해저지형

판구조론

판구조론

개요

지표면을 구성하는 암석권이 약 10여 개의 커다란 판과 몇 개의 작은 판으로 이루어져 있다는 판구조론에 의하면, 지구 표면을 덮고 있는 지각 밑의 맨틀 상층부는 지하 60~90㎞를 경계로 위는 단단한 암석권(lithosphere), 아래는 부드러운 연약권(asthenosphere)으로 몇 개의 판으로 나뉘어 포석을 깔은 것처럼 되어 있다.

암석권이 연약권 위에 떠 있어서, 상대적으로 운동을 하고 있다는 것이 판구조론이다. 이것에 의해 지구과학상의 모든 현상을 잘 설명할 수 있다. 원래 판구조론의 이론은 해저조사 결과 생겨난 것이어서 해저지형에도 잘 적용된다.

판 경계

판이 상대적으로 운동하고 있는 경우, 판간의 상대적인 움직임에는 충돌·분기·섭입(攝入)의 3종류가 있다.

충돌 경계에서는 한쪽 판이 다른쪽 판 밑으로 들어가거나 양쪽 판이 유착한다. 가벼운 대륙지각으로 구성된 대륙판은 연약권보다 가벼우므로 가라앉는 일은 없으나, 무거운 해양판은 불안정상태로 떠 있기 때문에 충돌할 때 연약권 속으로 섭입된다. 이와 같이 섭입된 판 경계에 해구가 생긴다. 섭입은 해양판 자체의 중량에 의해서 일어나기 때문에 대양저를 이루고 해양판을 끌어들이는 것이 된다.

이것이 판 운동의 원동력이다(수렴경계부). 또한 대륙판끼리의 충돌에서는 양쪽 모두 섭입되지 않기 때문에 올라와 히말라야와 같은 대산맥을 형성한다. 분기하는 경계에서는 밑의 연약권이 지표 가까이까지 밀려올라가 압력의 저하와 함께 마그마를 발생하여 화산활동을 일으키고, 지표는 열에 의해 부풀어오른다(분기경계부). 대양의 거의 중앙을 달리는 중앙해령이 이에 해당한다.

중앙해령의 중축부에서는 마그마의 분출, 암맥(岩脈)의 관입에 의해서 새로운 판이 생산된다. 이들의 암석은 냉각할 때 지구자기장(地球磁氣場)의 방향으로 자화(磁化)되어 강한 열잔류자기를 갖는다. 이로 인해 차례차례 생산되어 확대해 나가는 판은 지구자기장 역전의 역사를 기록하는 동시에 대양저의 자기이상(磁氣異常)의 줄무늬를 만들게 되고, 이것에 의해서 판의 생성연대를 알 수 있게 된다(지자기역전). 새롭게 생성된 판은 중앙해령으로부터 떨어져 나가면서 냉각하고 수축해서 깊게 침하된다.

섭입하는 판 경계에서는 판의 생성도 소멸도 일어나지 않고, 양쪽의 판이 서로 스쳐서 지진이 일어난다. 이것이 변환단층이다(변환경계부). 지구 표면이 판으로 깔려 있다는 것은 판 경계가 연속되어 있다는 것이기도 하다. 즉 해구와 해구, 해령과 해령, 해구와 해령을 연결하는 변환단층이 존재한다. 이중 해구와 해령을 연결하는 것의 일부와 해령과 해령을 연결하는 것에서는 판운동에 따라서 확장하는 대양저 위에 변환단층의 흔적이 지형으로 되어 뻗어나오는데 이것이 이른바 파쇄대이다.

판운동의 방향과 속도

판운동은 판간의 상대적인 움직임에 의해서만 측정할 수 있다.

이 상대운동의 방향과 속도는 여러 가지 현상으로 추정할 수 있다. 어긋나는 판 경계인 변환단층에 의해서 판의 운동방향을 알 수 있다. 파쇄대는 과거의 판운동의 방향을 대표하고 있다. 지자기이상이나 심해굴착에 의해서 알게 된 판 연대(年代)와 중앙해령으로부터의 거리에 의해서 판운동의 장기적인 평균속도를 구할 수 있다.

지구라는 구면상을 이동하는 판의 운동은 어떤 회전축을 중심으로 한 회전운동으로 나타낼 수 있는데, 실제로도 그와 같은 운동을 하고 있다.

중앙해령에서 뻗은 파쇄대는 어떤 회전축에 직교하는 작은 원(圓)상에 올라 있다. 또 중앙해령의 양쪽의 지자기이상에서 추정되는 판운동의 속도는 회전의 극에 가까워질수록 느리고, 회전의 적도에 가까워질수록 빨라진다.

