판구조론의 발전과 증거

판구조론의 발전과 증거

 

베게너의 이론이 결론을 얻지 못한 것은 주로 대륙(continent) 위주로 연구되고 지구의 71%를 차지하는 해양(ocean)의 해저의 신비를 해결하지 못했기 때문이라고 얘기할 수 있다. 다행히 1950년대(2차 세계대전 이후)에 해양의 연구 결과로부터 대륙이 고정됐다는 관념이 흔들리고 있음을 암석 자기학 연구결과로부터 알 수 있었다.

 

1. 고 지자기학(paleomagnetism)

암석의 자화는 고자장의 방향을 결정해 주는 화석 콤파스의 일종으로 쓰이는 화석화한 영구자기인 자연잔류자기 (natural remnant magnetics)이다. 평균 자기장은 지구 중심을 통하는 쌍극축(dipoles)에 의한 것이라는 가정에 의해 연구된다. 만약 어떤 형태의 정방위의 암석표본은 만일 편각(D)과 복각(I)이 예민한 자력계로 측정 된다면 자장방향과 위도에 관한 자료를 제공해 준다. 위도각(L)은 다음과 같이 표시할 수 있다.

 

Tan I = 2 Tan L

 

이를 위해서 사용하는 암석은 몇 종류가 있다(① 현무암질 용암, ②적색사암과 같은 퇴적암). 이들은 지각 운동에 의한 경사와 착란에서 오는 영향을 제거하기 위해 이들이 형성될 때 있었던 것과 동일한 위치에 두고 편각(D), 복각(I)을 결정해야한다. 지구에서 지자기형성의 요인으로서 전기유도체인 외핵을 이루는 액체가 자동적으로 회전하는데서 형성된다는 발전기와 같다고 언급한 기존 학설이 있다(E. Bullard et al. 1965).

 

현재 북극 축가 11.5도의 각을 이루고 있지만 수천 년이 지난 시간에 평균하면 실제로 일치한다. 또한 제 3기 후반에 결정된 고지자기의 방향은 현재의 것과 구분이 안되는 지리적 북극의 위치를 나타낸다.

 

1950년 중엽에 S.K. Runcorn, K.M. Creer, E.Irving으로 구성된 연구팀이 유럽과 북미에 나타난 암석으로 측정한 결과, 상부 제 3기 이전에 북극의 위치가 변하였다는 사실을 밝혔다.

 

현재와 비교하여 볼 때 그 차가 일정하게 시간이 경과함에 따라 극의 각도차가 증가하는 방향으로 진행되었다는 사실로 극이나 또는 대륙이 이동하였음을 암시해 주었다. 이와 비슷한 자료는 호주의 결과에서도 보여 준다(그림 2-6). 이처럼 극이 이동(polar wandering)하고 있다는 것은 종래의 고정된 학설에 비하여 놀라운 결과이었다.

영국의 천문학자 T. Gold(1955)는 가소성 유동이 가능하므로 양각의 질량 再분배는 적도부가 부풀어지는 경향임에도 극을 이동시킬 수 있다. 예를 들면, 남미 크기의 대륙을 수 백년 동안에 30m 높이면 극을 90° 까지 회전시킬 수 있다고 언급했으나 실제로 일어나지 않은 문제의 해결은 바로 극 빙하에 의하여 상쇄되어 그 역할을 충족시켰다고 생각하였다. 다른 연구결과 (Runcorn, 1962)는 북미의 암석에 대한 자료이다. 즉, 극의 이동경로가 유럽의 결과와 유사하나 계통시차(系統時差; system time gap)는 북미의 선 캄브리아기와 고생대의 경로가 약 30° 떨어졌음을 보였다.

