대륙은 어떻게 갈라지는가? 고전적인 맨틀 플룸 이론에 던지는 의문

[사이언스 데일리] 초대륙 곤드와나의 서쪽 부분이 1억3000만년 전에 쪼개지면서 오늘날의 아프리카와 남아메리카가 분리되기 시작하고 남대서양이 생겨났다. 거대한 마그마 덩어리가 맨틀 깊은 곳에서 위쪽으로 올라와 이 뜨거운 맨틀 플룸 (트리스탄 맨틀 플룸) 이 대륙의 암석권을 약하게 만들어 곤드와나 대륙을 구성하고 있는 판을 쪼갰다고 일반적으로는 설명하고 있다.

(2015년 8월 13일 사이언스 데일리 기사 번역)

남아프리카에서 발견한 새로운 통찰

정보출처: 헬름홀츠 센터 포츠담 지질과학 연구소

나미비아 북부에서 밤을 지내기 위해 차려진 캠프 Credit: C. Haberland, GFZ

나미비아 북부에서 밤을 지내기 위해 차려진 캠프 Credit: C. Haberland, GFZ

초대륙 곤드와나의 서쪽 부분이 1억3000만년 전에 쪼개지면서 오늘날의 아프리카와 남아메리카가 분리되기 시작하고 남대서양이 생겨났다. 거대한 마그마 덩어리가 맨틀 깊은 곳에서 위쪽으로 올라와 이 뜨거운 맨틀 플룸 (트리스탄 맨틀 플룸) 이 대륙의 암석권을 약하게 만들어 곤드와나 대륙을 구성하고 있는 판을 쪼갰다고 일반적으로는 설명하고 있다.

독일 과학자들이 이 이론에 의문을 제기하고 있다. 학술지 ‘지질학(Geology)’ 의 최근 호에 실린 지진파 측정 자료에 기반해 포츠담 (독일 지질과학 연구소), 브레버헤이븐 (알프레드-베게너-연구소, AWI) 그리고 키엘 (GEOMAR) 에 근무하는 과학자들은 맨틀 플룸이 대륙지각에 주는 충격이 사실 매우 작았다는 것을 보여주고 있다. 이 결과는 거대한 플룸이 곤드와나 대륙이 쪼개지는 데 중요한 역할을 했다는 이론과 완전히 배치되는 것이다. 이에 따라 대륙을 쪼개는 데 맨틀 플룸이 중요한 역할을 했다는 이론에 의문이 던져지게 되었다.

지구 맨틀 내에서 위로 상승하는 뜨거운 맨틀 플룸은 판구조론에서 중요한 추동력으로 작용한다. 플룸의 머리 부분 지름이 수천 킬로미터라고 가정하면 맨틀과 핵의 경계부인 2900km 깊이에서부터 상승하는 뜨거운 물질의 양은 대륙 암석권으로 침투하기에 충분하다. 이 프로세스는 엄청난 양의 화산 물질 (범람현무암) 을 지구 표면으로 분출하게 된다. 또 남아프리카와 남아메리카의 경우, 파라나/에텐데카/ 범람현무암 지대는 1억3000만년 전에 시작된 곤드와나 대륙 분리의 직접적인 결과이기도 하다.

이들 프로세스를 연구하기 위해 독일 과학자들은 남대서양에서 곤드와나의 분리 프로세스와 관련된 구조들을 조사했다. 엄청난 양의 뜨거운 맨틀 물질 상승은 지각과 맨틀의 암석 일부의 지진파 속도에 차이 (맨틀 물질로부터 영향을 받지 않은 주위외 비교했을 때) 를 보이게 된다. AWI 와 GEOMAR 의 동료들과 협력하고 나미비아 지질조사소의 지원을 얻어 포츠담 지질과학 연구소의 과학자들은 나미비아 북부의 해변 및 원양에서 광범위한 지진파 조사를 수행했다. 여러 라인을 따라 지진파를 통한 지각 구조 조사가 이루어졌다.

“맨틀 플룸이 가져온 충격을 연구하기 위해 최초로 월비스 해령과 아프리카 대륙이 만나는 이 지역의 깊은 곳까지 이르는 지각 구조에 대한 영상을 얻을 수 있었습니다.” GFZ 의 트론드 리베르크의 설명이다. “우리가 수행한 지진파 조사에서는 땅 속 20~40km 깊이에서 뚜렷한 고속 비정상성이 발견되었습니다.” 지진파 속도가 비정상적으로 빠른 이 지역은 지각 하부에 마즈마 물질이 관입한 것과 관련되었을 가능성이 있다. 현재의 인식으로는 기대할 수 있었던 결과다. 하지만 놀랍게도 대륙이 쪼개지는 과정에서 주된 역할을 했을 대형 플룸의 머리부분에 의해 만들어졌다고 보기에는 이 비정상 지역의 크기가 너무 작았다. 트론드 리베르크의 말이다. “조사지역의 지각 구조는 플룸의 머리부분이 암석권에 즉각적인 충격을 준 것이라기보다는 일반적인 대륙 분리 프로세스를 반영합니다. 게다가 우리는 맨틀 플룸이 흘렀던 방향도 재구성할 수 있었습니다.” 남대서양 지역에서 곤드와나의 분리, 그리고 일반적으로 맨틀 플룸이 대륙의 분리 과정에 미치는 영향은 조심스럽게 재평가 되어야 할 것으로 보인다.

참고문헌

Trond Ryberg, Christian Haberland, Thomas Haberlau, Michael H. Weber, Klaus Bauer, Jan H. Behrmann, Wilfried Jokat. Crustal structure of northwest Namibia: Evidence for plume-rift-continent interaction. Geology, 2015; 43 (8): 739 DOI: 10.1130/G36768.1
http://dx.doi.org/10.1130/G36768.1

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카테고리:번역, 사이언스 데일리, 중생대, 지질학

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