***2018년에 정리한 내용입니다***
지구과학1
02. 생동하는 지구
1. 고체 지구의 변화
1] 화산과 지진
1. 화산
1) 화산활동
- 지하의 마그마가 지각의 약한 부분을 뚫고 지표로 분출하는 현상
- 화산 : 화산활동으로 만들어지는 산
- 마그마 : 지하 깊은 곳에 있는 고온, 고압의 용융된 물질
2) 화산분출물
- 화산 활동으로 나오는 모든 물질 (화산가스, 화산쇄설물, 용암)
① 화산가스
- 마그마에 녹아 있던 기체 성분들을 의미하며, 대부분이 H₂O_수증기 (+이산화황, 황하수소, ...)
- 가스의 양이 많으면 화산의 분출 압력이 높아 폭발적인 화산활동이 발생
② 화산쇄설물
- 화산활동으로 나오는 고체 물질
- 입자의 크기에 따라 화산암괴(큼), 화산력, 화산재, 화산진(작음)으로 분류
- 다량 분출될 경우 항공기 운항 등에 지장을 줌
③ 용암
- 지표로 분출한 마그마에서 기체 성분이 모두 증발하고 남은 액체 상태의 물질
- SiO₂ 함량에 따라 유문암질 용암(70%), 안산암질 용암(60%), 현무암질 용암(50%)으로 구분
■ 유문암질 용암, 안산암질 용암, 현무암질 용암
| 유문암질 용암 | 안산암질 용암 | 현무암질 용암 | |
| SiO₂ 함량 | 70% 내외 | 60% 내외 | 50% 내외 |
| 온도 | 낮음 | - | 높음 |
| 점성 | 높음 | - | 낮음 |
| 유동성 | 작음 | - | 큼 |
| 휘발성기체 | 많음 | - | 적음 |
| 분출형태 | 폭발형 | 혼합형 | 분출형 |
| 화산지형 | 종상화산 | 성층화산 | 순상화산, 용암대지 |
① 종상화산 : 점성이 큰 마그마가 폭발하면서 만들어진 경사가 급한 화산체
② 성층화산 : 마그마가 폭발과 분출을 반복하면서 만들어진 층상구조를 갖는 화산체
③ 순상화산 : 유동성이 큰 마그마가 분출하면서 만들어진 경사가 완만한 화산체
④ 용암대지 : 마그마가 조용히 흘러나와 만들어진 평탄한 지형
3) 화산 활동의 영향
(1) 피해
- 화산 분출물들로 인한 직접적인 인명, 재산 피해
- 유독가스 누출로 인해 식물이 죽고 토양 산성화
- 다량의 화산재가 성층권으로 올라가 햇빛 차단 → 기후 변화 초래
(2) 활용
- 온천 및 관광 산업 발달
- 지열 발전
- 화산재가 쌓여 비옥한 토양 형성
- 화성 광상 형성
2. 지진
1) 지진
- 단층과 같은 지구 내부의 지각 변동으로 발생한 에너지가 파동의 형태로 사방으로 전달되는 현상
- 지진 발생의 원인 : 단층(90% 이상) + 화산활동, 지하공동 붕괴
① 진원 : 지진이 발생한 장소
② 진앙 : 진원에서 수직한 지표면의 위치
③ 지진파 : 지진이 발생할 때 생긴 에너지가 전파되는 파동
(1) 지진의 종류
- 진원의 깊이에 따라 분류
① 천발지진 : 진원 깊이가 100km 이하
② 심발지진 : 진원 깊이가 100km 이상
(2) 지진의 세기
① 규모 (∝ 에너지의 양)
- 지진이 발생했을 때 방출되는 에너지의 양
- 같은 지진이라면, 어디서나 동일한 규모를 가짐
② 진도 (∝ 진폭, 규모, 1/진원으로부터 거리)
- 어떤 지역에서 실제로 나타나는 지진의 흔들림 정도와 피해정도를 나타내는 지표 (∝ 진폭)
- 같은 지진이라도 거리, 지질구조 등에 따라 달라짐 (Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, ...)
