KIGAM 한국지질자원연구원

 
국내 과학자, 티베트 고원 지각-맨틀 경계의 구조 변형 발견
 -지질자원硏 신영홍 박사, 대륙 충돌로 인한 모호면 습곡 3차원 구조 최초 확인
 -네팔, 쓰촨 대지진 등 유라시아 지각활동 규명 위한 기초자료 제공

□ 한국지질자원연구원(원장 김규한, KIGAM) 광물자원연구본부 탐사개발연구실 신영홍 박사(선임연구원) 연구팀이 티베트 고원 지각 하부의 모호면*이 대륙 충돌의 영향을 받아 변형된 구조를 가지고 있음을 밝혔다.

  * 모호면: 지각과 맨틀의 경계면. 유고슬라비아의 지진학자인 모호로비치치가 지진파를 이용해 발견해 ‘모호로비치치 불연속면’이라고 하며, 줄여서 모호면이라 부른다.

 

□ 연구팀은 대륙 충돌에 의해 지표면에 히말라야 산맥과 같은 습곡 지형이 형성되는 것과 마찬가지로 지각과 맨틀의 경계인 모호면에도 대륙 충돌에 의한 습곡이 존재한다는 것을 3차원 구조 모델로 밝혀냈다.

 

 ○ 지금까지 지각 하부의 모호면에 대해서는 ‘지각평형설*’에 근거해 고도가 높을수록 모호면도 깊이 위치한다는 정도가 알려졌으나, 이와는 별도로 모호면 습곡의 구조는 밝혀지지 않았다.

  * 지각평형설(isostasy): 맨틀에 떠 있는 지각이 바다에 떠 있는 빙하와 같이 수직적으로 평형한 상태를 이룬다는 이론. 빙하는 물 위에 보이는 부분이 클수록 잠겨있는 부분도 큰데, 지각도 마찬가지로 고도가 높을수록 아래쪽으로도 깊고 두꺼운 구조를 갖고 있음.

 

□ 연구팀은 티베트 고원 지각 하부에서 동서 방향으로 나란히 길게 뻗은 세 개의 거대한 모호면 습곡 산맥의 존재를 발견했다.

 

 ○ 이 모호면 습곡은 유라시아판과 인도판의 충돌에 의해 형성된 것이다. 모호면 습곡의 진폭은 최대 9 km에 이르는 것으로 밝혀져 지표면에 형성된 히말라야 산맥보다 훨씬 큰 변형을 받았음을 알 수 있다.

 ○ 또한, 전체적으로 동서 방향의 습곡 구조가 발달한 가운데, 고원의 동쪽 경계로 가면서 남북 방향의 습곡 구조가 뚜렷해짐을 밝혀냈다. 이 모호면 습곡은 티베트 고원의 지각과 쓰촨 분지를 포함하는 동쪽 지각의 충돌에 영향을 받아 형성된 것으로 보인다.

 

□ 신 박사는 이번 연구를 위해 2006년부터 티베트 고원에 대한 다양한 인공위성 중력 관측 자료*를 분석해 왔다. 연구팀은 먼저 △위성을 통해 수집한 중력 자료들을 분석해 티베트 고원의 지하구조를 계산했다. 그리고 △해당 지역의 중력과 지형 데이터를 분석해 지각평형에 의한 모호면 구조를 계산한 후, △앞서 계산한 지하구조 데이터에서 이를 분리해냄으로써 모호면의 습곡 구조를 알아냈다.

  * 일반적으로 지구의 중력은 지표나 지하에 있는 물질의 종류나 양에 따라 달라진다. 지구 궤도를 돌고 있는 위성은 통과하는 지점의 중력에 따라 속도에 미세한 변화가 나타나는데, 이를 측정해 특정 지점의 중력을 계산할 수 있다.

 

 ○ 연구에 사용된 핵심 자료는 최첨단 지구 중력 관측 위성인 미국 항공우주국(NASA)의 그레이스 (GRACE: the Gravity Recovery and Climate Experiment) 위성과 유럽 우주국(ESA)의 고체 (GOCE: the Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer) 위성에 의한 중력 관측 자료이다.

 ○ 또한, 연구팀은 위성 항법 시스템(GPS)을 통해 측정한 지각의 운동 방향, 그리고 암석권의 탄성을 고려할 때 예상되는 습곡의 파장을 비교하여 모호면 습곡의 방향과 파장을 모두 검증함으로써 연구의 신뢰성을 높였다.

 

□ 이번 연구결과는 네이처 출판그룹에서 발행하는 세계적인 과학전문지 ‘사이언티픽 리포츠(Scientific Reports)’ 온라인 판에 6월 26일(영국 시간) 게재됐다. 연구에는 한국지질자원연구원 신영홍 박사(제1저자)와 박영수 박사, 임무택 박사, 미국 오하이오 주립대학교 셤(C.K. Shum) 교수, 이탈리아 트리에스테 대학교 브라이텐버그(C. Braitenberg) 교수, 서울대학교 이상묵 교수, 과학기술연합대학원대학교 나성호 박사, 부산대학교 최광선 교수, 중국과학원 쉬(H. Xu) 교수 등이 참여했다.

 

 ○ 논문명: Moho topography, ranges and folds of Tibet by analysis of global gravity models and GOCE data

 

□ 티베트 고원은 유라시아 대륙과 인도-오세아니아 대륙의 충돌에 의해 형성된 넓고 높은 고원이다.

 

 ○ 남북으로 1,000km, 동서로 2,500km에 달하며, 평균높이는 4,500m가 넘고, 모호면까지의 깊이가 지구에서 가장 깊은 지역이다.

 ○ 티베트 고원은 지구상에서 가장 뜨거운 지구과학적 이슈를 안고 있는 곳이기도 하다. 특히 쓰촨 대지진과 네팔 대지진의 주요 원인으로 지목된 유라시아판과 인도판 등 대형 지각판들이 활발히 움직이는 티베트 고원과 주변지역의 지각 구조를 규명하는 것은 지진 등 지질재해에 대한 이해에 있어 매우 중요하다.

 

□ 한국지질자원연구원 신영홍 박사는 “티베트 고원 하부의 모호면이 임의의 불규칙한 구조가 아니라 대륙 충돌 과정에서 예상할 수 있는 규칙적인 방향성과 파장의 형태를 가지고 있다는 것을 보여준 것”이라며, “앞으로 티베트 지각 상부 구조와 지표의 수직 운동에까지 연구를 확대하고 발전시킬 예정이다”라고 말했다.