과학자들이 오랫동안 지속되어 온 대륙 고도의 미스터리를 풀다

이번 연구는 대륙이 분열하면 깊은 땅파가 발생해 절벽이나 고원 같은 지형적 특징이 생긴다는 점을 시사한다.

사우샘프턴 대학교(University of Southampton)가 이끄는 과학자 팀은 판구조론에서 가장 난감한 질문 중 하나인 대륙의 “안정된” 부분이 어떻게 그리고 왜 점차 상승하여 행성의 가장 큰 지형적 특징 중 일부를 형성하는지에 대한 답을 제시했습니다.

최근에 발표된 연구에서 자연연구자들은 수억 년에 걸쳐 지형의 진화에 대한 지구 구조적 힘의 영향을 조사했습니다. 그들은 지각판이 분리될 때 지구 깊은 곳에서 강력한 파도가 방출되어 대륙 표면이 1km 이상 상승할 수 있다는 것을 발견했습니다.

경사면과 고원의 퍼즐

이러한 발견은 지구상에서 가장 드라마틱한 지형, 즉 기후와 인근 지역에 심각한 영향을 미치는 “절벽”과 “고원”이라고 불리는 광대한 지형적 특징을 형성하고 묶는 역동적인 힘에 대한 오랜 수수께끼를 해결하는 데 도움이 됩니다.

“과학자들은 대륙이 갈라지고 결국 갈라질 때 남아프리카 주변의 고전적인 예와 같이 거대절벽이라고 불리는 가파른 지형적 특징이 형성될 것이라고 오랫동안 의심해 왔습니다. 그러나 대륙의 내부가 융기하는 이유에 대한 설명은 “와는 거리가 멀습니다. 이 우뚝 솟은 절벽의 형성과 관련된 이 과정을 우리는 전혀 몰랐습니다.”라고 사우샘프턴 대학 지구과학 교수이자 수석 저자인 Tom Gernon이 말했습니다.

크래톤(craton)이라고 불리는 대륙의 안정적인 부분의 수직 이동은 판 구조론에서 가장 잘 이해되지 않은 측면 중 하나로 남아 있습니다.

Thea Hincks 박사, Derek Kerr 박사, Alice Cunningham을 포함한 사우샘프턴 대학의 팀은 GFZ 독일 지구과학 연구 센터인 헬름홀츠 센터 포츠담의 동료들과 협력했습니다. 버밍엄대학교 이 기본적인 질문을 해결하기 위해.

그들의 발견은 이전에 “안정적”이라고 생각되었던 대륙의 일부가 왜 상당한 융기와 침식을 겪는지, 그리고 그러한 과정이 어떻게 수백 또는 수천 킬로미터 내륙으로 이동하여 중앙 고원과 같은 고원으로 알려진 광대한 고지대를 형성하는지 설명하는 데 도움이 됩니다. 남부 아프리카에서.

대륙 융기와 침식의 모델링

다이아몬드 폭발과 대륙 붕괴를 연결한 연구를 바탕으로, 작년에 출판됨 자연연구팀은 고급 컴퓨터 모델과 통계 방법을 사용하여 시간이 지남에 따라 대륙판이 부서질 때 지구 표면이 어떻게 반응하는지 연구했습니다.

그들은 대륙이 분열할 때 대륙 지각의 팽창이 지구 맨틀(지각과 핵 사이의 거대한 층)에 운동학적 움직임을 일으킨다는 것을 발견했습니다.

GFZ 포츠담의 지구역학 모델링학과를 이끄는 Sascha Brun 교수는 “이 과정은 대륙을 향해 이동하여 대륙의 깊은 기초를 뒤흔드는 전면적인 움직임에 비유될 수 있습니다.”라고 말했습니다.

