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지구는 어떻게 만들어 졌나요?

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.지구의 기원에 대해서는 예로부터 여러 설이 있었다. 그러나 지구의 기원을 생각할 때 태양계 내의 다른 행성들의 기원과 모순되지 않아야 한다는 점, 태양이 포함된 은하계의 물리적 조건에 적합해야 한다는 점 등을 고려하면 타당성이 있는 지구의 기원설은 크게 줄어든다. 대표적인 지구의 성인설(成因說)로는, 지구가 고온의 가스덩어리에서 형성되었다고 한 I.칸트와 P.S.라플라스로부터 근대의 H.O.알벤으로 이어지는 고온기원설(高溫起源說)과, 태양계의 행성이 저온상태의 우주진(宇宙塵)과 가스덩어리에서 발생하였다고 하는 C.F.바이츠제커와 O.Y.슈미트의 저온기원설(低溫起源說) 등이 있다.20세기의 과학은 이 중에서 고온기원설보다는 저온기원설에 비중을 두고 있다. 고온기원설에 따르면 지구를 형성한 물질은 원래 태양과 마찬가지로 뜨거운 상태에 있었으며, 중력의 작용으로 응집되어 구형(球形)을 이룬다. 시간이 지나면서 무거운 금속인 철 ·니켈은 중심부에 모여 지구의 핵(core)이 되었고, 가벼운 규산염은 맨틀을 만들었으며, 그 후 지구의 온도가 내려가자 지구 표면에서는 그 일부가 냉각 ·고결되어 지각(地殼)이 형성되었다. 그리고 지각은 서서히 수축되어 주름살을 형성하며 바다와 육지가 만들어졌다.지각의 두께가 불균일한 것은 맨틀의 대류과정에서 불필요한 찌꺼기가 암석의 정출작용(晶出作用)을 통하여 지구표면의 특정지점으로 집중 분출되었기 때문인데, 이로써 대륙이 형성되었다. 이 가설의 최대 난점(難點)은 물과 산소 ·질소 가스 등이 왜 높은 온도에서 외부로 흩어지지 않고 지각 내에 잔류하였는가 하는 것이다. 또 맨틀의 열전도도(熱傳導度)로 보아 지구와 행성계의 나이 45억 년 동안에 어떻게 지구가 수십만 ℃에서 지금의 온도로 냉각되었는가 하는 점이다.한편, 저온기원설에서는 태양을 둘러싼 두터운 가스와 우주진의 덩어리가 중심에 있는 태양의 중력(引力)과 가스 내부의 마찰과 열의 방출로 점차 냉각되어 태양의 자전면 내로 집중된 원반(圓盤)상태, 말하자면 토성의 고리와 같은 상태를 가정한다. 그 후 이 원반은 몇 개의 고리로 분리되어 보데의 법칙에 따른 분포를 나타내기에 이르렀다. 이중에 태양에서부터 세번째의 고리가 내부의 마찰과 인력에 의하여 한 점으로 집중되어 원시지구를 형성한다.그리고 점차 그 크기가 커지며 안정된 구형으로 변했다. 지구 내부에서는 중력 또는 압력의 에너지가 열에너지로 변환되고(보일-샤를의 법칙과 비슷한 작용에 의해), 방사성원소의 붕괴로 생긴 열에 의해 내부온도가 점점 올라갔다. 이 때 순수한 철과 니켈은 규산염이나 산화물에 비하면 그 비중이 큰 데다 더 낮은 온도에서 융해되므로, 아직 용해되지 않아 굳은 상태인 규산염 상태의 물질 속으로 낙하하여 지구중심에 모인다.이것이 핵(코어)이 되었고, 나머지가 맨틀이 되어, 지구는 물질분포가 균일한 구에서부터 몇 개의 층을 가진 행성으로 진화하였다. 그 동안에도 지구의 내부온도는 더욱 상승하여 규산염물질의 융해점 가까이까지 접근하고, 지구내부압력의 복잡한 분포와 규산염물질의 분포에 의해 이번에는 맨틀상부가 부분적으로 융해된다. 지구가 탄생하여 이 단계에 이르기까지의 시간은 약 1억 년이 걸렸다.

학문 / 지구과학·천문우주

23.01.27

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