고지자기와 판의 이동

핵심 정리

암석이 만들어질 때 자성 광물은 당시 지구 자기장의 방향을 기록한다. 이 방향을 이용해 과거의 지리적 위치와 지괴의 이동을 해석하는 것이 고지자기 연구다. 복각은 자기장 방향과 수평면이 이루는 각이며, 암석이 생성된 당시의 위도를 알려 주는 단서다. 복각은 적도에서 0이고 자극에 가까울수록 커지므로, 고지자기 복각은 위도가 높을수록 크다. 복각이 클수록 그 암석이 생성된 지점은 고위도에 있었다고 판단한다. 같은 위도에서 생성된 암석의 복각은 같으며, 복각이 0이나 90으로 고정되는 것은 아니다. 암석에 기록된 복각으로 생성 당시의 지리상 위도를 추정할 수 있다.

지질 시대에 따라 고지자기극의 위치가 달라졌다는 기록은 극 자체의 변화뿐 아니라 대륙의 이동으로도 해석할 수 있다. 지리상 북극이 변하지 않았다고 가정하면, 한 지괴에서 얻은 서로 다른 시기의 고지자기극 위치를 이용해 그 지괴의 과거 위치와 이동 경로를 추정한다. 고지자기극의 위치 변화는 대륙의 이동 경로와 분리 시기를 추정하는 데 쓰인다. 같은 시기의 고지자기극 기록을 비교하면 대륙이 이동했더라도 위도 변화를 추정할 수 있다. 고지자기극은 지리상 남극과 일치하지 않을 수 있으며, 대륙의 위치에 따라 기록되는 위도도 다를 수 있다. 지질 시대에 따라 고지자기 자극은 바뀌었지만 극지방은 적도 부근이 아니라 고위도에 있었다.

해령에서는 새로운 해양 지각이 만들어져 양쪽으로 이동한다. 따라서 해령 가까이에 있는 해양 암석은 젊고, 해령에서 멀어질수록 암석의 연령이 많아진다. 해령 양쪽의 판은 서로 반대 방향으로 움직인다. 오래된 해양 암석 위에는 더 많은 해저 퇴적물이 쌓여 퇴적물 두께가 두꺼워진다. 해양 지각에는 현재 지자기와 같은 방향 및 반대 방향의 고지자기 줄무늬가 교대로 나타난다. 같은 해양판에서 해령으로부터 같은 거리에 있는 지점은 같은 시기에 만들어졌으므로 고지자기 방향도 같다.

판의 이동을 비교할 때에는 복각이나 고지자기극의 차이를 곧바로 속도로 바꾸지 않는다. 같은 기간 동안 이동한 거리를 비교하거나, 이동 거리를 시간으로 나누어 평균 속도를 구한다. 한 지괴에서 구한 고지자기극 위치는 지괴의 이동에 따라 시기별로 달라진다. 열점이 판에 대해 고정되어 있으면 열점 위에서 화산섬이 만들어지고, 이미 만들어진 섬은 판과 함께 이동한다.

자세히

암석의 고지자기 자료를 읽을 때는 먼저 암석이 무엇을 기록했는지 구분해야 한다. 용암이 분출해 식으면 그 안의 자성 광물은 당시 지구 자기장의 방향을 띤다. 암석이 굳은 뒤 판이나 지괴가 이동하더라도 그 방향은 암석에 남으므로, 현재의 암석 방향을 측정하면 생성 당시 자기장의 방향을 알아낼 수 있다. 지구 자기장의 방향은 지리적 북극을 향하는 수평 방향만으로 표현되지 않는다. 수평면에 대해 위아래로 기울어진 성분도 있으며, 그 기울기를 복각이라고 한다. 따라서 복각은 암석의 생성 위치를 해석하는 데 필요한 자료다.

