1O1

지구 101 명왕누대·시생누대

마그마 바다와 지구의 층 나누기

— 지진파로 확인한 핵·맨틀·지각

지구는 처음부터 층이 나뉘어 있지 않았다. 통째로 녹은 뒤 무거운 철이 가라앉고 가벼운 규산염이 뜨면서 지금의 구조가 만들어졌다. 아무도 가 본 적 없는 그 속을 지진파가 대신 그려 냈다.

101 · 지구 101LESSON 005

지구 101 005

오늘의 질문

지구의 반지름은 6,378km입니다. 인류가 뚫어 본 가장 깊은 구멍은 12.2km입니다. 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

12.2 km

인류가 뚫어 본 가장 깊은 구멍

6,378 km

지구 중심까지의 거리

2,900 km

맨틀과 핵의 경계 지표에서의 깊이

약 5,400℃

내핵의 온도 태양 표면과 비슷

1. THE MAGMA OCEAN

지구는 한때 통째로 녹아 있었다

지금 지구는 층이 뚜렷합니다. 그런데 처음부터 그랬던 것은 아닙니다. 막 뭉쳐진 원시 지구는 무거운 것과 가벼운 것이 뒤섞인 돌덩어리였습니다.

충돌 미행성이 끊임없이 부딪혔습니다. 부딪힐 때마다 운동에너지가 열로 바뀝니다. 특히 달을 만든 거대 충돌(004)은 지구 표면을 통째로 녹일 만한 사건이었습니다.
방사성 붕괴 지금보다 방사성 원소가 훨씬 많았습니다. 특히 반감기가 짧은 핵종이 초기에 몰아서 열을 냈습니다. 지금은 이미 다 사라져 없습니다.
압축 물질이 중심으로 몰리면 눌리면서 데워집니다.

2. THE IRON SINKS

무거운 것은 가라앉는다

여기서 결정적인 일이 일어납니다. 녹으면 갈라집니다.

철과 니켈 — 무겁습니다. 마그마 바다를 뚫고 중심으로 가라앉아 핵이 됐습니다.
규산염(규소·산소와 금속의 결합) — 가볍습니다. 위에 떠서 맨틀이 됐고, 그중에서도 가장 가벼운 성분이 더 위로 떠올라 지각이 됐습니다.

3. THE LAYERS

그래서 지금 지구는 이렇게 생겼다

내핵의 온도는 약 5,400℃로 추정됩니다. 태양 표면과 비슷한 온도입니다.

4. HOW WE KNOW

아무도 못 가 봤는데 어떻게 아나

인류가 뚫은 가장 깊은 구멍은 러시아의 콜라 초심층 시추공입니다. 1989년에 12,262 m에 도달했고, 지금까지 이 기록이 깨지지 않았습니다.

P파(종파) — 진행 방향으로 밀고 당깁니다. 소리와 같은 방식입니다. 고체·액체·기체를 모두 통과하고 가장 빠릅니다.
S파(횡파) — 진행 방향과 수직으로 흔듭니다. 고체만 통과합니다. 액체는 지나가지 못합니다.

5. TWO WAYS TO SLICE

같은 지구를 두 가지로 자를 수 있다

여기서 자주 헷갈리는 지점을 정리하겠습니다.

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 — 고체 상태에서는 분리가 일어날 수 없습니다. 녹아야 철은 가라앉고 규산염은 뜰 수 있습니다.

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. 추정한 반지름 약 1,200km는 현재값 약 1,221km와 거의 같습니다.

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.

철이 중심으로 가라앉는 데는 지구가 충분히 녹아 있어야 했습니다. 만약 지구가 조금 더 작아서 끝내 녹지 않았다면, 자기장·대기·바다·판구조 운동은 각각 어떻게 됐을까요? 하나씩 짚어 가며 연쇄를 따라가 보세요.

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