지구의 대륙은 움직입니다. 너무 느려서 느끼지 못하지만, 해마다 수 센티미터씩 이동하며 수백만 년에 걸쳐 수천 킬로미터를 여행합니다. 2억 년 전 모든 대륙은 하나의 거대한 땅덩어리 판게아였습니다. 시간이 지나며 쪼개지고 흩어져 현재 위치에 도달했고, 앞으로도 계속 움직여 수억 년 후에는 다시 합쳐질 것입니다. 판 구조론은 20세기 가장 위대한 과학 혁명입니다. 지구 표면이 여러 판으로 나뉘어 맨틀 위를 떠다니며, 판들이 부딪히고 갈라지며 비껴가면서 지진, 화산, 산맥을 만듭니다. 모든 것을 설명하는 통일 이론이며, 지구과학의 근간입니다. 하지만 받아들여지기까지 수십 년이 걸렸습니다. 1912년 독일 과학자 알프레드 베게너가 대륙 이동설을 제안했을 때 대부분은 비웃었습니다. 대륙이 바다를 가르며 움직인다는 것이 말도 안 된다고 여겼고, 메커니즘을 설명하지 못해 묵살당했습니다. 베게너는 1930년 그린란드 탐사 중 사망했고, 이론은 거의 잊혔습니다. 하지만 1950~60년대 해양 탐사로 증거가 쌓였습니다. 해저 확장, 고지자기 줄무늬, 해저 산맥이 발견되며 대륙이 실제로 움직인다는 것이 증명되었고, 1960년대 말 판 구조론으로 완성되어 지질학을 혁명적으로 바꿨습니다. 판 구조론은 지구를 이해하는 열쇠입니다. 왜 지진이 특정 지역에 집중되는지, 왜 화산이 고리를 이루는지, 왜 히말라야가 솟았는지, 왜 대서양이 넓어지는지 모두 설명합니다. 생물 진화와 기후 변화도 판 구조와 연결되며, 대륙 배치가 바뀌면 해류와 바람이 변하고, 생물이 고립되거나 섞이며 진화 방향이 달라집니다. 이 글에서는 대륙 이동설의 역사와 증거, 판 구조론의 메커니즘, 판 경계의 종류, 그리고 판 이동이 지구에 미치는 영향을 상세히 알아보겠습니다.
대륙 이동설과 증거
베게너는 세계 지도를 보다 영감을 받았습니다. 남아메리카 동쪽 해안선과 아프리카 서쪽 해안선이 퍼즐처럼 맞아떨어진다는 것을 알아차렸고, 우연이 아니라 과거 붙어 있었다고 생각했습니다. 증거를 모아 1912년 대륙 이동설을 발표했으며, 2억 년 전 판게아라는 초대륙이 존재했고 점차 쪼개져 현재 위치로 이동했다고 주장했습니다. 증거는 여러 가지였습니다. 해안선 일치는 가장 명백합니다. 남아메리카와 아프리카뿐 아니라 다른 대륙도 맞춰보면 들어맞으며, 특히 대륙붕 경계를 따라 맞추면 더 정확합니다. 화석 증거도 결정적입니다. 메소사우루스는 작은 담수 파충류로 헤엄을 못 쳐 대양을 건널 수 없지만, 화석이 남아메리카와 아프리카 양쪽에서 발견됩니다. 과거 두 대륙이 붙어 있었다는 증거이고, 글로소프테리스는 고생대 양치식물로 씨앗이 무거워 바람으로 날 수 없지만, 남아메리카, 아프리카, 인도, 호주, 남극에서 발견됩니다. 이들이 모두 연결되어 곤드와나 초대륙을 이뤘기 때문입니다. 리스트로사우루스는 초식 파충류로 남아프리카와 남극, 인도에서 발견되며, 남극이 과거 따뜻했고 다른 대륙과 연결되었음을 보여줍니다. 암석과 산맥도 일치합니다. 북아메리카 애팔래치아 산맥과 유럽 스코틀랜드 산맥은 암석 연령과 구조가 같아 원래 하나였다가 대서양이 열리며 갈라졌습니다. 남아메리카와 아프리카 암석층도 경계를 따라 연속되고, 빙하 흔적도 있습니다. 3억 년 전 고생대 말 빙하기 때 남반구 대륙에 빙하가 덮였고, 빙하가 긁고 간 자국이 남아 있습니다. 현재 위치로는 말이 안 되지만, 곤드와나로 모으면 남극을 중심으로 빙하가 퍼진 것으로 설명됩니다. 하지만 베게너는 메커니즘을 설명하지 못했습니다. 대륙이 어떻게 단단한 해저를 가르며 움직이는지 알 수 없었고, 조석력과 지구 자전을 제안했지만 너무 약해 설득력이 없었습니다. 