- 통상적으로 진원으로부터 거리가 가까울수록, 규모가 클수록 진도가 커짐
(3) 지진파
① P파 (primary파, 지구내부)
- 가장 먼저 도달하는 파
- 종파 (매질의 진동방향과 파의 진행방향이 평행)
- 고체, 액체, 기체 모두 통과 가능
② S파 (secondary파, 지구내부)
- 두 번째로 도달하는 파
- 횡파 (매질의 진동방향과 파의 진행방향이 수직)
- 고체만 통과 가능
③ L파 (표면파, 내구외부)
- 가장 마지막에 도달하는 파
- 지표를 따라 전파
■ P파, S파, L파 비교
| P파 | S파 | L파 | ||
| 전파속도(km/s) | 5~8 | 3~4 | 2~3 | |
| 형태 | 종파 | 횡파 | 표면파 | |
| 통과 매질 | 고체, 액체, 기체 | 고체 | 지표를 따라 이동 | |
| 진폭 | 상대적 | ↓ | - | ↑ |
| 피해 | ↓ | - | ↑ | |
(4) 지진계의 기록
① 진앙거리가 멀수록 PS시가 커진다
② 진앙거리 d = ( Vp × Vs / Vp - Vs ) × PS시
2] 화산과 지진의 분포
1. 화산과 지진의 분포
1) 변동대
- 지진대, 화산대, 조산대 등 현재 지각 변동이 활발히 일어나는 곳 (대부분 일치)
- 대륙의 경계부
- 예시) 환태평양 변동대, 알프스 히말라야 변동대
2) 순상지
- 지각 변동이 오랫동안 발생하지 않은 안정한 지역
- 대륙의 중심부
3] 판의 운동과 변동대
1. 판구조론 정립과정 (대륙이동설 - 맨틀대류설 - 해저확장설 - 판구조론)
1) 대륙이동설 (베게너)
- 고생대 말에는 모든 대륙이 하나의 대륙(판게아)으로 이루어져 있었으며, 이후 분리되어 현재의 대륙 및 해양의 분포를 형성
(1) 증거
① 해안선 일치 : 남아메리카 대륙과 아프리카 대륙의 해안선이 일치
② 고생물 화석의 분포 : 바다를 헤엄힐 수 없는 고생대 생물 화석들이 분포지역이 대륙간에 연속적
③ 빙하의 분포 : 대륙들을 모르면, 과거 남극점을 기준으로 빙하들이 퍼져나갔음을 알 수 있음
④ 지질구조의 연속성 : 멀리 떨어져 있는 대륙 간의 조산대와 산맥에서 발견되는 지질구조가 연속적
(2) 한계
- 대륙이 이동하는 원동력을 설명하지 못함
2) 맨틀대류설
- 지구 내부의 열로 인해 맨틀 안에서 온도 차이가 발생하고, 이로 인해 맨틀의 대류로 대륙이 이동
3) 해저확장설
- 해령에서 고온의 맨틀물질이 상승하여 새로운 지각이 형성되고, 해령을 축으로 하여 양쪽으로 멀어지면서 해저가 점점 확장된다는 이론
(1) 증거
① 해령으로부터 멀어질수록 해양지각의 연령 증가
② 해령으로부터 멀어질수록 퇴적물 두께 증가
4) 판구조론
- 지구의 표면은 약 10여 개의 판으로 이루어져 있으며, 이들이 서로 다른 속도와 방향을 가지고 움직이면서 판의 경계에서는 지진, 화산활동, 조산운동 등이 발생한다는 이론
① 암석권(판) (=지각 + 최상부맨틀)
- 지표로부터 깊이 약 100km까지 단단한 부분
- 대륙판 : 대륙지각 + 최상부맨틀
- 해양판 : 해양지각 + 최상부맨틀
② 연약권 (=상부맨틀 일부)
- 약 100km~400km까지 유동성 있는 고체
- 연약권이 대류를 하기 때문에 연약권 위의 판이 움직인다
2. 판의 경계
1) 발산형 경계
- 맨틀 대륙의 상승으로 인해 새로운 판이 형성되는 경계
① 해양판이 갈라지면서 확장되는 지역
- 해령 정상부의 열곡을 따라 마그마가 분출하여 해양지각이 생성되고 양쪽으로 확장
- 열곡, 해령(해저산맥) 발달
- 천발지진 발생, 화산활동 발생 (현무암질 마그마)
- 예시) 동태평양 해령, 대서양중앙해령
② 대륙판이 갈라지면서 확장되는 지역
- 맨틀이 상승으로 대륙판이 양쪽으로 확장되면서 열곡이 형성
- 열곡 형성 이후, 열곡대의 폭이 넓어지면서 결국 바닷물이 들어와 바다를 형성, 현무암질 마그마 분출
- 열곡 발달
- 천발지진 발생, 화산활동 발생 (현무암질 마그마)
