#0

박자세 훈련센터에 하는 교육은 논산훈련소 들어 온 것과 같다. 훈련센터이기 때문에 인생에서 공부 기본프레임을 확립하는 곳이다. 항상 구조를 본다. 공부 잘하는 사람은 구조를 먼저 본다. 대략 5개 정도이다. 아프리카를 구호하기 위해 물자를 보내주어도 굶어 죽는다. 전 세계에서 생산하는 식량은 전 세계 인구를 먹여 살릴 수 있다. 그러나 도와주고 싶어도 안 되는 상황이 생긴다. 항구에 식량을 부려 놓아도 부족마을까지 길이 없어 나누어 줄 수 가 없다. 공부에도 이런 상황이 벌어진다. 지구과학을 공부하는데 수만 톤 지식이라는 화물을 싣고 와도 선착장이 없으면 못 부려 놓는다. 지식은 인터넷에 넘쳐난다. 지금 지난 30년 사이에 30배 이상 폭발했다. 그러나 개인은 30배 똑똑해지지 않았다. 10년마다 2배의 지식을 만들어내지만 개인의 지식은 줄어든다, 플랫폼이 있어야 한다. 플랫폼이 없으면 아무리 지식을 부려 놓아도 항구에서 썩고 있다.

CO2 공식을 어디에 적용할까 음미를 해본다. 적혈구 적용에 이 공식 없으면 안 된다. 생리학에서는 중탄산염 이온을 보낼 때 염소를 주고받는 이온채널이 포유동물에서 발달하였다. 이온채널이 없으면 질식해 죽는다. 적혈구에서 염소를 받아들이면서 빠른 속도로 이산화탄소를 배출한다. Chloride-shift라고 한다. 생리학으로 들어가는 문이다. 또한 석회암이라는 대륙을 만드는 지질적 사건이 될 수 있다.

알루미늄 토양에 비가 계속 오는 공식은 앙코르와트라고 적어 놓으면 된다. 앙코르와트 가면 라테라이트 붉은벽돌이 있다. 이렇게 적어 놓으면 정보가 고인류학, 남방문화, 폴리네시아와 연결되어 색다른 주장을 할 수 있다. 이런 것이 플랫폼이다. 비가 오고 양성자가 방출되고 토양산성화의 주범이다. 철이 대기 중에 산소에 노출되면 산화철이 생기는 것이다. 토양색을 결정하는 3가지 암석은 산화철, 괴사이트, 깁사이트이다. 나중에 토양학 하는 사람 만나 깁사이트 얘기하면 깜짝 놀란다. 수국색깔이 파란색깔이 있고 분홍색깔이 있는데, 토양이 산성화되면 색깔이 파래진다. 알루미늄은 독소이다. 토양학에 들어가는 메인이다.

철에 대해서 정리되어 있다. 녹에 대해서도 정리하였다. 철 2가와 3가 되는 과정도 중요하다. 생리학, 적혈구, 인체혈액학에 이거 모르면 꽝이다.

제철산업 요약했다. 호주에 세계 3대 철광회사가 있다. 오늘 타고 온 자동차의 철 30-40%는 서호주에서 왔다. 포항제철에 가면 야외 필드에 철광석을 산처럼 쌓아 놓았다. 어떻게 순수한 철이 나오는가? 일산화탄소와 만난다.

토양 만들어지는 과정이다. 흙의 주성분 Kaolinite는 한자로 ‘고령’에서 왔다. 중국 송나라 도자기 산지이다. 장석이 백운모로 바뀌는 과정이 경상남도에 대량으로 일어나고 있다. 석면(Serpentine)도 습입대에서 전 지구적으로 일어나고 있다. 

#1

추가로 광물학에서 필요한 3세트를 더 적는다.

CaO로 만들 수 있는 광물 3가지이다. CaO. SiO2 -> CaSiO3로 Wollastonite라는 고유명사가 있다. 고유명사가 있으면 중요한 광물이다. CaO. TiO2 -> CaTiO3는 Perovskite로, 지구표층의 100Km에 있는 것 보다 더 많을 수 있다. CaO. CO2 -> CaCO3는 Calcite이다. 민자연사박물관장님이 암석 설명하며 가장 많이 언급하는 말이 Calcite이다. 파워풀하다.

광물학 몰라도 된다. 7개 Element (SiO2, Al2O3, FeO, CaO, MgO, K2O, Na2O)를 조합하는 것이 광물이다. MgO. SiO2 -> MgSiO3는 마그네슘-Pyroxene이다. 2MgO. SiO2 -> Mg2SiO4로 마그네슘-Olivine이다. 광물학은 7개를 조합하여 꿰맞추는 것이다.