해령

해령

중앙해령

대서양의 중앙을 S자 모양으로 달리는 대서양 중앙해령은 아프리카의 남단을 돌아 남서인도양 해령을 이루고 다시 북상한 후 북서쪽으로 방향을 바꾸어 칼스버그 해령을 이루고 홍해로 들어간다. 한편 인도양의 중앙에서 남동쪽으로 향하는 남동인도양 해령은 오스트레일리아의 남단을 우회해서 태평양으로 들어가 남태평양의 동남쪽 가장자리를 동태평양 해팽을 이루면서 북상하고, 캘리포니아 만에서 상륙한 후 멘도시노 곶 북쪽에서 또다시 해저에 나타나 캐나다 서안을 따라 북상해서 알래스카에 상륙한다.

또 대서양 중앙해령의 북쪽에서는 아이슬란드를 거쳐 북극해로 들어가 북극해 중앙해령을 이루고 시베리아에 상륙해서 바이칼 호(湖)로 향한다.

중앙해령의 가장 현저한 특징 중에 하나는 해령의 정상부에 있는 중축곡(中軸谷)이라고 부르는 깊이 약 2,000m, 너비 약 55㎞의 커다란 균열인데, 그 양쪽에는 높이 약 1,000m에 이르는 기복지대(起伏地帶)가 있다.

그러나 이 중축곡은 동태평양 해팽에서는 빠져 있다. 여기서는 거의 2등변3각형의 단면을 나타내는데, 기복은 정상부에서 오히려 작고 정상부에 평행하며, 양쪽 산허리에 높은 비대칭단면의 해저산맥과 주상해분(舟狀海盆 : 비교적 완만한 사면을 가지며 해구보다는 얕고 폭넓은 해저의 요지)이 발달한다. 또 지하 30㎞에 진원(震源)이 있는 천발지진(淺發地震)의 진앙(震央)이 이 중앙의 균열지대에 집중해 있어 연속적으로 중앙해령을 따라서 추적된다(→ 지진대).

동태평양 해팽에서는 지진이 해팽을 횡단하는 파쇄대와 해팽축의 교점에 밀집해 있다. 또 중앙해령을 따라서 화산의 분출을 볼 수 있으며 지각열류량(地殼熱流量)이 높은 것도 특징이다. 중앙해령에는 북극해 중앙해령, 대서양 중앙해령, 칼스버그 해령 등과 같이 비교적 가파르고 험해서 중축곡을 갖는 해령형(海嶺型)과 남동인도양 해령, 태평양남극 해령, 동태평양 해팽 등과 같이 팽팽해서 중축곡이 없는 해팽형(海膨型)이 있다.

양자의 차이는 확장속도에 관련되며 1년에 2~3㎝의 속도(판간의 상대적 분기속도는 그 2배)를 경계로 이것보다 느린 경우는 해령형, 빠른 경우는 해팽형이 된다. 확장속도의 차는 중앙해령의 한쪽 또는 양쪽에 해구가 있느냐 없느냐에 따라 다른데, 해구가 있는 경우 확장속도가 매우 크다.

파쇄대

중앙해령을 횡단해서 해령축을 1,000㎞ 이상이나 어긋나는 다수의 파쇄대가 있다. 대서양 중앙해령에서는 로만셰 파쇄대와 같이 동서방향의 많은 파쇄대가 적도 부근에 집중하고, 동태평양에서는 길이 2,000~3,000㎞에 이르는 십수 갈래의 파쇄대가 같은 간격으로 동서방향으로 달리며 지자기이상으로 1,000㎞에 이르러 수평방향의 어긋남이 있다는 것을 분명히 알 수 있게 되었다. 인도양에서는 남북방향으로 다수의 파쇄대를 볼 수 있으나 동서방향은 적다.

파쇄대는 길이가 약 2,000㎞ 이상인데 긴 것은 5,300㎞에 달하고 너비는 약 100㎞이며, 파쇄대에 의해 나누어지는 양쪽 지역에는 약 500m의 수심차가 있다.

해산

해산은 비교적 작은 돌기(突起)와 같은 것에서부터 지름이 110㎞, 높이가 4,000m, 평탄한 정상부의 면적이 2,000㎞나 되는 그레이트메테오르 해산까지 다양하다. 작은 해산의 산허리 경사는 35°나 되지만 커다란 해산이나 기요(guyot : 평정해산)에서는 12~14°를 넘는 것이 드물다.

