[고등지구과학] 변환단층의 실체를 밝힌 투조윌슨 - 2

투조윌슨

변환단층

변환 단층이란 무엇일까?

변환 단층은 주로 대서양 중앙부나 인도양 및 태평양 지역판의 경계 부근 또는 맨틀 내부에서 발견되는 현상으로서 지진 활동과도 밀접한 관련이 있다. 이러한 변환 단층들은 판이 서로 반대 방향으로 이동할 때 형성되며 종종 화산활동도 수반된다. 일반적으로 변환 단층에서는 역단층 운동이 관찰되지만 때로는 정단층 운동이 관찰되기도 한다. 즉 주로 수평방향으로 움직이지만, 수직방향 움직임이 존재한다는 결론이 나는데 주향이동단층의 하나로 판의 경계를 이루는 단층의 이동성을 보여준다.

변환단층은 해양 지각에서 주로 생기지만 우리가 잘 알고 있는 캘리포니아주의 산안드레아스 단층과 같이 대륙 지각에서도 발생하게 된다. 거의 남북 방향으로 발달하고 있는 산안드레아스 단층을 경계로 동쪽의 샌프란시스코가 위치하는 북아메리카 판과 서쪽의 로스앤젤레스가 위치하는 태평양 판이 분리된다. 태평양판은 북쪽으로 이동하고 북아메리카 판은 남쪽으로 이동하게 된다. 두 판의 경계가 고정되어 움직이지 않을 때는 두 판에 있는 암석이 휘어진다. 고정되어 있던 경계부가 끊어지며 휘어진 암석들이 순간적으로 이동하면서 지진이 발생하게 된다.

변환단층과 깊은 연관이 있는 이 지진은 단층면 양쪽 지괴 사이에 수평 방향으로 미끄러짐이 일어나면서 상대적으로 무거운 맨틀이 상승하여 지각이 갈라지는 현상을 말한다. 우리나라에서는 1905년 인천 앞바다에서 일본 군함 운양호 침몰사건 당시 최초로 발견되었다. 일반적으로 지표 부근 100km 이내 깊이에서 일어나는 천발지진이며 평균 규모는 3~4 정도다. 또한 지하 300m 이하 깊은 곳에서 주로 발생하는 심발지진도 있는데 이때 땅 속 온도는 800°C 가까이 올라가므로 큰 피해가 발생할 수 있다.

한편 지구상에서 일어나는 지각변동 과정에서 생성된 변성암류 가운데 일부는 지표면 위로 노출되어 퇴적암 층리구조처럼 보이는 경우가 있는데 이를 암주(岩柱)라고 부른다. 이것은 과거 지층 속에 있던 암석이 침식작용 혹은 융기과정을 통해 지표면 밖으로 밀려 나와 현재의 모습을 띠게 된 것이다. 따라서 암주는 지질시대 동안 일어난 각종 지각변동 기록을 담고 있으며 당시의 환경 변화 연구에 중요한 자료 역할을 한다.

투조윌슨 변환단층의 실체를 밝혀 판구조론을 정립하다.

투조윌슨은 해령과 해령 사이의 단층 부분에서만 지진이 일어나는 현상과 해저확장설을 합쳐 새로운 해석을 내놓았다. 해저확장설에 의하면, 해령은 새로운 해양지각이 생겨나는 곳이고, 해령 양쪽의 지각은 서로 반대방향으로 이동한다. 따라서 해령과 해령 사이의 단층 구간에서는 지각이 반대방향으로 움직이지만, 해령과 해령 사이를 지나 멀어지는 단층 구간에서는 지각의 이동방향이 같아지게 된다. 그러므로 해령과 해령 사이의 단층 구간에서는 지진이 발생하지만 해령으로부터 멀어진 단층 구간에서는 지진이 일어나지 않는다고 설명했다. (그림참고)

 

해령과 해령 사이에서 반대방향으로 움직이던 단층이 그 사이를 지나 멀어지면 움직이는 방향이 같아지기 때문에 이제까지 알련 졌던 단층의 모습과 달라진다. 그리고 단층과 해령의 위치에 따라 단층의 모습이 달라진다는 뜻을 반영하여 투조 윌슨은 이 단층을 변환단층이라 정했다. 1965년 이 내용을 담은 논문을 투조윌슨은 네이처에 기고하게 되고 판구조론의 새로운 이론적 근거가 되었다. 

 

변환단층을 발견한 투조윌슨은 추후 해저확장설을 주장했던 헤스와 변환단층의 증거로 해양 자기 이상의 패턴에도 이 변환단층의 패턴이 기록될 것이라는 가정을 하고 이를 검증하기에 이른다. 

1961년 메이슨이 발표한 태평양 북동부 지역의 자기이상도를 찾아보았는데 캐나다 벤쿠버 섬의 서쪽 해역에서 자기 이상의 줄무늬가 뚜렷이 어긋나 있는 곳을 여러 군데 찾게 된다. 이 자료를 바탕으로 해저확장설과 변환단층에 대한 이론은 더욱 견고해졌으며 판구조론 역시 과학계에서 더욱 확고히 자리 잡게 된다. 

또한 투조윌슨은 지진의 분포를 자세히 검토하는 과정에서 지구의 겉 부분은 매우 단단하며, 지진이 매우 좁은 지역에 국한되어 일어난다는 점에 주목했다. 해령과 변환단층에 의해서 나뉜 땅덩어리들이 독립적으로 움직이고 있다고 생각하여 '함께 움직이는 땅덩어리'를 판(plate)이라고 명했다. '판'이라는 용어가 공식적으로 등장하는 순간이다.