지구의 이야기 : 지질학 (1)

지구의 이야기 : 지질학 (1)

안녕하세요? 이번에 다뤄볼 내용은 지질학에 대한 내용입니다. 지질학은 지구의 구조, 구성, 과정, 역사에 관한 과학적 연구입니다. 지구의 과거, 현재, 미래를 이해하기 위해 물리학, 화학, 생물학 등 자연과학 측면을 결합한 다학문 분야이고, 지질학자들은 암석, 광물, 화석, 경관을 조사하고 수십억 년에 걸친 지구 진화 이야기를 밝혀내기 위해 노력합니다.

 

 

I. 지질학에서 중요한 개념

1. 판 구조론

지질학의 기본 개념 중 하나는 판텍트닉스다. 지구 지각과 상부 맨틀의 큰 부분(플레이트)의 움직임과 상호작용을 설명합니다. 이 플레이트들은 그 아래 대기로서 반유체 위에 부유합니다. 판 경계는 지질 활동이 심한 지역으로 지진, 화산 분화, 산맥 형성 등의 과정으로 이어집니다.

1-1. 판 운동

지구의 암석권은 몇 개의 주요 지각판과 작은 지각판으로 나뉩니다. 이 판은 상부 맨틀의 일부인 그 아래의 반유체 연약권에 떠 있습니다. 판은 1년에 몇 센티미터의 속도로 다른 방향으로 이동할 수 있습니다.

1-2. 판 경계

지각판의 가장자리를 판 경계라고 합니다. 판 경계에는 세 가지 주요 유형이 있습니다.

• 발산 경계 : 마그마가 맨틀에서 올라와 간격을 메우면서 판이 서로 멀어지면서 새로운 지각을 생성합니다. 이 과정은 중앙 해령에서 발생하여 새로운 해양 지각이 형성됩니다. 
• 수렴 경계 : 판은 서로를 향해 움직이고, 판이 충돌하면 섭입이라고 하는 과정에서 한 판이 다른 판 아래로 밀려납니다. 이 충돌은 깊은 바다 참호, 화산 호 및 산맥을 만듭니다.
• 경계 변환 : 판이 서로 수평으로 미끄러지듯 움직입니다. 이러한 경계를 따라 이동하면 응력이 축적되고 결국 해제됨에 따라 지진이 발생할 수 있습니다.

1-3. 지질학적 특징

판 구조론은 수백만 년 동안 지구 표면을 형성하는 역할을 합니다. 해저분지, 산맥, 화산, 지진, 리프트밸리 등 다양한 지형을 만들어 냅니다.

1-4. 지진과 화산

지각판의 움직임과 판 경계에서의 상호 작용으로 인해 종종 지진과 화산 활동이 발생합니다. 지진은 판의 이동으로 인해 단층을 따라 응력이 쌓일 때 발생하며, 화산은 마그마가 지표면으로 상승하는 수렴 및 발산 판 경계에서 형성됩니다.

1-5. 대륙 이동

판 구조론은 대륙 이동 현상을 설명합니다. 대륙은 제자리에 고정되어 있지 않습니다. 대신 이동판에 실려 운반됩니다. 지질학적 시간 척도에서 대륙은 서로 떨어져 표류하고 충돌하여 다른 초대륙으로 재구성되었습니다.

2. 암석과 광물

지질학자들은 지구의 역사와 과정을 이해하기 위해 암석과 광물을 연구합니다. 암석은 천연에 존재하는 광물, 특정 화학 조성과 결정 구조를 가진 무기물로 구성되어 있습니다. 다른 유형의 암석(화성암, 퇴적암, 변성암)은 서로 다른 지질학적 과정과 환경에 대한 통찰력을 제공합니다.

2-1. 미네랄

미네랄은 특정 화학 조성과 결정 구조를 가진 자연 발생 무기물질입니다. 마그마의 결정화, 용액의 침전 또는 변성작용과 같은 다양한 지질학적 과정을 통해 형성됩니다.
각 광물은 고유한 원자 배열을 가지고 있어 경도, 색상, 광택, 분열 및 비중과 같은 고유한 물리적 특성을 부여합니다. 예를 들어, 다이아몬드는 결정격자에 배열된 탄소 원자로 구성되어 있어 고유한 경도와 광택을 제공합니다.
수천 개의 알려진 광물이 있지만 몇 가지 일반적인 예로는 석영(규소와 산소로 구성), 장석(알루미늄, 규소 및 산소 포함) 및 방해석(칼슘, 탄소 및 산소로 구성)이 있습니다.