저면의 형상은 원형보다는 오히려 타원형을 이루는 것이 보통이다. 해산은 모든 대양저에서 발견된다. 태평양에서는 1,400개 이상이 알려져 있으나 이것은 실제의 10％에 불과하다고 한다. 해산은 고립된 지형이기는 하지만 지역적으로 집중해서 커다란 해산계(海山系)나 해산역(海山域)을 형성한다.

태평양에서는 황제해산계(Emperor seamount chain), 알래스카 만 해산역, 마커스네커 해령, 캐롤라인-마셸 해산군, 바하 해산역, 오스트랄 해산계 등이 있다. 대서양에는 버뮤다-뉴잉글랜드 해산계가 있는데 이것은 2개의 교차된 해산계로 되어 있다. 대서양의 또하나의 해산역은 아조레스 해대의 남쪽과 지브롤터 해협의 서쪽에 가로놓인 것이다. 이들은 해산에서 얻은 다수의 자료에서 현무암이 염기성 분출암이라는 것을 알게 되었다.

해산의 선상배열(線狀配列)은 판이 연약권에서 항상 마그마를 공급하는 열점(熱點)위를 이동하기 때문에 생긴 것이다. 제2차 세계대전 후 태평양의 다수의 해산 중에서 이와 같은 침강을 나타내는, 정상부가 평탄한 기요가 발견되었다.

해구

해구

개요

자주 비대칭단면을 나타내며 비교적 가파른 사면을 갖는 좁고 긴 심해저의 요지(凹地)이다. 보통 그 사면의 상부는 4~8°로 완만하고 하부는 10~16°로 험준하다. 통가 해구에는 45°에 달하는 사면이 있다. 해구의 횡단면은 보편적으로 V자형이지만, 해구의 바닥은 수백m에서 수㎞의 너비이며, 흔히 길이 수백㎞에 걸쳐 평탄한 지형을 나타내는 것이 보통이다.

많은 해구들은 사면의 중복에 계단 모양의 지형이 있다. 예를 들면 알류샨 해구에서 너비 20~40㎞, 길이 1,500㎞에 걸쳐 계단 모양 지형이 깊이 4,000m에 이어져 있다.

호상열도(弧狀列島)

해구는 단순한 요지일 뿐만 아니라 반드시 호상열도를 수반한다. 호상열도에는 단호(單弧)와 복호(複弧)가 있는데, 복호의 경우는 외호(해구에 가까운 호)가 비화산열이고 내호가 활화산이다. 단호의 경우는 활화산열이다. 중력의 부이상대(負異常帶)가 해구의 육지 쪽을 따라서 분포하고, 지각열류량은 대양저에서 해구 쪽으로 낮아져서 호상열도의 안쪽에서 급격히 증가한다.

해구에 따르는 지진대는 대양 쪽에서 낮고 대륙 쪽에서 깊으며, 60㎞ 이상의 깊은 진원(震源) 분포는 해구에서 대륙 쪽으로 기울어지는 하나의 면상에 분포한다.

해구의 모양

해구는 3대양에 존재하지만 태평양에 압도적으로 많이 발달해 있다. 해구는 대양의 가장자리를 따라서 위치하며 호상열도 또는 새로 이루어진 해안산맥에 평행한다. 지형은 현저한 비대칭형인데 해구의 바깥쪽에는 전형적인 대양이 펼쳐지고, 안쪽에는 험준한 섬이나 높은 산맥이 존재한다. 육지의 최고지점에서 해구의 최심부까지의 낙차는 최대 17㎞에 이른다.

이와 같은 유형의 해구에는 태평양 주변의 여러 해구, 인도양의 자바 해구, 대서양의 자리브 호상열도에 연해 있는 푸에르토리코 해구, 스코샤 호상열도에 연해 있는 사우스샌드위치 해구가 있다. 똑같이 호상열도에 평행하지만 연해(緣海)에 존재하며 반대방향으로 있는 해구가 있다. 즉 남태평양의 뉴브리튼, 부진빌, 남·북 뉴헤브리디스 해구 등이 그 대표적인 것으로 이들 해구계는 태평양에 대해 반대방향으로 향하고 있는 특이한 해구이다. 여기에는 해구의 대양 쪽에 호상열도와 이것에 수반하는 화산대·지진대가 이어져 있고, 서쪽의 해분은 대양지각을 나타내고 있다.

대양저

대륙붕

육지에 이어지는 평탄한 해저로 전해저의 약 7.6％를 차지한다.

그 평균너비는 약 80㎞, 외연(外緣)의 평균수심은 약 150m이다. 그러나 지역에 따라서 수심은 25~500m로 다양하며 지형의 지역적 변화가 현저하다.

