마그마 바다와 지구의 층 나누기 — 지진파로 확인한 핵·맨틀·지각

지구 속을 읽는 법. 콜라 시추공의 깊이는 12.262km입니다. 지구 적도 반지름 6,378km에 비하면 작은 값입니다. 직접 갈 수 없는 내부를 지진파로 읽는 방법을 알아봅니다.

원시 지구의 가열. 원시 지구가 성장하는 동안 충돌과 방사성 붕괴 등이 열을 공급했습니다. 넓은 범위가 녹은 마그마 바다도 만들어졌습니다. 모든 부분이 한순간에 녹았다고 단정할 필요는 없습니다.

자체 개념도: 금색 금속이 중심으로 모이고 청록 규산염이 바깥에 남는 비축척 분리 과정. 핵을 향한 금속. 금속과 규산염이 이동할 수 있을 때 밀도 차이는 분리를 돕습니다. 철이 풍부한 금속은 중심으로 모여 핵 형성에 기여했습니다. 지구의 성장과 분화는 서로 연결된 과정입니다.

맨틀과 지각의 형성. 핵 바깥에는 규산염이 풍부한 맨틀이 남았습니다. 지각의 형성에는 부분 용융과 결정화 같은 과정도 관련됩니다. 모든 층이 한 번의 분리로 완성되었다고 설명하지는 않습니다.

자체 개념도: 고체 격자가 긴 시간에 전단 변형되는 모형. 느린 변형은 용융과 다름. 고체도 느리게 흐른다. 오늘날 맨틀은 대부분 고체입니다. 아주 긴 시간에는 변형되어 흐를 수 있지만 거대한 액체 마그마 바다와는 다릅니다. 느리게 흐른다는 말과 녹아 있다는 말은 구분해야 합니다.

지구를 통과하는 파. 지진이 나면 파동이 지구 내부를 지나 관측소에 도착합니다. 도착 시간과 경로를 비교하면 속도가 달라지는 경계를 찾을 수 있습니다. 보이지 않는 내부를 파동으로 조사하는 것입니다.

자체 비교도: 고체는 P파·S파 모두 통과, 액체는 P파만 통과. 금색 P파, 청록 S파. P파와 S파. P파는 고체와 액체를 통과하지만 S파는 액체를 통과하지 못합니다. 액체가 전단 변형에 버티는 힘을 유지하지 못하기 때문입니다. 두 파의 차이가 외핵의 상태를 알려 줍니다.

그림자도 정보다. 외핵에서는 S파가 통과하지 못하고 P파의 속도와 경로도 달라집니다. 관측되지 않는 영역을 그림자대라고 합니다. 파가 없다는 사실도 내부 구조를 해석하는 중요한 자료입니다.

관찰과 모형의 만남. 맨틀과 핵의 경계는 깊이 약 2,900km입니다. 내핵 온도는 약 5,400℃로 추정됩니다. 이런 값은 직접 가서 잰 것이 아니라 관측과 실험을 비교해 얻은 모형의 결과입니다.

지구 101 005

오늘의 질문

지구의 적도 반지름은 약 6,378km입니다. 인류가 뚫어 본 가장 깊은 구멍은 12.262km입니다. 지구가 사과라면 껍질도 다 못 벗긴 셈입니다.

오늘의 수업

오늘의 학습 목표

간접 측정 — 갈 수 없는 곳을 파동으로 재구성하기

없음을 읽기 — 신호가 도착하지 않는 영역에서 정보를 뽑아내기

잡음과 신호의 구분 — 설명되지 않는 작은 값을 어떻게 다룰 것인가

분류 기준의 상대성 — 질문이 달라지면 자르는 방식도 달라진다

마그마 바다와 지구의 층 나누기 — 지진파로 확인한 핵·맨틀·지각

숫자로 보는 오늘

12.262 km

콜라 시추공의 도달 깊이

6,378 km

적도 반지름 근삿값

2,900 km

맨틀과 핵의 경계 지표에서의 깊이

약 5,400℃

내핵의 온도 태양 표면과 비슷

지구 101 005

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확인 문제 1 / 6

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원시 지구가 녹아 마그마 바다가 만들어진 열원으로 보기 어려운 것은?

