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지구 1위 성분은 산소인가, 철인가? 암석학자들이 대륙 지각 암석 성분 분석해보니...
입력 : 2020.11.27

 평균 두께 35 km에 이르는 지각은 토양과 암석으로 이루어져 있다. 그렇지만 토양은 토핑 가루처럼 얄팍하게 지각을 덮고 있을 뿐이므로, 지각은 딱딱하고 거대한 돌덩어리나 다름없다. 지각을 구성하는 암석의 주요 성분은 무엇일까?

  지각은 대륙 지각과 해양 지각으로 크게 나뉜다. 대륙 지각은 밝은 회색의 화강암이 주요 암석이고, 해양 지각은 검은색의 현무암이 주요 암석이다. 따라서 바닷물이 모두 증발한다고 해도 대륙은 밝게 보일 것이며, 해양은 어둡게 보일 것이다.

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 암석학자들이 대륙 지각의 암석 성분을 분석한 결과 1위의 주인공은 산소(O)이고 2위는 규소(Si)였다. 해양 지각의 주성분인 현무암도 마찬가지다. 검은색의 암석일수록 철분의 비율이 조금 더 높아질 뿐 산소와 규소의 함량이 압도적으로 높다. 대륙과 해양 지각의 암석에서 차지하는 산소의 평균 질량 비율은 거의 50%, 부피 비율로는 90%나 된다. 따라서 지각은 산소층이라고 불러도 과언이 아니다.
 지각에는 산소가 가장 많지만, 지구 속으로 들어가면 어떨까? 산소가 여전히 가장 큰 비율을 차지하고 있을까? 지구의 질량을 지구의 부피로 나누면 5.5라는 값이 나온다. 5.5는 지구의 평균 비중 값이다. 보통 돌멩이의 비중이 2.7이므로 지구 속은 돌멩이보다 몇 배 무거운 물질로 채워져 있어야 한다는 결론이 나온다. 그런 물질이라면 쇳덩이 말고 뭐가 있을까…?
  맨틀의 암석은 간혹 화산 분출물에 섞여서 올라온다. 용암 속에도 녹지 않은 채 덩어리로 올라오는 포획암에는 올리브(Olive) 열매의 색과 비슷한 초록빛을 띠는 광물이 많이 섞여 있다. 그래서 암석학자들은 이 광물에 올리빈(Olivine)이라는 이름을 붙였다. 올리브 나무는 한자어로 감람(橄欖) 나무이다. 따라서 올리빈은 감람석(橄欖石)이라고 번역된다. 순도가 높은 감람석은 페리도트(Peridot)라고 불리며, 8월의 탄생석 보석으로 팔린다.(제주도의 현무암에도 드물게 감람석이 박혀 있는 경우가 있다. 그렇지만 후벼 팔 생각은 하지 않는 것이 좋다. 자연 훼손으로 벌금이 더 크다.)
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감람석 덩어리(그림 출처: abijoux.com)

 감람석이 주성분이 암석을 감람암(橄欖巖, Peridotite)이라고 한다. 감람암의 주성분 역시 산소와 규소이지만, 지상에서 흔히 볼 수 있는 돌멩이보다 철의 함량이 더욱 높아서 훨씬 무겁다(비중 3.3). 이를 통해 지구 속으로 갈수록 철 성분이 증가하는 것으로 추론할 수 있다.

  지구 중심부에는 달걀의 노른자와 같은 핵이 있다. 이는 지구 내부를 통과하는 지진파 분석을 통해 알아낸 사실이다. 지진파 분석의 원리는 CT나 MRI 촬영 원리와 다름없는 방식이어서 지구 내부의 구조를 알 수 있다. 그렇지만 지구의 핵이 구체적으로 어떤 성분인지 지진파만으로는 알아낼 수 없다.
  과학자들은 지구의 내부 물질을 추정하기 위해 운석을 연구한다. 지구는 운석들이 충돌하여 만들어진 행성인 것이 거의 확실하고, 지금도 매년 수십만 톤의 운석이 지구에 떨어지고 있기 때문이다.
  운석은 성분에 따라 석질 운석, 석철질 운석, 철질 운석으로 구분한다. 석질 운석은 지각과 맨틀의 암석 조성과 비슷하고, 철질 운석은 지구의 핵을 이루는 성분일 것으로 짐작되고 있다. 따라서 철질 운석은 석질 운석보다 희귀하며 연구 가치도 높다.(운석은 먼저 발견한 사람이 소유권을 가진다. 어린이가 발견한 것을 지자체가 빼앗아갔다가 사죄하고 돌려준 소송 사례도 있다.) 
 
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석질 운석(좌), 철질 운석(우). ⓒ arizonaskiesmeteorites.com

  과학자들의 여러 가지 연구 방법으로 알아낸 지각과 지구 전체의 구성 성분비를 원형 그래프로 표시하면 아래와 같다.


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 첫 번째 그래프는 지각의 구성 성분비(질량비)를 나타낸다. 지각 1위 성분은 산소, 2위 규소, 3위 알루미늄, 4위 철이다.
 두 번째 그래프는 지구 전체의 구성 성분비(질량비)를 나타낸다. 지구 1위 성분은 철, 2위는 산소, 3위는 규소, 4위는 마그네슘이다.
 철은 우주에서 가장 안정한 원소로 알려져 있다. 태양보다 수십 배 이상의 큰 별들이 핵융합 반응으로 만들 수 있는 최후의 가장 무거운 원소이기도 하다. (철보다 무거운 금, 은, 우라늄과 같은 원소들은 큰 별들이 초신성으로 폭발할 때 만들어진다.)
신규진 ≪최고들의 이상한 과학책≫, ≪너무 재밌어서 잠 못 드는 지구의 과학≫, ≪지구를 소개합니다≫ 저자
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1건의 글이 있습니다. 작성일순 | 찬성순 | 반대순
  박종우   ( 2021-08-15 )    수정   삭제 찬성 : 0 반대 : 0
지구에는 많지 않은 알루미늄이 지각에는 매우 풍부한 이유가 무엇일까요? 반면에 지구에는 매우 풍부한 마그네슘이 지각에는 많지 않은 이유는 무엇일까요? 이 상반되고 모순된 현상을 명쾌하게 설명할 수 있는 이론을 찾을 수 없다면 "오컴의 면도날"에 따라 지구와 지각의 구성 성분 추론치에 매우 큰 오류가 있다고 볼 수밖에 없습니다.

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