[통합과학] 과학 주제 발표 수행 평가-대륙이동설, 판구조론

 

 

5월과 6월은 1학기 기말고사를 보기 전에 수행평가가 많이 있습니다. 과학 수행평가는 각자 관심 있는 주제를 조사해서 보고서를 쓴 다음 PPT를 이용하여 발표하는 수업이자 평가입니다. 학생들이 가장 어려운 것이 주제를 정해주지 않고 알아서 준비하라고 할 때 가장 어려운 것 같습니다. 그래서 예시로 발표 수행평가는 어떻게 작성하는지 '판 구조론의 정립과정'을 통해서 알아보았습니다.

 

과학 주제 정하기와 선택이유

 

우리가 대규모 지진과 화산 활동으로 어려움을 겪을 때 뉴스에서 판과 판이 부딪치는 지역에서 이러한 현상이 일어난다고 하는 내용을 들었습니다. 그러나 이 현상을 설명하게 된 이론이 100년도 안되었다는 사실이 더욱 놀라웠습니다. 지금 현재 당연하다고 생각한 일들이 오랜 연구의 결과라는 사실이 흥미를 불러일으켜서 판 구조론의 정립과정이라는 주제를 선택하게 되었습니다.

 

 

판 구조론의 정립과정

 

대륙이동설-참고그림

 

• 대륙이동설(1912년)

약 2억 년 전에 한 덩어리였던 큰 대륙(판게아)이 여러 대륙으로 분리되고, 이동하여 현재와 같은 분포가 되었다는 학설로 독일 기상학자 베게너가 주장했습니다. 베게너는 대륙 이동의 증거로 여러 가지를 주장했는데 크게 4가지 정도로 주장을 정리할 수 있겠습니다.

 

첫째, 해안선 모양이 일치, 즉 남아메리카 대륙의 동해안과 아프리카 대륙의 서해안이 일치한다고 합니다.

 

둘째, 같은 종의 고생물 화석이 현재는 환경이 다른 남극 대륙, 오스트레일리아, 남아메리카, 아프리카에서 공통적으로 발견되었습니다. 즉 데소시우루스 화석(수생파충류)과 시노그나투스 화석(육상파충류)은 남아메리카, 아프리카에서 발견되었고, 리스트로사우루화석(육상파충류)은 아프리카, 인도, 남극대륙에서 발견되었으며, 글로소프테리스 화석은 남아메리카, 아프리카, 인도, 오스트레일리아, 남극대륙에 걸쳐서 나타나고 있습니다.

 

※글로소프테리스는 고생대 후기부터 중생대 초기에 판게아대륙에 번성하였던 식물군으로 잎이 길쭉하고 둥그런 모양입니다. (양치식물)

 

셋째, 열대나 온대 지역인 남아메리카, 아프리카, 인도, 오스트레이리아에도 빙하의 흔적이 있었습니다. 즉 여러 대륙에 있는 빙하의 흔적을 모으면 대륙이 남극을 중심으로 모인다고 합니다. 과거의 남극점은 아프리카 대륙에 있었습니다.

 

넷째, 북아메리카와 유럽의 산맥을 이으면 하나로 연결되어진다고 합니다. 즉 북아메리카 대륙과 유럽의 지질구조가 연속적이고, 같은 지층이 분포되어 있으며, 같은 암석이 발견된다는 것입니다. 애팔래치아산맥과 칼레도니아 산맥은 연장되고 발견되는 암석이 비슷합니다.

 

요약; 현재 지구상의 대륙 모습은 모습은 약 2억 년 전 한 덩어리로 이루어져 있었던 거대한 대륙 '판게아'에서 점차 갈라져서 만들어진 것이라는 이론이지만 학계에서는 증거들을 과학적으로 설명하고, 대륙을 이동시키는 힘을 설명할 수 없어서 받아들이지 않았습니다.

 

 

 

 

• 맨틀 대류설(1929년)

영국과학자 홈스가 맨틀의 대류에 따라 대륙이 이동하게 된다는 이론을 발표하였고, 대륙이동의 원인으로 생각하였습니다. 맨틀이 대류를 할 수 있는 유동성 있는 고체가 되는 이유는 방사성 원소들이 붕괴하며 발생하는 열 때문입니다. 즉 지구 내부의 열로 인해 맨틀은 대류하고 판은 움직이며 지각운동을 한다고 하였습니다. 이때 맨틀 전체가 움직이는 것이냐, 아니면 맨틀 상부만 움직이는 것이냐의 논란이 있었으나 일반적으로 맨틀 상부만 대류 한다는 이론이 지지를 받았습니다.

 

요약; 맨틀이 대류 하는 힘에 의해 판이 같이 움직인다는 이론입니다.

 

 

 

• 해저 확장설(1962년)

미국의 과학자 헤스와 디츠는 맨틀에서 위로 치솟는 용암이 대양저 산맥을 형성하고, 양쪽으로 분리된 열곡 사이로 상승하는 현무암질 마그마가 굳어져서 새로운 해양 지각이 생성되며 서로 반대 방향으로 이동하어 계속해서 해양 지각이 확장된다고 주장했습니다. 즉 새로운 해양 지각의 형성으로 오래된 지각은 밀려서 이동되어 해구에서 침강하여 사라진다고 하였습니다. 해저 확장의 원인은 맨틀 대류이며 해저가 확장되는 속도는 수 cm/년 정도로 추정됩니다.