당시 과학자들은 대륙이 고정되어 있다고 믿었고, 해저가 대륙보다 단단하다고 생각하여 이동이 불가능하다 여겼습니다. 베게너는 조롱당했고, 이론은 묵살되었습니다. 1930년 그린란드 탐사 중 사망하며 이론은 거의 잊혔지만, 씨앗은 남았습니다. 1950년대 해양 탐사가 시작되며 상황이 바뀌었습니다. 제2차 세계대전 후 잠수함 탐지 기술로 해저를 정밀하게 측량했고, 놀라운 발견이 이어졌습니다. 중앙 해령은 대서양 중앙을 따라 해저 산맥이 남북으로 길게 뻗어 있으며, 수만 킬로미터 길이로 지구를 한 바퀴 감습니다. 산맥 중심에는 깊은 골짜기 리프트 밸리가 있고, 화산 활동이 활발합니다. 아이슬란드는 중앙 해령이 지표 위로 솟은 것입니다. 해리 헤스와 로버트 디에츠는 1960년대 초 해저 확장설을 제안했습니다. 중앙 해령에서 새로운 해양 지각이 만들어지며 양쪽으로 밀려나고, 해저가 컨베이어 벨트처럼 움직이며 대륙을 밀어낸다고 설명했습니다. 메커니즘이 제공된 것입니다. 고지자기 연구가 결정적 증거를 제공했습니다. 암석이 식을 때 지구 자기장 방향을 기록하며, 지구 자기장은 수십만 년마다 역전됩니다. 북극과 남극이 뒤바뀌는데, 해저 암석을 조사하니 중앙 해령을 중심으로 정상과 역전 줄무늬가 대칭으로 나타났습니다. 해저가 확장되며 새로운 암석이 계속 만들어지는 완벽한 증거였고, 나이도 확인되었습니다. 중앙 해령 가까이는 젊고, 멀수록 오래되었으며, 가장 오래된 해양 지각은 약 2억 년입니다. 대륙 지각은 40억 년까지 있지만, 해양 지각은 2억 년이 최대인 이유는 계속 만들어지고 섭입대에서 파괴되기 때문입니다.
판 구조론의 메커니즘
판 구조론은 1960년대 말 완성되었습니다. 지구 표면이 약 15개 주요 판과 여러 작은 판으로 나뉘며, 두께 약 100킬로미터 암석권이 그 아래 연약권을 따라 움직입니다. 암석권은 단단한 지각과 상부 맨틀이고, 연약권은 부분적으로 녹아 유동성이 있는 맨틀입니다. 판은 고체 암석이지만 장기간에 걸쳐 천천히 흐르는 연약권 위를 떠다니며, 속도는 연 수 센티미터로 손톱 자라는 속도와 비슷하지만, 수백만 년이면 수천 킬로미터 이동합니다. 판을 움직이는 힘은 맨틀 대류입니다. 지구 내부는 뜨겁고, 열은 방사성 붕괴와 초기 형성 열에서 나옵니다. 뜨거운 맨틀은 가벼워져 상승하고, 차가운 맨틀은 무거워져 가라앉으며 대류 세포를 만듭니다. 상승하는 곳에서 판이 갈라지고, 가라앉는 곳에서 판이 부딪힙니다. 해저 확장은 중앙 해령에서 일어납니다. 뜨거운 맨틀이 상승하여 압력이 낮아지며 부분 용융되고, 마그마가 지각을 밀어 올려 갈라뜨립니다. 갈라진 틈으로 마그마가 분출하여 새로운 해양 지각을 만들고, 식으며 양쪽으로 밀려나 해저가 확장됩니다. 대서양은 매년 약 2.5센티미터 넓어지고, 2억 년 전 판게아가 쪼개지며 시작되었으며, 계속 넓어져 현재 폭 약 6000킬로미터입니다. 아이슬란드는 중앙 해령이 지표 위로 올라온 곳으로, 나라가 두 판 경계에 걸쳐 있으며, 동쪽은 유라시아판, 서쪽은 북아메리카판입니다. 해마다 갈라지고, 싱벨리르 국립공원에서 갈라진 틈을 볼 수 있으며, 화산 활동이 활발합니다. 섭입대는 판이 파괴되는 곳입니다. 새로운 지각이 계속 만들어지면 지구가 커져야 하지만, 크기는 일정합니다. 오래된 해양 지각이 대륙 지각 아래로 가라앉아 맨틀로 돌아가기 때문입니다. 해양 지각은 밀도가 높아 차갑고 무거우며, 대륙 지각은 가벼워 가라앉지 않습니다. 섭입대에서 해양 지각이 굽어 들어가며 깊은 해구를 만들고, 마리아나 해구는 깊이 약 11킬로미터로 지구에서 가장 깊은 곳입니다. 가라앉은 판이 깊어지며 압력과 온도가 올라가 물이 방출되고, 물이 위 맨틀을 녹여 마그마를 만들며, 마그마가 상승하여 화산을 형성합니다. 