2-2. 암석

암석은 지구 표면에 자연적으로 형성된 광물 또는 광물성(광물과 같은 외관을 가진 비결정성 물질)의 집합체입니다.
암석에는 세 가지 주요 유형이 있습니다.

• 화성암 : 녹은 마그마 또는 용암이 응고되어 형성됩니다. 마그마가 냉각되어 지구 표면 아래에서 결정화되면 관입 화성암(예 : 화강암)이 형성됩니다. 용암이 표면에서 식고 응고되면 분출성 화성암(예 : 현무암)이 생성됩니다.
• 퇴적암 : 시간이 지남에 따라 퇴적물(예 : 모래, 진흙 및 유기물)이 축적, 압축 및 합착되어 형성됩니다. 예를 들면 사암, 셰일 및 석회암이 있습니다. 화석은 종종 퇴적암에서 발견되어 과거의 생명체 형태와 환경을 연구하는 데 유용합니다.
• 변성암 : 고압 및 고온 조건에서 기존 암석(화성암, 퇴적암 또는 기타 변성암)이 변형되어 형성됩니다. 이 과정은 원래 암석의 광물 구성과 질감을 변경합니다. 예를 들면 대리석(석회암)과 편암(혈암)이 있습니다.

암석 주기는 지질학적 시간에 걸쳐 암석이 한 유형에서 다른 유형으로 계속 변하는 것을 나타냅니다. 그것은 용융, 냉각, 풍화, 침식 및 변성 작용과 같은 과정을 포함합니다.

3. 화석과 고생물학

화석은 과거 식물이나 동물, 기타 생물의 보존된 유적입니다. 고생물학은 화석을 연구하는 지질학의 한 분야로 고대 생물 형태와 진화 과정, 과거 환경 조건을 이해합니다.

3-1. 화석

• 화석은 과거에 살았던 식물, 동물 및 기타 유기체의 보존된 잔해 또는 흔적입니다. 그들은 일반적으로 광물화, 탄화 또는 인상과 같은 다양한 수단을 통해 화석화 과정이 일어나는 퇴적암에서 발견됩니다.
• 화석에는 특정 조건에서 예외적으로 보존된 뼈, 치아, 껍질, 각인, 흔적 및 연조직이 포함될 수 있습니다. 그들은 수백만 년 전에 지구에 살았던 생명체에 대한 유형의 증거를 제공합니다.
• 화석 연구는 과거 생명체의 다양성, 해부학적 특징, 행동 및 생태학적 역할을 이해하는 데 중요합니다. 화석은 또한 고대 환경, 기후 패턴, 서로 다른 종 간의 상호 작용을 재구성하는 데 도움이 됩니다.

3-2. 고생물학

• 고생물학은 화석과 지구 생명의 역사에 대한 과학적 연구입니다. 고생물학자는 이 분야를 전문으로 하고 다양한 기술을 사용하여 화석을 발굴, 식별 및 분석하는 과학자입니다.
• 고생물학자는 화석을 조사하여 서로 다른 유기체 간의 진화 관계를 추론하고 지질학적 시간을 통한 생명의 진행 과정을 도표로 작성하며 새로운 종의 기원에 대한 가설을 제시할 수 있습니다.
• 고생물학은 암석층에 포함된 화석을 기반으로 암석층의 상대적 연대를 결정하는 층서학에서도 중요한 역할을 합니다. 이 정보는 지질학적 시간 척도를 구성하고 지구 역사상 사건의 순서를 이해하는 데 필수적입니다.
• 또한 고생물학자는 대량 멸종과 생물 다양성에 미치는 영향을 연구하여 생태계의 취약성과 현대 환경 변화의 잠재적 결과에 대한 귀중한 교훈을 제공합니다.

4. 지질학적 시간 척도

지질학적 시간 척도는 지구의 역사를 연대순으로 나타낸 것으로 연대, 시대, 시대, 시대로 나눌 수 있습니다. 지질학자가 지질학적 사건이 발생한 방대한 시간을 정리하고 이해하는 데 도움이 됩니다.