공부는 패키지로 만들어 한다. 이번엔 3개 식의 패키지이다. 환경지질학 교과서에 나오는 기가 막힌 식이다. 1번은 4CH + O2 -> 4C + H2O이다. CH는 유기물이다. 2번은 4CH + 3O2 -> 4CO + 2H2O이다. 3번은 4CH + 5O2 -> 4CO2 + 2H2O이다. 겨울에 군불 때면 불이 잘 안 붙을 때 그을음이 나오는 것이 1번이다. 연탄중독은 70-80년대 겨울마다 죽었는데, 초보자들이 탄 구멍을 잘 못 맞추면 산소공급이 잘 안 되서 불이 션찮게 붙으면서 2번의 일산화탄소가 나온다. 불이 벌겋게 붙으면 산소가 많이 들어가서 일산화탄소가 안 생긴다. 3번이다. 군대 내무반 생활에 겨울에 페치카 당번이 있다. 당번이 잘해야 일산화탄소 안생기고 따뜻하게 보낸다. 이런 이야기들이 이 공식 3개에 들어가 있다.

다음에 필요한 지식은 황에 관한 광물 3개를 기억해야 한다. 납과 황이 결합한 PbS2, 수은과 황이 결합한 HgS, 아연과 황이 결합한 ZnS, 이 3광물은 같이 사출이 되는데, 이름을 기억해야 한다. PbS2는 Galena이다. HgS는 Cinnabar로 연금술과 관련된다. ZnS는 Sphalerite이다. 광물학 기본으로 기억해야 한다.

또 철하고 관계된 광물이, FeO.Fe2O3는 magnetite이다. FeO.Cr2O3는 Chromite이다. FeO.TiO2는 ilmenite이다. 굉장히 흔히 나오는 광물 이름이다. 암기해야 한다. 

#2

광물과 생물의 공진화를 보는 지구과학 전체에서 중요한 식을 8개 나열한다. 양성자 2개와 전자 2개가 결합하는 것이다. 간단한 것을 잘 해야 한다. 2H+ + 2e- -> H2 이다. 전자 하나, 양성자 하나를 다룬 교과서가 별로 없다. 가장 중요한 수식으로 박테리아가 이렇게 하고 있다. 박테리아는 원자레벨에서 전자 하나 떼 내고 붙이는 일을 한다. 나중에 인간이 흉내 내는 것이 온도 높이고 압력 높여서 하거나 번개가 하고 있다. 박테리아는 분자라는 나뭇가지에서 나뭇잎 하나를 툭 떼어낸다. 바로 자연현상에서 궁극적인 것은 양성자 하나, 전자 하나이다. 행성지구에 수소가 거의 없다. 박테리아는 독립된 수소분자를 만든다. 수소생성세균(hydrogen-producing bacteria)이다.

사인을 하나 만들었는데, γ-e-P이다. 자연과학 전체를 인간의 의식에서 빅뱅까지를 설명하는 것이 이 3가지 입자 밖에 없다고 본다. 완결편에 다가가고 있다. 모두가 이 속에 있다. 궁극적으로 자연과학은 전자, 양성자, 광자로 내려오면 끝이다.

1번은 이산화탄소는 완전 산화된 형태이다. 이산화탄소가 환원되는 과정을 광합성이라고 한다. 지구상 모든 생명체의 에너지 기원은 이산화탄소이다. 산소는 객이고 이산화탄소는 주인이다. 박테리아가 수소를 광물에서 가지고 와서 이산화탄소와 결합하면 CO2 + 2H+ + 2e- -> CO + H2O이다.

2번은 이산화탄소에 양성자 2개와 전자2개를 떼서 박테리아가 붙인다. 양성자 떼 내면 전자 2개는 자동으로 따라온다. 전자는 아교풀이다. 그래서 CO2 + 2H+ + 2e- -> HCOOH이다. COOH 카르복실이 나온다.

3번은 이산화탄소에 양성자 4개를 붙여주면, CO2 + 4H+ + 4e- -> CHOH + H2O이다. CHO는 알데하이드이다. 이산화탄소에서 곧장 나오는 것이 알데하이드와 카르복실이다.

4번은 이산화탄소에 박테리아가 양성자 6개, 전자 6개를 붙인다. 이것은 무기물이다. 그러면 만들어지는 것이 유기물이다. CO2 + 6H+ + 6e- -> CH3OH + H2O이다. CH3OH는 메틸알콜이다. 초기 40억년에서 지금까지 지구상에서 생명이 하고 있는 가장 중요한 일을 적고 있다. 광합성 이전부터 지금까지 하고 있는 일로 광합성 할아버지이다.