- 예시) 동아프리카 열곡대, 아이슬란드 열곡대
2) 수렴형 경계
- 맨틀 대류의 하강으로 인해 기존의 판이 소멸되는 경계
① 대륙판 - 대륙판
- 밀도가 비슷한 대륙판끼리 서로 충돌하여 습곡산맥 형성
- 천발~심발지진 발생, 화산활동 X, 습곡산맥 형성
- 예시) 히말라야 산맥
② 대륙판 - 해양판
- 밀도가 큰 해양판이 밀도가 작은 대륙판 아래로 섭입하여 소멸
- 베니오프대를 따라 천발~심발지진 발생, 화산활동 발생 (대부분이 안산암질마그마이며 유문암질마그마도 분출함)
- 습곡산맥 및 호상열도 발달, 해구 형성
- 예시) 일본해구, 알류샨 해구, 페루칠레 해구
③ 해양판 - 해양판
- 상대적으로 밀도가 큰 해양판이 아래로 섭입
- 천발~심발지진 발생, 화산활동(현무암질 및 안산암질 마그마), 해구, 호상열도 형성
- 예시) 마리아나 해구
■ 해구 : 섭입하여 생기는 골짜기
■ 호상열도 : 해양판이 아래로 섭입 하면서 용융되어 생긴 마그마가 호상열도의 형태로 분출 (예시. 일본)
■ 베니오프대 : 밀도가 큰 해양판이 대륙판과 해양판이 관계없이 판 아래로 섭입하면서 마찰에 의해 지진이 발생하는 지역
3) 보존형 경계
- 판의 생성이나 소멸 없이 두 판이 서로 어긋나며 수평으로 이동하는 경계
- 서로 어긋나면서 변환단층 발생
- 천발지진 발생, 화산활동 X
- 예시) 샌안드레아스 단층
■ 발산형 경계, 수렴형 경계, 보존형 경계 비교
| 나타나는 지형 | 지진 | 화산활동 | ||
| 발산형 경계 | 해령, 열곡 | 천발지진 | O (현무암질 마그마) | |
| 수렴형경계 | 대륙-대륙 | 습곡산맥 | 천발~심발지진 | X |
| 대륙-해양 | 해구, 습곡, 호상열도, 베니오프대 | 천발~심발지진 | O (대부분 안산암질 마그마) | |
| 해양-해양 | 해구, 호상열도 | 천발~심발지진 | O (현무암질 및 안산암질 마그마) | |
| 보존형 경계 | 번환단층 | 천발지진 | X | |
■ 천발지진 : 0~70km
■ 중발지진 : 70~300km
■ 심발지진: 300~700km
4] 풍화작용
1. 풍화작용
- 지표 부근의 암석이 더 작은 조각으로 쪼개지거나(기계적 풍화) 암석 내의 광물이 물과 공기의 접촉을 통해 그 성분이 변하는(화학적 풍화) 현상
1) 풍화속도에 영향을 미치는 요인
① 모암의 성질 : 암석의 종류나 구성 광물에 따라 풍화를 견디는 정도가 다름
② 기후 (기온, 강수량) : 한랭건조한 기후에는 기계적 풍화, 습윤한 기후에는 화학적 풍화가 우세
③ 토양의 유무 : 물과 유기물이 포함되어 있어 화학적 풍화가 우세
④ 지형 : 경사면에 위치한 암석의 풍화작용이 우세
⑤ 대기노출시간 : 노출시간이 길수록 풍화가 잘 일어남
2) 풍화작용의 종류
(1) 기계적 풍화작용
- 암석의 성분 변화 없이 암석에 물리적인 힘이 가해져 쪼개지는 풍화작용 (표면적이 증가됨)
- 한랭건조한 지역에서 우세
① 박리작용
- 지하에 있던 암석이 지표로 노출되면서 받는 압력이 감소하여 암석 표면에 얇은 층으로 균열면이 생기는 작용
- 예시) 판상절리
② 동결작용
- 암석의 틈으로 스며든 물이 얼면서 부피가 증가하여 암석이 쪼개지는 작용
- 암석 틈의 물이 얼었다 녹았다를 반복하면서 쪼개짐이 발생 ( → 일교차가 큰 지역이 우세)
- 예시) 테일러스 (잘게 부서진 조각들이 쌓인 지역)
③ 광물의 침전
- 암석의 틈으로 스며든 물이 증발하고 광물성분이 침전되어 주위 암석조각들을 밀어내면서 쪼개지는 작용
- 예시) 타포니 (역암이 많은 지역에서 역암이 떨어져 나가면서 생기는 벌집모양의 구조)
(2) 화학적 풍화작용
- 물이나 공기의 작용에 의해 암석을 구성하는 광물의 성분이 벼하거나 용해되는 풍화작용 (암석의 강도가 약화됨)
- 온난다습한 지역에서 우세
① 가수분해
- 물속의 수소 이온 (H^+)ㅇ나 수산화 이온(OH^-)이 광물을 구성하는 이온을 치환하는 작용
