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대륙 이동설 (continental drift theory)









       1859년, 다윈은 화석을 기초로 생물진화론을 확정한 ‘종의 기원’을 발표했다. 화석은 지구 역사와 생물의 진화를 동시에 설명해 낸 귀중한 자료였다. 그런데 화석에는 또 하나의 비밀이 있었다. 대서양을 사이에 두고 아프리카와 남아메리카에서 비슷한 화석이 발견된다는 것이다. 멀리 떨어진 곳에 사는 생물이 비슷한 진화과정을 거친다는 것은 상상할 수 없는 일이어서 사람들은 북아메리카와 아시아를 연결했다고 믿었던 '베링기아'와 같은 육지다리를 가정해 이를 설명해왔다. 이 설명에 의문을 품은 사람은 독일의 지구물리학자인 알프레트 베게너(1880-1930)였다.


       1911년 가을 도서관에서 책을 보던 그는 대서양 양쪽에서 발견된 동식물 화석이 비슷하다는 논문을 발견했다. 아프리카대륙과 남아메리카대륙이 붙어 있었을 것으로 가설을 세우고 이를 증명해줄 증거를 찾아나섰다. 그런데 북아메리카 대륙의 애팔래치아 산맥과 스코틀랜드 지방의 지층이 일치하고, 남아프리카 고원과 남아메리카 브라질의 지층이 일치하는 것이 아닌가. 또 오늘날 기후조건과 다른 곳에서 살았던 엉뚱한 화석들도 나타났다. 양치류나 소철처럼 열대 지방에서 사는 식물의 화석이 북극에서 발견되는 예다. 이를 근거로 베게너는 1912년 대륙이동설(대륙표이설)을 발표하고, 이를 정리해 1915년 '대륙과 대양의 기원'이란 책을 출판했다.


Alfred Wegener 1880 - 1930


       그에 따르면 3억년 전 지구는 판게아라고 하는 거대한 하나의 대륙이었으나, 점차 균열을 일으켜 이동함으로써 오늘날의 대륙들이 만들어졌다는 것. 그와 같은 이론은 많은 과학자들이 제기한 바 있었으나 지질학적인 증거를 수집해 과학적으로 설명한 과학자는 그가 처음이었다. 그의 이론은 나오자마자 강력한 비판을 받았다. 어떻게 대륙이 움직이는지를 설명하지 못했던 것이다. 베게너는 마치 쇄빙선이 얼음판을 쟁기질하면서 뚫고 움직이듯 대륙지각이 해양지각을 뚫고 떠다닌다고 생각했다. 그리고 그 힘은 지구의 자전에서 비롯된 원심력과 달과 태양의 조석력에서 나온다고 설명했다. 그러나 대륙이 움직이기엔 원심력과 조석력은 너무 작았고, 대륙지각이 해양지각을 쟁기질했다면 대륙 자체는 뒤틀리고 말았을 것이다. 또 대륙을 움직일 정도의 조석력이 있었다면 지구는 1년도 못돼 멈추고 말았을 것이다. 결국 베게너의 이론은 학자들의 논의에서 멀어져갔다.


       그런데 1928년 영국의 지질학자 아서 홈스가 방사성 물질이 붕괴할 때 나오는 열이라면 지구 내부에서 대류계를 형성시킬 수 있다고 발표하면서 대륙이동의 가능성을 시사했다. 그는 지각 아래에 맨틀 물질이 있어 상승하고 확장함에 따라 대륙지각이 수평으로 이동할 수 있다고 주장했다. 그러나 그의 맨틀대류설 역시 증거불충분으로 묻혀버렸다. 대륙이동설에 대한 증거들이 발견된 것은 2차대전 이후 해양저 탐사가 본격화되면서부터다. 대표적인 것이 1953년 중앙해령 사이에서 발견된 열극(해저산맥 사이로 길다랗게 벌어진 틈새)이다. 이를 바탕으로 미국 프린스턴대학 교수인 해리 헤스는 1960년 대륙이동설과 맨틀대류설을 다시 끄집어냈다. 그는 해저산맥은 맨틀물질이 상승해서 생긴다고 주장했다. 이어 1963년 영국 케임브리지대학의 바인 교수과 메튜스 교수는 해저산맥의 고지자기를 측정해 헤스의 연구결과를 뒷받침하고, 1967년에는 대륙이 여러 개의 판으로 구성돼 있다는 사실을 밝혀냈다.








