지구의 형성과 역장_지구의 탄생 진화

1. 지구의 탄생과 진화

(1) 태양계의 형성

① 성운의 형성 : 우주는 약 138억 년 전의 빅뱅으로 탄생하였다. 빅뱅으로부터 수소와 헬륨이 만들어지고, 이보다 무거운 원소는 별 내부의 핵융합과 초신성의 폭발 과정에서 만들어 졌다. 이들 원소가 모인 성운이 현재 태양계 영역보다 더 큰 영역에 퍼져 있었따.

 

② 태양계 성운의 수축과 회전

• 약 50억 년 전 태양계 성운 근처에서 초신성 폭발이 일어나 안정적이던 성운에 충격파가 전달되어 밀도 차이가 생겼다.
• 밀도가 높은 부분이 자체 중력으로 수축하면서 회전하기 시작하였고, 물질을이 중심으로 모이면서 회전 속도가 점점 빨라져 납작한 원반 모양을 이루었다.

③ 원시 태양의 형성

• 성운의 중심부는 기체와 티끌을 끌어들이면서 밀도가 큰 핵이 성장하여 원시 태양이 되었다.
• 원시 태양은 계속된 중력 수축으로 온도와 압력이 높아졌고 핵융합 반응을 할 수 있는 온도에 도달하였다.

④ 원시 행성의 형성

• 회전 원반 내에서는 성운이 식으며 수많은 미행성체가 생겨났다. 미행성체들은 원시 태양 둘레를 공전하며 서로 충돌하고 뭉치면서 원시 행성을 형성하였다.
• 원시 태양 부근에서는 온도가 매우 높아 가벼운 물질들은 낭아가고, 규소, 철, 니켈과 같은 무거운 물질들이 남아 지구형 행성이 형성되었다. 반면, 원시 태양에서 먼 영역에서는 온도가 낮아 얼음 상태의 입자, 수소, 헬륨 등과 같은 가벼운 물질들에 의해 목성형 행성이 형성되었다.

 

※ 성운설

우리은하에 있던 거대한 성운이 뭉쳐져 지구를 포함한 태양계 천체들이 만들어졌다는 설

 

(2) 지구의 탄생과 진화

① 마그마 바다 형성

• 원시 지구는 약 46억 년 전 수많은 미행성체들의 충돌로 형성되었고 이 과정에서 원시 지구의 크기가 성장하였다.
• 미행성체가 충돌할 때 발생한 열과 원시 지구 내부 방사성 동위 원소의 붕괴로 발생항 열에 의하여 원시 지구에는 지표와 지구 내부의 상당 부분이 녹아 있는 액체 상태의 마그마 바다가 형성되었다.

② 맨틀과 핵의 분리

• 마그마 바다 상태에서 중력의 작용으로 철과 니켈 등 밀도가 큰 금속 성분들은 지구 중심부로 가라앉아 핵을 형성하였다.
• 밀도가 작은 규산염 물질은 지구 표면 쪽으로 떠올라 맨틀을 형성하면서 층의 분화가 진행 되었다.

③ 원시 지각과 원시 바다의 형성

• 미행성체들의 충돌이 감소하면서 지구의 온도는 점점 낮아졌고, 지표가 식으면서 단단한 원시 지각이 형성 되었다.
• 화산 활동 등으로 원시 대기에 공급된 수증기가 응결하여 많은 비가 내렸고, 낮은 곳으로 모인 물이 원시 바다를 형성하였다.
• 원시 바다가 형성된 이후에 대기 중의 이산화 탄소가 바다에 용해되었고, 이후 탄산염의 형태로 퇴적되어 지권에 고정되었다.

④ 지구 대기의 형성

• 지구 최초의 생명체는 바다에서 탄생하였을 것으로 추정된다.
• 광합성을 하는 남세균이 등장하여 바다에 산소를 공급하기 시작했고, 이후 대기에도 산소가 축적되기 시작하였다.
• 약 4억 년 전에는 오존층이 형성될 수 있을 만큼 대기 중의 산소가 증가하였다. 오존층이 자외선을 차단함에 따라 육지에 생명체가 출현하였다.

※ 성층권의 형성

광합성을 하는 원시 생명체가 출현하여 산소가 대기 중에 축적되면서 오존층이 형성되었다. ▶ 오존은 주로 태양의 자외선을 흡수하므로 높이 올라갈수록 기온이 상승하는 층(성층권)이 형성되었다.

 

 

2. 지구 내부 에너지

(1) 지구 내부 에너지

지구 내부 에너지는 지구 내부에 저장되어 있는 열에너지로, 판의 운동, 화산 활동, 지진 등을 일으키는 근원 에너지이다. 지구 내부 에너지원에는 지구 형성 초기에 일어난 미행성 충돌에 의한 열이나 중력 수축에 의한 열과 방사성 원소의 붕괴열이 있다.

 

① 방사성 원소의 분포 : 방사성 원소는 규산염 마그마에 농집되는 성질이 있으므로 핵에는 거의 없으며, 대부분 지가고가 맨틀에 존재한다.

 

② 방사성 원소의 붕괴열 : 단위 질량당 방사성 원소의 질량비는 지각이 맨틀보다 크며, 특히 대륙 지각에서 크므로 대륙 지각에서는 방사성 원소의 붕괴열이 많이 방출된다.

암석의 종류	방사성 원소의 함량 (ppm)			방출 열량	비고
	우라늄	토륨	칼륨
화강암	5	18	38000	295	대륙 지각 구성 암석
현무암	0.5	3	8000	56	해양 지각 구성 암석
감림암	0.015	0.06	100	1	맨틀 구성 암석

 

(2) 지각 열류량

① 지각 열류량 : 지구 내부 에너지가 지표로 방출되는 열량을 지각 열류량이라고 하며, 단위로는 mW/m²를 사용한다.

▶ 구성 암석의 방사성 원소의 함유량은 대륙 지각이 많지만, 해양 지각이 대륙 지각보다 맨틀 대류에 의한 열 공급량이 더 많다.

구분	지각 열류량 (mW/m²)
전 세계	87
대륙 지각	65
해양 지각	101

 

② 지구 내부에서의 열에너지 이동 : 맨틀에서는 주로 대류에 의해, 암석권에서는 주로 전도에 의해 열에너지가 이동한다.

 

③ 지각 열류량의 분포

• 화산 활동이나 조산 운동이 활발한 지역에서는 지각 열류량이 많고, 오래된 지각이나 안정한 대륙의 중앙부에서는 지각 열류량이 적다.
• 해령, 호상 열도 부근에서는 지각 열류량이 많고, 해구나 순상지 부근에서는 지각 열류량이 적다.

※ 지구 내부 에너지

제구 내부에 저장되어 있는 열에너지

 

※ 지각 열류량

지구 내부에서 지표로 방출되는 열량