- 예시) 정장석 → 고령토
② 용해작용
- 이산화탄소가 물에 용해되어 탄산(H₂CO₃)을 만들고, 이러한 산성을 띠는 물이 다른 광물을 용해하는 작용
- 예시) 석회암의 용해
③ 산화작용
- 암석 속의 금속 성분이 물이나 산소와 반응하는 작용
- 예시) 적철석
■ 기계적 풍화와 화학적 풍화 그래프
■ 기계적 풍화와 화학적 풍화의 관계
- 기계적 풍화 → 표면적 증가 → 화학적 풍화 → 암석 약화
5] 사태
1. 사태
- 산이 비탈진 경사면을 따라 토양이나 암석 등 단단하게 굳어있지 않은 물질이 중력에 의해 낮은 곳으로 이동하는 현상
1) 사태의 발생
(1) 힘의 원리 측면 (안정도)
① 사면의 안정도 = 마찰력 / 구동력
- 중력에 의한 구동력이 마찰력보다 크면 불안정
- 안정도에 영향을 주는 요인 : 사면의 경사도, 식생, 기후, 물의 함량, 구성 물질
(2) 각도의 측면 (안식각)
① 안식각
- 구성 물질이 사면에서 이동하지 않는 최대한의 각도 (대체적으로 크고, 모나고, 단단한 물질이 안식각이 큼)
- 사면의 경사도가 안식각보다 크면 불안정
- 안식각에 영향을 주는 요인 : 구성 물질, 물의 함량
■ 안식각과 관련된 대표적인 실험 (안식각과 구성물질, 안식각과 물의 함량)
① 크고, 모나고, 단단한 물질일수록 안식각이 크다
② 물의 함량이 적당하면 안식각이 커지지만, 너무 많으면 오히려 안식각이 감소한다
2) 사태의 원인
① 집중호우 : 많은 강수량은 물질과 비탈면 사이의 마찰력을 약화
② 인간활동 : 지나친 벌목이나 개발로 인해 토양의 식생, 지반상태를 변화시켜 안식각 변화
③ 지진 및 화산활동
3) 사태의 종류
① 암석낙화 : 절벽의 사면으로부터 암석이나 흙 등이 중력에 의해 굴러 떨어지는 현상
② 함몰사태 : 커다란 암석덩어리나 토사가 오목하게 파인 미끌림을 따라 움푹 꺼져 내리는 현상
③ 미끌림사태 : 미끄러운 사면을 따라 토양과 암석이 액체와 같이 흘러내리는 현상
④ 포행 : 토양이나 암석이 사면을 따라 아주 느리게 이동하는 현상 (계절의 변화에 따라 움직임, 겨울 → 봄 → 겨울 → 봄 → ...)
6] 지질 재해의 피해와 대책
1. 지진의 피해와 대책
1) 지진의 피해
① 지반의 진동과 지반의 파열로 인해 가옥, 큰 건물, 고가도로 등 구조물 파괴
② 지진해일(쓰나미) 발생 : 해저지진 및 해저화산으로 인해 지각의 융기나 침강이 발생하여 해수면에 수직적인 변동을 일으킴 (지진이 일어난 곳에서 멀어질수록 전파속도가 느려지고 파고가 높아진다)
③ 사태 발생 : 안정도를 불안하게 함
④ 화재, 질병
2) 지진 피해의 대책
① 내진 설계 강화
② 지진전조현상을 파악하여 지진예보 및 경보 시스템 구축
③ 지반 취약 지역은 피해서 건물 건축
④ 지진 대처방안 숙지
2. 화산의 피해와 대책
1) 화산의 피해
① 용암류에 의한 피해 : 뜨거운 용암이 지표로 흘러나와 직접적인 피해
② 화산쇄설물에 의한 피해
- 호흡기 질환과 같은 각종 질병 유발
- 화산암괴에 의한 직접적인 피해
- 상공으로 올라가 태양을 가려 기후변화 유발
③ 화산가스에 의한 피해 : 이산화탄소, 일산화탄소, 이산화황, 황화수소와 같은 유독가스로 인한 피해
④ 화산쇄설류(화산쇄설물 + 화산가스)에 의한 피해 : 사면을 따라 빠른 속도로 흘러내리며 피해
⑤ 화산이류(화산쇄설물 + 비)에 의한 피해 : 빠르게 저지대로 흘러감
2) 화산 피해의 대책
① 화산분출 예보 시스템 구축
- 지진활동 감시, 지표 암석의 온도 변화, 지형변화(경사도), 화산가스 분출 감시 등의 방법을 이용
3. 사태의 피해와 대책
1) 사태의 피해
- 경사면을 따라 흘러내리는 토양, 암석으로 인한 피해 등
2) 사태 피해의 대책
① 배수로 건설 (사면으로 물이 흘러들어가지 않도록 물의 이동방향을 수정)
② 옹벽, 숏트리트, 철망 설치