지구과학 2- 지구의 탄생과 지구 내부 구조, 지구의 역장

지구의 탄생과 지구 내부 구조

지구의 탄생과 진화
(1) 태양계의 형성 과정

1) 태양계 성운의 형성: 수소와 헬륨, 그 밖에 미량의 무거운 원소가 포함된 태양계 성운이 존재하였다.
2) 태양계 성운의 수축과 회전: 약 50억 년 전 태양계 성운 근처에서 초신성 폭발이 일어나 성운에 충격파가 전달되어 성운이 중력  수축하면서  회전하기  시작하였고,  물질들이  중심으로  모이면서  납작한 원반 모양을 이루었다.
3) 원시 태양의 형성: 성운 질량의 대부분이 중심부로 수축하여 원시 태양이 되었다.
4) 원시 행성의 형성: 회전 원반에서 미행성체들이 충돌하고 뭉치면서 원시 행성을 형성하였다. 원시 태양의 가까운 곳에서 지구형 행성, 먼 곳에서 목성형 행성이 형성되었다.



(2) 지구의 탄생과 진화: 원시 지구는 약 46억 년 전 수많은 미행성체들의 충돌로 형성되었고 이 과정에서 크기가 성장하였다.

1) 마그마 바다 형성: 미행성체가 충돌할 때 발생한 열과 원시 지구  내부  방사성  원소의  붕괴로  발생한  열에  의하여  마그마  바다가  형성되었다.
2) 맨  틀과 핵의 분리: 마그마 바다 상태에서 중력의 작용으로 밀도 가 큰 핵과 밀도가 작은 맨틀로 분리되었다.
3) 원시 지각과 원시 바다의 형성
  • 미행성체들의  충돌이  감소하여  지표가  식으면서  단단한  원시지각을 형성하였다.
  • 화산 활동 등으로 원시 대기에 공급된 수증기가 응결하여 많은 비가 내리면서 원시 바다를 형성하였다.


지구 내부 에너지
지구  내부  에너지는  지구  내부에  저장되어  있는  열에너지로,  판의  운동, 화산 활동, 지진 등을 일으키는 근원 에너지이다.
(1) 지구 내부 에너지의 생성: 미행성체 충돌에 의한 열, 중력 수축에 의한 열(원시 지구가 핵과 맨틀로 분화될 때 중력 에너지의 일부가 열에너지로 전환), 방사성 원소의 붕괴열
(2) 방사성 원소의 분포와 붕괴열: 방사성 원소의 함량비는 지각이 맨틀보다 크며, 특히 대륙 지각이 해양 지각보다 크다.

(3) 지각열류량
1) 지 각 열류량: 지구 내부 에너지가 지표로 단위 면적당 단위 시간에 방출되는 열량
2) 지각 열류량의 분포
  • 화산 활동이나 조산 운동이 활발한 지역에서는 지각 열류량이 많고, 오래된 지각이나 안정한 대륙의 중앙부에서는 지각 혈류 량이 적다.


지구 대기의 변화
•이산화 탄소: 원시 지구의 초기에는 대기 중에 이산화 탄소가 가장 풍부하였으나, 원시 바다가 형성된 후 바다에 녹아들어 주로 석회암의 형태로 지권에 고정되었다.
•산소
1) 광합성을 하는 남세균이 등장하여 바다에 산소를 공급하기 시작했고, 이후 대기에도 산소가 축적되기 시작하였다.
2) 대기 중의 산소 농도가 높아지면서 오존층이 형성되었고, 오존층이 자외선을 차단함에 따라 약 4억 년 전에는 육상 생물이 출현하였다

지구의 역장

지각 평형설
(1) 지각 평형설
1) 에어리의  지각  평형설:  밀도가  서로  같은  지각이  맨틀  위에  떠  있으며, 지각의 해발 고도가 높을수록 해수면을 기준으로 한 모 호면의 깊이가 깊다.
2) 프래트의  지각  평형설:  밀도가  서로  다른  지각이  맨틀  위에  떠  있으며, 밀도가 작은 지각일수록 지각의 해발 고도가 높으나, 밀 도에 관계없이 해수면을 기준으로 한 모호면의 깊이는 같다.

3) 두 지각 평형설의 비교: 대륙 지각이 해양 지각보다 밀도가 작다 는 점에서는 프래트의 지각 평형설이 타당하지만, 해수면을 기준으로 한 모호면의 깊이가 대륙 지각이 해양 지각보다 깊다는 점에서는 에어리의 지각 평형설이 타당하다.

(2) 현재 지각이 평형을 이룬 모습: 대륙에서 모호면의 깊이는 약  30~70`km이고, 해양에서 모호면의 깊이는 약 5~10`km이다.
(3) 조륙 운동: 지각의 밑면에 가해지는 압력이 변하여 지각 평형이  깨지면  지각은  융기하거나  침강하여  새로운  평형을  이룬다.  이  과정에서 넓은 지역에 걸쳐 지각이 서서히 융기하거나 침강하는  수직 운동인 조륙 운동이 일어난다.

