[리뷰] 불안정한 지각판 경계는 "광물자원의 곡창지대"

africa2 » 그림 2. 아프리카 동부에 발달하는 동아프리카 열곡대.

 

 

지판의 경계지역은 광물자원의 곡창지대

류충렬 한국지질자원연구원 선임연구원

 

 

 

* 원제: "세계경영의 시발점은 판구조운동의 이해이다!!"

 

line » ■ 이 글은 한국지질자원연구원이 내는 간행물인 (115호, 2010년 1/2월)에 실린 류충렬 연구원의 글입니다 (원제: 세계경영의 시발점은 판구조운동의 이해이다!!). 지질연과 저자의 허락을 받아 사이언스 온에 옮겨 싣습니다. 많은 이들이 좋은 글을 읽을 수 있도록 글의 게재를 허락해주신 저자한테 감사드립니다. -사이언스 온 편집자

아프리카 동쪽 지부티와 소말리아, 이디오피아에서 시작해서 우간다, 브룬디, 자이레, 케냐, 탄자니아, 말라위, 그리고 마다가스카르 서쪽의 모잠비크까지 남북방향으로 장장 4000km에 달하는 산지와 열곡을 동아프리카 열곡대(East African Rift Valley)라 한다(그림 1과 그림 2[위]). 대륙이 갈라지는 곳이다. 이 열곡대는 지진과 화산활동이 잦으며 지열대로 열대의 고산지대를 이루고 있어 인류 발상지의 하나로 알려진 곳이다. 아프리카의 최고봉 킬리만자로(5,796m), 케냐산(5,117m)은 이 열곡대의 진화와 함께 화산으로 탄생하였다.

 

africa열곡대 » 그림 1. 아프리카 동부에 발달하는 동아프리카 열곡대(http://geology.com).

대륙이 좀 더 벌어지면 새로운 해양지각을 만들면서 홍해와 같이 좁고 긴 바다가 생겨나게 된다. 홍해와 같이 해양지각과 바다가 생겨나자마자 닫히며 사라진 경우가 걸프만 일대이다. 걸프만 주변을 위성사진으로 보면 온통 누런 모래뿐인 사막에 검은 산지가 보인다. 오만(Oman)의 오피올라이트(ophiolite)이다. 과거 바다 아래에 있던 지각이었던 해양지각이 가벼운 대륙지각 위로 비정상적으로 밀려올라온 것이다. 이 압등암(壓登岩)은 대륙지각에는 드문 크롬과 니켈이 많은 지질을 이루고 있다. 지금 이곳은 세계경제와 친환경의 ‘메카’를 꿈꾸고 있다. 우리 기업에 의한 아랍에미리트(UAE)의 원전건설은 그 꿈을 앞당기는 데 한 몫을 할 것으로 보인다.

 

 

아프리카 산유국의 모태는 대서양 확장

 

좁고 긴 홍해 보다 좀 더 시원하게 열려진 곳이 대서양이다. 아프리카나 유럽의 해안선이 남북미대륙의 해안선과 잘 맞으며, 이 해안선의 중앙지점을 이은 선을 따라 해양바닥의 산맥이 일렬로 발달하고 있다. 중앙해령이다(그림 3). 이 대서양 중앙해령은 동아프리카 열곡대와 마찬가지로 지구의 자전축과 비슷한 남북방향이다. 이 축에 수직하는 동서방향으로 무수한 단층들이 존재한다. 변환단층이라고 하는데 한마디로 해양지각이 새로이 생겨나 해양이 확장되는 것을 도우는 ‘도우미 단층’이다. 해양저확장과 대륙이동으로 생겨난 정단층이 발달하는 대서양 양측의 대륙연변부는 원유의 곡창이다(그림 3). 아프리카 중서부 기니만의 유전들이 바로 그것이다. 대서양의 확장에 관련된 유전이다. 나이지리아, 앙골라, 적도 기니, 가봉, 콩고, 차드, 카메룬, 아이보리코스트 등이 산유국이다.

 

중앙해령 » 그림 3. 아프리카 동부에 발달하는 동아프리카 열곡대에서 홍해를 거쳐 대서양으로 해양지각이 발달하는 과정을 보이는 모식도(Tasa Graphic Arts, 1984). 좌우대칭의 가운데에 중앙해령이 발달하고 있다. 대서양 양안에 발달하는 대륙 근처 정단층들이 발달하는 지역이 석유분지들이다

 

대서양 주변 두 곳에 작은 섭입대가 있다. 콜럼버스가 도착하여 ‘인도’로 착각하였던 서인도제도 일대에 하나, 남미와 남극대륙 사이에 또 하나가 있다. 카리브해 일대는 카리브판으로 조그마한 지판을 이루고 있으며, 그 경계를 따라 쿠바, 아이티(Haiti), 도미니카, 푸에르토리고, 과들루프, 마르티니크 등이 있다. 지난 1월 12일의 아이티지진은 북미판에 비해 동진하는 카리브판에 의해 발생하였다. 일본 고베지진과 비슷하게 어긋나는 지판의 근처인 압축형 연결대에서 규모 7.0의 지진이 발생한 것이다.