4-1. 시간 구분

지질학적 시간 척도는 다음과 같이 가장 큰 단위에서 가장 작은 단위까지 여러 계층적 단위로 나뉩니다.

• 누대(eon) : 시간의 가장 큰 단위로 각각 수십억 년에 걸쳐 있습니다.
• 대(era) : 수억 년 동안 지속되는 영겁의 세분.
• 기(period) : 수천만 년을 포함하는 시대의 세분.
• 세(epoch) : 수백만 년에서 수천만 년에 이르는 기간의 세분.

4-2. 경계

이 시간 단위 사이의 구분은 종종 대량 멸종, 화석 기록의 변화 또는 지구 기후나 지각 구조의 주요 변화와 같은 중요한 지질학적 및 생물학적 사건으로 표시됩니다.

4-3. 연대 측정 방법

지질학자들은 암석과 화석의 연대를 결정하기 위해 방사성 연대 측정을 포함한 다양한 연대 측정 기술을 사용하여 지질 연대를 설정하기 위한 기초를 제공합니다.

4-4. 명명 규칙

지질학적 시간 척도의 각 간격에는 이름이 지정되며, 종종 해당 기간과 관련된 현저한 지질학적 위치나 특징적인 화석 또는 암석 유형에서 파생됩니다.

4-5. 시간에 따른 변화

새로운 증거와 발견이 밝혀짐에 따라 수년에 걸쳐 지질학적 시간 척도가 진화하고 다듬어졌습니다. 지속적인 연구를 통해 지구의 역사에 대한 이해가 향상됨에 따라 계속 업데이트됩니다.

4-6. 주요 누대, 대, 기

현재 지질학적 시간 척도는 다음과 같은 주요 구분을 포함합니다.

• 누대 : 현생대, 원생대, 시생대, 태고대
• 현생대 내의 시대: 신생대, 중생대, 고생대.
• 신생대 내의 기간: 제4기(홀로세 및 홍적세), 제3기(플라이오세, 마이오세, 올리고세, 에오세, 팔레오세).
• 중생대 내 기간: 백악기, 쥐라기, 트라이아스기.
• 고생대 기간: 페름기, 석탄기(미시시피기 및 펜실베이니아기), 데본기, 실루리아기, 오르도비스기, 캄브리아기.

5. 퇴적학

지질학의 이 부문은 퇴적암 연구와 퇴적물의 수송, 퇴적 및 석화에 관한 과정을 다루고 있습니다. 퇴적암은 고대 환경, 기후 및 지각 변동에 대한 귀중한 정보를 제공합니다.

6. 지형학

지형학은 지구의 표면 지형과 그것들을 형성하는 과정(침식, 풍화, 빙하 작용, 구조 활동 등)에 대한 연구입니다.
구조지질학: 구조지질학자들은 암석의 변형과 단층, 주름, 관절 등 지질구조를 만드는 과정을 분석합니다. 이 필드는 지각을 형성하는 구조적인 힘을 이해하는 데 도움이 됩니다.

6-1. 퇴적물

퇴적물은 다양한 자연적 과정을 통해 지구 표면에 축적되는 느슨한 입자 및 물질입니다. 여기에는 기존 암석의 풍화 및 침식으로 인한 암석 파편, 광물 알갱이, 유기물, 껍질 및 기타 파편이 포함될 수 있습니다.

6-2. 퇴적암

퇴적물이 다져지고 굳어지면 퇴적암을 형성합니다. 퇴적암의 예로는 사암, 셰일, 석회암 및 역암이 있습니다.

6-3. 형성 과정

퇴적물은 암석의 풍화, 화산재, 생물학적 잔해 또는 화학적 침전과 같은 다양한 출처에서 파생될 수 있습니다. 퇴적물의 이동은 바람, 물(강, 바다), 얼음 또는 중력을 통해 발생할 수 있습니다.

6-4. 퇴적 환경

퇴적 학자들은 강바닥, 해변, 호수, 사막, 심해 유역 및 빙하 환경과 같은 퇴적물이 퇴적되는 환경을 연구합니다. 서로 다른 환경은 뚜렷한 퇴적물 유형과 구조의 축적으로 이어집니다.

