제 2 장 판구조 및 판구조론

판구조 지구 표면이 큰 판으로 구성 - 지구 진화의 산물 판구조 지구 표면이 큰 판으로 구성 - 지구 진화의 산물     판구조론 (Plate Tectonics) 지향사이론 (Geosynclinal Theory) 강원대학교 지구물리학과

지향사이론(Geosynclinal Theory) * 과거 산맥이나 화산, 단층 등 지구조 운동 설명에 이용된 학설      a) 길고 좁은 trough에서 침강과 동시에 퇴적      b) 두껍게 쌓인 지층이 높은 온도로 변성, 오븐 위의 케이크처럼 확장,      지표면을 융기 - 산맥을 형성    Fig. 2-1. 지향사 이론

“ 지질현상을 판과 판의 상호작용과정에서 일어나는 상대적 운동의 결과로 설명” 2)  수평운동 전제 - 판구조론의 등장       (1) 특징 : 물질의 수직운동 전제  (2) 문제점 : 수직운동만의 산맥 형성? 비현실적 ! ” 산맥의 생성, 지진과 화산의 분포, 변성 작용을 물질의 수평운동으로 설명” “ 지질현상을 판과 판의 상호작용과정에서 일어나는 상대적 운동의 결과로 설명” 강원대학교 지구물리학과

(1) 기원: 20세기초 Alfred Wegener의 대륙표이설(continental drift)   판구조론의 등장의 역사적 배경        (1) 기원:  20세기초 Alfred Wegener의 대륙표이설(continental drift)            -대서양 양안의 해안선 모습이 이가 잘 맞음    (2) 문제점: 대륙지각이 맨틀 위를 표류할 수 있는 미케니즘 미해결           - 지각이 맨틀 위를 미끄러져 이동하기에 무리 ( H. Jeffreys의 지진파 연구)    (3) 해결: 미케니즘 발견과 판구조론 완성 맨틀을 포함하는 큰 판 하부에 약한 맨틀(약권) 존재                    - 1950, 60년도의 대규모 지구물리관측 결과로- 강원대학교 지구물리학과

Fig. 2-5. 지구의 고전적 구분과 현대적 구분의 비교 1. 지구의 구분     1) 고전적 구분   화학성분 차이에 근거한 3개 존 - 지각, 맨틀, 핵으로 구분 -  지진파의 지구내부 통과여부와 속도 - 밀도분포 (지구 중력장 연구) 2) 현대적구분   5개 존으로 구분 - 암석권, 약권, 중간권, 외핵 및 내핵  고전적인 구분 + 온도와 압력 물리적 상태변화에 의한 구분                                                                                                         Fig. 2-5. 지구의 고전적 구분과 현대적 구분의 비교 강원대학교 지구물리학과

철-니켈 함유 규산염. 높은 온도, 높은 압력. 고체상태 철을 많이 포함한 무거운 물질. 높은 압력 더 높은 온도. 현대적 구분에 의한 지구구조 암석권: 강체 지각 규산염 광물 + 맨틀 상부(철-니켈 함유 규산염)  강한 고체 약 150 km에서: 약권 - 부분용융 철-니켈 함유 규산염. 낮은 압력 높은 온도. 약한 고체 350-700km에서: 중간권 철-니켈 함유 규산염. 높은 온도, 높은 압력. 고체상태 강한 고체   - 2900 km에서: 외핵 - 액체상태 철을 많이 포함한 무거운 물질. 높은 압력  더 높은 온도. 무거운 액체        - 5100 km에서 : 내핵 - 고체상태 철을 많이 포함한 무거운 물질. 높은 온도 더 높은 압력.  무거운 고체  ”성능 좋은 지진계의 설치로 정밀한 지진파속도 분포가 얻어졌음에 기인”

해저확장설(Sea Floor Spreading): 판 이동의 미케니즘 제공 2. 암권/약권 시스템    해저확장설(Sea Floor Spreading): 판 이동의 미케니즘 제공   시추조사: 중앙해령부에서 현무암질암(해양지각) 발견   자기연구: 해령축에서 멀어질수록 오래된 암석(Vine 1966)   지진연구: 진앙이 판경계를 따라 분포(Issaacs외, 1968)              해구에서 지진대가 육지 쪽으로 경사(베니오프대)

