지질학 개관1

애리조나 주 그랜드캐니언 국립공원 북측 가장자리의 토로윕 오버룩에서 바라본 정경 (사진：Michael Collier)

1.1 일반지질학과 지사학을 구별하고 인간과 지질학

간의 연관성을 설명하라.

1.2 지구상에서 일어나는 변화를 초창기 관점과 현대

적 관점에서 요약하고, 그 관점과 지구의 나이에

대한 지배적인 생각을 연관시켜 보라.

1.3 가설의 설정과 이론의 확립을 포함하는 과학적인

탐구의 특성에 대해 설명하라.

1.4 지구의 4개 주요 권역을 열거하고 설명하라.

1.5 계를 정의하고 지구가 왜 하나의 계인지 설명하라.

1.6 태양계의 형성 단계를 개괄적으로 설명하라.

1.7 지구의 내부 구조를 설명하라.

1.8 암석의 순환을 그림으로 도시하고, 그 작용을 기

재하고 설명하라.

1.9 대륙과 해양분지의 주요 특징을 열거하고 설명

하라.

다음은 이 장에서 다룰 주요 학습 목표이다.

이 장을 학습한 후 다음 질문에 답해 보도록 하자.

심 개념

핵

4 제1장 지질학 개관

지질학(geology)이란 말은 그리스어의 geo (지구)와 logos(토론)

에서 비롯된다. 지질학은 지구를 이해하고자 하는 학문이다.

지질학은 지구의 이해를 추구하는 과학이다. 지구를 이해하

는 것은 노력이 요구된다. 왜냐하면 지구는 서로 상호작용

하는 많은 부분들로 이루어져 있으며 복잡한 역사를 가진 역

동적 물체이기 때문이다. 장구한 시간을 통하여 지구는 변화

해 왔다. 사실 지구는 당신이 이 책을 읽고 있는 순간에도 변

화하고 있으며 우리가 예측할 수 있는 미래에도 계속 변화할

것이다. 어떤 때는 산사태나 화산 분출과 같은 급작스럽고

격렬한 변화가 일어난다. 보통은 그 변화는 매우 느리게 일

어나서 일생 동안 변화를 감지할 수 없다. 지질학자가 연구

하는 현상의 규모와 영역은 매우 가변적이다. 때로는 지질학

자들은 미세한 현상을 중점적으로 연구하고, 또 때로는 대륙

이나 전지구적 규모의 특성을 다루어야 한다.

일반지질학과 지사학

지질학은 전통적으로 크게 일반지질학과 지사학 두 분야로

나뉜다. 이 책의 주요 관심사인 일반지질학(physical geology)

은 지구를 구성하는 물질을 연구하며 지표와 지표 아래에서

일어나는 다양한 지질작용을 연구한다(그림 1.1). 한편 지사

학(historica lgeology)은 지구의 기원과 지질시대를 통한 지구

의 변천을 연구한다. 따라서 지사학은 과거 지질시대에 일어

났던 다양한 물리적·생물학적 변화를 시대적으로 배열하고

자 한다. 과거의 지구를 규명하기 전에 먼저 지구가 어떻게

작동하는지를 알아야 하기 때문에, 일반지질학 연구는 지사

학 연구보다 선행된다. 아울러 일반지질학과 지사학은 많은

특정 분야들로 구분된다. 이 책의 많은 장들은 지질학 중 하

나 이상의 특정 분야에 대해 설명하고 있다.

지질학은 야외에서 하는 학문으로 인식되고 있다. 실제로

지질학의 많은 부분은 야외에서의 측정, 관찰, 그리고 실험을

장관을 이루는 화산 분출, 지진에 의한 공포, 산간 계곡의 장엄한 경치, 사태에 의한 파괴, 이 모든 것들이 지질학자의 연구 주제

이다. 지질학은 우리 인간의 물리적 환경에 관한 매력적이고 실질적인 문제들을 다룬다. 캘리포니아 주에 또 다른 대규모 지진이 곧 발

생할 것인가? 빙하시대는 어떠했을까? 또 다른 빙하시대가 도래할 것인가? 어떤 특별한 지점에 유정을 뚫으면 다량의 석유가 나올 것인

가? 지질학자들은 이러한 질문들과 지구, 지구의 역사, 지구의 자원에 대한 많은 문제들에 대답하고자 한다.

1.1 지질학:지구의 과학

일반지질학과 지사학을 구별하고 인간과 지질학 간의 연관성을 설명하라.

그림 1.1 내적 및 외적 작용

지구의 내부와 표면에서의 작

용은 일반지질의 중요한 주제

이다. (사진：Lucas Jackson/

Reuters;glacier michael Collier)

내적 작용은 지구 표면 아래에서 일어나는 작용이다.

때로는 내적 작용이 지구 표면의 주요한 모양을 만들기도 한다.

사태, 강, 빙하와 같은 외적 작용은 지표면을 침식하고 지표면의 모양을 만든다.

이 사진의 빙하는 알래스카 산맥의 형태를 만들고 있다.

51.1 지질학：지구의 과학

기초로 하고 있다. 그러나 지질학 연구는 또한 많은 실험실에

서도 이루어진다. 예를 들면 광물과 암석 분석은 많은 기본적

인 작용을 이해하는 데 도움을 주며 현미경에 의한 화석 연구

는 과거 지질시대의 환경을 규명하는 열쇠가 된다(그림 1.2).

흔히 지질학을 위해서는 물리학, 화학, 생물학적 지식과 원리

를 이해하고 적용하는 것이 필요하다. 지질학은 자연세계와

지구에 대한 지식을 넓히는 것을 추구하는 학문이다.

지질학, 인간, 그리고 환경

이 책의 주안점은 기존 지질학의 원리를 이해하는 것이지만

아울러서 인간과 자연환경 간의 중요한 관계들도 살펴볼 것

이다. 지질학에서 제기되는 많은 문제점과 논쟁거리는 인간

의 실생활에 관련된다.

자연재해는 지구에서의 삶의 일부이다. 자연재해는 매일

전 세계적으로 수백만의 사람들에 부정적인 영향을 끼치며

손실을 입힌다(그림 1.3). 지질학자들이 연구하는 지질재해

에는 화산, 홍수, 쓰나미, 지진, 사태가 있다. 물론 지질재해

는 단지 자연의 작용일 따름이다. 지질작용은 사람들이 그 지

질작용이 일어나는 지역에 살 때만 재해가 된다.

국제연합에 의하면 2008년에 최초로 시골보다는 도시지

역에 더 많은 사람들이 살기 시작하였다. 이러한 전 지구적

인 도시화 현상은 수백만의 인구를 거대도시로 집중시키게

되었으며, 그 도시들 중 많은 도시들은 자연재해에 취약한

지역에 위치한다, 해안 도시들은 습

지, 사구 등의 자연적인 방벽을 파

괴하는 도시개발로 인하여 점점 더

자연재해에 취약해지고 있다. 더구

나 인간이 지구계에 영향을 미침으

로써 그 위협은 점점 더 커지고 있

다. 일례로 해수면 상승은 전 지구

적 기후변화와 연관되어 있다. 몇몇

거대도시들은 지진과 화산활동 재

해에 노출되어 있으며, 이들 지역에

서는 급격한 인구 증가와 함께 부

적절한 토지이용 및 건축공사로 인

하여 취약성이 증대하고 있다.

