지각 평형설과 지각 열류량

핵심 정리

지구의 겉껍질인 지각은 맨틀 위에 떠 있는 상태에서 중력적으로 균형을 이룬다. 지각 평형설은 이 균형을 설명하는 가설로, 지각이 밀도가 큰 하부층 위에 떠서 평형을 유지한다고 본다. 이 설에 따르면 지각이 두꺼워 높이 솟은 산일수록 지각 뿌리가 깊게 존재한다. 지각 평형설에는 에어리 평형설과 프랫 평형설이 있다.

에어리 평형설에서는 지각의 밀도가 어디서나 같고, 지형이 높을수록 지각 뿌리가 깊다. 두께가 다른 지각 사이에서 모호면 깊이 차이가 나는 까닭도 이 설로 설명된다. 지각 평형이 이루어지면 지각 기둥의 높이와 뿌리 깊이의 곱은 밀도 차에 따라 일정하다. 대륙 지각은 해양 지각보다 평균 밀도가 작다. 맨틀 밀도에 대한 지각 밀도 비가 작은 상태에서는 지각 기둥이 맨틀에 더 깊이 잠겨 뿌리가 길어진다.

지각 평형이 깨지면 지각은 하중에 맞추어 다시 자리를 잡는다. 퇴적물이 쌓여 하중이 증가하면 지각은 침강하면서 평형을 유지하고, 이때 모호면은 깊어진다. 반대로 빙하가 녹아 하중이 줄어 지면이 상승하는 지역에서는 모호면이 얕아진다. 이러한 지각 평형 회복은 육지가 천천히 오르내리는 조륙 운동을 설명하는 근거가 된다. 지각 평형 상태에서는 저울 눈금이 0이 되어 평형을 확인할 수 있다.

지각 열류량은 지구 내부에서 지각을 거쳐 지표로 나오는 열을 나타내는 양으로, 단위 시간에 단위 면적을 통해 흐르는 열량이다. 지각 열류량은 해양 지각에서 대륙 지각보다 평균적으로 높다.해양 지각의 평균 지각 열류량은 대륙 지각보다 높다. 해양 지각에서는 해령 축부에서 열류량이 크고, 해령에서 멀어져 연령이 많아질수록 열류량이 작아진다.해령에서 멀어질수록 해양 지각의 나이가 많아지고 지각 열류량은 감소한다. 해구 부근의 해양 지각은 해령보다 평균 지각 열류량이 낮다.

자세히

지각 열류량과 지각 평형은 지구 내부의 에너지와 지각의 밀도 구조를 이해하는 데 함께 쓰인다. 두 개념을 각각 살펴보자.

첫째, 지각 평형은 지각이 어떤 높이를 가질 수 있는지를 설명한다. 지각 기둥이 맨틀 위에 떠 있을 때 부력과 중력이 균형을 이루어야 한다. 부력은 물체가 잠긴 부피만큼의 물 무게와 같다. 같은 원리로 지각 기둥은 밀도 차이에 따른 부력으로 평형을 이룬다. 이때 지각의 밀도가 작을수록 같은 높이의 지각이 더 깊이 잠기면서 뿌리가 길어진다. 지각 기둥의 높이와 뿌리 깊이의 곱이 밀도 차에 따라 일정하다는 관계가 여기서 나온다.

둘째, 지각 평형설을 설명하는 두 모형은 밀도를 다르게 가정한다. 에어리 평형설은 지각 밀도를 일정하게 두고 지형의 높이에 따라 뿌리 깊이가 달라진다고 본다. 프랫 평형설은 지형에 따라 지각 밀도가 달라진다고 가정하며, 높이 솟은 지역일수록 밀도가 작다고 설명한다. 두 설 모두 지각의 평형을 설명하지만, 지각 밀도에 대한 가정이 다르다. 해저 지형에서도 같은 원리가 적용된다. 해저 지형이 높을수록 지하의 밀도는 평균적으로 작아져 평형을 이룬다.

셋째, 같은 깊이에서 압력은 유체의 밀도에 따라 달라진다. 깊이가 깊을수록 압력이 증가하는 것은 공통이지만, 깊이가 같다고 해서 압력이 같지는 않다. 물속에서 같은 깊이의 압력은 물의 밀도에 따라 달라진다. 지각 평형 실험에서 나무토막의 높이를 달리하면 물 위로 나오는 높이가 달라지는데, 이것은 밀도와 부피의 관계로 설명된다.