5번은 CO2 + 8H+ + 8e- -> CH4 + 2H2O 로 CH4 메탄은 지구상 가장 중요한 기체이다. 메탄생성고세균이 하는 일이다.

6번은 이산화탄소 2분자를 써서, 2CO2 + 12H+ + 12e- -> C2H5OH + 3H2O이다. 에탄올이다. 지구상 질소비료가 만들어지는 것은 2N + 8H+ + 8e- -> 2NH3 + H2가 되어 질소고정을 한다. 뿌리혹박테리아가 양성자를 떼어내서 한다.

7번은 2CO2 + 12H+ + 12e- -> C2H4 + 4H2O로 에틸렌이다.

8번은 3CO2 + 18H+ + 18e- -> C3H7OH + 5H2O로 1-프로판올이다.

γ는 빅뱅에서부터 5만5천년까지 복사열 밖에 없는 RDU에서 온다. 빛은 EM 전자기장이다. 가장 긴 파장은 잠수함끼리 통신하는 수Km이다. 초장파이다. 다음은 1m 크기로 TV 안테나로 수신하는 것으로 전파라고 하고, Radio wave이다. 1mm 파장은 마이크로파이다. 마이크로오븐에 쓰는 파장이고, 우주론에서 중요한 CMB에서 M이 Microwave이다. 다음은 μm 영역에 적외선-가시광선-자외선이 있다. 별의 탄생은 적외선 영역이다. 자외선 다음은 X선이다. X선은 블랙홀 연구이고, 다음이 γ-선이다. 최고의 강한 에너지 입자이다. 핵융합에서 나온다. 초기 5만5천년까지는 빛으로 득실거렸는데 γ-ray이다. 온도가 떨어지면 쿼크를 만들고 다음으로 렙톤을 만든다. 렙톤에서 가장 질량이 작은 것이 전자이다. 포톤이 응측되어 전자가 된다. PET 촬영에서 뇌에 양전자를 주사로 주입하면 전자가 결합하여 2개의 포톤으로 바뀌는데, 180도로 나가는 것을 찍어내면 브레인의 입체구조가 나와서 종양을 찾아낸다. P(양성자)는 주기율표를 다 만든다. 생명은 전자와 양성자로 끝난다.

제임스 웹 인공위성 발표에 전 세계가 숨을 죽이고 있다. 데이터는 나사가 가지고 있다. 전 세계 동시에 발표하기 위해 엠바고를 걸어 놓았다. 나사에서 선물하는 10조원짜리 망원경이 보여주는 우주의 모습을 기대한다. 허블망원경은 빅뱅부터 1억년까지를 보았다. WMAP이 빅뱅 후 38만년을 보았다. 허블 망원경을 한 곳에 고정하여 오랫동안 노출을 시켜 찍었다. 망원경은 빛을 담는 그릇이다. 사진에 갤럭시가 수천 개 찍혀 나왔다. 갤럭시 색깔을 보면 얼마나 떨어져 있는지도 알 수 있다. 빅뱅 후 1억년까지 갤럭시를 보았다. 제임스 웹은 어디까지 들어갈 것인가? 제임스 웹의 장점은 별이 막 탄생되는 것, 블랙홀 등의 후보가 있다. 모두 오픈하면 천문학 교과서 다시 써야 한다.

#3

지금까지는 지구표층의 광물이고, 지금부터는 지구내부이다. 단일 플랫폼이다. 요거만 알면 지구 속에 대해서는 대학교과서 종합이다. 전문가들도 거의 모른다. 조금만 노력하면 금방 간다. 밝혀진 것이 별로 없기 때문이다. 인간이 겨우 10Km정도 들어갈 수 있는데, 인류가 아는 모든 정보는 지진파를 통해서이다. 지진파로서만 지구내부를 알 수 있다. 지구과학에서 압도적으로 중요한 것은 섭입대(subduction)이다.

직사각형으로 그린다. 지구내부 단면을 모델링한 것이다. 인류가 밝힌 지구내부 정보는 90% 집어넣을 수 있다. 가장 어려운 개념이 명확하지 않은 것이, 대륙판과 해양판이 섭입되는데, 들어가는 해양판에 뭐가 들어가는가? 외핵, 내핵, 맨틀은 어렵지 않다. 모르기 때문이다. 해양판은 5~10Km정도이다. 대륙판은 20~70Km이다. 특별한 경우 용골지괴가 250km까지이다. 해양판은 뭐고 해양지각은 뭔가? 헷갈린다. 해양판이 들어가는데, 그 밑에 있는 암석권이 들어가는데 두께가 100km이다. 해양지각은 oceanic crust이고, 해양판은 ‘해양지각+ 암석권’이다. 100km가 들어간다. 대기권이 대략 100km이다. 지구라는 행성에 대기권이 100km인데, 해양판이 100km가 들어간다. 강도2 지진이 지구에 1년에 100만 번 일어난다. 지구라는 행성은 요란스러운 행성이다. 100km짜리가 들어간다는 것이다. 쌓이는 것이 1000만년이다. 내핵에 떨어져 위로 올라와 순환하는데 2억년 걸린다.