자원은 인간에게 있어서 실질적

으로 큰 가치를 지니는 지질학의 주

요 관심사 중 하나이다. 자원은 물

과 흙 그리고 여러 가지 다양한 금

속 및 비금속 광물들, 그리고 에너지를 포함한다(그림 1.4).

이들 자원은 현대 문명의 중요한 기초가 된다. 지질학은 이

들 자원의 형성과 산출뿐만 아니라 그것들을 추출하고 사용

함으로써 발생하는 환경적인 영향을 연구한다.

지질작용이 인간에 영향을 끼칠 뿐만 아니라 인간 스스

그림 1.2 야외와 실험실에서 지질학은 야외 작업뿐만 아니라 실험실 작업도 포함한다. (사진：British Antarctic

Survey/Science Source)

2011년 3월 대규모 지진이 일본의 일부 지역을

초토화시킨 쓰나미를 유발하였다.

알고 있나요?

매년 평균적인 미국인 한 명은 엄

청난 양의 지구물질을 필요로 한

다. 여러분이 한 번의 배달로 1년

치 몫을 받는다고 상상해 보라. 큰

트럭이 여러분 집에 12,965파운드

의 돌, 8,945파운드의 모래와 자

갈, 895파운드의 시멘트, 395파운

드의 소금, 361파운드의 인산염,

974파운드의 그 외 비금속 물질을

운반하여 쌓아놓을 것이다. 게다

가 709파운드의 철, 알루미늄, 구

리 등의 금속도 있을 것이다.

알고 있나요?

약 1800년까지 세계 인구는 10억

명에 도달하였다. 1927년까지 그

숫자는 2배가 되어 20억 명이 되

었다. 국제연합의 추산에 의하면,

2011년 10월 말에는 세계 인구가

70억 명에 도달하였다. 지금 지구

상에는 해마다 약 8,000만 명씩

인구가 증가하고 있다.

그림 1.3 지진에 의한 파괴 지질재해는 자연재해이다. 지질재해는 이런 지질작용이 발생하는 지역에 인간이 살 때만

재해가 된다. (사진：Yasuyoshi Chiba/AFP/Getty Images/Newscom)

이 고생물학자는 남극의 화석을 채취하고 있다.

이 이후에 자세한 분석은 실험실에서 이루어질 것이다.

6 제1장 지질학 개관

로가 지질작용에 극적으로 영향을 미치기도 한다. 예를 들

면 하천홍수는 자연적이지만, 홍수의 규모와 주기는 산림벌

채, 도시건설, 댐건설과 같은 인간 활동에 의해 크게 달라질

수 있다. 불행히도 자연계는 우리가 예상하는 대로 인위적

인 변화를 항상 조절하지는 않는다. 즉 인간이 사회에 이득

이 되도록 환경을 변화시키는 것이 정반대의 효과를 낼 수

도 있다.

이 책에서는 적당한 부분에서 인간과 물리적인 환경 간의

여러 가지 관계를 점검할 수 있는 기회가 있다. 거의 모든 장

에서는 자연재해, 환경적인 이유, 자원의 특성을 기술하고

있다. 어떤 장의 중요한 부분에서는 환경문제를 이해하는 데

필요한 기본적인 지질학적 지식과 원리를 제시하고 있다.

1.2 지질학의 발전

지구상에서 일어나는 변화를 초창기 관점과 현대적 관점에서 요약하고,

그 관점과 지구의 나이에 대한 지배적인 생각을 연관시켜 보라.

지구의 특성인 지구물질과 작용은 수 세기 동안 지질학 연

구의 핵심 주제였다. 화석, 보석, 지진, 화산에 대한 기재는

2300년 전보다 이전인 그리스 시대부터 시작되었다. 가장 유

명한 그리스 철학자는 아리스토텔레스인데, 불행히도 자연

세계에 대한 그의 설명은 오늘날의 과학처럼 예리한 관찰과

실험에 의존하지는 않았다. 그의 설명은 그 시대의 제한된

지식에 근거한 자의적인 견해였다. 아리스토텔레스는 암석이

별의 영향으로 만들어졌으며 땅속의 공기가 중심부의 불에

의해서 가열되어 폭발적으로 달아나면서 지진이 발생한다고

믿었다! 어류 화석을 보았을 때, 그는 지구 내부에는 움직이

지 않는 상태로 많은 어류들이 살고 있으며, 땅을 굴착할 때

이것들이 발견되는 것이라고 설명하였다. 아리스토텔레스의

설명이 그 시대에는 합당했다고 하더라도 불행히도 그의 설

명은 여러 세기 동안 지속적으로 유효했으며, 더 발전된 생

각이 받아들여지는 것을 방해하였다. 그러나 1500년대 르네

상스 시대 이후에는 더 많은 사람들이 지구에 대한 질문에

해답을 구하는 데 관심을 가지게 되었다.

격변설

1600년대 중반에 아일랜드의 수석 주교이자 아르마프의 영

국국교의 대주교인 제임스 어셔는 즉각적이고 심대한 영향

을 끼친 대작을 발표하였다. 존경받는 성서학자인 그는 인간

과 지구의 연대를 체계화하였으며, 지구는 기원전 4004년에

창조된, 고작 수천 년의 나이를 가진다고 주장하였다. 그의

학술논문은 유럽의 과학계와 종교계 지도자들에게 광범위한

지지를 받았으며, 그의 지구 연대기는 성서에 의한 설득력을

가지면서 출판되었다.

17세기와 18세기에 지구의 모양과 작용에 대한 서구사회

의 사고는 어셔의 계산 결과에 강력한 영향을 받았다. 그 결

과는 격변설(catastrophism)이라는 지배적인 학설이었다. 격변

그림 1.4 석유시추 에너지 자

원과 광물자원은 인간과 지질

사이의 중요한 연결고리가 된

다. 석유는 미국의 에너지 소

비의 36% 이상을 차지한다.

(사진：Peter Bowater/Science

Source)

개념 점검 1.1

① 지질학의 두 가지 대분류의 명칭을 적고 구분하라.

② 적어도 세 가지 지질재해를 열거하라.

③ 지질재해 외에 인간과 지질 간의 중요한 연결고리에 대해서 기

술하라.

북해의 최신해양석유생산 플랫폼

71.2 지질학의 발전

설 신봉주의자들은 지구의 형태가 주로

대규모 격변에 의해서 만들어졌다고 믿

었다. 오늘날에는 산맥, 협곡과 같은 지

형이 오랜 시간에 걸쳐 만들어졌음을 잘

알고 있고 있으나, 그 당시에는 알 수 없

는 원인에 의한 전 지구적이고 갑작스런

재앙에 의해 만들어졌다고 생각되었다.

격변설은 지질작용의 속도를 그 당시에

널리 알려져 있던 지구의 나이에 맞추려

는 시도였다.

근대 지질학의 태동

아리스토텔레스의 관점과 기원전 4004년

이라는 지구 탄생설에 반대하여, 스코틀

랜드의 물리학자인 제임스 허튼이 1795

년에 지구의 이론(Theory of the Earth)이란

책을 발간하였다. 이 책에서 허튼은 오늘

날 지질학의 근간이 되는 기본적인 원리,

즉 동일과정설(uniformitarianism)을 제시

하였다. 동일과정설은 과거 지질시대에도

현재와 같은 물리적, 화학적, 생물학적 법칙

이 적용된다는 것이다. 다른 말로 하면 오늘날과 같은 지구의

형태를 만든 지질작용과 힘은 매우 오래전부터 있어 왔던 것

이다. 그러므로 과거의 암석을 이해하기 위해서는 먼저 현재

의 지질작용과 그 결과를 이해해야 한다. 이러한 생각은 현재

는 과거를 아는 열쇠이다라는 말로 표현된다.