 

해저확장설의 증거

첫째, 해저 지각의 나이를 조사해 보면 해령으로부터 멀어짐에 따라 그 나이가 점점 많아집니다.

 

둘째, 해령 부근에는 거의 퇴적암이 없고, 해령에서 멀어질수록 퇴적암의 두께가 두꺼워집니다.

 

셋째, 지구 자기 역전의 줄무늬가 해령을 축으로 대칭으로 나타납니다.

 

넷째, 해령에는 장력에 의한 많은 변환단층이 있습니다.

​

 

※ 해령:  대양 중앙부에서 주위에 해양 분지보다 높이가 2500m~3000m 솟아오른 대규모의 해저 산맥으로 태평양, 대서양, 인도양 및 북극해까지 연결되어 있습니다. (판을 생성하는 해령)

 

해구; 경사가 급하고 대륙 가장자리에 평행하면서 비교적 좁고 기다란 심해저의 움푹 꺼진 지형( 판이 소멸하는 해구, 지구에는 27개의 해구가 있다.)

 

변환단층: 판이 새로 만들어지거나 사라지지 않는 경계로 판이 서로 다른 방향으로 스쳐 지나가는 곳입니다.(판이 소멸하지도 생성하지도 않는 변환단층)

 

요약; 태평양 등 대양저가 대륙 쪽으로 이동함으로써 해저가 확장되고 있다는 가설을 말하며, 지구 표면을 여러 개의 판으로 나누어 대양지각의 이동을 설명하는 판구조론이 이 가설을 기초로 하고 있습니다.

 

 

• 판 구조론 (1960년대 후반)

과학자들은 그동안 연구 결과로 밝혀진 이론을 종합하여 판 구조론을 제시하였습니다. 판 구조론에 따르면 지구의 겉 부분은 여러 개의 단단한 판으로 이루어져 있고, 판은 맨틀 대류에 의해 서서히 움직인다고 하였습니다. 여기에서 판이란 지각과 맨틀의 윗부분을 포함하는 깊이로 약 100km까지의 단단한 암석층입니다. 그리고 해양판과 대륙판으로 구분되는데 대륙판은 두께가 두껍고 밀도가 적습니다. 해양판은 두께가 얇고 밀도가 높습니다.

 

판구조론-참고그림

 

대표적인 판경계

수렴형 경계는 크게 두 가지로 나누어집니다.  대륙판과 대륙판이 충돌하여 나타나는 경계로 거대한 습곡 산맥을 만들거나 대륙판과 해양판이 만나 형성된 경계로 큰 해양판이 밀도가 적은 대륙판 아래로 섭입 하면서 해구가 형성됩니다.

 

첫째, 대륙판과 대륙판 충돌; 인도판과 유라시아판의 충돌에 의한 히말라야산맥의 생성입니다.

 

둘째, 대륙판과 해양판 만나 해구, 습곡산맥, 화산호 생성; 유라시아판과 태평양판에 의한 일본해구 생성과 나즈카판과 남아메리카판에 의한 칠레-페루 해구, 안데스 산맥의 생성입니다.

 

셋째, 해양판과 해양판이 만나 해구 형성; 통가-케르마데크 해구, 알류산 해구가 있습니다. 

 

 

 

보존형 경계는 대부분 해령에 수직 방향으로 발달하는 변환 단층의 형태를 띱니다. 변환 단층에서는 판의 수평 이동에 의해 지진이 발생하고 있습니다.

 

대륙에서의 보존경계는 미국 캘리포니아의 산안드레아스 단층이 좋은 예입니다. 이곳에서는 태평양판이 북아메리카 판에 대하여 북서쪽으로 일 년에 5cm 정도의 속도로 서로 스쳐 지나가고 있습니다.

 

발산형 경계는 대륙판이 멀어지는 경계와 해양판이 멀어지는 경계가 있습니다. 맨틀 대류의 상승류는 해양판 또는 대륙판 위로 올라와 판이 양쪽으로 멀어집니다. 이 과정에서 지진과 화산 활동이 일어납니다.

대표적인 예로 대서양 중앙해령, 동아프리카 열곡대가 있습니다.

 

※ 열곡; 산맥의 꼭대기에는 장력에 의해 지각이 갈라져 생긴 틈인 열곡이 발달합니다.

 

요약; 판구조론은 대륙이동설, 맨틀 대류설, 해저 확장설을 종합하여 정립되었습니다.

판을 이동시키는 힘은 맨틀 대류이며, 10여 개의 크고 작은 판이 지구 표면을 덮고 있으며, 서로 다른 방향과 속도로 이동하므로 판의 경계에서 지각 변동이 일어납니다. 판은 일 년에 수 cm 정도 느리게 이동합니다.

 

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