①미행성 충돌의 운동에너지
②방사성 원소의 붕괴열
③물질이 중심으로 몰리며 생긴 압축열
④태양풍이 지표를 가열한 열

정답 ④ — 충돌·방사성 붕괴·압축이 주된 열원입니다. 태양풍은 지구를 녹일 만한 규모의 열원이 아닙니다.

확인 문제 2 / 6

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지구가 층 구조를 갖게 된 직접적인 조건은?

①지구가 녹아 무거운 물질과 가벼운 물질이 움직일 수 있게 되었기 때문
②판구조 운동이 시작되었기 때문
③달이 생기면서 조석력이 작용했기 때문
④지구 자기장이 형성되었기 때문

정답 ① — 용융은 금속과 규산염의 이동·분리를 촉진합니다. 그러나 지구 전체가 동시에 완전히 액체여야만 분화가 가능하다는 뜻은 아닙니다.

확인 문제 3 / 6

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'철 재앙'이라 불리는 과정의 핵심은?

①철이 산화되어 녹슨 것
②철이 가라앉으며 위치에너지가 열로 바뀌어 지구를 더 뜨겁게 만든 되먹임
③철이 대기를 오염시킨 것
④철이 부족해 핵이 작아진 것

정답 ② — 가라앉을수록 뜨거워지고, 뜨거울수록 더 잘 가라앉는 자기 가속 과정입니다.

확인 문제 4 / 6

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S파가 액체를 통과하지 못하는 이유는?

①파장이 너무 길어서
②액체는 옆으로 밀렸을 때 되돌아오려는 힘이 없어 횡파를 전달하지 못하기 때문
③액체의 밀도가 너무 높아서
④액체 안에서 속도가 0이 되기 때문

정답 ② — 횡파는 전단 탄성이 있어야 전달됩니다. 액체는 옆으로 밀면 그냥 흐르므로 되돌릴 힘이 없습니다.

확인 문제 5 / 6

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P파 그림자대(각거리 약 104°~140°)가 생기는 이유는?

①P파가 액체 핵에서 완전히 흡수되기 때문
②P파가 성질이 다른 핵으로 들어가며 크게 굴절되어 그 구간을 건너뛰기 때문
③그 구간에 관측소가 없기 때문
④P파가 지각에서 모두 반사되기 때문

정답 ② — P파는 액체를 통과할 수 있지만 크게 꺾입니다. S파 그림자대와 달리 '통과 불가'가 아니라 '굴절' 때문입니다.

확인 문제 6 / 6

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잉에 레만이 1936년에 내핵의 존재를 알아낸 근거는?

①새로운 관측 장비를 발명했기 때문
②P파 그림자대 안에서 도착해서는 안 될 약한 신호를 발견하고 오차로 넘기지 않았기 때문
③지구를 직접 시추했기 때문
④S파가 핵을 통과하는 것을 관측했기 때문

정답 ② — 아무것도 없어야 할 자리의 약한 신호를 잡음이 아닌 정보로 본 판단이 발견의 열쇠였습니다. 후속 관측과 해석을 통해 내핵 모형은 더 정교해졌습니다.

마무리 확인

오늘의 정리 — 생각해보기

지구 내부 구조는 파가 도착하지 않는 영역에서 알아냈습니다. 즉 "없다"는 관측이 정보가 된 것입니다. 다른 과학 분야에서 없음이 증거가 된 사례를 찾아보고, 016의 청색편암 문제와는 무엇이 다른지 비교해 보세요.

레만은 아무 신호도 없어야 할 자리에서 약한 신호를 발견했고, 그것을 오차로 처리하지 않았습니다. 만약 여러분이 실험에서 설명되지 않는 작은 값을 얻었다면, 그것이 오차인지 발견인지 어떻게 판단하시겠습니까? 판단 기준을 세워 보세요.

금속과 규산염의 분리는 가열·물질의 이동성·시간과 어떤 관계가 있을까요? 크기만으로 분화 여부를 단정하지 말고, 핵 형성이 자기장과 이후 지구의 변화에 주는 조건을 하나씩 연결해 보세요.

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