[고등지구과학] 변환 단층의 실체를 밝힌 투조 윌슨! - 1

투조윌슨

투조윌슨 (John Tuzo Wilson - 1908 ~ 1993)

투조윌슨은 캐나다의 지구물리학자 겸 지질학자로서 변환단층의 실체를 검증하여 판구조론 정립에 지대한 영향을 미친 학자이다. 판구조론은 암석권인 지구의 바깥층이 약 13개의 플레이트 판으로 이루어졌다고 보는 과학적 이론이다. 윌슨은 하와이 섬이 지각 판이 고정된 열섬을 넘어 북서쪽으로 이동하면서 일련의 화산을 발생시킴으로써 만들어졌다고 주장했다. 그는 또한 두 개의 판이 서로 수평으로 지나가는 주요 판 경계인 변환 단층(예: 산 안드레이스 단층)을 구상하기도 했다.

 

하와이 섬 가설 

1960년대 중반 이후 수십 년 동안 국제 과학계에서는 이른바 ‘판구조론’이라는 이름하에 지각 변동 현상을 설명하려는 노력이 계속되었다. 이러한 상황에서 1967년 9월 5일 미국 캘리포니아 대학교 산타바바라 캠퍼스 지질학과의 스탠리 헤스 교수 연구실로부터 한 통의 전화가 걸려왔다. 그것은 바로 “지구 내부 깊숙한 곳으로부터 지진파가 발생하여 지표면 위에서도 관측된다”라는 소식이었다. 당시로서는 그야말로 충격적인 주장이었던 셈이다. 하지만 기존의 이론으로는 도저히 설명할 길이 없었던 탓에 학계 일각에서는 이를 두고 온갖 억측성 소문이 난무하기도 했다. 심지어 일부 학자들은 이것이 단순한 우연이거나 혹은 거짓 정보라고 단정 짓기도 했다. 그러나 점차 관련 자료들이 축적되면서 의심의 눈초리는 차츰 사그라지기 시작했다. 그리고 마침내 1969년 7월 28일 로마클럽 소속의 저명한 경제학자 앨프리드 마셜 박사가 자신의 저서 『경제 분석의 기초』 속에서 해당 논문을 언급함으로써 비로소 널리 알려지게 되었다. 그렇다면 도대체 어떻게 된 일일까? 여기서 잠깐 1964년 10월 15일 이탈리아 시칠리아 섬 동부 연안에서 발생한 규모 8.0의 강진 사건을 되짚어볼 필요가 있다. 이때 최초로 지하 깊은 곳으로부터의 지진파가 지상에까지 도달하면서 소위 ‘맨틀플룸’ 또는 ‘마그마방’이란 용어가 탄생하였다. 1960년대 하와이를 여행하던 투조윌슨은 하와이 섬의 특이한 지형학적인 자연환경을 보고 흥미로운 가설을 세우게 된다. 이것은 하와이제도에 있는 가장 큰 섬으로 불리는 마우나케아 산에 관한 것이다. 이 산의 높이는 해발 4207m에 이르지만 하와이 섬 바닥의 수심이 5000m를 넘기 때문에 해저에서부터 이 산의 높이를 측정하면 9330m에 이리는 높이를 가지게 된다. 그렇기에 이 섬을 가지고 에베레스트보다 더 높은 산이라고 말하는 사람들도 있게 된다. 

그리고 하와이 섬의 특이한 지형학적 특징은 하와이 섬으로 부터 멀어질수록 북서쪽으로 뻗어있는 섬들의 암석의 나이가 많아지고 풍화 정도는 더 심해지게 된다는 것이다. 또한 하와이 섬에서 멀어질수록 섬의 높이는 점점 낮아지고, 더 멀어지면 물속에 잠겨있는 해산들이 줄지어 서 있다. 이러한 특징을 기반으로 투조윌슨은 하와이 섬 아래에는 용암을 올려 보내는 통로가 있으며 이 통로를 따라 용암이 올라와 화산으로 분출한다는 가설을 세웠다. 이렇게 용암이 올라오는 통로를 플룸(Plume)이라고 불렀다.  그리고 해스 교수의 해저확장설을 받아들여 그 의미를 확장시켰다. 즉 태평양 해양지각이 서쪽으로 이동하면서 화산섬도 함께 이동하게 되고 그러면서 플룸과 멀어진 화산섬들은 화산활동을 멈추게 된다고 설명했다. 그래서 원래 있던 플룸 자리에 새로운 화산이 생겨나고 위에 설명한 대로 하와이 섬으로 부터 멀어짐에 따라 멀어짐에 따라 화산섬의 나이는 점점 많아지고, 풍화정도도 심해졌다고 해석하였다. 투조 윌슨은 플룸이 지표면과 만나는 지점을 열섬(Hot Spot)이라 불렀으며 열점으로부터 멀어진 화산섬들은 해양지각이 냉각됨에 따라 무거워져 가라앉으면서 섬의 높이가 낮아지게 된다고 설명했다. 또한 앞서 헤스가 발견했던 기요처럼 섬이 점점 낮아져 화산 꼭대기 부근이 해수면에 이르면 파도의 침식작용에 의하여 산꼭대기가 깎여나가 산 정상부가 평평한 모습을 이룬다고 설명하기도 했다.