테두리를 그리고, 내핵, 외핵을 그리고, 맨틀이 상부와 하부로 나누어진다. 하부맨틀 밑으로는 간단하다. 상부맨틀에서 온갖 일이 벌어진다. 내핵중심부까지 6370km, 내핵경계가 5100km, 왜핵경계가 2900km, 하부맨틀 경계가 670km이다. 아시아 대륙을 그리고 태평양 바다를 그린다. 남미대륙을 그리고 대서양을 그린다. 아프리카 대륙이 있다.

판구조론에서 대륙지각(Continental crust)은 20-70km, 해양지각(Ocean crust)이 5-10km이고 석회암이다. 아래에 암석권(lithosphere)이 100km이다. 들어가는 해양판은 해양지각과 암석권 약100km이다. 상부맨틀로 들어와서 하부맨틀 경계에서 1000만년 동안 쌓인다. 1600km까지 쌓여 나가다가 무거워지면 덩어리가 하부맨틀로 떨어져 가운데까지 오는데 5000만년 걸린다. 외핵의 경계까지 떨어지면 외핵이 액체이므로 반동으로 울렁하고 올라오는데, 하부맨틀과 상부맨틀로 올라와서 상승 Superplume이 된다. 지구상 Superplume이 28개가 발견되었다.

거대한 해양판 덩어리가 내려오려면 뭔가 밀어주어야 한다. 맨틀층이 고체인데 어떻게 흘러가는가? 흘러가는 이유가, 암석권 밑에 해양지각에서 250Km까지 밀도가 낮은 연약권(asthenosphere)이 있는데, 이 층의 1%가 녹아 있어 도르레 기름이 되어 해양판이 미끄러져 들어간다. 410km에서 암석권까지를 상부맨틀이라고 한다. 하부맨틀은 670Km부터 외핵 2900km까지를 하부맨틀이라고 한다. 상부와 하부맨틀 사이 410km~670km를 맨틀전이지대(mantle transition zone, MTZ)이다. MTZ에만 해도 지구표면 바닷물의 8배 물이 있다. 지구과학 혁명이 일어나는 최근 이야기이다. 하부맨틀까지 합치면 80배 물이 발견된다. MTZ에 있는 광물이 β-wadsleyite와 γ-ringwoodite로 Mg2SiO4 또는 MgO이다. 이 두 광물이 물을 3% 머금을 수 있음이 밝혀져서 지구표면 바닷물의 8배 물이 있다는 것이다. 상부맨틀에 있는 암석이 α-Olivine이다.

내핵 압력은 365GPa이다. 대기압으로는 400만 기압이다. 밀도는 내핵이 13-12, 외핵은 10-12이고, 하부맨틀은 5.5이다. 온도는 내핵이 5000도시, 외핵이 3000도시이다. 외핵 경계에 두께 250Km이고 밀도차가 4.5정도 나는 D“ 영역이 있다.

1억2천만 년 전에 대서양에서 마그마가 올라와서 쌓이는 것이 해양지각이다. 대서양 바다의 깊이는 가장 깊은 곳이 4Km이다. 대서양 중앙해령 폭이 1000km이고, 높이가 3Km이다. 바다의 플랑크톤이 죽어서 마그마가 굳어진 위에 쌓이는 석회암의 두께는 1년에 20μm로 5천만년이면 1Km 쌓인다. 마그마로 인해서 대서양은 1년에 2.5cm씩 확장이 된다. 태평양은 줄어든다. 태평양은 6억년 되었고, 1억2천만 년 전 대서양이 늘어나면서부터 태평양은 줄어들고 있다. 태평양판이 섭입되어 들어가면서 남미대륙과 아시아대륙이 가까워진다.

태평양 접한 남미대륙의 칠레 앞바다에 석회암이 쌓이면서 해양지각과 암석권 100km 짜리가 섭입되어 들어온다. 표면이 녹으면서 형성된 마그마가 맨틀을 뚫고 올라와서 암석권 밑에 고이는데, 섬록암(diorite)이다. 대륙판으로 올라오면 안데스 산맥이 만들어진다. 남태평양에 있던 산호섬이 해양판이 이동하면서 같이 이동하여 대륙에 붙어서 안데스 산맥 가운데에 산호 덩어리가 있다. 안데스 산맥에서 분출하여 형성된 암석이 안산암(andesite)이다. 또한 섭입대 부근에 압력을 받아 형성된 변성암이 위에서부터 Greenschist, Blueschist, Eclogite 이고, 주위로 생기는 변성암이 각섬암(amphibolite)이다.

