지구의 형성과 역장_지진파

3. 지진파

(1) 지구 내부 연구 방법

① 직접적인 방법

• 시추 : 내부 시료를 직접 채취하는 것으로, 현재 시추 가능한 깊이는 15km 정도에 불과하다.
• 포획암 분석(화산 분출물 연구) : 포획암은 마그마에 포획되어 올라온 지하 물질로, 맨틀 포획암을 분석하여 상부 맨틀 물질을 알 수 있다.

② 간접적인 방법 : 지진파 분석, 지각 열류량 측정과 같이 내부에서 전달되는 정보를 분석하는 방법 및 운석 연구를 통한 지구 내부 물질의 평균 조성 추정, 고온 고압 조건에서의 실험을 통한 연구 등이 있다.

• 지진파 분석 : 지구 내부를 통과하는 지진파를 연구하여 지구 내부 불연속면의 깊이 및 지구 내부를 구성하는 물질의 물리적 성질을 알 수 있다.
• 지각 열류량 측정 : 내부 물질의 열적 성질과 에너지원의 분포를 알 수 있다.

③ 종합 : 지진파 분석 등에서 얻어진 물리적 정보와 운석 연구 등을 통해 추정한 지구 내부 물질의 평균 조성, 고온 고압 조건에서의 실험 및 이론적 연구 등을 종합하여 지구 내부 물질의 분포를 파악한다.

 

(2) 지진파에 의한 지구 내부의 탐사

① 지진파 : 암석에 힘이 가해져 탄성 한계를 넘으면 암석이 급격한 변형을 일으키면서 깨지는데, 이때 암석에 응축된 에너지가 파동의 형태로 사방으로 전달되는 현상을 지진이라 하고, 이때 전달되는 파동을 지진파라고 한다. 한편, 지진이 발생한 위치를 진원이라 하며, 진원의 연직 방향에 위치한 지표 상의 지점을 진앙이라고 한다.

 

② 지진파의 성질 : 지진파는 성질이 다른 매질의 경계면에서 반사 또는 굴절하며, 같은 종류의 지진파라도 매질의 밀도와 상태에 따라 속도가 달라진다.

 

③ 지진파의 종류와 특징

지진파	성질	지각에서의 속도 (km/s)		통과 매질의 상태
P파(종파)	매질의 진동 방향과 파의 진행 방향이 나란함	5 ~ 8		고체, 액체, 기체를 모두 통과
S파(횡파)	매질의 진동 방향과 파의 진행 방향이 수직임	3 ~ 4		고체만 통과
표면파	지표면을 따라 전파	2 ~ 3		표면의 고체

※ 지구 내부의 직접적 탐사 방법

시추, 포획암 분석

 

※ 지구 내부의 간접적 탐사 방법

지진파 탐사, 지각 열류량 측정, 운석 분석, 고온 고압 실험 등

 

※ P파

종파, 고체 액체 기체를 모두 통과

 

※ S파

횡파, 고체만 통과

 

 

(3) 지진 기록

지진계에는 P파, S파, 표면파의 모습이 차례로 기록되며, 지진 기록에서 P파가 도달한 후 S파가 도달할 때까지의 시간 차이를 PS시라고 한다. PS시는 진원으로부터의 거리가 멀수록 길게 나타난다.

 

4. 지구 내부의 구조

(1) 지구 내부의 구조 

지구 내부를 통과하는 지진파가 굴절되거나 반사되는 성질을 이용하여 지구 내부가 지각, 맨틀, 외핵, 내핵의 층상 구조를 이루고 있음을 알아내었다.

 

(2) 불연속면

① 모호로비치치 불연속면(모호면) : 지각과 맨틀의 경계면이다.

 

② 구텐베르크 불연속면 : 맨틀과 외핵의 경계면이다.

 

③ 레만 불연속면 : 외핵과  내핵의 경계면이다.

 

(3) 지진파 암영대

① 핵의 발견

• S파의 암영대 : 진앙으로부터 각거리가 약 103º ~ 180º 인 지역으로, S파가 도달하지 않는다.
• P파의 암영대 : 진앙으로부터 각거리가 약 103º ~ 143º 인 지역으로, P파가 도달하지 않는다.

② 내핵의 발견 : 진앙으로부터 각거리 약 110º에 약한 P파가 도달한다는 사실로부터 내핵을 발견하였다.

 

(4) 지구 내부의 구성 물질과 물리량

① 지각과 맨틀

구분		평균 깊이(km)	주요 구성 암석	평균 밀도(g/cm³)
지각	대륙 지각	지표 ~ 약 35	화강암질 암석	약 2.7
	해양 지각	지표 ~ 약 5	현무암질 암석	약 3.0
맨틀		모호면 ~ 약 2900	감람암질 암석	약 3.3 ~ 5.5

※ 불연속면

지각과 맨틀의 경계면은 모호면, 맨틀과 외핵의 경계면은 구텝베르크면, 외핵과 내핵의 경계면은 레만면이다.

 

※ 핵의 발견

지진파 암영대의 존재로부터 알아내었다.

 

※ 내핵의 발견

지진파 암영대 내에 약한 P파가 도달한다는 사실로부터 알아내었다.

 

※ 대륙 지각

화강암질 암석

 

※ 해양 지각

현무암질 암석

 

※ 맨틀

감림암질 아석

 

※ 외핵과 내핵

철, 니켈

 

※ 지구 내부의 상태

구성 물질의 용융 온도보다 지구 내부 온도가 낮은 지각, 맨트, 내핵은 고체 상태이며, 구성 물질의 용융 온도보다 지구 내부 온도가 높은 외핵은 액체 상태이다.