허튼의 지구의 이론 이전에는 아무도 지질작용이 매우 오랜

시간 지속되었다는 것을 효과적으로 증명하지 못했다. 허튼

은 작은 힘이라도 오랜 시간 동안에는 갑작스런 격변을 일으

킬 만큼의 큰 힘을 발휘할 수 있음을 설득력 있게 제기하였

다. 그의 이전 사람들과 달리, 허튼은 그의 생각을 지지하고

증명할 수 있는 관찰들을 세심하게 언급하였다.

예를 들면, 그는 산이 깎이고 궁극적으로는 풍화와 유속의

작용으로 파괴됨을, 그리고 지질작용에 의해서 퇴적물이 해

양으로 운반됨을 설명하면서 “우리는 산에서 침식된 물질이

강을 통해서 운반됨을 명료하게 증명하는 사실들을 가지고

있으며, 실제로는 인지되지 않는 이런 모든 과정들이 한 단

계로 이루어지지는 않는다.”고 말하였다. 그리고 그는 이러

한 생각을 질문을 던지고 즉답하는 형태로 요약하였다. “우

리가 더 원하는 것은 무엇인가? 시간 이외에는 없다.”

지질학의 현재

동일과정설의 기본 핵심은 허튼 시대에 눈으로 관찰했던 것

만큼 현재도 관찰할 수 있다는 것이다. 우리는 현재에 의해

과거를 고찰할 수 있고 지질작용을 지배하는 물리적·화학

적·생물학적 법칙이 시간에 따라 불변이라는 사실을 과거보

다 더 절실히 깨닫고 있다. 그러나 우리는 동일과정설을 너

무 글자 그대로 이해해서는 안 된다. 과거의 지질작용이 현

재 일어나는 지질작용과 동일하다고 말하는 것은 지질작용

이 똑같은 중요성을 가지거나 정확하게 똑같은 속도로 일어

났다는 것을 의미하지는 않는다. 게다가 어떤 중요한 지질작

용이 지금 직접 관찰되지 않지만, 그 지질작용의 증거는 잘

입증되어 있다. 예를 들면, 지구가 큰 운석의 충돌을 경험했

다는 것은 우리가 눈으로 확인하지 않았더라도 잘 알고 있

다. 그럼에도 불구하고 그런 사건들은 지각을 변화시키고,

기후를 바꾸고, 지구 생명체에 큰 영향을 미쳐 왔다.

동일과정설을 받아들이는 것은 지구의 긴 역사를 인정한

다는 것을 의미한다. 비록 작용의 강도가 변할지라도 오랜

시간의 지질작용은 지형을 크게 변화시킨다. 그랜드캐니언

은 하나의 좋은 예이다(그림 1.5).

알고 있나요?

대주교인 어셔가 지구의 나이를

추정한 직후, 또 다른 성서학자인

케임브리지대학교의 존 라이트푸

트 박사는 보다 정확하게 산정할

수 있다고 했으며, 지구가 ‘기원

전 4004년 10월 26일 아침 9시에’

만들어졌다고 적었다. (As quoted

in William L. Stokes, Essentials of

Earth History, Prentice Hall, Inc.

1973, p. 20)

모바일 현장학습

그랜드캐니언의 암석들은 지질시대에서 서로 15억 년 이상의 차이를 보이고 있다.

최상부 지층인 카이바브층은

나이가 약 2억 5,000만 년이다.

바닥의 암석들은

나이가 거의 20억 년이다.

그림 1.5 암석에서 읽는 지구의 역사 애리조나 주 북부 콜로라도 강의 그랜드캐니언(사진：Dennis Tasa)

8 제1장 지질학 개관

암석은 지구가 조산운동과 침식의 순환을 여러 차례 경험

했음을 보여주는 증거를 가지고 있다. 장대한 지질시대를 통

하여 끊임없이 변하는 지구의 성질에 관하여, 허튼은 그의

가장 유명한 말을 남겼다. 1788년 에딘버러 왕립학회 회보에

게재한 중요한 논문의 결론에서, 그는 “그러므로 현재

의 연구 결과는 최초의 흔적도 찾을 수 없고 끝을 관찰

할 수도 없다는 것이다.”라고 서술하였다.

다음 장들에서는 지구를 구성하는 물질과 지구를

변화시키는 작용에 대해 살펴볼 것이다. 지형경관의

많은 특징이 우리가 관찰할 수 있는 수십 년간에는 변

화하지 않지만 수백 년, 수천 년 또는 수백만 년이라

는 시간규모로는 변화한다는 것을 기억하는 것이 중

요하다.

지질시대의 규모

인류가 깨달은 지질학에 관한 중요한 인식은 지구가

매우 오래되고 복잡한 역사를 가지고 있다는 것이다.

허튼과 그 외 다른 사람들은 지질시대가 엄청나게 길

다는 것을 알고 있었지만, 지구의 나이를 정확하게 측

정할 방법을 알지 못하였다. 초창기에는 지구 역사의

사건들을 정확한 순서대로 정열하는 것이었으나, 그

사건들이 얼마나 오래전에 일어났는지에 대해서는 몰

랐다.

지금은 방사성을 이해함으로써 우리는 과거에 지구

에서 일어난 중요한 사건들을 간직하는 암석들의 숫자

적인 연대를 정확하게 결정할 수 있다(그림 1.6). 예를

들면, 우리는 공룡이 약 6,500만 년 전에 멸종했다는

것을 알고 있다. 오늘날 지구의 나이는 약 46억 년으

로 측정된다. 18장에는 지질시대와 지질학적 시간규모

가 훨씬 더 자세히 설명되어 있다.

지질시대의 시간 단위는 지질학자가 아닌 많은 일

반인들에게는 생소한 개념이다. 사람들은 시간, 일,

주, 년과 같은 시간 단위에 익숙해 있다. 역사책은 수

세기 단위의 사건들을 이야기하지만, 한 세기조차도

완전히 이해하기가 어렵다. 우리들 대부분은 어떤 사

람 혹은 어떤 것이 90년 되었다고 하면 매우 오래된 것

이라고 생각하며, 1,000년 된 예술품은 옛날 것이라고

말한다.

이와는 대조적으로 지질학자들은 수백만 년이나 수

십억 년을 일상적으로 다루고 있다. 46억 년의 지구

역사를 볼 때, 1억 년 전에 일어난 사건은 지질학자에게는 최

근의 일로 간주된다. 그리고 천만 년의 나이를 가지는 암석

은 젊은 암석이다. 지질학에서 지질시대의 규모를 인지하는

것은 중요하다. 왜냐하면 많은 지질학적 작용들은 큰 변화를

알고 있나요?

추정에 의하면, 북미대륙은 침

식작용으로 1,000년에 약 3cm

씩 낮아지고 있다. 이대로라면

3,000m(10,000피트) 높이의 산이

평지가 되는 데는 1억 년이 걸릴

것이다.