 

 

해양지각이 많이 사라져 버린 태평양

 

해양저 지각의 발달이 대칭적이고 단순한 대서양과는 달리 태평양은 상황이 사뭇 다르다. 해령은 존재하지만 대서양처럼 한 중앙에 존재하지 않고 태평양의 동쪽에 치우쳐 남북미대륙에 가까이 있다. 동태평양 해령이다. 그리고 섭입대가 태평양의 양쪽에 발달하고 있다. 해양지각이 거의 온전하게 보존되어 있는 대서양쪽과는 달리 태평양쪽은 이미 해양지각의 많은 부분이 사라져 버렸다. 그 중에서도 아메리카대륙 쪽으로 더 많은 해양지각이 사라졌다. 남미보다는 북미 쪽이 더 많이 사라졌으며, 그 결과 안데스 산맥보다 로키산맥의 폭이 더 넓게 되었다.

 

오래된 해양인 태평양은 섭입되면서 점점 사라져 줄어드는 모습과 함께 그 연륜에 걸맞은 얼굴을 하고 있다. 얼굴의 검버섯처럼. 지구내부에서 열점(hotspot)을 통해 유래된 마그마로 만들어진 해산들이 그것이다(그림 4). 열점에서 계속되는 마그마활동과 판의 이동으로 엠퍼러-하와이 해산대처럼 6,000 km에 이르는 해양의 산맥을 이루기도 한다.

 

그림4 » 그림 4. 태평양판 위의 엠퍼러-하와이 산맥과 열점에서 해산이 생성되는 과정을 보이는 입체도

 

그림5 » 그림 5. 판구조론에 의해 중생대 백악기 말인 8천만 년 전부터 현재에 이르기까지 태평양판이 이동하는 모습을 보이는 모식도. 'N'은 북쪽을 의미한다(류충렬, 2008).

 

대서양에서 태평양에 이르기 이전에 존재한 해양저 지구조운동의 방식이 인도양의 스타일이었을 것이다. 인도양은 중앙해령에서 계속 확장되고 있으나 서쪽에서는 섭입대가 없고 동쪽 인도네시아 열도 쪽에서만 섭입이 일어나고 있다. 인도양의 서쪽에 섭입대가 생겨나지 않는 한 중앙해령은 점차 동쪽으로 이동하게 될 것이다.

 

 

지질자원, 지질재해의 판구조 이해는 세계화 시대의 밑거름

 

갈라짐과 충돌, 융기와 침강, 삭박과 침식 등 산전수전 다 겪은 대륙과는 달리 그 구조가 간단하다고 하지만 해저에는 중앙해령과 변환단층, 해산과 섭입대(해구), 호상열도, 곡분, 배호분지 같은 중요한 지질구조가 있다. 그리고 대륙이동과 해양저확장 등 판구조운동을 주도하고 대륙의 구조변동에 직간접적으로 관계하고 있다. 섭입이 계속되면 이들 구조와 관련 특이한 현상이 몇몇 일어나게 된다.

 

그림6 » 그림 6. 일본열도 동해상의 섭입대와 해저지형. 필리핀해판과 태평양판이 만나 초대형규모의 해저의 지질구조를 이루고 있다. 이런 구조요소 때문에 지구조-지진전문가들은 일본 동경만의 지진발생에 촉각을 세우고 있는 것이다.

 

섭입대에서 주로 발생하는 대규모의 지진이 그 가운데 하나이다. 그림 6은 해양판끼리 뒤엉키어 섭입하는 곳인 동경만 동쪽의 상황을 보이고 있다. 또 다른 섭입대의 특이성은 해령과 해산의 섭입이다(그림 7). 이들 해저지형은 섭입을 거부하며 완강히 버티다 섭입되거나 대륙의 일부로 잔류하게 된다. 하여간 복잡한 지형형성과 지진발생, 화산활동, 해저산사태 발생에 따른 쯔나미 유발 등 복합적 사건을 야기 시키고, 섭입하지 않고 잔류하여 대륙에 이질적인 암체로 부착되어 있는 경우 일반적인 대륙지각에서는 구하기 힘든, 열점을 통한 맨틀 마그마에서 유래된, 희유원소들이 집적되어 매우 유용한 광상으로 발견되기도 한다.

 

그림7 » 그림 7. 류큐열도 동쪽 섭입하는 해저산체에 의해 변형되어 복잡한 지형을 보이는 대륙사면. 해저산체는 북에서부터 남으로 큐슈-팔라우 해령(ridge, 북서방향), 키카이(Kikai) 해산을 포함한 아마미(Amami) 해대(해양대지, plateau)(동서방향), 그리고 오키-다이토 해령(동서방향) 등이다. 후자의 섭입은 최근 발생한 오키나와 지진(규모 7.0)을 유발시킨 해저구조운동의 원인으로 판단된다.

 

지금은 국경 없이 넘나드는 세계화 시대. 세계 구석구석의 지질과 판구조운동 연구를 통한 지질과학, 지질자원, 지질재해의 이해는 세계경영의 시발점이라고 감히 내세우고 싶다.

 

판구조2

                                                  그림 8. 한국을 중심으로 본 지구조 발달 양상 (류충렬, 2007)  
 
류충렬 선임연구원 한국지질자원연구원 해외광물자원연구실 류충렬
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