상부 맨틀의 물리적 상태 지표~700km 심도증가에 따라 압력(P)과 온도(T) 조건 변화 깊은 심도-완만한 증가 얕은 심도 - 급격한 증가 깊은 심도-완만한 증가 일정한 증가- 직선관계     Fig. 2-6. 지구내부의 압력 및 온도 분포

물질이 고체로, 부분용융, 액체로 변화하는 압력, 온도 조건     상전이도     물질이 고체로, 부분용융, 액체로 변화하는 압력, 온도 조건      규산염광물  지표 부근:       1200℃ 녹기 시작 - 부분 용융 -      1900℃ 완전 용융    심도 300km:         2000℃ 녹기 시작      2700℃ 완전 용융       일반적인 지온구배 그림 2.7: 상부 맨틀 환경에서 나타나는 페리도타이트의 물리적 상태

온도 증가에 의한 부분 용융을 보이는 약권 (100-350km) 2) 감람암의 상변화와 맨틀 3구분       찬 강체 상태로 있는 암석권 (상부 100km),       온도 증가에 의한 부분 용융을 보이는 약권 (100-350km)       심한 압력증가로 고체 중간권으로 이행하는 점이대( 350km 이하) 강원대학교 지구물리학과

3) 암석권, 약권, 중간권의 물성적 특성 구성 성분 : 페리도타이트 차이 : 물성 차 (지진파 속도, 밀도) 3) 암석권, 약권, 중간권의 물성적 특성        구성 성분 : 페리도타이트    차이 : 물성 차 (지진파 속도, 밀도)        지진파(P파)속도    단단하고    약하고                  단단한 물질로  8.2km/s 7.8km/s 점이적 증가 10 km/s 12 km/s * 맨틀 내 경계면은 미묘한 상변화 경계면

4) 판의 구조 지구의 가장 바깥부분 7개의 큰 판과 여러 개의 작은 판으로 구성 일년에 수 센티미터의 속도로 이동  4) 판의 구조  지구의 가장 바깥부분      7개의 큰 판과 여러 개의 작은 판으로 구성 일년에 수 센티미터의 속도로 이동         손톱이 자라는 속도- 긴 지질시대 (ex. 수십 km의 거리/100만년)                  * 연성을 가질 수 있는 변형속도   강원대학교 지구물리학과

   판 이동의 원동력    1) 맨틀 내의 판 대류에 의하여 이동      대류가 올라오는 곳 : 판이 갈라지고 새로운 지각 생성      대류가 내려가는 곳 : 판의 충돌 - 판의 구조 파괴, 소멸      * 해령에서 생성된 지각이 해구에서 사라지는 순환 과정     2) 판 내의 밀도 변화에 의해서 이동        *해령에서 밀고 해구서 당기는 가설

3. 판경계의 유형 : 발산경계, 수렴경계, 변환단층경계 3. 판경계의 유형 : 발산경계, 수렴경계, 변환단층경계   발산판 경계 1) 발산판 경계의 진화 ⓛ 약권의 상승 - 장력 작용 - 열극- 수직단층및 열곡 형성 ② 판의 분리 - 새로운 해양지각 생성 ③ 대양저 형성

2)  발산경계의 두 유형 -대륙열곡과 해령   대륙 열곡    ① 하부 약권의 융기, 암석권이 얇아짐(그림 2.13)    ② 지각 상부의 취성적 변형 - 지진, 지루 또는 지구 (그림 2.14)     ③ 지구대에서의 분지 생성        Basin and Range 지역(그림 2.15), 동아프리카 열곡(그림 2.9)

수백에서 4000km 폭에 이르는 산맥 형성(그림 2.14c) 해양지각의 윗부분 냉각되어 지진, 수직단층등의 취성파괴 현상 2)  발산경계의 두 유형 -대륙열곡과 해령   중앙해령       새로운 해양지각이 생성(그림 2.14.b)       수백에서 4000km 폭에 이르는 산맥 형성(그림 2.14c)       해양지각의 윗부분 냉각되어 지진, 수직단층등의 취성파괴 현상 강원대학교 지구물리학과

