거운 열을 가진 물질이 밖으로 분출되면서 새로운 암석층을 형성하게 되는데 이를 마그마 활동이라고 합니다. 이렇게 만들어진 암석이 화산암이며, 이러한 과정을 거쳐 만들어진 퇴적암이 셰일 같은 층상암석입니다.
지구의 내부구조_ 외핵
외핵은 액체상태의 물질로 이루어져있는 핵입니다. 철과 니켈같은 무거운 원소들을 많이 포함하고 있고 온도 또한 매우 높은 편이라 뜨거운 용광로처럼 보인다고 합니다. 이러한 특징 덕분에 자기장 형성 및 전하 수송등 다양한 물리현상이 일어난다고 추측된다고 합니다. 외핵에서의 주요 활동으로는 전기전도성, 자성, 열전도성이 대표적이고 이외에도 여러가지 다른 특성들이 발견되었다고 합니다. 특히 주목할만한 점은 전류가 흐른다는 겁니다. 현재까지는 전자석 형태로 흐르는것으로 추정되지만 앞으로 연구결과에 따라서 달라질수도 있겠습니다. 외핵은 액체랍니다. 다만 아주 천천히 움직이기 때문에 겉으로는 거의 느껴지지 않을 뿐입니다. 그리고 바깥부분은 철 성분으로 되어있기 때문에 섭씨 5천 도 이상의 고온을 유지하고 있습니다. 만약 이것이 굳어진다면 철이 녹슬어버릴 겁니다. 따라서 핵 안에서의 움직임은 매우 느리지만 외부와의 접촉은 계속 일어나고 있다고 보는 편이 옳습니다.
지구의 내부구조_ 내핵
지구의 내핵은 맨틀과 핵 사이에 존재하는 고체 상태의 물질입니다. 이 부분은 액체상태인 외핵과는 달리 밀도가 매우 높고 온도가 아주 높아 녹는점이 무려 1,000°C나 된다고 합니다. 이렇게 높은 온도임에도 불구하고 철 성분이 많은 금속이기 때문에 녹거나 증발하지 않고 그대로 유지된다고 해요. 그래서 만약 지진파가 전달되지 않는다면 우리는 지구의 내부 구조를 알 수 없게 됩니다. 사실 열전도율이 낮기 때문이 내액은 녹지 않습니다. 뜨거운 물컵 위에 차가운 컵을 올려놓으면 금방 뜨거워지는 것처럼 열의 전도성은 물체의 재질에 따라 결정되는데, 철이 구리보다 열전도율이 훨씬 낮습니다. 따라서 같은 양의 열을 가해도 구리는 쉽게 녹아버리지만 철은 그렇지 않은 겁니다. 또한 강철만큼 단단한 재료라면 아무리 고온이라도 절대 녹지 않습니다. 하지만 그렇다고 해서 무조건 튼튼한 건 아닙니다. 예를 들어 알루미늄 캔은 상온에서도 찌그러질 만큼 약한데, 이것 역시 열전도율이 낮아서 그렇다고 합니다. 내핵은 말 그대로 ‘속’안에 있어서 겉으로는 전혀 보이지 않습니다. 다만 지각 아래 2,900km 깊이에 위치하기 때문에 직접 들어가볼 수는 없지만 여러 가지 방법으로 연구되고 있다고 합니다. 대표적인 예가 바로 지진파 관측입니다. 지진파는 땅 속 깊은 곳에서부터 지표면까지 전해지는 파동인데, 이를 이용하면 지구 내부 구조를 알아낼 수 있답니다. 특히 P파(종파)는 속도가 빠르고 진동 방향이 일정해서 땅속 깊숙한 곳까지 도달할 수 있고, S파(횡파)는 속도가 느리고 진동 방향이 주기적이어서 표면 근처까지만 갈 수 있습니다. 그리고 이러한 지진파들이 도착하는 지점을 분석하면 그곳의 지하 몇 km인지 정확히 알 수 있습니다.
지금까지 지구의 핵, 지각, 맨틀, 외핵, 내핵의 내부구조에 대해 상세하게 설명드렸습니다. 1906년 샌프란시스코 대지진이 발생했을 때 비로소 처음으로 진앙지로부터 100km 떨어진 곳에서 진도 7.0의 강진이 일어났다는 걸 알게 되었고 이후 미국 지질조사국 소속 과학자 찰스 시모니 박사가 최초로 인공위성을 이용해 태평양 해저 9,700km 밑에서 엄청난 에너지를 가진 새로운 암석이 있다는 걸 밝혀냈다고 합니다.이때부터 본격적으로 지구 중심부에 대한 연구가 시작되었답니다. 위대한 과학자들 덕분에 지구에 내부에 대해 많이 공부 할 수 있게 되어 영광스럽니다.