삼첩기(Triassic) 이후에는 차가 없다. Runcorn(1962)은 Wegener (1912) 와 Taylor(1910)가 제시한 북미를 유럽으로 가져와서 북대서양을 폐쇄시킨다면 이상이 없어진다고 주장했다. 이는 양 대륙이 삼첩기(Triassic) 이후 현재 사이의 어느 기간에 떨어졌음을 의미한다. 또 다른 고자기에 의한 연구는 극의 반전(polar reversal)이다. 이는 후 3기말(後3紀末)과 제 4기의 용암누층의 각 층들의 자연잔류자기 방향이 1800 떨어져 있음을 처음 발견하고, 이에 대한 확실한 증거는 K40-Ar4 방법에 의해서 용암(lava)의 연령을 측정하여 증명하였다. A. Cox (1967)가 제시한 자기장의 최종반전은 150만 년 전에 있다는 점은 I. Mcdonal과 D.H. Tarling et al (1971)의 의견과 일치하였다. 이와 같은 문제에 대한 의심은 해양지질학의 연구를 되새겨 보아야 한다. Scripps 해양 연구소와 뉴욕 콜럼비아 대학의 Lamont -Doherty 지질관측소의 자료에 의한다. 이들은 풍부한 재원과 신기술에 의하여 발전한 것이다.

 

2.기타 연구결과

남반구에서 수집된 연구 결과도 고생대를 통하여 시간의 흐름과 더불어 극이 이동하는 계통적인 변화가 인정되고 분리된 다른 대륙의 극 이동 경로와 다양성은 남반구에 존재했던 곤드와나 대륙으로 합해서 보면 감소된다.

 

이와 같은 조사연구를 진행하는 과정에서 1950년대 해저지형과 지질탐사 음향측심 장치에 의해 해양저를 탐사한 결과에 의해서 해저지형을 지형적으로 3개의 주 지역으로 분류하였다.

 

1. 대륙 연변부(대륙붕, 대륙사면, 대륙대, 해구 포함)
2. 해양 분지(심해저, 대양 융기부의 해구)
3. 해령과 해저산

대륙붕을 포함하는 연변부는 부분적으로 큰 단층구조에 의하거나 천해저 외부에서(basin)이다. 퇴적물은 적색 점토(red clay), 유공충 연니 (foraminiferal ooze)와 방산충 연니(radiolarian ooze)와 같은 원양성 퇴적물로 구성되어 있다. 해저산(seamount)은 현무암으로 구성된 화산기원이며 태평양에 있는 것의 일부는 정상 상부가 평탄하다. 이는 1600m 이하인 지점이 천해성 환경이었음을 시사한다.

 

해령은 대서양의 중앙해령 (central ridge system)이 대표적인 지형이다. B.Heezen et al(1963)을 비롯한 다른 사람들이 길이가 56,000km가 되는 해령을 바다가운데서 추적하였다. 넓이도 1,000km이상의 폭을 가진 해저의 신비로운 모습이다. 더욱 흥미로운 사실은 이 지대가 천발지진대로 알려져 있다. 또한 중간에 위치한 골짜기는 Challenger(1953~)호 탐험시 J.C. Swallow에 의해 처음 발견된 이후 미국인 B. Heezen et al(1963)과 M. Ewing에 위해 해석되었다. 중앙해령의 계곡의 넓이는 25 ~ 30km, 깊이가 250 ~ 750m이다.

그 이외의 지구물리적 탐사방법(탄성파 반사법과 굴절법)에 의하여 지질의 두께가 측정되고 지각의 기저부에 불연속면(moho면)이 측정되었다. 이들의 결과로 육지에서보다 해저에서 지각이 얇아짐을 보여주었다. Tool see) 해양저의 전자장을 측정하여 자력 이상(magnetic anomaly)을 지리적 분포에 의하여 자력대가 동서방향으로 표시해 보면 평균치에 정상치(positive-negative value)를 나타냄을 보여준다. 이처럼 많은 해양의 신비를 넓은 분야에서 연구 추정하여 1960년대에 이르러서는 해저확장설 (sea floor spreading)에 이르는 연구결과가 제시된다.