그림 1.6 지질연대：기본적인 기준 지질연대는 46억 년이라는 장대한 지구의 역사를

이언, 대, 기, 세로 나눈다. 숫자는 현재 이전의 100만 년의 시간 단위를 나타낸다. 은생

이언은 지질시대의 88% 이상을 차지한다.

5. 11월 말：식물과 동물이 육지로 이동함

12. 12월 31일(11:59:59.999) 21세기가 시작됨

11. 12월 31일(11:59:57) 콜럼버스가 신대륙에 상륙함

10. 12월 31일(오후 11:59:45~11:59:50) 로마가 서구세계를 통치함

9. 12월 31일(오후 11:58:45) 빙하기의 빙하가 오대호로부터 후퇴함

8. 12월 31일(오후11：48) 인류(호모사피엔스)가 출현함

7. 12월 31일1년의 마지막 날(시간은 오후임)

6. 12월 15~26일 공룡이 지구를 지배함

4. 11월 중순：현생 이언의 시작. 경질부를 가진 동물들이 풍부해짐

3. 3월 말：최초의 생명체(박테리아)

2. 2월 28일가장 오래된 암석

1. 1월 1일지구의 시작

46억 년을 1년으로 압축할 때 지질시대는 어떻게 나타내질까?

달력

1월

5월

9월 10월 11월 12월

2월

6월

3월

7월

4월

8월

12월

선캄브리아

91.3 과학적인 탐구의 특성

일으키기까지 엄청난 시간을 필요로 할 만큼 천천히 일어나

기 때문이다. 46억 년이 얼마나 긴 시간인가? 우리가 매 초당

한 숫자를 하루 24시간, 1주일에 7일간 그리고 쉬지 않고 센

다면, 46억을 세는 데 150년이 걸릴 것이다!

그림 1.7은 지질학적 시간을 보여주는 또 다른 흥미로운 방

법이다.

앞의 설명은 지질학적 규모를 알기 쉽게 이해시키는 방법

중 하나이다. 아무리 훌륭하고 도움을 주는 설명이라도 광대

한 지구의 역사를 이해시키는 데 도움을 주는 시작일 뿐이다.

현대사회의 구성원으로서 우리는 과학에서 오는 혜택을 항

상 깨닫고 있다. 그러나 정확하게 과학적 탐구의 특성은 무

엇인가? 과학은 지식을 창출하는 과정이다. 그 과정은 세심

하게 관찰하고 관찰된 것을 이해하고 설명하는 능력에 좌우

된다. 과학이 어떻게 다루어지는지를 그리고 과학자가 하는

일을 이해하는 것은 이 책 전반에서 다루어지는 중요한 주제

이다. 여러분은 자료를 획득할 때 봉착하는 어려움과 그 어

려움을 극복하기 위해서 개발된 기발한 방법들을 고찰할 것

이다. 여러분은 또한 가설을 세우고 검증하는 방법을 배우며

주요한 과학적 이론의 발전에 대해서도 배울 것이다.

개념 점검 1.2① 아리스토텔레스가 지질학에 끼친 영향을 기재하라.

② 격변설과 동일과정설을 비교하라. 각각의 설에 의하면 지구의 나이는 얼마가 되는가?

③ 지구의 나이는 얼마인가?

④ 그림 1.6을 참고로 우리가 살고 있는 시대의 이언, 대, 기, 세를 열거하라.

⑤ 지질학자에게 있어 지질시대의 규모를 이해하는 것이 왜 중요한가?

1.3 과학적인 탐구의 특성

가설의 설정과 이론의 확립을 포함하는 과학적인 탐구의 특성에 대해 설명하라.

스마트그림 1.7

지질학적 시간규모

10 제1장 지질학 개관

모든 과학은 조심스럽고, 체계적인 연구를 통해서 자연세

계가 일관되고 예측할 수 있는 틀 속에서 움직인다는 가정에

바탕을 두고 있다. 과학의 최종 목표는 자연에 내재하는 특

성을 발견하고, 예견되는 사실과 상황이 무엇인지를 인지하

는 데 이러한 지식을 이용하는 것이다. 예를 들면, 석유가 어

떤 형태로 부존되는지를 알면, 지질학자는 가장 유망한 석유

부존 지점을 예측할 수 있으며 가능성이 낮거나 없는 지역을

피할 수 있을 것이다.

새로운 과학 지식의 발전은 보편적으로 받아들여질 수 있

는 기본적이고 합리적인 과정들을 포함한다. 자연계에서 일

어나는 것을 알기 위하여 과학자들은 관찰과 측정을 통하여

과학적인 사실들을 수집한다(그림 1.8). 수집되는 사실들은

자연계에 관한 잘 정의된 질문들에 대한 해답을 구하기 위한

것이다. 어떤 오류는 불가피하므로 어떤 특별한 측정이나 관

찰의 정확성에 대해서 항상 의문이 제기될 수 있다. 그럼에

도 불구하고 자료 수집은 과학에 있어서는 필수적이며 과학

적 이론의 정립을 위해서는 출발점 역할을 한다.

가설

일단 자료가 모이고 원리가 체계화되면, 조사자는 관찰된 자

연현상이 어떻게 그리고 왜 발생했는지를 설명하고자 한다.

조사자는 가끔은 예비적이거나 검증되지 않은 설명을 도입하

기도 하며, 이것을 과학적인 가설(hypothesis) 또는 모델이라

고 한다. 조사자가 어떤 관찰현상을 설명하는 데는 하나 이

상의 가설 세우는 것이 바람직하다. 만약 어떤 과학자 한 사

람이 여러 개의 모델을 만들 수 없을 때는 그 과학계 내의 다

른 사람들이 대안적인 설명을 하게 된다. 이에 따라 심도 있

는 토론이 자주 일어나게 된다. 따라서 서로 대립되는 모델을

제시한 연구자들에 의해 광범위한 연구가 수행되며, 그 결과

는 학술지를 통하여 과학 공동체에 광범위하게 전파된다.

가설이 과학적인 지식으로 받아들여지기 전에, 가설은 객

관적인 실험과 분석을 반드시 거쳐야 한다. 만약 가설이 검

증되지 못하면 비록 그 가설이 흥미 있더라도 그 가설은 과

학적으로 유효하지 않다. 검증과정은 모델을 근거로 한 예측

을 요구하며 또한 자연계의 객관적인 관찰에 의거한 비교 검

증이 필요하다. 가설은 다른 무엇보다 현상에 들어맞아야 하

는 것이 가장 중요하다. 확실하게 검증되지 않은 가설은 결

국 폐기된다. 과학의 역사를 보면 폐기된 많은 가설들이 있

다. 가장 대표적인 것은 지구 중심설이다. 지구 중심설은 태

양, 달, 그리고 별들이 매일 지구를 중심으로 움직이는 것처

럼 보임으로써 지지를 받은 가설이다. 수학자인 제이콥 브로

노프스키가 서술한 대로, “과학은 위대한 것이다. 그러나 결

국에는 이것에 귀결된다：과학은 맞는 것은 받아들이고, 맞

지 않는 것은 거부하는 것이다.”