1) 지각이 침식되어 지각 하부에 작용하는 압력이 낮아지면 지각은  새로운 평형을 맞추기 위해 융기한다.
2) 지각에 퇴적물이 두껍게 퇴적되어 지각 하부에 작용하는 압력이  높아지면 지각은 새로운 평형을 맞추기 위해 침강한다.
3) 빙하가 녹으면 지각 하부에 가해지는 압력이 낮아지므로 지각은  새로운 평형을 맞추기 위해 융기한다.




지구의 중력장
(1) 중력과 중력장: 지구상의 물체에 작용하는 만유인력과 지구 자전에 의한 원심력의 합력을 중력이라 하고, 중력이 작용하는 지구  주위의 공간을 중력장이라고 한다.
1) 만유인력: 지구 중심을 향하며, 지구와 물체 사이의 거리의 제곱에 반비례한다.
2) 원심력: 지구 자전 때문에 생긴 힘으로 자전축에 수직이고, 지구 의 바깥쪽으로 작용하며, 크기는 자전축으로부터의 수직 거리에  비례한다.

(2) 표준 중력: 지구 타원체 내부의 밀도가 균일하다고 가정할 때 위 도에 따라 달라지는 이론적인 중력값이다.  동일한 위도에서는  어디서나 표준 중력이 같다.
(3) 중력(중력 가속도)의 측정: 단진자나 중력계를 이용하여 중력을 측 정한다.
(4) 중력 이상: 중력은 측정 지점의 해발 고도, 지형의 기복, 지하 물 질의 밀도 등에 따라 달라지는데, 관측된 실측 중력과 이론 적은 로 구한 표준 중력의 차이를 중력 이상이라고 한다. 해발 고도와  지형의 기복 등의 영향을 보정한 중력 이상으로 지하 물질의 밀 도와 분포를 알 수 있다.
1) 중력 이상은 밀도 차이에 의하여 대체로 대륙에서 (-)로, 해양에서 (+)로 나타난다.
2) 중력 이상=실측 중력-표준 중력

  (5) 중력 탐사: 중력 이상을 이용하여 지하 물질의 밀도 분포를 알아내는 탐사 방법이다. 지하에 철광석과 같은 밀도가 큰 물질이 매 장되어 있으면 밀도 차이에 의한 중력 이상은 (+), 석유나 암염 같은 밀도가 작은 물질이 매장되어 있으면 (-)로 나타난다.



지구의 자기장
(1) 지구 자기장의 형성
1) 지구 자기장: 지구의 자기력이 미치는 공간을 지구 자기장이라 고 한다.
2) 다이나모 이론: 외핵은 액체 상태의 철과 니켈로 이루어져 있으며, 외핵에서는 지구 자전, 핵 내부의 온도 차와 밀도 차 등으로  초기 지구 자기장의 영향 아래서 열대류가 일어나면서 유도 전류 가 발생한다. 이 전류의 작용으로 지구 자기장이 발생하여 지구  자기장이 지속적으로 유지된다.

(2) 지구 자기 요소
1) 편  각: 어느 지점에서 진북 방향과 지구 자기장의 수평 성분 방향 이 이루는 각으로, 자침이 진북에 대해 서쪽으로 치우치면 W 또 는 (-)로, 동쪽으로 치우치면 E 또는 (+)로 표시한다.

2) 복 각: 어느 지점에서 지구 자기장의 방향이 수평면에 대하여 기 울어진 각으로, 자침의 N극이 아래로 향하면 (+), 위로 향하면  (-)로  표시한다.  복각은  자기  적도에서  0도이고,  자북극에서  +90도, 자남극에서 -90도이다.

3) 수평 자기력: 어느 지점에서 지구 자기장의 세기를 전 자기력이 라고 하며, 전 자기력의 수평 성분을 수평 자기력, 연직 성분을  연직  자기력이라고  한다.  수평  자기력은  자극에서  0이고,  자기  적도 부근에서 최대이다.

(3) 지구자기장의 변화
1) 일 변화: 태양의 영향으로 하루를 주기로 일어나는 지구 자기장 의 변화로, 일변화의 변화 폭은 밤보다 낮에, 겨울보다 여름에 더  크다.

2) 자기  폭풍:  태양의 흑점 주변에서 플레어가 활발해질 때 방출되는 많은 양의 대전 입자가 지구의 자기장을  교란시켜  수 시간에서  수일  동안에 지구 자기장이 불규칙하고 급격하게 변하는 현상이다. 자기  폭풍이 발생할 때 델린저 현상이나 오로라가 자주 나타난다.

3) 영년 변화: 지구 내부의 변화 때문에 지구 자기장의 방향과 세기 가 일변화에 비해 긴 기간에 걸쳐 서서히 변하는 현상이다. 영년  변화에 의해 자북극의 위치는 북극 주변에서 불규칙적으로 변하 지만 수천 년 이상 오랜 기간 동안 평균하면 북극의 위치와 같다.

(4) 자기권과 밴앨런대
1) 자기권: 지구 자기장의 영향이 미치는 기권 밖의 영역
2) 밴앨런대: 태양에서 오는 대전 입자가 지구 자기장에 붙잡혀 특 히 밀집되어 있는 도넛 모양의 방사선대이다. 내대는 주로 양성
자, 외대는 주로 전자로 이루어져 있다.