지구의 대륙은 고정되어 있지 않습니다. 매년 수 센티미터씩 움직이며, 수억 년에 걸쳐 대륙의 위치와 모양이 완전히 바뀝니다. 남아메리카와 아프리카의 해안선이 퍼즐처럼 맞아떨어지는 것은 우연이 아닙니다. 두 대륙은 원래 하나였다가 갈라진 것입니다. 히말라야 산맥은 인도 대륙이 아시아와 충돌하면서 솟아올랐고, 일본과 한반도의 지진은 태평양 판이 유라시아 판 밑으로 밀려 들어가면서 발생합니다. 판 구조론은 20세기 지구과학의 가장 위대한 발견으로, 지진, 화산, 산맥 형성, 해저 확장 등 지구의 모든 지질 현상을 통합적으로 설명합니다. 알프레드 베게너는 1912년 대륙 이동설을 제안했지만 당시에는 비웃음을 샀습니다. 대륙이 움직인다는 증거는 많았지만 움직이는 메커니즘을 설명할 수 없었기 때문입니다. 1960년대 해저 탐사로 해저 확장의 증거가 발견되면서 판 구조론이 확립되었습니다. 이 글에서는 대륙 이동설의 역사와 증거, 판 구조론의 원리, 판의 경계에서 일어나는 현상들, 그리고 판의 움직임이 지구 환경에 미치는 영향을 상세히 알아보겠습니다.
대륙 이동설의 등장
1912년 독일의 기상학자 알프레드 베게너는 대륙 이동설을 발표했습니다. 그는 약 3억 년 전 지구의 모든 대륙이 판게아라는 하나의 초대륙을 이루고 있었으며, 이것이 점차 갈라져 현재의 모습이 되었다고 주장했습니다. 베게너가 제시한 첫 번째 증거는 대륙 해안선의 일치입니다. 남아메리카 동쪽 해안과 아프리카 서쪽 해안은 마치 찢어진 종이 조각처럼 들어맞습니다. 북아메리카와 유럽, 남극과 호주도 비슷한 일치를 보입니다. 대륙붕 가장자리를 기준으로 맞추면 일치도가 더욱 높아집니다. 두 번째 증거는 화석의 분포입니다. 메소사우루스는 약 2억 8000만 년 전 살았던 민물 파충류로, 화석이 남아메리카와 아프리카에서만 발견됩니다. 민물 생물이 대서양을 건널 수는 없으므로, 두 대륙이 붙어 있었다고 보는 것이 합리적입니다. 글로소프테리스는 고생대 말기의 양치식물로, 남아메리카, 아프리카, 인도, 호주, 남극에서 화석이 발견됩니다. 이들 대륙이 모두 연결되어 있었다는 강력한 증거입니다. 세 번째 증거는 암석과 지질 구조의 연속성입니다. 남아메리카와 아프리카의 고대 암석층은 나이와 종류가 일치하며, 산맥의 방향도 연속됩니다. 북아메리카의 애팔래치아 산맥과 스코틀랜드의 칼레도니아 산맥은 같은 시기에 형성된 하나의 산맥이었다가 대서양이 열리면서 갈라진 것입니다. 네 번째 증거는 고기후의 흔적입니다. 인도, 호주, 남아메리카, 아프리카, 남극에서 같은 시기의 빙하 퇴적물이 발견됩니다. 현재 이들 대륙은 열대와 온대에 분산되어 있지만, 과거에는 남극 주변에 모여 있어 빙하 작용을 받았다고 설명할 수 있습니다. 하지만 베게너의 이론은 큰 저항에 부딪혔습니다. 가장 큰 문제는 대륙이 움직이는 메커니즘을 설명하지 못했다는 점입니다. 베게너는 대륙이 해양 지각 위를 미끄러지듯 이동한다고 생각했지만, 당시 물리학자들은 이것이 불가능하다고 계산했습니다. 필요한 힘이 너무 크고, 마찰력을 극복할 수 없었기 때문입니다. 대륙 이동설은 베게너가 1930년 그린란드 탐험 중 사망한 후 수십 년간 잊혀졌습니다.