지구 속 완전히 가지고 간다. 상승 Superplume에서 대륙으로 올라오면 대륙지각 밑에 수십 개의 마그마 챔버(Chamber)가 생긴다. 지금 지구과학 이론은 “판구조+슈퍼플럼” 이론이다. 슈퍼플럼 이론은 지난 40년간 각축이 있었다. 지금 25개가 발견 되었다. 마그마가 이동하는 파이프 관이다. 출발이 외핵에서 시작된다. 백두산에도 슈퍼플럼이 보인다.

Serpentine, Kaolimite 등 암석 분해하면 물이 나온다. OH붙은 암석은 모두 물이 들어 있는 것이다. 함수광물이라고 한다. MTZ에 물이 있다면 최소한 지구표면 바다의 8배 이상 물이 있다. <탄소교황곡>이라는 책에서 소개되는 프로젝트의 핵심은 첫 번째 ”카본이 맨틀에 얼마나 있는가? 카본이 있다면 석유가 지구 속에서 생길 수 있는가?“이다. 석유가 고갈된다고 40년 전 부터 얘기했는데, 아직도 문제가 없다. 러시아, 우크라이나 연구자들은 석유가 맨틀층에서 기원할 수 있다고 하였다.

두 번째는 ”바다가 어디서 왔는가?“ 이다. 기존에는 지구가 만들어질 때, 달을 연구하면서 달이 곰보가 된 것은 45-39억 년 전 운석 극대기 때문이다. 그 이후에는 거의 없다. 이때 운석이 1000억개 이상 덩어리이다. 물을 1%만 운석이 함유해도 지구 바다를 만들 수 있다. 그런데 그렇게 안 해도 지구 속에서 물을 만들어 낼 수 있다는 것이다. 태양계에서 수, 금, 지, 화까지는 돌로 되어 있다. 목성부터는 거의 수소이다. 태양에 수소가 모여서 중력수축해서 핵융합 일어나는 순간에 양극에 가스분출이 일어나고 엄청난 라디에이션이 수소를 다 내보내고 무거운 것만 남는다. 그래서 화성까지는 수소가 남지 않는다. 목성은 중력이 커서 수소를 가두게 된다. 최근 이론은 태양이 만들어질 때 지구가 동시에 만들어졌는데, 맨틀층에 수소가 있을 수 있다는 것이다. 맨틀층에 기본원소가 SiO2인데, 이 산소와 수소가 맨틀층에서 고압에 의해 결합할 수 있다는 것이다. 지구가 만들어질 때 공기 중의 수소는 태양풍에 의해 날아가지만 녹아있는 맨틀층으로는 수소가 들어올 수 있다는 것이다. 맨틀층에 있는 산소와 결합하여 물이 만들어질 수 있다. 이 물이 짜내어 줘서 표층으로 올라올 수 있다는 것이다. 바다의 내부기원설이다. 이것이 초기단계 가설로 최근 10년 사이에 시작하고 있다. 지표 410km에서 670km 사이의 260km 되는 MTZ층 이야기이다. 지구 전체 질량을 1이라면 바다 전체의 질량은 만 분의 2이다. 대기층은 백만 분의 1이다.

대서양 가운데 마그마가 분출한 곳을 중앙해령(MOR, Mid Ocean Ridge)이라고 한다. 동태평양에도 있다. 1억2천만년동안 분출한 마그마가 쌓여서 밀려나간다. 정중앙에 참호(Trench) 구조가 생기는데, 폭이 10km가 넘는다. 길이가 지구에서 가장 긴 산맥으로 16000km이다. 높이가 3km, 산맥의 폭이 1000km이다. 남극에서 그린랜드까지 연결되어 있다. 1억2천만년을 필름을 거꾸로 돌리면 남미대륙과 아프리카 대륙이 만나는데, 그 지점이 남미의 이구아수 폭포(Iguazú Falls)이다. 아프라카 지점과 붙이면 크랙이 딱 맞는다. 배꼽처럼 남아있는 흔적이다. 현무암 범람 사건으로 이구아수 폭포 위쪽은 경상도 땅만한 완벽한 평지가 펼쳐진다. 북미대륙에 현무암 범람이 일어나 북미와 남미가 먼저 분리되고, 다음에 남미와 아프리카가 분리된다.