이론

광범위한 검정을 거쳐 하나의 가설이 살아남고, 경쟁적인 모

델들이 퇴출된다면, 그 가설은 과학적인 이론(theory)이 될 것

이다. 일상의 언어에서 우리는 “그것은 이론일 뿐이야.”라고

말한다. 그러나 과학적인 이론은 충분히 검정되어서 관찰할

120010008006004002000

인공위성에 탑재된 장비는 남극의 램버트 빙하의 이동에 대한

상세한 정보를 제공한다. 그런 자료는 빙하의 이동을 이해하는 데

기초적인 정보가 된다.

120010008006004002000

이 지질학자는 보르네오 섬의 레이서 동굴에서

퇴적물 시료를 채취하고 있다.

그림 1.8 관찰과 측정

과학적인 사실들은 여러 가지

방법으로 수집된다.

(사진：NASA; Robbie Shone/

Science Source)

빙하 이동 속도(m/년)

111.3 과학적인 탐구의 특성

1 F. James Rutherford and Andrew Ahlgren, Science for All Americans(New York：옥스퍼드대학교 출판사, 1990), p. 7.

수 있는 사실을 가장 잘 설명하는 데 과학계가 동의하는 정

도로 광범위하게 받아들여지는 견해이다. 널리 문서화되어

있고 신뢰도가 높은 이론은 받아들여진다. 예를 들면, 판구

조론은 산맥의 기원, 지진, 화산활동을 이해할 수 있는 근간

이 된다. 또한 판구조론은 시간의 흐름에 따른 대륙과 해양

분지의 진화를 설명한다. 이 주제에 대해서는 2, 10, 11장에

서 보다 자세하게 다루어질 것이다.

과학적인 방법

방금 기술한 대로 과학자가 관찰된 사실을 수집하고 과학적

인 가설을 세우고 이론을 정립하는 과정을 과학적인 방법이라

고 한다. 일반 사람들의 믿음과는 반대로, 과학적인 방법이

란 과학자가 자연계의 비밀을 밝히기 위해 일상적으로 적용

하는 표준적인 방법은 아니다. 오히려 그것은 창의성과 통찰

력을 포함하는 노력이다. 러더포드와 알그렌은 과학적인 방

법에 대해 “세계가 어떻게 움직이는지를 상상하는 가설이나

이론을 생각해내고, 그것을 어떻게 실제로 검증할 수 있는지

를 사고하는 것은 시를 쓰고, 음악을 작곡하고, 초고층 빌딩

을 설계하는 것만큼이나 창의적이다.”라고 하였다.1

과학자가 정확하게 과학적인 지식을 따라가는 정해진 길

이 있는 것은 아니다. 그럼에도 불구하고 많은 과학적인 조

사는 다음을 포함한다.

● 자연계에 대한 질문을 개진하다.

● 질문에 관련된 과학적인 자료를 수집한다.

● 자료와 관련된 질문들이 생기며, 이 질문들의 해답이 될

수 있는 하나 또는 둘 이상의 가설들이 만들어진다.

● 가설들을 점검하기 위한 관찰과 실험이 이루어진다.

● 광범위한 점검에 바탕을 둔 가설들은 받아들여지고, 수

정되거나 거부된다.

● 자료와 결과는 비판적인 검토와 추가적인 점검을 위해

과학계와 공유된다.

어떤 과학적 발견은 광범위한 검증을 거친 순수한 이론적

착상에서 비롯되기도 한다. 어떤 과학자는 초고속 컴퓨터를

사용하여 ‘실제’ 세계에서 일어나는 것을 모사한다. 이런 모

델은 매우 긴 시간을 통해서 일어나거나 광범위한 또는 접근

이 불가능한 지역에서 일어나는 자연 현상을 연구하는 데 유

용하다. 또 다른 과학적인 발전은 어떤 실험을 하는 동안 전

혀 기대하지 않았던 사건에서 비롯되었다. 프랑스 과학자 루

이 파스퇴르는 “관찰 분야에서, 기회는 오직 준비된 마음에

게만 호의를 베푼다.”라고 말했듯이 이러한 우연한 발견은

순수한 행운 이상의 것이다.

과학적인 지식은 여러 가지 길을 통해서 획득되며, 과학적

인 탐구성은 유일한 과학적 방법보다는 오히려 여러 가지 과

학적 방법으로서 가장 잘 묘사할 수 있다. 게다가 가장 주목

받는 과학적인 이론도 자연계의 단순화된 설명이라는 것을

항상 기억해야 한다.

판구조론과 과학적인 탐구

이 책의 여러 부분에서는 어떻게 과학이 적용되고 어떻게 지

질학이 적용되는지를 이해할 수 있도록 발전시켜 나가고 강

화시켜 나가도록 많은 기회를 제공하고 있다. 여러분은 자료

를 수집하는 방법을 배우고 지질학자들이 이용하는 관찰기

술과 이성적인 접근방법을 배워나갈 것이다. 2장은 그 아주

좋은 예이다.

지난 수십 년간 지구의 작용에 대해서 많은 사실들을 알게

되었다. 이 시기에 우리는 지구를 이해하는 데 있어서 감히

비교할 수 없는 혁명적인 일을 보게 되었다. 그 혁명적인 일

은 20세기 초에 시작되었으며, 그것은 지표면상에서 대륙들

이 움직인다는 대륙이동설이라는 혁신적인 제안이다. 이 가설

은 대륙과 해양분지가 영구적이며 지구 표면의 안정된 형태

라는 기존의 생각과 완전히 배치되었다. 그 이유 때문에 대

륙이동설은 엄청난 의심과 질시를 받았다. 50년 이상이 흐르

고 충분한 자료가 축적되었을 때 이 논란 많은 가설은 지구

의 기본적인 작용을 구성하는 하나의 이론으로 탈바꿈하였

다. 그 이론은 판 구조론으로, 지질학자들에게 지구의 내적 작

용에 대한 최초의 포괄적인 모델이 되었다.

2장에서 알게 되듯이 당신은 지구의 작용에 대한 통찰력

을 가지게 될 뿐만 아니라 지질학적 ‘진실들’이 밝혀지고 재

생되는 좋은 예를 보게 될 것이다.

개념 점검 1.3

① 과학적인 가설이 과학적인 이론과 어떻게 다른가?

② 많은 과학적인 조사에 따르는 기본 단계들을 요약하라.

③ 대륙이동설은 가설이고 판구조론은 이론인 이유는 무엇인가?

알고 있나요?

과학적인 법칙은 자연의 특정한

거동을 설명하는 기본적인 원리로

서, 일반적으로 좁은 범위로 간략

하게 기술되며 흔히 간단한 수학

식으로 표현되는 것이다.

알고 있나요?

1492년에 콜럼버스가 항해를 했을

때, 많은 유럽 사람들은 지구가 평

평하기 때문에 콜럼버스는 평평한

지구의 가장자리까지 항해할 것이

라고 생각했다. 그러나 2000년보

다 더 이전에 고대 그리스인들은

지구가 둥글다고 이미 깨닫고 있

었다. 그 이유는 월식 때 달에 비

치는 지구의 그림자가 항상 곡선

이기 때문이었다. 실제로 에라토스

테네스(기원전 276~194)는 지구의

원주를 계산해서 현재의 측정값인

40,075km(24,902마일)에 근사한

값을 얻었다.

12 제1장 지질학 개관

1.4 지구의 권역

지구의 4개 주요 권역을 열거하고 설명하라.