포츠담에서 일하고 있는 Brun 교수와 Anne Glerum 박사는 이 과정이 어떻게 진화했는지 조사하기 위해 시뮬레이션을 실행했습니다. 팀은 흥미로운 패턴을 발견했습니다. 시뮬레이션에서 대륙 아래로 움직이는 맨틀 “파도”의 속도는 고대 초대륙 곤드와나(Gondwana)가 붕괴된 후 남부 아프리카 지형을 휩쓸었던 주요 침식 사건의 속도와 거의 일치합니다.

과학자들은 오늘날 동아프리카의 열곡 가장자리에서 볼 수 있는 가파른 벽과 마찬가지로 고대 열곡의 가장자리에 거대한 절벽이 생겼다는 증거를 수집했습니다. 동시에, 균열 사건은 또한 백만년당 15~20km의 속도로 대륙의 기저부를 따라 이동하는 ‘깊은 맨틀 파동’을 촉발시켰습니다.

그들은 이 파도가 대류로 인해 대륙의 뿌리에서 암석층을 제거하는 데 작용한다고 믿습니다.

Brun 교수는 “공기 풍선이 더 높이 올라가기 위해 무게를 잃듯이, 대륙 물질의 손실로 인해 대륙이 상승하게 되는데, 이러한 과정을 등각도라고 부릅니다.”라고 Brun 교수는 말했습니다.

이를 바탕으로 팀은 맨틀로 인한 융기에 지형이 어떻게 반응할지 모델링했습니다. 그들은 이동하는 맨틀의 불안정성이 수천만 년 동안 지속되고 비슷한 속도로 대륙을 가로질러 움직이는 표면 침식의 물결로 이어진다는 것을 발견했습니다. 이 강렬한 침식은 암석에서 막대한 무게를 제거하여 지구 표면을 더욱 상승시켜 높은 고원을 만듭니다.

“우리의 지형 진화 모델은 일련의 단층 관련 사건이 어떻게 수천 미터의 암석층이 침식되어 발생하더라도 급경사면과 안정된 평평한 고원으로 이어질 수 있음을 보여줍니다.

연구팀의 연구는 융기가 더 흔히 발생하는 대륙 가장자리에서 멀리 떨어진 대륙의 수수께끼 같은 수직 이동에 대한 새로운 설명을 제공합니다.

버밍엄 대학교 지구 시스템 부교수인 스티브 존스(Steve Jones) 박사는 다음과 같이 덧붙였습니다. “여기서 우리가 갖고 있는 것은 균열이 특정 조건 하에서 상부 맨틀에 오래 지속되는 대류 세포를 직접 생성할 수 있다는 설득력 있는 주장입니다. 유도된 대류 시스템은 “지구 표면 지형, 침식, 퇴적 및 천연 자원 분포에 중대한 영향을 미칩니다.”

결론 및 향후 방향

연구팀은 다이아몬드가 지구 깊은 곳에서 빠르게 솟아오르도록 촉발하는 동일한 일련의 맨틀 교란이 근본적으로 대륙 풍경을 형성하여 지역 기후와 생물 다양성에서 인간 정착 패턴에 이르기까지 다양한 요인에 영향을 미친다고 결론지었습니다.

Greater Houston Community Foundation이 관리하는 WoodNext 재단으로부터 지구 냉각 연구를 위한 주요 자선 보조금을 받은 Gernon 교수는 대륙 분열이 지구의 깊은 층을 교란시킬 뿐만 아니라 지구 전체에 영향을 미치는 영향을 미친다고 설명했습니다. 이전에는 그렇지 않다고 생각되었던 대륙의 표면은 안정적입니다.

Gernon 교수는 “대륙 핵의 불안정화는 고대 기후에도 영향을 미쳤음에 틀림없다”고 결론지었습니다.

참조: Thomas M.의 “대륙 분리 동안 대륙의 가장자리와 내부의 공진화” 거논, 티아 K. Hincks, 사샤 브론, 제인 브라운, 스티븐 M. Jones, Derek Kerr, Alice Cunningham 및 Annie Glerum, 2024년 8월 7일, 자연.
도이: 10.1038/s41586-024-07717-1