남미 아마존강에 안데스 산맥에서 빙하 녹은 하얀 물이 흐르고, 베네수엘라 열대지역의 검은 색 물이 흘러 만나는 지대가 있다. 검은강과 흰강이 밀도가 달라서 안 섞이고 6km를 같이 흐른다. 이 지역이 강괴(Craton)이다. 20억 년 전부터 있는 아마존 강괴이다. 아마존 강은 겉보기 허상이다. 아마존 강이 생긴 것은 1500만 년 전이다. 태평양쪽 지대가 섭입대로 높아진 안데스 산맥에서 물이 흘러내려 아마존 강괴라는 화강암 덩어리 단단한 심을 표층으로 관통을 한다. 브라질 가보면 어디든지 굉장히 고운 모래가 있다. 아마존에는 돌멩이가 없다. 강물이 빨리 흐르고 식물이 바위를 녹여서 모두 모래로 바뀐다. 국토 전체가 모래로 덮여 있다. 1500만 년 전 지대가 높아져 물이 흐르면서 아마조니아 지괴가 남북으로 갈라진 도랑 이름이 아마존강이다. 강물이 화강암을 분해하여 전체를 모래로 만든다. 유명한 모래 호수가 나온다. 브라질 동부해안이 고운 모래로 되어 있고 사구에 호수가 만들어진다. 아마존강괴 북쪽에 남은 흔적이 로라이마이다. 암석 표면에 물결무늬가 있다. 바다 물결이 화석이 되어 있다.

#4

판구조론은 Hess의 해저확장설이 첫 번째고, 두 번째는 바다가 어떻게 순환하는가가 윌슨 사이클이다.

윌슨 사이클(Wilson cycle) 1단계는 Stable Craton이다. 지금 지구는 30개의 강과(Craton)로 되어 있다. 40억년-30억년 전에는 맨틀층 온도가 지금보다 300도 높아서 섭입이 일어날 때 바로 녹아서 대륙지각 밑에 붙는다. 그러면 대륙지각이 두꺼워지는데 용골지괴라고 한다. 그러면 대륙의 심이 커져서 250km까지 내려오는데, 가볍고 단단한 지각이 만들어진다. 대륙판 20-70km에 용골이 붙어서 250km가 되니 다른 대륙과 부딪혀 가장 자리는 분해되고 떨어져 나가도 심은 남는다. 그것이 강괴이다. 지금도 지구에 30개가 있다. 우리나라에 3개가 있는데, 낭림육괴, 경기육괴, 영남육괴이다.

2단계는 마그마가 밑에서 토치를 하면 크랙이 생기고 빗물이 들어가 땅이 파이는 지역이 생기는데, 이를 Graben(지구대)이라고 한다.

3단계는 더 움푹 파이면 바닷물이 들어오는데, 이를 Rift stage라고 한다. 홍해(Red sea)가 이 상태이다.

4단계는 마그마가 올라가서 밀어내고 바닷물이 들어온 곳이 Ocean stage이다. 대서양(Atlantic ocean)이 이 상태이다.

5단계는 해양판이 섭입되어 들어가 바다가 줄어드는 Subduction stage이다. 태평양(Pacific Ocean)이 이 상태이다.

6단계는 섭입이 극단적으로 일어나면 대륙이 인접한다. Subduction Completion stage이다. 지중해(mediterranean sea)가 이 상태이다.

7단계는 해양판이 사라지고 대륙판이 충돌한다. 이 단계를 Collision stage라고 한다. 태평양판이 사라지는데 2억년이 걸린다. 해양판이 가장 오래 살아도 2억년이다. 대륙판은 강괴는 30억년을 살아남는다. 인도판과 아시아판이 만나는 것이 이 상태이다. 태평양판과 남미판은 섭입되어 빠르게 들어가 곧장 녹아 산맥을 만든다. 그래서 남미 안데스 산맥이 해안에서 얼마 안 떨어져 있다. 인도판이 아프리카에서 떨어져 나와서 9천만 년 전부터 이동하여 3천만 년 전부터 유라시아판과 접촉을 한다. 5천만 년 전 해양이 거의 사라질 쯤 바다에 물고기가 엄청나게 많아져서 아시아 대륙에 어슬렁거리던 늑대같은 고래가 바다로 들어간다. 인도판도 대륙판이고, 아시아판도 대륙판이라 밀도가 비슷하다. 그래서 인도판이 밑으로 내려가지 않아 녹지 않고, 슬라이딩만 되어 진동이 되니 끝자리가 떨어져 나간 곳이 동해바다이다. 슬라이딩 된 부위를 부르는 이름이 봉합대(Suture)이다. 봉합대에 원시해양흔적이 남아 있는데, 오피오라이트(ophiolite)이다.