6-5. 층서학

퇴적학은 층상 암석층(지층)을 연구하는 층서학에서 중요한 역할을 합니다. 퇴적물 순서를 분석함으로써 지질학자들은 과거의 지질학적 사건과 환경뿐만 아니라 발생한 순서도 재구성할 수 있습니다.

6-6. 고환경 재구성

퇴적학은 잔물결, 사층, 화석과 같은 퇴적 특징을 해석하여 고대 환경, 기후 및 생태계를 재건하는 데 도움을 줍니다.

6-7. 경제적 중요성

퇴적암에는 종종 석유, 천연가스, 석탄 및 지하수 저장고와 같은 귀중한 천연자원이 있습니다. 퇴적학을 공부하면 효율적이고 지속 가능한 방식으로 이러한 자원을 찾고 활용하는 데 도움이 됩니다.

7. 수문학

수문학 지질학은 지하수 연구에 초점을 맞추고 있습니다 - 그 발생, 이동, 주변 암석 및 토양과의 상호작용입니다. 이것은 수자원을 관리하고 인간의 활동이 지하수에 미치는 영향을 이해하는 데 중요합니다.

7-1. 수문 순환

물 순환이라고도 하는 수문 순환은 지구 표면 위와 아래에서 물의 지속적인 움직임을 설명합니다. 그것은 식물에 의한 증발, 응축, 강수, 유출, 침투 및 증산과 같은 과정을 포함합니다.

7-2.  지표수

수문학자는 강, 하천, 호수, 저수지, 습지와 같은 지표 수역을 연구하여 흐름 패턴, 유체 역학 및 주변 환경과의 상호 작용을 이해합니다.

7-3. 지하수

수문학은 다공성 암석과 토양에 지구 표면 아래에 저장된 물인 지하수에 대한 연구도 포함합니다. 지하수의 흐름을 이해하는 것은 수자원을 관리하고 생태계를 유지하는 데 필수적입니다.

7-4. 강우량 및 강수량

수문학자는 강우량 및 기타 형태의 강수량을 분석하여 물 가용성, 잠재적인 홍수 위험 및 기후 패턴을 평가합니다.

7-5. 수질

수문학은 수질에 대한 연구, 오염 물질, 오염 물질 및 인간 활동이 수역에 미치는 영향과 관련된 문제를 다루는 것을 포함합니다.

7-6. 홍수 및 가뭄

수문학자는 홍수 및 가뭄 발생을 조사하고 사회 및 환경에 미치는 영향을 줄이기 위해 이러한 극단적인 현상을 예측 및 관리합니다.

7-7. 수자원 관리

수문학은 지속 가능한 수자원 관리에 매우 중요합니다. 물 공급 시스템, 관개, 수력 발전 및 환경 보존 노력을 계획하는 데 도움이 됩니다

7-8. 환경적 영향

수문학은 도시화 및 삼림 벌채와 같은 인간 활동이 자연 물 순환과 생태계에 어떤 영향을 미치는지 이해하는 역할을 합니다.

8. 화산학

화산학에는 화산과 화산 과정에 대한 연구가 포함됩니다. 그것은 화산의 위험성을 평가하고 지구 내부를 이해하는 데 도움이 됩니다.

8-1. 화산 형성

화산학자는 화산의 형성과 화산 발달에 기여하는 요인을 연구합니다. 화산은 일반적으로 지각의 균열과 약점을 통해 지구 맨틀의 마그마가 표면으로 올라오는 지각판 경계에서 형성됩니다.

8-2. 화산의 유형

화산학은 화산을 모양, 분출 스타일 및 구성에 따라 분류합니다. 일반적인 유형에는 성층화산(복합 화산), 방패 화산, 콘크리트 원뿔형 화산 및 칼데라가 포함됩니다.

8-3. 마그마와 분출

화산학자는 마그마의 특성, 표면으로의 상승, 화산 분출의 스타일과 강도에 영향을 미치는 요인을 조사합니다. 여기에는 화산 가스, 용암 흐름, 화쇄류 및 화산재에 대한 연구가 포함됩니다.