판 구조론의 확립
1950년대와 1960년대 해저 탐사 기술의 발전으로 상황이 바뀌었습니다. 과학자들은 대서양 중앙에 거대한 해저 산맥이 있다는 것을 발견했습니다. 중앙 해령이라 불리는 이 산맥은 대서양을 남북으로 가로지르며, 정상부에는 깊은 골짜기가 있습니다. 해저의 나이를 측정한 결과 놀라운 사실이 밝혀졌습니다. 중앙 해령 부근의 해저는 매우 젊고, 해령에서 멀어질수록 나이가 많아집니다. 가장 오래된 해저도 2억 년을 넘지 않아, 대륙 암석보다 훨씬 젊습니다. 이는 해저가 중앙 해령에서 계속 새로 만들어진다는 것을 의미합니다. 해저 확장설이 제안되었습니다. 맨틀에서 올라온 마그마가 해령에서 분출하여 새로운 해양 지각을 만들고, 이 지각이 양쪽으로 밀려나가면서 해저가 확장된다는 이론입니다. 결정적 증거는 지자기 줄무늬 패턴이었습니다. 해저 암석의 자기 방향을 측정하니 해령을 중심으로 좌우 대칭의 줄무늬가 나타났습니다. 지구의 자기장은 수십만 년마다 역전되는데, 마그마가 굳을 때 그 시점의 자기장 방향이 기록됩니다. 해령에서 새로 만들어진 지각이 양쪽으로 퍼져나가므로 대칭 패턴이 형성되는 것입니다. 이러한 발견들이 모여 1960년대 후반 판 구조론으로 통합되었습니다. 지구의 표면은 여러 개의 단단한 판으로 나뉘어 있고, 이 판들이 그 아래 뜨거운 맨틀 위에 떠서 움직인다는 이론입니다. 판은 대륙 지각과 해양 지각을 모두 포함하며, 두께는 약 100킬로미터입니다. 주요 판으로는 태평양판, 북아메리카판, 유라시아판, 아프리카판, 남아메리카판, 남극판, 인도-호주판 등이 있습니다. 판을 움직이는 힘은 맨틀 대류입니다. 지구 내부의 열로 맨틀 물질이 상승하고 하강하는 대류 운동이 일어나며, 이것이 판을 끌고 밀어냅니다. 해령에서는 뜨거운 맨틀이 상승하여 판을 밀어내고, 해구에서는 차가워진 판이 가라앉으면서 뒤쪽 판을 끌어당깁니다.
판의 경계와 지질 현상
발산 경계
발산 경계는 두 판이 서로 멀어지는 곳입니다. 중앙 해령이 대표적입니다. 맨틀에서 올라온 마그마가 분출하여 새로운 해양 지각을 만들고, 판들은 양쪽으로 밀려납니다. 대서양 중앙 해령은 매년 약 2센티미터에서 3센티미터씩 확장되어, 대서양의 폭이 점점 넓어지고 있습니다. 이는 손톱이 자라는 속도와 비슷합니다. 발산 경계에서는 화산 활동이 활발합니다. 아이슬란드는 대서양 중앙 해령이 해수면 위로 솟아오른 곳으로, 화산과 온천이 많습니다. 2010년 에이야피야틀라요쿨 화산 폭발은 발산 경계의 화산 활동 때문이었습니다. 대륙 내부에도 발산 경계가 있습니다. 동아프리카 열곡대는 아프리카판이 갈라지고 있는 곳입니다. 수백만 년 후에는 완전히 갈라져 새로운 해양이 형성될 것입니다. 홍해는 아라비아판과 아프리카판이 갈라지면서 만들어진 젊은 해양입니다.