빙기에 빙하로 뒤덮였던 고위도지방에서는 빙하에 의해서 파헤쳐진 깊은 도랑이나 해분이 대륙붕을 가로지르고, 그 말단인 대륙붕 외연에는 미국 동안(東岸)의 조지스뱅크나 그랜드뱅크와 같이 빙하가 운반한 사력에 의해 만들어진 다수의 해퇴(海堆 : 대륙붕 또는 島棚으로부터의 융기부)가 존재한다.

스칸디나비아 반도 앞바다나 남극 주변에서 볼 수 있는 것처럼 후빙기의 융기에 수반한 파쇄대가 해안에 평행한 도랑을 만들고 있는 곳도 있으며, 대륙붕 외연의 수심은 500m에 달한다. 그러나 고위도지방에서도 북극해나 베링 해와 같이 빙하에 덮이지 않았던 지역의 대륙붕은 넓고 이질(泥質)로 되어 있어 평평하며, 외연부에 비정상적으로 깊은 곳은 존재하지 않는다. 퇴적물의 공급이 많은 중위도지방의 대하구 앞바다 등에서는 넓은 대륙붕의 대부분이 홀로세의 이질퇴적물로 덮여 있으며, 그밖의 지역에서도 대륙붕의 안쪽 부분은 현세 퇴적물로 덮여 있는 것이 보통이다.

퇴적물의 공급이 적은 넓은 대륙붕의 표면은 충적해침(沖積海浸) 때 퇴적된 천해성(淺海性)의 모래층으로 덮여 있고, 현재 하구에서 흘러드는 진흙은 대륙붕상의 침수곡(沈水谷)에 퇴적하는 외에는 부유(浮遊)해서 대륙붕을 빠져나가 대륙사면으로 운반되고 있다. 이와 같은 장소에서는 미국 동안에서 볼 수 있는 것처럼 얕은 요지를 가진 낮은 사구가 해안에 평행하게 다수 이어져 있는데, 이것은 충적해침 때 이동한 해안선을 따라서 만들어진 연안주(沿岸洲)로 생각된다.

현재의 대륙붕의 넓은 지역은 대부분이 플라이스토세의 해면저하 때 퇴적된 잔류퇴적물로 뒤덮여 있으며, 홀로세 이후의 퇴적작용에 의한 것은 약간이다.

약 1만 8,000년 전 고위도지방의 대륙빙하의 전진에 수반해서 일어난 최대 해면저하에 즈음해서 이들 대륙붕의 대부분은 육지 위로 나타났다. 대륙빙하가 후퇴하고, 얼음이 녹아서 바다로 되돌아갔기 때문에 현재의 대륙붕 외면에 있던 당시의 저해면은 현재의 바다수준까지 약 100m 상승했다. 이 해면상승에 의해 대륙붕을 가로지른 해안선이 이동하고, 그때 대부분의 지역에서 플라이스토세의 육지상에 정선(汀線)퇴적물이 남았다.

일부의 장소에서는 이 홍적의 지표는 평야퇴적물로 덮여 있었으나, 다른 장소에서는 플라이스토세의 해면상승에 즈음해서 침식된 기반암의 표면이었다. 또 빙하로 뒤덮인 고위도지방에서의 해침퇴적물의 밑은 표력토(漂礫土)이다. 해침에 의해서 생긴 정선퇴적물인 기저사층은 현재의 해면위치에 대응하는 연안사층에 연속적으로 바뀐다. 현재 대부분의 해안선은 충적해침이 거의 종료한 최근 5,000~7,000년에 만들어진 것이다.

대륙붕은 얕기 때문에 햇빛이 투과하고, 파랑·조석 등에 의한 해수의 혼합이 일어나며, 또 하천으로부터 영양염류가 공급되므로 식물 플랑크톤의 번식이 활발해서 좋은 어장을 이루고 있다.

세계의 주요어장은 대륙붕을 중심으로 형성되어 있다. 한편 대륙붕은 육지의 연장으로 육지와 똑같은 광물자원의 채굴이 기대된다. 석유, 천연 가스, 석탄 등의 자원이 대륙붕에서 발견되어 이미 개발되고 있는데, 석유는 전체생산량의 20％를 대륙붕에 기대할 수 있다고 한다. 또 주석·다이아몬드·사금·사철 등의 표사광상(漂砂鑛床)이나 생물성의 퇴적물인 탄산칼슘·규조토 등도 일부 개발되고 있다.

대륙사면

대륙사면은 대륙붕 외연에서 심해저에 이르는 지구상에 있어서의 가장 현저한 사면인데, 그 말단은 완만한 대륙대로 바뀌는 경우와 더욱 경사가 현저한 해구사면으로 바뀌는 경우가 있다.