그림 1.9 우주로부터 본

지구의 장면 (NASA)

그림 1.9의 사진들은 인간이 과거와는 다른 모습의 지구를 보

게 되는 중요한 사진이다. 이 사진들은 지구에 대한 우리의

생각을 완전히 바꾸게 하며 그 사진들이 최초로 촬영된 후

수십 년 동안이나 강렬한 사진으로 남아 있다. 우주에서 보

면, 지구는 숨막힐 정도로 아름다우며 깜짝 놀랄 만한 고독

속에 있다. 그 사진들은 우리의 집인 지구가 결국에는 하나

의 조그맣고 독립된 그리고 어떤

의미에서는 연약한 행성이라는

것을 상기시킨다.

우주에서 지구를 보다 자세히

관찰하면, 지구가 암석과 토양 이

상의 훨씬 더 많은 것을 가지고

있다는 것을 알 수 있다. 실제로

그림 1.9에서 나타나는 가장 현

저한 특징은 대륙이 아니고 소용

돌이치는 구름이 지표와 대양을

덮고 있다는 것이다. 이러한 특징

은 지구상에서 물의 중요성을 상

기시킨다.

그림 1.9처럼 우주에서 지구를

좀 더 가까이 보면, 우리는 왜 물

리적 환경이 세 가지 주요한 부분(물의 부분인 수권, 외각의

가스 부분인 기권, 그리고 고체지구인 지권)으로 구분되는지를

알 수 있다. 우리의 환경이 암석, 물 또는 공기의 각각에 의

해 조절되는 것이 아니고, 오히려 공기가 암석과 접촉하고,

암석이 물과 접촉하고, 물이 공기와 접촉하는 지속적인 상호

작용에 의해 매우 통합적으로 조절된다는 것이 강조되어야

한다. 덧붙여서 생물권은 지구상의 모든 식물과 동물 전체를

포함하며, 다른 세 권역과 상호작용하는 지구의 절대적으로

필요한 부분이다. 이와 같이 지구는 4개의 주요 권역(수권, 기

권, 지권, 생물권)으로 구성되어 있다.

지구의 4개 권역들 사이의 상호작용은 계산할 수 없을 정

도로 복잡하다. 그림 1.10은 그 한 예를 보여주는 그림이다.

해안선은 암석, 물, 공기가 만나는 곳이다. 이곳에서 물을 스

쳐 지나가는 공기의 끌어당김으로 생성된 파도가 암석 해안

을 파쇄하는 작용을 한다. 물의 힘은 엄청나며, 이에 의해 수

반되는 침식작용은 대단하다.

수권

지구는 때로 푸른 행성이라 부른다. 물은 다른 어느 것보다

더 지구를 유일한 것으로 만드는 물질이다. 수권(hydrosphere)

은 끊임없이 움직이고, 해양으로부터 대기 중으로 증발하며,

그림 1.10 지구계들 간의 상호작용 해안선은 하나의 계의 서로 다른 부분들이 상호작용하는 하나의 분명한 경계선이다. 해안

에서 움직이는 공기(기권)의 힘에 의해 만들어지는 파도(수권)는 암석 해안(지권)을 깨뜨린다. 물의 힘은 세어서 그 침식작용은 가

히 엄청나다. (사진：Michael Collier)

1972년 12월에 아폴로 17호에서 촬영한

이 영상은 푸른 대리석(Blue mable) 이라고 부르는

아마도 최초의 것이다. 검푸른 대양과

소용돌이치는 구름의 형태는 우리에게

해양과 대기의 중요성을 일깨워준다.

1968년 12월 달의 뒤편에서 날아오를 때

아폴로 8호 우주인이 반갑게 보았던

지구의 상승(Earth rise) 라고 불리는 장면

우주선에서 촬영한 대기의 영상. 야광구름이라고 부르는 가는 선들은

80km(50마일) 높이에 있다. 대류권에서는 모든 기상 현상들이 일어난다.

야광구름

대류권의 상부 경계

지표면

고도 (㎞)

고도 (㎞)

고도 (마일)

압력 (㎞)

수권

담수2.56%

염수97.44%

해양96.5%

지하수 0.77%

빙하 1.76%

하천

지하수(샘)

빙하

마이클 콜리어

Bernhard Edmaier/Science Source

마이클 콜리어

염지하수와 염호수0.94%

지구상의 담수의 거의 69%가빙하 형태로 갇혀 있다.

대기 중의 90%는 16km(10마일) 아래에 있다.

에베레스트 산 정상의 기압은 해수면에서의 기압의 약 1/3이다.

평균 해수면의 기압은 1,000mb(약 14.7psi)보다 약간 높다.

에베레스트 산 정상(29.035피트)에서의 기압은 314mb이다.

대기중의 50%는이 높이 아래에 분포한다.

담지하수는 수권의 1%도 채 안 되지만, 전체 담수의 약 30% 그리고 전체 액상 담수의 약 96%를 차지한다.

하천수, 호수, 토양 수분, 수증기 등은0.03%(1%의 3/100)을 차지한다.

131.4 지구의 권역

강우에 의해 땅으로 되돌아오고, 다시 바다로 흘러 들어가는

역동적인 액체 권역이다. 지구의 해양은 확실히 수권의 가장

독특한 특징을 가지며, 약 3,800m(12,500피트)의 수심을 가

지고 지구 표면의 약 71%를 덮고 있다. 바다는 지구의 물의

약 97%를 차지한다(그림 1.11). 수권은 또한 지하수, 하천수,

호수, 빙하 형태의 담수를 포함한다. 덧붙여서 물은 모든 생

명체의 필수성분 중 하나이다.

담수는 물의 총량 중에 아주 적은 양을 차지하지만, 그 양

이 차지하는 것보다 훨씬 더 중요한 역할을 한다. 담수는 지

구상의 생명체가 살아가는 데 필수요소이며, 하천수, 빙하, 지

하수는 지구의 지형 기복을 형성하는 데 중요한 역할을 한다.

기권

지구는 기권(atmosphere)이라 부르며 우리에게 생명을 주는

가스체 외각으로 둘러싸여 있다(그림 1.12). 우리가 하늘을

지나가는 고공의 제트기를 바라볼 때, 대기가 위쪽으로 원

거리까지 퍼지는 것을 볼 수 있다. 그러나 약 6,400km(또는

4,000마일)의 고체 지구의 반경과 비교할 때 기권의 두께는

매우 얇다. 기권의 50%는 고도 5.6km(3.5마일) 이하에 있으 그림 1.11 지구의 물 수권 내의 물의 분포

그림 1.12 천층 대기는 지구의 필수적인 부분이다. (NASA)

14 제1장 지질학 개관

며, 90%는 지표면으로부터 16km(10마일) 이내에 있다. 이와

같이 작은 규모에도 불구하고 얇은 공기층(기권)은 지구의

필수적인 부분이다. 공기는 우리가 숨 쉴 수 있게 할 뿐만 아

니라 강한 태양열과 위험한 자외선 복사로부터 우리를 보호

해 준다. 대기와 지표면 사이 그리고 대기와 우주 사이에서

끊임없이 일어나는 에너지 교환은 우리가 날씨와 기후라고 하

는 효과를 만들어 낸다. 기후는 지구의 외적 작용의 성질과

강도에 중대한 영향을 미친다. 기후가 변하면 이 외적 작용

도 반응한다.