8-4. 화산 위험

화산 위험을 이해하는 것은 화산학의 중요한 측면입니다. 화산학자는 위험 완화 및 위험 평가에 도움이 되도록 용암 흐름, 화쇄류, 화산재 낙하, 라하르(진흙 흐름) 및 화산 가스와 같은 분출과 관련된 잠재적 위험을 평가합니다.

8-5. 모니터링 및 예측

화산학자는 지진계, GPS, 가스 분석기 및 위성 데이터와 같은 다양한 도구와 도구를 사용하여 화산 활동을 모니터링합니다. 화산 활동의 변화를 모니터링함으로써 화산 폭발 가능성을 예측하고 경고를 발령하여 인근 지역 사회를 보호할 수 있습니다.

8-6. 화산이 기후에 미치는 영향

대규모 화산 폭발은 대량의 화산재와 가스를 대기 중으로 주입하여 지구 기후 패턴에 영향을 미칠 수 있습니다. 화산학자들은 화산 폭발이 기후에 미치는 영향과 단기 냉각 현상에서의 역할을 연구합니다.

8-7. 화산 지질학

화산학은 용암 흐름, 화산 돔, 화산 분화구, 칼데라 및 화산암과 같은 화산 활동과 관련된 지질학적 특징에 대한 연구를 포함합니다.

8-8. 화산 지형

화산학자는 화산 활동의 더 넓은 지질학적 맥락을 이해하기 위해 화산섬, 화산 고원, 화산호와 같은 다른 화산 지형도 조사합니다.

9. 광물학과 암석학

광물학은 광물과 그 성질, 동정을 연구하는 학문이고 암석학은 암석의 기원, 조성, 분류에 관한 학문입니다.

9-1. 광물학

광물학은 특정 화학 조성과 결정 구조를 가진 자연적으로 발생하는 무기 물질인 광물에 대한 과학적 연구입니다. 광물학자는 광물의 물리적 및 화학적 특성뿐만 아니라 광물의 형성 과정, 자연에서의 발생 및 식별 방법을 조사합니다.

• 광물 식별: 광물학자는 광학 현미경, X선 회절, 전자 현미경 및 분광법과 같은 다양한 기술을 사용하여 고유한 결정 구조 및 화학 조성을 기반으로 광물을 식별하고 특성화합니다.
• 결정학: 광물학은 광물 결정 내 원자의 내부 배열과 이러한 배열이 광물의 물리적 특성에 어떻게 기여하는지를 탐구하는 결정학 연구를 포함합니다.
• 광물 형성: 광물학자는 마그마의 결정화, 용액의 침전, 변성 작용 및 광물 형성에서 생물학적 활동의 역할을 포함하여 광물이 형성되는 과정을 연구합니다.
• 발생 및 분포: 다양한 지질학적 환경에서 광물의 발생 및 분포를 이해하는 것은 자원 탐사 및 경제적 지질학에 필수적입니다.

9-2. 암석학

암석학은 암석과 그 기원에 대한 과학적 연구입니다. 여기에는 암석의 광물학적 구성, 질감 및 형성을 이끈 지질학적 과정을 고려하여 암석의 형성, 분류 및 진화를 조사하는 것이 포함됩니다.

• 암석 분류: 암석 학자들은 암석을 화성암, 퇴적암, 변성암의 세 가지 주요 유형으로 분류합니다. 화성암은 마그마나 용암이 응고하여 형성되고, 퇴적암은 퇴적물이 쌓여 생성되며, 변성암은 기존 암석이 높은 압력과 온도에 의해 변질되어 생성됩니다.
• 화성암석학: 화성암에 대한 연구는 광물 구성, 질감, 냉각 이력 및 화학 조성을 기반으로 한 분류를 이해하는 것과 관련됩니다.
• 퇴적암석학: 암석학자는 퇴적암을 조사하여 퇴적암, 암석화 과정 및 이러한 암석이 형성된 환경 조건을 이해합니다.
• 변성암석학: 변성암석학은 변성 과정에서 높은 압력과 온도에 노출된 암석에서 발생하는 광물학 및 질감의 변화를 탐구합니다.
• 암석의 진화와 지각 구조: 암석 학자들은 지질학적 역사를 재구성하고 시간이 지남에 따라 지구의 지각을 형성한 지각 과정을 해석하기 위해 암석 연구를 사용합니다.