판구조론과 함께 지구내부 운동을 설명하는 플루구조론의 대두

판구조론 지고 플룸구조론 뜬다

- 플룸구조론의 증거와 원리 -

오늘은 판구조론에서 최근 유력한 모델로 떠오르고 있는 플룸구조론에 대해 배워보겠습니다. 판구조론에 따르면 지구의 표면은 약 100km 두께의 10여 개의 조각으로 나뉘어져있으며, 이들이 운동하며 그 경계에서 다양한 지표변화가 일어납니다. 해구는 해저표면에 있던 지각이 지구 속 깊은 곳으로 가라앉는 곳인데, 이렇게 가라앉은 지각이 지구 내부로 깊이 들어가면서 지진을 일으키며, 가라앉은 지각은 압력으로 더워져 용융되고, 해령에서 다시 지표로 솟아오르며 새로운 지각을 만듭니다. 또한 판들이 충돌하여 습곡산맥을 만들기도 하고, 판들이 서로 엇갈리기도 합니다.

▲ 해령(이미지 출처 : 네이버 학생백과)

하지만, 지구상에 나타나는 대규모 운동은 표층의 판 운동만으로는 모두 설명이 불가능하는데요. 판게아 같은 초 대륙을 움직이기 위해서는 판구조론에서 제시한 힘의 원동력만으로는 역부족이라 생각했습니다. 이에 오늘날 ‘플룸’의 운동으로 지구 내부의 움직임을 규명하려한 ‘플룸구조론’이 대두되었는데, 플룸이란 지구 내부에서의 강한 상승류 또는 하강류로, 판구조론의 대류가 상부맨틀까지 한정된 반면, 플룸구조론에서는 대류의 범위가 맨틀과 외핵 경계까지 포함되는 이론으로, 플룸의 상승과 하강으로 판의 이동이 가능하다는 것입니다.

플룸구조론에서는 판의 이동의 원동력으로 두 가지 성질의 플룸을 제시하였는데요. 먼저, 하강류인 ‘차가운 플룸’은 해양판의 섭입으로부터 시작합니다. 하지만, 단순한 대류로 인한 하강류는 밀도가 낮은 지표의 판이 밀도가 높은 외핵 경계까지 하강하는 것을 설명할 수 없었는데, 이는 ‘체류 슬랩’ 으로 보완되었습니다. 섭입 하는 판은 상부맨틀과 하부맨틀 경계에 체류하게 되는데, 이로 인해 지표에서 내부 700km 경계에 섭입한 판이 쌓여 체류 슬랩이 형성됩니다. 발달된 체류 슬랩이 일정 한계를 넘어서면 붕괴되어 낙하하여 차가운 플룸을 형성하게 됩니다.

이렇게 외핵경계로 낙하한 차가운 플룸은 외핵 경계에 있던 뜨거운 물질과의 온도 불균질을 발생시키고, 이로 인해 뜨거운 물질은 위로 상승하게 되는데, 이것을 ‘뜨거운 플룸’이라 일컫습니다. 플룸구조론은 초 대륙 판게아를 분열시킨 원인으로 초 대륙이 담요처럼 상승 플룸을 덮고, 이로 인해 축적된 열이 한계에 도달하여 분리되었다고 설명하고 있습니다.

▲ 플룸구조론 모형 (이미지 출처 : 네이버 지구과학사전)

전 지구적인 플룸구조론의 모형에서 남태평양과 아프리카는 뜨거운 플룸(상승류), 아시아는 차가운 플룸(하강류)이 위치하고 있고, 이는 대부분의 판들이 유라시아로 몰려들고 있음을 설명합니다. 

오늘날 과학이 발달하면서 지진파 연구가 활발해 지고, 온도에 따라 지진파의 속력이 다름을 이용하여 지진파 전달형태를 입체적으로 표현한 영상인 ‘지진파 토모그래피’를 통하여 하부맨틀로 떨어지는 차가운 맨틀의 흐름을 발견함에 따라 플룸구조론 가설은 더욱 힘을 받고 있는 상황입니다. 아직은 판구조론과 함께 판구조론이 설명하지 못하는 현상을 뒤받침하는 정도로만 플룸구조론을 배우고 있는데요. 조만간 플룸구조론과 판구조론의 비중이 서로 바뀌지 않을까 생각됩니다.