환태평양 화산대는 태평양을 둘러싼 고리 모양 화산대로, 불의 고리라 불리며 전 세계 활화산의 75퍼센트가 여기 있습니다. 일본, 필리핀, 인도네시아, 안데스 산맥이 모두 섭입대 위에 있고, 폭발적 화산과 강한 지진이 빈번합니다. 변환 단층은 판이 비껴가는 경계입니다. 새로 만들어지거나 파괴되지 않고 옆으로 미끄러지며, 샌안드레아스 단층은 캘리포니아를 가로지르는 변환 단층으로 태평양판과 북아메리카판이 비껴갑니다. 태평양판이 연 약 5센티미터 북쪽으로 움직이며, 마찰로 막혀 있다가 갑자기 미끄러지며 지진이 일어납니다. 1906년 샌프란시스코 대지진이 대표적이고, 로스앤젤레스는 태평양판 위에 있어 북쪽으로 이동 중이며, 수천만 년 후 샌프란시스코 옆에 도달할 것입니다. 충돌 경계는 대륙판끼리 부딪히는 곳입니다. 둘 다 가벼워 가라앉지 못하고 밀어 올려져 거대한 산맥을 만듭니다. 히말라야는 인도판이 유라시아판과 충돌하며 형성되었고, 5000만 년 전 인도가 섬이었지만 북쪽으로 이동하여 아시아와 충돌했습니다. 매년 약 5센티미터 계속 밀며 히말라야가 솟아오르고, 에베레스트는 매년 약 4밀리미터 높아집니다. 티베트 고원도 밀려 올라가 평균 고도 4500미터이고, 충돌은 계속되어 앞으로도 높아질 것입니다. 알프스는 아프리카판이 유라시아판과 충돌하며 만들어졌고, 지중해는 점점 줄어들어 수천만 년 후 닫힐 것이며, 아프리카와 유럽이 합쳐질 것입니다.
대륙 이동과 판 구조론
과거와 미래 대륙 배치
판게아는 약 3억~2억 년 전 존재했습니다. 모든 대륙이 하나로 합쳐진 초대륙으로, 북쪽은 로라시아(북아메리카, 유럽, 아시아), 남쪽은 곤드와나(남아메리카, 아프리카, 인도, 호주, 남극)가 붙어 있었습니다. 주변은 거대한 판탈라사 대양이 둘러싸고, 동쪽에 테티스해가 있었습니다. 기후는 극단적이었습니다. 대륙 내부는 바다에서 멀어 매우 건조하고, 거대한 사막이 펼쳐졌으며, 해안은 습했지만 계절 변화가 컸습니다. 생물은 대륙 전체로 퍼질 수 있어 종 다양성이 낮았지만, 일부 지역은 고립되어 독특한 생태계를 이뤘습니다. 2억 년 전 판게아가 쪼개지기 시작했습니다. 먼저 북쪽과 남쪽으로 갈라져 로라시아와 곤드와나가 분리되고, 테티스해가 넓어졌습니다. 1억5000만 년 전 곤드와나도 쪼개져 남아메리카와 아프리카가 갈라지며 대서양이 열렸고, 인도가 떨어져 나가 북쪽으로 빠르게 이동했으며, 호주와 남극이 분리되었습니다. 6600만 년 전 공룡 멸종 무렵 대륙 배치는 현재와 비슷했지만 더 가까웠고, 대서양은 좁았으며, 인도는 아직 아시아와 떨어져 있었습니다. 5000만 년 전 인도가 아시아와 충돌하여 히말라야가 솟기 시작했고, 3000만 년 전 호주가 남극에서 완전히 분리되어 북쪽으로 이동하며, 남극이 고립되어 빙하로 덮였습니다. 남극 순환 해류가 형성되어 따뜻한 물이 차단되고, 기온이 급격히 내려가 빙상이 성장했습니다. 미래 대륙 배치는 예측 가능합니다. 현재 속도로 계속 움직이면 5000만 년 후 지중해가 닫히고 아프리카와 유럽이 충돌하여 새로운 산맥을 만들며, 대서양은 계속 넓어지고, 태평양은 줄어듭니다. 호주는 북쪽으로 이동하여 동남아와 가까워지고, 캘리포니아 일부는 북아메리카에서 떨어져 북쪽으로 갑니다. 2억5000만 년 후 초대륙 판게아 울티마 또는 아마시아가 형성될 것으로 예측됩니다. 대륙이 다시 모여 하나가 되며, 대서양이 닫히거나 태평양이 닫힐 수 있습니다. 정확한 배치는 불확실하지만, 초대륙 순환은 지구 역사에 반복되었고, 판게아 이전에도 로디니아(10억 년 전), 컬럼비아(18억 년 전) 같은 초대륙이 있었습니다. 약 6억~7억 년 주기로 모였다 흩어졌습니다.
