<사진. KISTI 미리안 사진자료
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>

냉각으로 인한 태평양판의 수축

태평양 "불의 고리(Ring of Fire)"에 대부분을 차지하는 구조판이 많은 과학자들이 예상하는만큼 단단하지 않은 것으로 나타났다. 미국 라이스 대학교와 네바다 대학교 연구진은 이러한 연구 결과를 "Geology" 최신호에 게재했다. 네바다대학교 Corne Kreemer 교수는 지구 가장 바깥층인 대륙권(lithosphere)의 냉각이 태평양판 일부를 빠른 속도로 수평으로 수축시킬 수 있다고 말한다. 이러한 현상은 대륙판의 변형을 유발할 수 있다. 연구진은 대륙권 부분 중 태평양판을 이루는 2 백만 년 정도된 어린 부분의 영향을 연구하였다. 연구진은 이러한 어린 구조판이 약 2천만 년 전에 형성된 오래된 부분보다 약 10배 가량, 1.6억 년 전 형성된 구조판보다는 약 80배 가량 수축 속도가 빠르다고 예상하였다. 육지와 해저를 포함한 지구 표면을 둘러싸고 있는 구조판은 일정한 움직임을 가지며, 점성을 가진 맨틀이 알아차릴 수 없을 만큼 느린 속도로 구조판 아래를 향해 밀려 움직인다. 시간이 흐를수록, 판끼리 긁히고 충돌하게 되며, 이 과정에서 산맥, 도랑 및 지리적 특성이 형성되게 된다.

지역적인 규모에서는, 이러한 움직임은 연간 inch 규모로 움직이며, 육안으로 살펴보기 힘들다. 하지만 태평양판 규모에서 총합적으로 살펴보면, 통계학적으로 상당한 규모가 된다. 연구진의 새로운 계산에 의하면, 태평양판은 북아메리카판으로 매년 약 2mm 수준으로 조금씩 멀어지며, 이는 경질판이론(rigid-plate theory)에서 산출한 수치보다 조금 더 빠른 속도이다. 즉 태평양판은 매년 약 50mm씩 북서쪽으로 움직이고 있는 것이다.

Richard Gordon 교수는 “판구조론의 중심적인 가정은 판이 단단하다는 것이다. 하지만 우리 연구진은 이러한 핵심 가정이 한낱 추정에 불과함을 알게 되었다. 즉, 판이 단단하지 않다는 것이다. 이를 밝히기 위해, 태평양판의 성질과 변형 속도를 규명하고 예측하게 되었다”고 밝혔다. 연구진은 지구를 형성하는 판 중 “경질판모델”에 맞지 않은 25개의 크고 작은 판에 대한 이번 발견에 대해, 냉각 작용이 어떠한 역할을 하는 것으로 보았다. 1.7억년 전에 형성된 단단해진 대륙권 보다 2백만년 된 어린 대륙권이 가변성을 가진다는 사실에 착안한 것이다.

연구진은, 5년 전 해저 연령과 수평 수축 속도 간에 반비례 관계가 있음을 밝혔었다. 연구진은 판단락폐쇄(plate circuit closure)라고 불리는, 최소 3개의 판이 민다는 상대적 움직임인 변형 현상에 착안하여, 만약 판이 단단하다면, 3교차점에서의 각속도의 합이 0이 될 수 있다고 보았다. 하지만 태평양, 나즈카, 코코스판이 만나는 칼라파고스 군도 서부의 비폐쇄속도는 연간 14mm였으며, 3개의 모든 판이 변형을 일으키기 충분한 수준이었다. Gordon 교수는 “오랫동안, 냉각과 열수축에 의해 연령과 함께 해저판이 깊어진다고 여겨졌다. 하지만 냉각이 이루어질 경우, 적어도 등방성을 띄게 된다. 단지 수직 방향이 아니라 모든 방향으로 동일한 수축이 일어나게 되는 것”이라고 설명하였다. 연구진은 평균적으로, 수평 표면을 잡아당기는 수축 수준을 결정짓고자 노력하였다. 태평양판을 격자로 나누어 연령에 따른 수평 변형을 계산하였으며, 이는 미국 지구물리자료센터(National Geophysical Data Center)에서 제공하는 해저 연령 모델을 바탕으로 하였다. 이를 통해 지구는 탄력적인 변형과 지진을 통해 계속해서 조정되고 있음이 알 수 있다. 또한 이번 표면 계산은 태평양판에 대한 변형장(strain fields)을 충분히 보여주고 있으며, 최근 발생하는 지진 분포 또한 태평양판 중 어린 대륙권에서 상당수가 발생하고 있음을 확인시켜준다.

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