8단계는 Orogeny stage(조산운동 단계)이다. 알프스가 대표 예이다. 바다흔적이 묻혀 있는 것이 ophiolite이다.

9단계는 다시 평탄화가 되어 Stable Craton이 된다.

한반도 판데기는 중생대 때 온갖 산맥이 있었는데 중생대 말에 평지화가 되고, 2000만년전에 경동지괴 현상이 일어나 동고서저 지형이 된다. 빗물이 흘러가며 계곡이 생기고 계곡 사이에 산맥이 생겼다. 한반도는 쥬라기 때 송림조산운동으로 화산이 생겨서 온갖 산맥이 생겼다가 중생대 끝날 때 평탄화가 되고 신생대 들어와서 후반부에 경사가 만들어져 빗물이 갈비뼈로 흐르고 트랜치 구조가 생기고 산맥이 생겼다. 그래서 지금의 한반도 산맥은 조산운동이 아니다.

지구표면의 모든 이야기가 윌슨 사이클에 다 있다. 주기는 2억-5억년이다. 초대륙이 만들어지고 분해되는 사이클이 5억년이다. 대륙이동은 슈퍼플럼과 관계있다. 섭입되어 외핵까지 떨어지는데 2억년, 다시 슈퍼플럼으로 올라오는데 2억년 걸린다. 거시적으로는 윌슨 주기와 맞아 떨어진다. 윌슨(J. TUZO WILSON)의 1966년 네이쳐 논문 제목이 ‘Did the Atlantic close and then re-open?’이다. 

#5

1910년부터 지진파로 연구하면서 명확해지기 시작했다. 맨 위층이 해양바다와 해양지각, 100km, 250km, 410km, 670km의 계면에서 지진파 S파로 측정하니 속도가 확확 바뀌어진다. 속도는 3~7Km/s로 지진파 S-wave 속도이다. 물질의 밀도가 달라서 속도가 달라진다. 그래서 이름을 붙인 것이다. 100km까지가 Lithosphere(암석권), 다음 250km가 속도가 1km 떨어지는데 물렁물렁하다고 하여 asthenosphere(연약층)라고 하고, 410km가 Upper mantle, 670km 밑이 lower mantle이다. 연약층과 암석권 사이가 1% 녹아 있어 움직일 수 있다는 것이 판구조론의 핵심이다. 해양지각의 두께는 5-10km를 포함해서 100km 전체가 움직인다는 지식이 중요하다. 410-670km가 맨틀전이대(MTZ)이고, 위쪽에 β-wadsleyite, 아래쪽에 γ-ringwoodite가 분포한다. 

#6

다음은 지진파를 보면, 지진연구소에 리히터 지진계가 있는데, 원통이 계속 돌아가면서 잉크 묻힌 바늘이 달려 있어 땅이 진동하는 만큼 움직인다. 그것을 펼치면 지진파가 나온다. 포항에 몇 년 전 강도 5지진이 최근 100년 사이 처음으로 있었다. 강도 7이 되면 도시 하나가 쑥밭이 된다.

지진파가 측정되면, 먼저 오는 것이 P파, 다음이 S파, 다음이 Surface파이다. S파 높이가 23mm이면 Log23을 취하면 리히터 지진값(Richter magnitude)이 된다. S파와 P파 사이의 시간간격이 중요하다. 시간 간격이 24초라면 진원지에서 얼마 떨어졌는지 테이블로 찾아보면 안다. 미소냉전 때 지하핵실험을 통한 데이터를 통해 진원지 테이블이 만들어졌다. A, B, C 관측소에서 지진파가 오면, P파와 S파가 도달한 시간이 관측소마다 다르다. 두 파 사이의 시간이 A는 3분, B는 8분, C는 11분이다. 테이블 보면 진원지에서 1500km, 5600km, 8600km이다. 진원지를 알려면 A에서 1500km 반경을 그리고, B에서 5600km 반경을 그리고, C에서 8600km 반경을 그리면 세원이 만나는 접점이 진원지(Epicenter)이다.

리히터 강도 1차이가 에너지는 33배 차이가 나고, 표층이동거리는 10배가 된다. 집이 무너지는 것은 표층이동이다. 2차이는 33*33배로 1000배가 된다. Surface파는 표면을 따라 wave형태로 따라가는 파가 있고, 하나는 타원파가 있다. 역사통계로 Richter 2이상 지진이 전지구에 1년에 10에 6승번 발생한다. 3이상은 10에 5승번, 4 이상은 10에 4승번, 5이상은 10에 3승번이다. 포항지진은 1년에 1000번 일어나는 지진이다. 섭입이 100km가 들어가기에 지구가 몸살을 한다. 6이상은 10에 2승번이다. 7이상은 10번 일어난다. 관동대지진은 강도 8인데, 3년에 1번 일어난다. 도시 하나가 파괴된다. 강도 9는 드믈다. 

