지각(지구)
1. 개요
地殼 / Earth Crust
지구를 성분상으로 구분할 때 가장 바깥에 놓이는 층이다. 맨틀에서 직접적으로 분리되어 만들어지는 해양지각과, 오랜 시간의 분화(Differentiation) 작용으로 누적되는 대륙지각 두 가지로 구분된다.
2. 상세
지표에서 맨틀 사이에 위치한 암석층으로서, 여러 가지 물리적, 화학적 과정에 따라 무척이나 다양한 암석이 섞여 있다. 지각은 초고철질의 맨틀 물질에서 부분적으로 용융된 물질, 즉 마그마가 상승하여 굳은 암층이며 따라서 2650 ~ 3300 kg/m3 정도로 밀도가 핵보다 낮다. 특히 오랜 시간에 걸쳐 맨틀 성분으로부터 "분화(differentiated)"되었기 때문에, 규소, 알루미늄, 알칼리 원소 등의 함량이 더 높다. 특히 마그마에 잘 섞여들어가는 원소[1] 중에 우라늄과 포타슘이 있어, 방사성 동위원소의 함량도 지각에 상당히 많다.
따라서 지각은 맨틀이 부분적으로 녹아 만들어지는 마그마 성분인 현무암에서 시작하여, 더 많은 분화 과정을 거쳐 누적되어온 화강암 성분까지 분포하게 된다. 맨틀에서 빠져나와 조금씩조금씩 누적된 것이 지각이므로, 지각의 상당한 부분을 현무암 혹은 그와 같은 성분의 암석[2]이 차지하고 있다. 한편 화강암질의 암석은 현무암이 다시 녹거나, 더 오랜 시간에 걸쳐 식어가야 하는 등, 더 복잡한 제작 과정이 필요하다. 그래서 화강암질의 암석을 만들기 위해서는 막대한 양의 마그마 형성이 뒷바침 되어야 하며, 실제로 누적되는 양도 더 적다. 그러나 변성되면 무게가 무거워져 침강[3]해버리는 현무암에 비해 화강암은 너무 가벼워서 맨틀 속으로 다시 들어가지 않아, 40억년의 긴 세월동안 지표에 점점 누적되어왔다. 그것이 바로 대륙이다. 즉 대륙은 대류하고 있는 거대한 맨틀 위의 거품인 셈이다.
이에 따라, 지각은 보통 대륙지각과 해양지각으로 나누어 언급하는 경우가 많다. 해양지각은 해령에서 갓 만들어져 해양 바닥을 이루는 현무암질 암석인데, 그 밀도가 약 2.9 ~ 3.0 g/cm^3 정도에 해당한다. 이에 반해, 더 가벼워 지표를 표류하는 대륙지각은 밀도가 약 2.7 g/cm^3 언저리에 분포한다. 다만 대륙지각의 경우에도 하부에 두꺼운 현무암질 암석을 기반으로 하는데, 이는 특히 섭입대에서 하부에 지속적으로 공급되는 현무암질 마그마가 굳으면서 누적된다. 이 두꺼운 하부지각은 간혹 그 무게를 스스로 이기지 못해 뜯겨져나가 침강하기도 한다.[4]
지각의 평균 두께는 30km이며 대륙지각은 35km의 두께를 가졌지만 히말라야 산맥과 같은 거대 산맥 밑의 지각 두께는 무려 70km나 된다. 해양지각의 평균 두께는 12km이며, 대양 해저 평원의 지각은 10km, 아주 얇은 곳은 8km이며, 일반 지점은 15km에 이른다.
지각은 질량상으로 산소가 46.5%에 이르며 규소 28.2%, 알루미늄 8%, 철 5% 포타슘, 소듐, 마그네슘 등등도 각각 2~3%가 있다.
2.1. 해양지각
해양지각은 밀도가 2900 ~ 3100 kg/m3 정도로 비교적 높다, 이는 대부분이 현무암과 반려암으로 되어 있기 때문이다. 해령에서 분화될 시간이 없이 분출 혹은 냉각된 화성암이 해양지각을 구성하고 있다. 해양지각은 시간이 갈수록 식어가면서 수축하기 때문에 해령에서 멀어질수록 바다는 깊어진다. 또한 해양지각의 상부에는 처트(chert)와 석회암과 같은 퇴적암이 형성되면서 두께를 늘려간다.
2.2. 대륙지각
대륙지각은 현무암질 마그마가 분화작용을 일으키면서 만들어내는, 밀도 2650 ~ 3000 kg/m3 정도의 더 가벼운 암체로 구성된다. 또한 마그마가 분화되면 분화될수록 알루미늄, 소듐, 포타슘 등이 누적되기 때문에 대륙지각에는 이와같은 원소가 비교적 풍부하게 존재한다. 대륙지각은 지각평형 이론에 따라 더 두껍다. 해양지각이 10킬로미터 안팍의 두께를 가지는 반면, 대륙지각의 두께는 100킬로미터에 근접할 수도 있다. 이러한 두께는 오랜 시간에 걸친 조산운동에 의해 암석이 압축, 변형, 누적되기 때문이다. 따라서 대륙지각의 내부구조는 매우 복잡하다. 하지만 전체적으로 2개의 층으로 나누어 생각하는 경향이 있는데, 하나는 상부지각이고, 나머지는 하부지각이다. 지진학적으로는 콘라드 불연속면에 의해 나누고 있으며, 동력학적으로는 지각에 풍부한 장석의 연성변형 경계로 간주하기도 한다. 암석학적으로는 화강암질 암석이 주를 이루는 상부지각, 현무암 성분에 가까운 하부지각으로 생각한다.
판구조론에서 말하는 '판(Plate)'과는 정의가 다르며 포함하는 범위도 다르다. 종종 혼동하는 경우가 많이 있으므로 주의해야 한다. 판은 지각과 맨틀 상부 일부로 구성되어 있으며, 바꿔 말하면 지각은 판의 윗부분이다.
이에 대한 추가 설명은 지층 문서 참조.
[1] 지구화학적인 용어로는 비호정성 원소(incompatible elements)라고 한다.[2] 예컨대 각섬암이나 반려암[3] 바로 섭입 과정이다.[4] 이것을 delamination 이라고 한다.