수렴판경계 1) 해양/해양섭입대 2) 해양/대륙 섭입대 3) 대륙 충돌대 두 판이 부딛쳐 다른 판의 밑으로 깊숙하게 침강하는 판의 영역, 즉 섭입대(subduction zone) 발생 1) 해양/해양섭입대 2) 해양/대륙 섭입대 3) 대륙 충돌대

부가쐐기 (accretionary wedge) 생성 호상열도(island arc) 생성 1) 해양/해양 섭입대 판의 표면 경계면에 평행하게 산맥 생성 부가쐐기 (accretionary wedge) 생성 호상열도(island arc) 생성 100~150km에서 유체생성(규산염광물 용융) – 상승과 마그마 지표 분출 호전방분지(forearc basin) 생성    Fig. 2-16a 섭입대 부근에서의 구조 진화

2) 대륙섭입대 해양/해양 섭입대의 지형적 특성과 동일 화산열도대신 대륙지각, 산맥의 규모 차 활성대륙연변부 화산열도대신 대륙지각, 산맥의 규모 차 활성대륙연변부 일본, 남서아메리카,미국 북서쪽 태평양 연안    Fig. 2-16b. 섭입대 부근에서의 구조 진화 강원대학교 지구물리학과

얇은 해양판이 섭입대로 완전히 들어간 이후(그림 2.18b) 두 지각이 함께 압축, 변성, 융기되어 넓은 범위의 고지대 형성   3) 대륙 충돌대     얇은 해양판이 섭입대로 완전히 들어간 이후(그림 2.18b)     두 지각이 함께 압축, 변성, 융기되어  넓은 범위의 고지대 형성           -히말라야, 남중앙아시아에서 서유럽에 걸치는 산맥            유라시아대륙과 인도 및 아프리카대륙 간의 충돌        -파미르고원, Hindu Kush, 코커서스. 알프스 및 피레네 산맥 강원대학교 지구물리학과

4. 판경계에서의 지구현상 지진 활동 화산 활동 변성작용, 조산 작용 지각의 생성과 소멸 - 판의 가장자리에 스트레스가 집적    지진 활동 화산 활동 변성작용, 조산 작용 지각의 생성과 소멸    - 판의 가장자리에 스트레스가 집적   - 예외 열점  

발생: 물질이 견딜 수 있는 한계에 이르기까지 스트레스를 축적 조건: 스트레스 유발 운동이 존재, 취성 물질 존재 1) 판경계와 지진   발생: 물질이 견딜 수 있는 한계에 이르기까지 스트레스를 축적   조건: 스트레스 유발 운동이 존재, 취성 물질 존재   장소:  판의 경계나 부근                                                                               발산경계, 변환단층 경계:      암석판(<100km )에 한정     상부 20km 이내의 천부지진 수렴경계:     천발지진(<70km) 중발지진 심발지진(>700km) 강원대학교 지구물리학과

a. 발산판경계 : 약권의 상승 - 압력 감소 (해령과 대륙열곡) b. 수렴판경계 : 지각판 충돌 - 온도 증가 2) 판 경계와 화산활동    a. 발산판경계 : 약권의 상승 - 압력 감소 (해령과 대륙열곡)    b. 수렴판경계 : 지각판 충돌 - 온도 증가 c. 변환판 경계 : 화산활동 없음 * 열점 : 심부 맨틀의 상승 강원대학교 지구물리학과

중앙해령에서의 화산활동 - Ophiolite 구조     퇴적물 현무암 대양저에 분출된 라바: 벼개구조 반려암 하부지각에 포획된 동일 성분: 감람암 하부에 남아있는 고밀도물질 Fig. 2-24. 발산 판경계에서의 화산활동

열점: “마그마가 형성되는 맨들 내의 고정 지점으로 Plume을 상승시켜 화산의 선상배열을 생성“  열점:   “마그마가 형성되는 맨들 내의 고정 지점으로        Plume을 상승시켜 화산의 선상배열을 생성“   (1) 깊은 심도의 맨틀에 대하여 고정 (2) 열점 위의 판이 화산의 궤적 형성 (3) 화산의 궤적 으로 판 운동방향 결정 (4) 거리와 연대로부터 판이동 속도 결정 하와이: 해양지각을 관통 - 현무암질 마그마  인도:  인도 아대륙 위 현무암질 암석 - 데칸고원  콜럼비아대지, Yellowstone 국립공원 강원대학교 지구물리학과