#7

내핵, 외핵, 맨틀층이 있으면, 맨틀에는 P파가 오고 S파가 오는데, 외핵은 액체이기 때문에 P파는 종파이고 S파는 횡파이다. 횡파는 전단력으로 형태를 바꾸고, 종파는 부피를 바꾼다. 액체는 형태가 없어서 횡파는 액체인 외핵에는 못 들어간다. 위도 1도는 거리가 111km이다. P파가 맨틀과 외핵의 경계를 지나서 간 거리 11600km를 111km로 나누어주면 105도이고, 외핵과 내핵의 경계를 지나 간 거리가 위도로 142도가 되는데, 105도와 142도 사이에는 S파가 안 들어오는 ‘암영대’라고 한다. 레만이라는 과학자가 연구해서 지구에 외핵이 있다는 것을 알게 되었다. 고체인 내핵 안으로는 S파가 들어갈 수 있다. 내핵이 지구자전보다 빨리 돌아서 지구자기장이 생긴다. 내핵, 외핵을 연구한 과학자가 1930년도 Lehman이다. 5100km에 외핵과 내핵의 계면이 있다는 것을 알게 되었다. 외핵과 맨틀 계면을 연구한 과학자가 Gutenberg이다. 상부와 하부맨틀 경계를 연구한 과학자가 Repetti이다. 

#8

지구전체를 보는데, 지구전체의 원소분포는 가장 많은 원소는 Fe이다. 외핵, 내핵이 철이기 때문이다. 두번째는 O이다. 광물이 대부분 산소를 머금고 있다. 세 번째는 Si가 아니고 Mg이다. 깜짝 놀랐다. 지구표면엔 거의 없으나 지구 속에는 Si보다 더 많다. 네 번째는 Si이다. 다섯 번째가 S이다. 여섯 번째가 Ni이다. 핵은 Fe와 Ni의 합금이기 때문이다. 그러면 더 무겁기 때문에 가벼운 원소가 들어 있어야 하는데 O와 S가 있을 것이라고 추정한다. Fe가 35%, O가 28%, Mg이 17%, Si가 14%, S가 2.7%, Ni이 2.7%, Al이 0.6%, Ca이 0.4%이다. 아직 카본(C)이 없다. 지구 전체에서 카본은 0.1%이다. 표층에 밖에 없다. 생물현상이 표층에서 일어난다. 우리는 0.1%의 자손이다. 최근 이론은 지구 속에도 있을 수 있다고 한다. 알아야 될 지식의 구멍을 메꾸기 전에는 여러분들의 지식이 왜곡되어 있다.

바다의 이온분포는 HCO3- > SiO2 > Ca2+ > SO42- > Cl-이다. 식물성플랑크톤 껍질은 SiO2이고, 바다에 석고(CaSO4)가 많은 이유이다. 

#9

대기층을 그려본다. 지표에서 10km까지가 대류권, 50Km까지를 성층권, 80Km까지를 중간권, 100Km까지를 열권이다. 여기까지가 대기권이다. 온도가 지표면이 10도시라고 하면, 대류권을 올라가면 ‘국제선 순항항로’라 하여 밑에 구름이 깔리는데, 대류권 경계면이고, 온도가 떨어져 영하50도시이다. 국내선은 영하 17도시이다. 성층권에서는 올라가면서 온도가 올라가는데 오존층이 햇빛에너지를 흡수해서 그렇다. 중간권에서는 다시 온도가 영하90도시까지 떨어진다. 열권에는 태양풍으로 온도가 1200도시까지 올라간다. 지구 대기권을 벗어나면 외계권이라고 하는데, 태양풍과 관련되어 최대 2000도가지 올라간다. 기압은 지표면이 1000Pa(=1기압)이고, 대류권이 200Pa, 성층권이 1Pa, 중간권이 0.02Pa이다. 우주정거장 Skylab이 350km에 있다. 오존층은 지상에서 25km에 있다.

대기권은 100km인데, 대기권 만큼의 두께 지층이 지구 내부로 섭입되어 들어간다. 그 감을 가지라는 것이다. 그래서 지구는 거대한 종이다. 끊임없이 종소리가 들린다. 그래서 지구는 살아있는 행성이다. 이 전체를 알아야 생명현상이 왜 출현했는가를 알 수 있다.