지진과 지구내부 지진 (Earthquake) 판구조운동의 의해 지구내부에 저장된 탄성에너지의 순간적 방출 암체의 미끄러짐, 단층의 갑작스런 발생 - 탄성발발설 (elastica bound theory) 1906년 Johns Hopkins Univ.의 H.F. Reid가 샌프란시스코 지진 (샌안드레아스 단층)을 연구하여 발견

지진파 진원 (earthquake focus, 지진이 발생하는 지점, 탄성에너지가 처음으로 방출되는 지점)에서 지진파동이 지구전체로 퍼져나감 진앙 (epicenter) - 진원으로부터 연직상향의 지표면 지점 실체파 - 진원으로부터 사방으로 지구내부를 통과, 다른 매질을 만났을 때 굴절 혹은 반사 (P파, S파) 표면파 - 지구표면을 따라서만 전파, 이동속도가 가장 느림, 긴 파장, 큰 진폭 P (primary)파 - 파가 진행하는 방향으로 암석을 압축, 팽창시키며 이동, 모든 매질(고, 액, 기체)을 통과, 가장 빠름 S (secondary)파 - 진행방향에 수직으로 매질입자를 진동, 고체를 통해서만 전파, P파보다는 느리나 표면파보다는 빠른 속도로 이동

지진계

지진파

진앙, 진원의 위치 P파와 S파의 도착시간차  진앙으로부터의 거리 3개 이상의 관측소에서 거리를 추정하여 일치하는 지점 진원(깊이)도 같은 방법으로 진앙과 가까운 여러 관측소의 자료로 추정 환태평양대 - 왕성한 지진활동 대서양의 대양저산맥 - 약한 (천발)지진 판의 경계와 밀접한 관계

지진대 1980-1990년 동안 발생한 리히터규모 5 이상의 지진 분포

지진과 지구 내부 구조 지진파의 특성으로 지구내부의 구조와 성분을 추정 1. 성분의 차이에 의한 지구내부구조 실체파 - 속도  암석의 밀도, and 굴절, 반사 P파 암영대로부터 맨틀과 핵의 경계 추정 (2883km 지점) S파 암영대로부터 외핵과 내핵의 경계 추정 (액체인 외핵) 모호 불연속면 (M 불연속면) - 지각과 맨틀의 통과하는 지진파의 시간차로부터 추정 (Andrija Mohorovicic)

지진과 지구 내부 구조 2. 강도의 차이에 의한 지구내부구조 지진파의 속도  암석의 강도 첫 번째 경계 - 100km 하부, 상부는 강성 (지각권/암석권), 하부는 연성 (연약권) 두 번째 경계 - 350km 하부, 하부는 강성 (중간권) 세 번째 경계 - 핵내부, 상부는 액체상 (외핵), 하부는 고체상 (내핵)

지구내부의 성분 중력이상 지각평형 핵 - 철, 니켈 (밀도 ~10g/cm3) 맨틀 - 밀도가 큰 암석 중력  질량, 1/거리2 지구상의 중력은 위치에 따라 다름. → 중력이상 암석의 밀도가 다르기 때문에 발생 (-) 중력이상값  지각의 두께 산악지역 - 밀도가 낮고 두꺼운 암석, 연약권위에 떠 있는 고도가 높은 지각 해양지역 - 밀도가 높고 얇은 암석 지각평형 암석권이 연약권위에서 서로 균형을 이루며 떠있는 현상 밀도가 낮은 대륙지각과 밀도가 큰 해양지각의 평형상태

지진규모 리히터규모 (Richter magnitude scale) M = log(X/Y) + Y, X: 최대진폭, Y:보정상수 → 1 리히터규모 증가 = 30배의 에너지 증가

지진피해 진동에 의한 구조물의 손상, 파괴 - 손상피해 = f(지진강도, 지속기간, 지반의 성질, 구조물의 설계) 화재 - 2차 피해, 전선, 가스관의 파괴 (1906년 샌프란시스코 지진, 1923년 동경, 요코하마 지진) 산사태와 지면침강 - 표토층, 경사지의 붕괴 쓰나미 (tsunami) - “항만의 파도 (일본어)”, 해저지진에 의해 발생된 파고가 해안으로 이동하며 속도가 느려지고 파고는 급격히 증가하여 일으키는 해일

지진피해

지진예보 단기예보 - 짧은 기간 (수 시간, 수 일)내에 큰 지진이 발생할 수 있는 장소와 규모에 대한 경고를 제공, 지진예보가 가능한 전조/선행되는 현상에 관한 연구 (예, 활성단층부근 암석의 융기, 침강, 변형량) 장기예보 - 30~100년 혹은 그 이상의 주기로 일어나는 일정한 규모 이상의 지진을 예측 (통계적 추정), 내진 설계에 기준

광물과 암석 광물 - 자연계에서 만들어진 무기성 고체물질로 일정한 화학성분과 특정한 결정구조를 갖고 있어 독특한 물리적 성질을 띄는 원소 또는 화합물 광물의 조건 자연산 무기질 (생존한 적이 없는) 고체 특정한 화학구조와 결정구조 예) 합성다이아몬드, 석유, 천연가스 vs. 굴껍데기

광물의 조성과 구조 지구상 3500종 이상의 광물이 존재 원자 - 핵 (양성자, 중성자), 전자 동위원소 - 원자번호는 같고 질량수는 다른 (중성자의 개수가 다른) 원소, 동위원소의 방사성 붕괴를 이용하여 지구역사의 연대를 측정