수렴 경계
수렴 경계는 두 판이 서로 다가오는 곳입니다. 세 가지 유형이 있습니다. 첫째, 해양판과 해양판이 충돌하면 한쪽 판이 다른 쪽 아래로 섭입합니다. 섭입대가 형성되고 해구와 화산 호가 만들어집니다. 마리아나 해구는 태평양판이 필리핀판 아래로 섭입하면서 생긴 세계에서 가장 깊은 해구로, 깊이가 약 11킬로미터입니다. 일본 열도도 화산 호의 예입니다. 둘째, 해양판과 대륙판이 충돌하면 밀도가 높은 해양판이 대륙판 아래로 섭입합니다. 남아메리카 서쪽 해안이 이런 경계입니다. 나스카판이 남아메리카판 아래로 섭입하면서 페루-칠레 해구가 형성되었고, 안데스 산맥이 융기했습니다. 섭입하는 판에서 물이 방출되어 맨틀을 녹이므로 화산 활동이 활발합니다. 셋째, 대륙판과 대륙판이 충돌하면 두 판 모두 가볍고 밀도가 낮아 섭입하지 못하고 서로 밀어 올립니다. 거대한 산맥이 형성됩니다. 히말라야 산맥은 인도판이 유라시아판과 충돌하면서 만들어졌습니다. 약 5000만 년 전 인도는 별도의 대륙이었으나 북상하여 아시아와 충돌했고, 그 충격으로 티베트 고원과 히말라야가 솟아올랐습니다. 충돌은 계속되어 히말라야는 지금도 매년 약 5밀리미터씩 높아지고 있습니다.
보존 경계
보존 경계는 두 판이 서로 엇갈려 지나가는 곳입니다. 변환 단층이라고도 합니다. 판이 생성되거나 소멸하지 않고 단지 옆으로 미끄러집니다. 캘리포니아의 산안드레아스 단층이 대표적입니다. 태평양판과 북아메리카판이 서로 반대 방향으로 움직이며, 매년 약 5센티미터씩 어긋납니다. 이 단층을 따라 강한 지진이 자주 발생합니다. 1906년 샌프란시스코 대지진과 1989년 로마 프리에타 지진이 이 단층에서 일어났습니다. 수억 년 후에는 로스앤젤레스가 샌프란시스코를 지나 알래스카 쪽으로 이동할 것입니다. 뉴질랜드의 알파인 단층, 터키의 북아나톨리아 단층도 주요 보존 경계입니다.
판 구조론의 영향
판 구조론은 지구의 모든 주요 지질 현상을 설명합니다. 지진의 90퍼센트는 판 경계에서 발생합니다. 화산도 대부분 판 경계, 특히 섭입대와 발산 경계에 집중됩니다. 환태평양 화산대는 태평양을 둘러싼 섭입대를 따라 형성되었으며, 불의 고리라고 불립니다. 산맥도 판의 충돌로 만들어집니다. 판의 움직임은 기후에도 영향을 줍니다. 대륙의 위치가 바뀌면 해류와 대기 순환이 달라지고, 산맥이 형성되면 강수 패턴이 변합니다. 히말라야 산맥은 몬순 기후를 만들었고, 파나마 지협이 형성되면서 대서양과 태평양의 해류가 차단되어 빙하기가 촉발되었다는 가설도 있습니다. 생명의 진화도 판 구조론과 관련됩니다. 대륙이 갈라지고 합쳐지면서 생물들이 격리되거나 섞이며 진화했습니다. 유대류가 호주에만 살아남은 것은 호주가 일찍 분리되었기 때문입니다. 미래의 지구도 판의 움직임이 계속 바꿀 것입니다. 지금부터 5000만 년 후 아프리카는 유럽과 더 가까워져 지중해가 사라지고, 호주는 동남아시아와 충돌할 것입니다. 2억 5000만 년 후에는 모든 대륙이 다시 하나로 모여 판게아 울티마라는 새로운 초대륙을 이룰 것이라는 예측도 있습니다. 판 구조론은 지구가 살아있는 행성임을 보여줍니다. 표면이 끊임없이 움직이며 재생되고, 산이 솟고 바다가 열리며, 대륙이 떠다닙니다. 우리가 서 있는 땅은 고정된 무대가 아니라 거대한 여행을 하는 뗏목입니다.