달과 같이 지구에 대기가 없다면, 지구에는 생명체가 없을

뿐만 아니라 지표와 같은 역동적인 장소를 만드는 지질작용

과 상호작용이 일어날 수 없을 것이다. 풍화와 침식이 없다

면, 지구 표면은 달 표면과 매우 닮을 것이며, 30억 년 동안

에도 거의 눈에 띄는 변화가 일어나지 않았을 것이다.

생물권

생물권(biosphere)은 지구상의 모든 생명체를 포함한다(그림

1.13). 해양 생물은 햇빛이 도달하는 바다의 표층부에 집중

되어 있다. 대부분의 육상생물도 지표면 근처에 집중되어

있고, 나무뿌리와 굴 파는 동물들은 지표로부터 수 미터 깊

이까지 도달하며, 날으는 곤충과 새들은 기구 중으로 1km

정도까지 도달한다. 여러 가지 놀라운 생물종은 극한 환경

에도 적응한다. 예를 들면, 해양 바닥의 압력은 매우 높고

광선도 전혀 투과할 수 없지만, 뜨거운 광화 유체를 뿜어내

는 분기공 부근에는 특이한 생물들이 군집을 이루고 있다.

육지에서 어떤 종류의 박테리아는 4km(2.5마일) 깊이의 암

석 속과 끊는 열천 속에서도 번창한다. 더욱이 기류는 공기

속에서 수 킬로미터씩 미생물을 이동시킬 수 있다. 그러나

이런 특별한 경우에도 불구하고 대부분의 생명체는 지표면

부근의 아주 한정된 구간에만 존재하고 있다.

식물과 동물은 생명의 필수요소를 물리적인 환경에 의존

하고 있다. 그러나 생명체가 물리적인 환경에만 반응하는 것

은 아니다. 수많은 반응을 통하여, 생명체는 물리적 환경을

유지시키고 변화시키는 데 도움을 준다. 생물이 없다면 지

권. 수권, 기권의 구성과 성질은 매우 달라질 것이다.

지권

고체 지구 또는 지권(geosphere)은 기권과 해양 아래에 놓여

있다. 지권은 지표로부터 지구의 중심인 6,400km 깊이 까지

연장되며, 지구의 4개 권역 중 가장 큰 영역을 차지한다. 고

체 지구에 대한 대부분의 연구는 접근이 가능한 지표 부근

의 특성에 집중된다. 다행히도 이들 많은 특성은 지구 내부

의 동적인 거동의 외적으로 나타난 결과이다. 가장 중요한

지표의 특성과 그 범위를 조사함으로써 우리는 지구의 모양

을 만든 동적 작용의 실마리를 얻을 수 있다. 지구 내부 구

조 와 지권의 주요 지표 특징은 이 장의 뒷부분에서 살펴볼

것이다.

토양은 지표의 얇은 겉부분의 물질로서 식물의 성장을 도

그림 1.13 생물권 지구의 4개

권 중 하나인 생물권은 모든

생명체를 포함한다.

(사진：AGE Fotostock/Super

－Stock; Darryl Leniuk/AGE

Fotostock)

알고 있나요?

해양수의 부피는 방대해서, 지구

고체부분을 완전히 평평하게 하고

구체로 만든다면 지구 전체 표면

을 2000m(1.2마일) 이상의 깊이로

덮을 수 있을 정도이다.

알고 있나요?

원시생명체는 약 40억 년 전에 해

양에서 탄생했으며 그때부터 퍼져

나가고 다양화되었다.

열대우림은 1km2당 수백 종의 생물을 포함한다.

해양은 지구의 생물권의 주요부분을 포함하고 있다.

현재의 산호초는 독특하고 복잡한 형태를 보이며 전체 해양종의

약 25%의 서식처가 된다. 이러한 생물다양성 때문에 산호초는

때로는 바다의 열대우림에 비견된다.

151.5 계로서의 지구

1.5 계로서의 지구

계를 정의하고 지구가 왜 하나의 계인지 설명하라.

우고, 4개 권역의 일부로 간주된다. 토양의 고체부분은 풍화

된 암편(지권)과 부패된 식물과 동물에서 유래하는 유기물(생

물권)의 혼합물이다. 분해된 암편은 공기(기권)와 물(수권)을

필요로 하는 풍화작용의 산물이다. 공기와 물은 또한 고체

입자들 사이의 공간을 채우고 있다.

지구를 연구하는 사람이면 지구가 역동적인 물체이며, 서로

분리되어 있으나 상호작용하는 권역들로 이루어져 있음을 곧

알게 된다. 수권, 기권, 생물권, 지권과 그들의 구성요소들은

독립적으로 연구될 수 있다. 그러나 그 부분들은 고립되어

있는 것이 아니다. 지구는 어떤 방법으로든 서로 다른 권역들

이 연관되며 복잡하고 끊임없이 상호작용하는 하나의 지구

계를 이루고 있다.

지구시스템 과학

지구계의 서로 다른 부분들 간의 상호작용에 관해서는 매년

겨울에 태평양으로부터 수분이 증발하여 캘리포니아 주 남

부 구릉들과 산맥에 강우를 내리며, 이는 파괴적인 산사태

를 유발하는 것을 간단한 예로 들 수 있다. 물이 수권으로부

터 기권으로 그리고 다시 지권으로 움직이는 과정은 그 지역

에 사는 식물과 동물(인간 포함)에 심대한 영향을 미친다(그

림 1.14).

과학자들이 지구를 보다 충분하게 이해하기 위해서는 개

개의 구성요소(육지, 물, 공기, 생물)가 어떻게 서로 연관되

는지를 알아야 한다. 지구시스템 과학(Earth system science)은

다수의 상호작용하는 부분들, 즉 하부계들로 이루어진 계로서

의 지구를 연구하는 것이 목적이다. 지구시스템과학은 전통

적인 과학(지질학, 대기과학, 화학, 생물학 등)의 하나의 제한

된 시각으로 바라보기보다는 여러 학문분야의 지식을 종합

적으로 활용한다. 이러한 다른 학문들 간의 융합적인 연구는

많은 지구환경 문제를 파악하고 해결할 수 있게 한다.

시스템(system)은 하나의 복합체를 형성하며 상호작용하거

나 상호의존적인 부분들로 이루어진 어떤 집단을 의미한다.

우리는 차의 냉각 시스템을 고치고, 도시의 운송 시스템을 이

용하며, 정치 시스템에 참여한다. 뉴스는 접근하고 있는 날씨

개념 점검 1.4

① 네 가지 권역을 열거하고 설명하라.

② 기권의 높이와 지권의 두께를 비교하라.

③ 해양은 지구 표면의 얼마 만큼을 덮고 있는가?

해양은 지구의 총 수자원의 몇 퍼센트를 차지하는가?

④ 토양은 무슨 권역에 속하는가?

그림 1.14 치명적인 쇄설류

이 사진은 지구계의 서로 다른 부

분들 간의 상호작용의 한 예를 보

여준다. 2005년 1월 10일 캘리포니

아 주의 연안도시인 라 콘치타시에

내린 엄청난 양의 비가 이 쇄설류

(일반적으로 이류라고 함)를 유발시

켰다. (사진：AP Wideworld Photo)

16 제1장 지질학 개관

시스템을 보도한다. 또한 우리는 지구가 태양계라는 큰 시스

템의 한 작은 부분이며, 태양계는 다시 은하계라는 더 큰 시

스템의 하부 시스템이라는 것을 알고 있다.