평균경사는 약 4°, 너비는 20~100㎞로 해저 전체의 약 8.5％를 차지하고 있다. 그러나 장소에 의한 변화가 현저하여 단층해안 앞바다에서는 5~6°, 장년산지 해안에서는 4~6°로 경사가 크고, 삼각주 앞바다에서는 1~3°로 현저하게 작다. 대륙사면은 일반적으로 평평하지만 몇몇 해저단구에 의해 계단 모양으로 되어 있는 경우도 있다.

또 대륙붕 외연에서 발달하는 다수의 해저곡으로 깊게 패어서 대륙사면 하부에는 자주 골짜기의 말단에 펼쳐지는 심해선상지가 발달한다. 대륙사면 중간쯤에는 미국 동안의 브레이크 해대와 같이 비교적 평평한 평탄면을 가진 연변대지가 넓게 발달해 있는 경우가 있다. 한편 남캘리포니아의 대륙연변지역(conti nental borderland)처럼 사이에 깊은 해분이 있는 다수의 섬이나 뱅크로 이루어진 지역도 있다. 일반적으로 대륙사면은 이질(泥質)이지만 일부에서는 소량의 사력이 있다.

이것은 퇴적작용이 대륙사면 상부에 미친 플라이스토세의 해면저하 때의 잔류퇴적물로 생각된다. 보통 경사가 급한 대륙사면에서는 암반이 노출되어 있다. 삼각주 앞바다 등의 대륙사면에는 플라이스토세 퇴적물이 있고, 또 대륙사면 그 자체가 퇴적작용에 의해 만들어진 경우도 있다. 한편, 대륙사면에는 해저의 사태나 저탁류에 의한 퇴적물이 두껍게 퇴적되어 있으며 지진 때 해저전선이 자주 절단되는 것 등으로도 이와 같은 사태가 대륙사면의 형성에 관계된다는 것을 알 수 있다.

해저곡

해저에는 대륙붕 표면에 파인 육붕곡(陸棚谷), 대륙사면에 팬 협곡 모양의 골짜기, 대륙대, 심해평원에 팬 심해수도 등 여러 종류의 골짜기가 있다. 이 가운데 대륙사면에 팬 골짜기는 험준한 곡벽을 가지며, 연속적으로 앞바다 쪽으로 깊어져서 육지상의 골짜기와 유사하므로 해저곡이라고 한다.

해저곡의 지형적 특징은 한결같지는 않으며, 알류샨 열도의 대륙사면에 있는 밑바닥이 넓고 곡벽이 가파른 구조성 도랑, 대삼각주 전면의 사면에 팬 짧고 작은 얕은 도랑 등이 있다. 가장 보편적으로 볼 수 있는 것은 대륙붕 외연에서 대양저까지 뻗어내려서 다수의 지류와 사행육로를 가진 깊고 가파른 지형의 골짜기인데, 이것을 특히 해저협곡이라고 부른다. 이 협곡 모양의 골짜기는 바하마 제도의 북동쪽, 캘리포니아 앞바다, 일본 주변, 스리랑카 섬의 동쪽, 프랑스의 서쪽, 스페인의 북쪽, 포르투갈의 서쪽, 지중해 등에 분포한다.

해저협곡의 종단면은 육지상의 골짜기처럼 앞바다 쪽에서 연속적으로 깊어진다. 해저협곡의 곡벽에는 각 지질시대에 걸친 암석이 노출되어 있는데, 그것들은 화강암·결정편암·석회암·사암·셰일 등을 포함하고 있다. 해안에 가까운 얕은 곡두에서 반복된 관측에 의하면, 곡두부는 급속히 퇴적물로 메워지는 경향이 있으나 안정하지는 않고, 퇴적물은 해저곡의 곡저를 따라서 저탁류에 의해 주기적으로 움직이고 있다는 것도 밝혀졌다.

해저곡을 따라서 유출된 퇴적물은 골짜기의 끝에 거대한 선상지를 형성한다. 해저곡의 흥미 있는 현상은 해저곡이 자주 육지상의 골짜기와 결부해서 존재하는 것이다. 곡두가 육안(陸岸) 가까이에 있을 때는 육지상의 골짜기 바로 가까이에, 때로는 육지상의 골짜기 안에서 나타나기도 한다. 이런 관계로 해저곡은 육지상의 골짜기가 침수한 것이라는 견해도 있었으나, 코르시카 섬 서안의 골짜기를 제외하면 반드시 이와 같은 기원을 가진 것은 아니다. → 해양