기후와 생물에 미친 영향
판 이동은 기후를 바꿉니다. 대륙 배치가 해류와 대기 순환을 결정하기 때문입니다. 판게아 시대는 거대한 대륙 내부가 극단적으로 건조했고, 몬순이 강했습니다. 여름 대륙이 뜨거워지며 바다에서 습한 공기를 끌어들이고, 겨울 차가워지며 건조한 바람을 내보냈습니다. 판게아가 쪼개지며 대서양과 인도양이 열리고, 해류가 변했습니다. 난류가 고위도로 흐르며 극지방을 따뜻하게 했고, 공룡 시대는 현재보다 훨씬 따뜻했습니다. 남극에도 숲이 있었고, 극지 빙하가 없었으며, 해수면이 현재보다 100미터 이상 높았습니다. 3000만 년 전 호주가 남극에서 떨어지며 남극 순환 해류가 형성되었고, 남극이 고립되어 급격히 냉각되며 빙하가 성장하기 시작했습니다. 빙하기가 시작된 계기였고, 300만 년 전 파나마 지협이 형성되어 대서양과 태평양이 막히며 해류가 바뀌고, 북극 빙하가 성장했습니다. 멕시코 만류가 강해져 북대서양에 따뜻하고 습한 공기를 보내며 유럽에 눈이 많이 내렸고, 빙하가 확대되어 빙하기가 심화되었습니다. 히말라야 융기도 기후에 영향을 주었습니다. 거대한 산맥이 대기 순환을 막아 인도 몬순을 강화했고, 화학적 풍화가 증가하여 이산화탄소를 흡수하며 지구가 냉각되었습니다. 일부 과학자는 히말라야 융기가 과거 5000만 년간 냉각 추세의 원인이라 봅니다. 생물 진화도 판 이동에 영향받았습니다. 대륙이 분리되면 생물이 고립되어 독립적으로 진화합니다. 호주는 5000만 년 이상 고립되어 유대류가 독특하게 진화했고, 캥거루, 코알라, 웜뱃은 호주에만 있습니다. 태반 포유류가 없어 유대류가 다양한 생태적 지위를 채웠습니다. 남아메리카도 오랫동안 고립되어 독특한 동물이 진화했지만, 300만 년 전 파나마 지협이 형성되며 북아메리카와 연결되자 동물이 교환되었습니다. 북쪽에서 육식동물이 내려와 남아메리카 많은 종이 멸종했고, 남쪽에서 나무늘보와 아르마딜로가 북쪽으로 갔습니다. 대교환이라 불립니다. 판 이동은 대멸종도 일으켰습니다. 시베리아 트랩 화산 폭발은 2억5200만 년 전 페름기 말 대멸종과 연관되며, 지구 역사상 최악의 멸종으로 생물 종 96퍼센트가 사라졌습니다. 시베리아에서 거대한 용암이 분출하여 수백만 제곱킬로미터를 덮었고, 이산화탄소와 이산화황을 방출하여 온난화와 산성비를 일으켰습니다. 판 이동은 지구를 살아있게 만듭니다. 맨틀 대류로 열을 방출하고, 화산으로 이산화탄소를 대기에 보내며, 풍화로 다시 흡수하여 탄소 순환을 유지합니다. 판 구조가 없으면 지구는 금성처럼 될 것입니다. 판 구조론은 지구를 이해하는 렌즈입니다.