지구계

지구계는 물질이 그 속에서 끊임없이 재순환하는 하부 시스

템들로 이루어져 있다. 가장 잘 알려진 하부 시스템은 수문순

환이다. 수문순환은 수권, 기권, 생물권, 지권 사이에서 물의

끊임없는 순환을 나타낸다. 물은 지표면으로부터 증발에 의

해서 그리고 식물의 증산에 의해 대기 중으로 들어간다. 수

증기는 대기 중에서 응축되어 구름을 형성하고 강우의 형태

로 지표면으로 되돌아온다. 강우 중 일부는 식물에 의해서

흡수되든지 지하수가 되며, 일부는 지표를 흘러서 해양으로

들어간다.

오랜 시간 동안에 지권의 암석은 지속적으로 만들어지고

변화되고 재형성되고 있다. 하나의 암석이 다른 암석으로 변

화되는 과정을 포함하는 순환을 암석순환이라 하며, 이 장의

뒤쪽에서 어느 정도까지 다루어질 것이다. 지구계의 순환은

서로 독립적이 아니다. 오히려 이 순환들은 많은 지역에서 서

로 접촉하고 상호작용한다.

지구계의 부분들은 서로 연결되어 있으며, 한 부분의 변

화가 다른 부분들의 변화를 유발하면서 서로 연관된다. 예

를 들면, 화산이 분출할 때 지구 내부로부터 용암이 지표로

흘러나와서 계곡을 막는다. 이러한 장애물은 호수를 만들거

나 하천 유로를 변경시킴으로써 유역 수계에 영향을 미친다.

다량의 화산재와 화산 가스가 화산 분출 시에 방출되어 대기

중으로 높이 불려 올라가면 지표면에 도달하는 태양에너지

의 양을 감소시킨다. 그 결과 지구 전체의 기온이 내려가게

된다.

지표면이 용암류나 두꺼운 화산재로 덮이게 되면, 기존의

토양이 매몰된다. 이것은 새로운 지구물질을 토양으로 바꾸

는 토양 형성 작용을 유발한다(그림 1.15). 결국 토양은 지구

계의 많은 부분(화산 모재, 풍화의 종류와 속도, 그리고 생물

활동의 영향) 간의 상호작용을 반영한다. 물론 생물권에도 큰

변화가 일어난다. 어떤 생물체와 서식처는 용암과 화산재에

의해서 없어질 것이다. 반면 호수와 같은 새로운 서식처가 생

성될 것이다. 기후변화도 민감한 생물에게 충격을 줄 것이다.

지구계에서는 수 분의 일 밀리미터에서 수천 킬로미터까

지 다양한 규모의 작용이 일어난다. 지구작용의 시간규모는

수천 분의 일 초부터 수십억 년까지이다. 우리가 지구에 대

해서 배우고 있는 것처럼, 거리와 시간적으로 굉장히 떨어져

있음에도 불구하고 많은 작용들은 서로 연결되며, 한 부분의

변화는 지구계 전체에 영향을 미칠 수 있다.

인간은 생물과 무생물이 서로 얽혀 있고 상호작용하고 있

는 지구계 속의 일부이다. 그러므로 인간 활동은 지구의 다

른 모든 부분들을 변화시킨다. 우리가 석유와 석탄을 연소

시키고, 해안선을 따라 방파제를 건설하고, 폐기물을 처분하

고, 땅을 개간하면, 지구계의 다른 부분들이 때로는 예측할

수 없을 정도로 이에 반응하게 된다. 이 책을 통해 우리는 수

문계, 구조(조산운동)계, 암석순환과 같은 지구의 하부 시스

템에 대해 배울 것이다. 이들 하부 시스템과 우리 인간은 모든

지구계라 부르는 복잡하고 상호작용하는 시스템의 일부라는

것을 기억해야 한다.

알고 있나요?

1970년 이래로 지구의 평균 지표

온도는 약 0.6°C(1°F) 상승하였다.

21세기 말까지, 지구의 평균 온도

는 2∼4.5°C(3.5∼8.1°F) 더 상승할

것이다.

그림 1.15 변화는 지질학적

인 일정불변의 것이다. 1980

년 5월에 세인트헬레나 화산

이 분출했을 때, 사진에 보이

는 지역은 화상이류에 의해서

덮였다. 지금은 식물이 다시

자라고 새로은 토양이 형성되

고 있다. (사진：Terry Donnelly/

Alamy Images)

개념 점검 1.5

① 계란 무엇인가? 세가지 예를 들어 보라.

② 지구계의 두 가지 에너지원은 무엇인가?

③ 어떤 지역에 강수량이 증가하는 수문순환의 변화가 그 지역의

생물권과 지권에 어떤 영향을 미칠지를 예측하라.

171.6 초기 지구의 진화

1.6 초기 지구의 진화

태양계의 형성 단계를 개괄적으로 설명하라.

지각의 이동에 의한 최근의 지진과 활화산에서 분출하는 용

암은 지구가 현재와 같은 형태와 구조를 가지게 된 오랜 시

간 동안에 일어난 사건들 중 가장 최근의 것이다. 지구 내부

에서 일어나는 지질작용은 지구 역사의 훨씬 초기 사건들을

살펴봄으로써 가장 잘 이해할 수 있다.

지구의 기원

이 절에서는 태양계의 기원에 대한 가장 보편적으로 받아들

여지는 견해들을 기술하고 있다. 여기에 기술된 이론은 현재

태양계에 대해서 우리가 알고 있는 개념들을 포함하고 있다.

우주가 탄생하다 이 시나리오는 약 137억 년 전의 대폭발에

서부터 시작된다. 대폭발은 상상할 수 없을 정도의 대규모

폭발로서 우주의 모든 물질을 엄청난 속도로 외부로 날려보

냈다. 이 대폭발에서 나온 물질은 거의 전부 수소와 헬륨이

었으며, 이것이 응축하여 처음으로 별과 은하계가 만들어졌

다. 이들 은하계 중 하나인 우리 은하계 속에서 태양계와 지

구가 탄생하였다.

태양계가 형성되다 지구는 태양계 내의 8개 행성 중 하나이

며, 이와 함께 수십 개의 위성과 다수의 더 작은 물체들이 태

양 주위를 돌고 있다. 태양계의 질서정연한 성질은 지구와 그

외 행성들이 기본적으로는 동 시기에 태양과 동일한 원시물

질로부터 생성되었다는 결론에 도달하게 한다. 성운설(nebular

theory)은 태양계의 물질이 태양성운(solar nebula)이라는 거대

한 회전 구름으로부터 진화했다고 설명한다(그림 1.16). 대폭

스마트그림 1.16

성운설 성운설은 태양계의 형성을

설명한다.태양계의 탄생은

우주먼지와 가스(성운)가 중력에 의한

충돌로 인해서 시작되었다.

성운은 평평하고 회전하는

원판으로 수축되었으며

중력에너지가 열에너지로

변화되면서 가열되었다.

성운의 냉각은 암석과

금속물질을 작은 입자들로

응축시켰다.

먼지 크기의 입자들의

반복적인 충돌은 입자들을

소행성 크기로 만들었으며

이 소행성들은 수백만 년 이내에

행성으로 성장하였다.