광물의 성질 (광물 동정과 관련하여) 1. 결정구조 - 광물내부의 규칙적인 원자배열구조 결정질 (crystalloid) - 일정한 결정구조를 갖고 있는 고체 - 광물 비정질 (amorphous) - 결정구조가 결여 - 유리, 호박 황철석 (pyrite, FeS2) 석영 (quartz, SiO2) 2. 광택 - 광물의 표면에서 반사되어 나온 빛의 모습이나 성질 금속광택 - 황철석과 같이 금속모습을 띈 것 비금속광택 - 유리광택, 진주광택, 견사광택, 수지광택, 토상광택 등

광물의 성질 (광물 동정과 관련하여) 3. 색깔 - 광물구분에서 신뢰성이 낮음 4. 조흔색 - 광물을 가루로 만들었을 때의 색깔 조흔판 (유약을 칠하지 않은 백색 도자기 판) 금속광물 - 짙고 어두운 조흔색 비금속광물 - 옅고 밝은 조흔색 5. 경도 - 광물이 마모나 긁힘에 어느 정도 버티는 정도 모스경도계 - 1~10 단계 (손톱 2.5, 구리동전 3, 유리조각 5.5)

광물의 성질 (광물 동정과 관련하여) 6. 벽개 - 광물이 약한 결합을 지니는 면을 따라 깨지는 경향 운모 7. 단구(깨짐) 8. 비중 9. 기타 - 짠맛(암염), 탄성, 자성, 회절 등

광물군 12개의 원소가 지각물질의 99.23 wt% 산소와 규소가 70% 이상 - 규산염 복합이온 (SiO42-) 규산염 광물 > 탄산염 광물 (방해석)

광물군 규산염 광물 기본구성단위 - 규소-산소 사면체 철, 마그네슘, 칼륨, 나트륨, 칼슘 등이 규소-산소 사면체로 이루어진 사슬구조나 3차원 망상구조를 연결 장석 (지구지각의 50%), 석영, 운모, 녹아있던 암석이 식으면서 결정구조가 형성 비규산염 광물 대륙지각의 1/4 경제적 가치가 있는 광물이 다수 철산화 광물 - Fe2O3 (적철석, hematite), Fe3O4 (자철석, magnetite, FeOOH (갈철석, limonite) 탄산염 광물 - 방해석 (calcite, CaCO3), 돌로마이트 (dolomite, CaMg(CO3)2) 황산화 광물 - 석고 (gypsum, CaSO4.2H2O) 황화광물 - 황철석(pyrite, FeS2), 섬아연석 (phalerite, ZnS), 방연석 (galena, PbS), 황동석 (chalcopyrite, CuFeS2)

광물군

광물군

암석 자연계에서 형성된 무기물의 고체 집합체, 광물의 집합체, 지구상에서 발생하는 지질현상에 관한 역사를 함유 암석의 순환 - 암석의 기원, 지질학적 변화과정의 통찰, 암석의 윤회 (약 6억 5천만년) - James Hutton (동일과정설) 화성암 - 마그마의 냉각과 고결작용에 의해 만들어진 암석 퇴적암 - 지표면에 노출된 화성암이 풍화작용을 거쳐 퇴적되어 암석화과정을 거쳐 교결되어 형성된 암석 변성암 - 기존의 화성암 또는 퇴적암이 깊이 묻히거나 조산운동을 걲어 높은 온도와 압력하에 변화된 암석

암석의 순환

화성암 구성물질 - 실리카, 산소, 알루미늄, 철, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 마그네슘 등 화산암/분출암 - 마그마가 지상으로 분출되어 냉각되며 생성 심성암/관입암 - 지표에 도달하지 못한 마그마가 지하에서 냉각되어 생성 결정의 크기  1/암석의 냉각속도 세립질 조직 - 지표에서의 급속냉각시 형성 (유문암), 갇혀있던 기체방울이 남긴 공동 (현무암) 조립질 조직 - 지하에서의 완속냉각시 형성 (화강암)

화성암 분류

화성암 보웬의 반응계열

퇴적암 퇴적암의 암석화 암석의 물리적 풍화 - 동파, 중량제거, 생물의 활동 암석의 화학적 풍화 - 산화, 용해 풍화된 산물의 이동, 퇴적 암석화 작용 - 압축, 교결 퇴적암을 통해 지구 역사의 재구성 가능 경제적 중요성 - 석탄, 철, 알루미늄, 망간, 비료, 모래, 자갈 등 쇄설성 퇴적암 - 물리적 풍화 산물의 퇴적으로 생성, 점토광물, 석영, 역암, 각력암, 사암, 셰일 화학적 퇴적암 - 화학적 용해 산물의 퇴적으로 형성, 석회암 (방해석), 패각암 퇴적암의 암석화 다짐작용 - 퇴적이 진행됨에 따라 먼저 쌓인 퇴적물이 압축되는 현상, 세립질 퇴적암에 주로 발생 교결작용 - 입자들 사이의 공극을 통과하는 물에 용해된 교결물질들이 퇴적되어 공극을 채우고 입자를 성장하고 암석을 형성, 방해석, 실리카, 산화철 등

퇴적암 쇄설성 퇴적암 – A.역암, B.각력암, C.사암, D.식물화석을 포함한 셰일

변성암 기존 암석의 크기, 형태, 조직, 포함된 광물의 변화 고체상태에서 변성 변성조건 - 조산운동 (광역변성작용), 마그마와 접촉하거나 가까이 있을 때 (접촉변성작용) 변성요인 - 열, 압력, 화학적으로 활성화된 유체 (물) 점판암, 편암, 편마암, 대리석, 규암 화강암 변성암(편마암)