       '대륙표이설'은 1960년대 판구조론이 정립되기 전 '대륙표이설'이 제기됐다. 베게너는 '과거에는 모든 대륙이 하나였는데, 시간이 흐르면서 그것이 쪼개져 오늘날의 위치로 이동했다'라고 주장했다.




       '맨틀 대류설'은 영국의 아서 홈스가 1929년 방사성 물질 붕괴시 나오는 열이 지구 내부에서 대류계를 형성시키기 충분하다고 했는데, 그는 지각 아래에서 맨틀 물질이 상승하고 확장함에 따라 지각이 갈라지고 그 지 각들은 서로 반대쪽으로 수평 이동하며 분리된 부분은 물로 채워진다고 보았다. 또 이동한 지각 일부는 다시 지구 내부로 가라앉아 상승, 확장, 소멸의 순환회로를 이룬다고 했다.




       '판구조론'은 지각과 맨틀 일부가 결합해 지구를 덮는 여러 판을 이루고 있으며, 이 판들이 상호 운동하면서 지진과 화산 등의 지질학적 현상을 일으킨다는 이론.




       판구조론은 화산이나 지진과 같이 지표의 현상은 잘 설명하 지만 지구 내부에서 일어나는 현상은 설명하지 못한다. 지질학자들은 판구조 운동이 지구내 부의 열에 의한 맨틀의 대류현상 때문에 일어난다고 말하고 있다. 그러나 맨틀 대류만으로 하와이화산이나 제주도의 생성과 같은 열점(hot spot)를 설명할 수 없다는데 문제가 있다.


       열점과 같은 현상이 벌어지려면 고체인 맨틀물질이 녹아야 한다. 그러나 맨틀이 녹는 직접 적인 원인은 열이 증가해서가 아니다. 어떤 이유로 뜨거워진 하부의 맨틀물질이 부피가 팽 창함에 따라 가벼워지면 빠른 속도로 위로 상승한다. 이때 지각 쪽으로 솟아오르면서 맨틀은 저절로 녹는다. 마치 이러한 현상은 연기가 파이프 모양으로 솟아오르는 모습이다. 그래서 이런 현상을 맨틀 풀룸(mantle plume)이라고 부른 다. 문제는 맨틀 플룸을 일으키는 열이 어디서 발생하는 가이다.


       지진파 조사에 따르면 하부맨틀과 외핵 사이에 2백km에 달하는 D"층이 존재한다. 이 층은 외핵으로부터 열을 공급받아 매우 불안정한데, 이것이 풀룸이 발생하는 첫번째 가능지역이 다. 또 다른 설명은 상부맨틀과 하부맨틀 사이로 차거운 지각물질이 흘러 들어가 고온고압의 환 경 때문에 녹아 풀룸이 된다는 것이다. 아직 두 가지 가능성 중 어느 것이 옳은지는 확인되 지 않았지만, 플룸에 의해 맨틀대류가 일어나고 판 이동과 지각변동이 일어난다는 것은 정 설처럼 받아들여지고 있다.







       '대류 이론', '해저 확장설'과 같은 설명방식의 발전에 힘 입어 대륙이동설은 설명력을 확보함으로써 '판 구조론' 이라는 새로운 이론의 뼈대로 기능하게 되었다. 베게너 이전에 남아메리카와 아프리카 대륙의 해안선이 똑같다는 것을 보고 몇몇 지질학자들은 이것이 우연은 아닐 것이라 생각했다. 그러나 베게너는 대륙 이동에 대한 가설을 단순한 퍼즐 맞추기 수준에서 멈추지 않고 다양한 증거들을 수집, 그것을 설명하기 위한 이야기를 만들어나갔던 최초의 과학자였기 때문에 그 주창자로 불린다. 대륙이동설에서 가장 치명적이었던 부분은 대륙같이 큰 땅을 움직이는 원동력이 무엇인가에 대해 설명이 부족했다는 것이다.


       베게너가 죽기 2년전인 1928년, 지질학자 홈즈는 '대류이론'이라는 개념으로 대륙 이동을 설명할 수 있다고 생각했다. 20년 후, 고지자기학을 바탕으로 한 해저지형의 연구에서 발견된 해령은 대륙이동의 원리 설명에 결정적 증거를 제공했다. 그 발견을 통해 지층 이동은 경험적 증거를 확보하였고 지층의 충돌을 통해 산맥 형성과 지진 발생도 설명할 수 있게 되었다. 1960년대 '해저 확장설'은 20년대 홈즈의 개념적인 설명을 상기시킨다. 맨틀의 열대류로 인한 지각의 운동은 대륙의 이동에 원동력이 되었다는 것이다.








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