복각과 위도의 관계를 적용할 때는 암석이 생성된 당시의 위도를 묻는지, 현재 위치의 위도를 묻는지 먼저 확인한다. 지괴가 이동했다면 암석에 보존된 복각은 과거 생성 위치에 관한 정보를 주지만, 암석이 놓인 현재 위치는 달라질 수 있다. 복각이 크면 생성 당시 고위도였고, 복각이 작으면 생성 당시 저위도였다고 해석한다. 적도에서는 복각이 0이고, 자극에 가까워질수록 복각의 크기가 커진다. 적도에서 북쪽과 남쪽은 복각의 부호가 다를 수 있으므로, 자료가 절댓값을 제시하는지 부호가 포함된 값을 제시하는지도 살핀다. 절댓값을 비교할 때는 어느 쪽이 더 큰지만 판단하고, 북반구인지 남반구인지는 따로 확인한다. 복각 하나만으로 이동 방향이나 이동 속도를 정할 수는 없다. 위도 변화의 방향을 알아내려면 시기별 자료와 현재 위치를 함께 비교해야 한다.

고지자기극을 이용하는 자료에서는 ‘극의 이동’과 ‘대륙의 이동’을 구별해야 한다. 고지자기극은 암석의 고지자기 방향으로 추정한 지리상 북극이다. 한 지괴에서 여러 지질 시대의 암석을 측정하면 시기별 고지자기극 위치가 얻어진다. 지리상 북극이 변하지 않았다는 조건을 두면, 이 극 위치의 차이는 지괴가 과거에 놓였던 위치의 차이를 반영한다. 서로 다른 대륙에서 같은 시기의 기록을 비교하면 각 대륙이 같은 위도에 있었는지, 서로 다른 위도에 있었는지를 판단할 수 있다. 고지자기 자료만으로는 경도를 알 수 없으므로 대륙의 같은 위치 여부까지 판단할 수는 없다. 지괴가 이동한 경로를 읽을 때는 과거 극의 위치를 곧바로 지괴의 이동 방향으로 바꾸지 않는다. 그림에 제시된 극과 지괴의 상대적인 위치 관계를 기준으로 과거 지괴 위치를 복원한 뒤 현재 위치와 비교해야 한다. 동일 경도를 따라 이동했다는 조건이 있으면 위도 방향의 변화로 이동 방향을 정할 수 있지만, 그 조건이 없는 경우에는 그림의 공간 관계를 확인해야 한다.

고지자기극의 위치 변화는 이동 경로뿐 아니라 시간 간격을 함께 볼 때 이동 속도 비교에도 활용된다. 두 시기 사이의 이동 거리를 먼저 구하고, 그 시기 사이에 걸린 시간으로 나눈 값이 평균 이동 속도다. 따라서 기간이 서로 다르면 극이나 지괴의 위치 차이만 비교해서는 빠르다고 결론 내릴 수 없다. 같은 기간이라면 더 긴 거리를 이동한 쪽이 더 빠르지만, 기간이 다르면 각각의 거리와 시간을 함께 써야 한다. 특히 복각의 변화량은 위도 변화의 정도를 보여 주는 자료이지, 그 변화만으로 이동 속도를 직접 알려 주는 값은 아니다. 복각이 더 크게 변했다고 해서 반드시 더 빠르게 이동했다고 볼 수 없다. 평균 속도를 비교하는 문제에서는 각 구간의 시작과 끝 시기를 확인하고, 해당 기간의 이동 거리를 시간으로 나누어 비교한다. 이동 방향을 묻는 경우에도 속도 비교와 혼동하지 않고, 과거 위치에서 현재 위치로 이어지는 방향을 따로 판별한다.

해령 부근의 자료는 해저 확장과 해양 지각의 생성 순서를 보여 준다. 해령에서 마그마가 올라와 굳으면 새로운 해양 지각이 만들어지고, 해양판은 해령을 중심으로 양쪽으로 이동한다. 따라서 해령에서 멀리 떨어진 해양 지각일수록 더 오래전에 만들어진 지각이다. 이 관계를 거리와 연령의 그래프로 보면 해령에서 떨어진 정도가 커질수록 연령이 커지는 경향으로 나타난다. 해령 양쪽의 지각은 서로 반대 방향으로 이동하므로, 해령을 기준으로 한 방향을 양쪽에 동일하게 적용해서는 안 된다. 그림에서 각 판의 위치와 해령을 확인한 다음, 두 판이 해령에서 멀어지는 방향을 각각 판정한다.