지구의 내부 구조

지식 정보

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삼각형과 지구 단면 그림이 포함된 ‘지구의 내부 구조’ 아이콘

지진파의 굴절과 반사로 탐사한 지구 내부 구조와 불연속면, 지각과 맨틀, 외핵과 내핵의 상태, 깊이에 따른 밀도·압력·온도 변화를 설명합니다.

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삼각형 단면의 지구 내부와 방사형 지진파, ‘지진과 지진파’ 제목 아이콘 압력을 나타내는 피스톤과 용기 아이콘 파동의 특성과 종류를 나타내는 물결선과 촘촘한 파형 아이콘 산 모양 단면과 지하 경계를 나타낸 지각 평형설 아이콘 지구 주위의 자기력선을 나타낸 지구의 자기장 아이콘

시추

지하 자원을 탐사하거나 지구 내부를 조사하기 위해 땅을 파는 것이다.

지구 내부 탐사 방법

현재 인간이 시추 가능한 깊이는 약 15 km15\,\mathrm{km}에 불과하므로
시추로 반지름이 6000 km6000\,\mathrm{km}가 넘는 지구 내부가 어떻게 이루어져 있는지 알기에는 턱없이 부족하다.
따라서 지진파 분석과 같은 간접적인 방법을 활용한다.

지진파를 통한 지구 내부 탐사

파동은 진행하는 매질에 따른 전파 속력에 차이가 있을 때 파동의 진행 방향이 바뀌는 굴절이 일어나거나 반사되는데,
파동 중 하나인 지진파도 지구 내부를 진행할 때 속력 차이에 의해 굴절되거나 반사된다.
이를 통해 지구 내부를 간접적으로 탐사할 수 있다.

각거리

거리를 각도로 나타낸 것이다.
단위는 주로 ∘^{\circ}를 사용한다.

외핵의 발견

진앙으로부터 각거리가 약 103∘103^{\circ}에서 180∘180^{\circ}인 지역에서 S\mathrm{S}파가 도달하지 않는 S\mathrm{S}파의 암영대를 확인하였는데,
S\mathrm{S}파는 고체 상태가 아닌 다른 매질에서 진행하지 못하므로 이를 통해 지구 내부에 액체 상태의 외핵이 존재함을 알게 되었다.

내핵의 발견

진앙으로부터 각거리가 약 103∘103^{\circ}에서 142∘142^{\circ}인 지역에서 P\mathrm{P}파가 도달하지 않는 P\mathrm{P}파의 암영대를 확인하였다.
P\mathrm{P}파의 암영대 중 진앙으로부터 각거리가 약 110∘110^{\circ}인 지점에 약한 P\mathrm{P}파가 도달하였는데,
이는 외핵 내부에 고체 상태의 물질이 있어 P\mathrm{P}파가 반사 및 굴절하여 도달한 경우로 설명할 수 있다.
이를 통해 고체 상태의 내핵이 존재함을 알게 되었다.

지구 내부 층상 구조와 P파·S파 암영대를 나타낸 단면도

고체 상태의 매질(맨틀)에서만 진행하는 실선은 $\mathrm{S}$파, 액체 상태인 외핵에서도 진행하는 점선은 $\mathrm{P}$파에 해당한다.

지구 내부 구조와 불연속면

지구 내부 구조는 가장 바깥쪽부터 지각, 맨틀, 외핵, 내핵 순서로 이루어지고,
불연속면은 지구 내부 구조의 경계면이다.
모호로비치치 불연속면 또는 모호면은 지각과 맨틀의 경계면이고,
구텐베르크 불연속면 또는 구텐베르크면은 맨틀과 외핵의 경계면이며,
레만 불연속면 또는 레만면은 외핵과 내핵의 경계면이다.

지구 내부의 지각·맨틀·외핵·내핵과 주요 불연속면을 나타낸 단면도

지각의 구분(해양 지각과 대륙 지각)

지각은 해양 지각과 대륙 지각으로 구분하며, 대륙 지각이 해양 지각보다 평균 두께가 두껍고 평균 밀도가 작다.

대륙 지각과 해양 지각, 해수면, 맨틀을 나타낸 지구 내부 구조 단면도

지구 내부의 구성 물질

핵은 지각이나 맨틀에 비해 철, 니켈 등 상대적으로 무거운 원소로 이루어져 있다.

지각·맨틀·핵의 원소 구성 비율을 나타낸 세 개의 원형 그래프

깊이에 따른 지구 내부 밀도와 압력 분포

밀도는 불연속면에서 급격히 증가하는 계단 모양의 분포를 이루며, 압력은 깊이가 깊어질수록 증가한다.

깊이에 따른 지구 내부 밀도와 압력 변화를 나타낸 이중축 그래프

깊이에 따른 지구 내부 온도 곡선과 용융 곡선

지구 내부 온도 곡선은 깊이에 따른 지구 내부의 온도를 나타낸 것이고,
용융 곡선은 깊이에 따른 구성 물질의 용융점을 나타낸 것이다.

외핵은 지구 내부 온도가 구성 물질의 용융점보다 높으므로 액체 상태이고,
내핵은 지구 내부 온도가 구성 물질의 용융점보다 낮으므로 고체 상태이다.

깊이에 따른 지구 내부 온도와 용융 상태를 나타낸 그래프

연약권

맨틀에서 지구 내부 온도가 구성 물질의 용융점에 근접하여 부분 용융(일부만 녹는 현상)이 일어나는 구간이다.

적용 문항

1번 문항


지구 내부 P파와 S파 전파 경로 및 내핵·외핵 구조를 나타낸 문항

2번 문항


깊이에 따른 지구 내부 온도와 용융점 그래프 및 보기 문항