지구의 형성과 기원

지구의 형성과 기원

우리 태양계에서 독특하고 신비로운 행성, 지구가 어떻게 생겨났는지 궁금한 적이 있습니까? 약 46억 년 전, 일련의 놀라운 우주적 사건이 지구의 형성을 위한 서막의 무대가 되었습니다. 이 글에서는 지구의 형성과 그 과정에서 발생하는 현상들과 생명이 번성할 수 있는 길을 닦은 주요 과정에 대해 이야기를 해 보려고 합니다.

 

1. 태양계의 형성

지구의 형성 이야기는 약 46년 전 태양계의 탄생과 함께 시작됩니다.

1-1. 태양 성운:

태양 성운으로 알려진 거대한 성간 먼지와 가스 구름이 자체 중력에 의해 붕괴되기 시작하였습니다. 이 현상은 근처의

초신성에서 발생한 충격파에 의해 촉발되었을 가능성 높으며, 이로 인해 성운이 압축되고 형성 과정이 시작되었습니다

1-2. 원시행성 원반:

태양 성운이 수축하면서 평평해지고 회전하기 시작하여 원시행성 원반을 형성했습니다. 먼지와 가스로 구성된 이 디스크는 태양과 행성의 구성 요소가 되었습니다..

1-3. 태양의 형성: 

원형 행성 원반의 중심에서 질량 축적으로 인해 압력과 온도가 증가했으며 결국  핵융합을 발화시킬 만큼 충분히 뜨겁고

밀도가 높아져 태양을 탄생시켰습니다.

1-4. 미행성의 형성:

원시행성 원반의 더 차가운 지역에서 먼지 입자가 서로 달라붙기 시작하여 점차 더 큰 덩어리를 형성하였고 시간이 지남에 따라 이러한 덩어리는 행성이라고 불리는 킬로미터 크기의 물체로 성장했습니다. 이 미행성체들 사이의 충돌과 중력적

상호 작용은 결국 원형 행성의 형성으로 이어졌습니다.

1-5. 행성의 형성:

원형 행성은 계속 성장하여 더 많은 미행성체를 끌어들이고 그 궤도에서 잔해물들을 제거해 가며 약 1억 년 동안 원형 행성은 지구를 포함한 우리 태양계의 행성으로 형성되었습니다.

 

2. 지구 형성의 초기 모습

지구 형성의 초기 단계에서 몇 가지 주요 과정과 사건이 발생했습니다.

2-1. 강착:

강착이란 원시 행성계 원반이나 거대 가스 행성의 원시 행성체 속에 들어있는, 차갑고 미세한 먼지와 얼음 입자들이 정전기적으로 충돌·결합하는 것을 말하며 원시행성 원반에서 고체 물질이 점진적으로 축적되는 강착 과정을 통해 지구가 형성되었으며 미행성체 사이의 충돌은 열을 발생시켰고, 이로 인해 초기의 지구는 뜨겁고 녹은 암석과 금속 덩어리가 되었습니다.

 

2-2. 차별화: 

초기의 지구가 식으면서 더 무거운 원소(예: 철 및 니켈)는 중심으로 가라앉았고 더 가벼운 물질(실리콘, 산소 및 기타 원소)은 표면 쪽으로 떴습니다. 분화로 알려진 이 과정은 지구 내에서 고체 내핵, 액체 외핵, 반고체 맨틀 및 얇고 단단한 지각과 같은 별개의 층을 형성하게 했습니다.

 

2-3. 후기 대 폭격(Late Heavy Bombardment):

41억~38억 년 전에 일어났으리라 여겨지는 가설 상의 사건으로 이 기간 동안 비정상적으로 많은 소행성이 내 태양계의 지구형 행성과 충돌했으리라 추정되고 있으며 "후기"란 태양계 형성(45억 년 전) 과정에서 행성이 처음 탄생했던 충돌사건들을 "전기"라 부르는 것에 대한 구분입니다..

 

2-4. 달의 형성:

달은 초기 지구와 테이아라는 화성 크기의 물체 사이의 대규모 충돌의 결과로 형성된 것으로 추정되는 단일 거대충돌(single giant impact) 설과 원시지구와 작은 천체들이 여러 차례 충돌하는 과정에서 만들어졌다는 다중 소충돌(multiple smaller moonlet-forming impacts) 가설이 존재하고 있습니다.

현재는 단일 거대 충돌설에 무게가 실려 있지만 두 이론 모두 더 확고한 증거를 찾아야 할 것으로 보입니다.

 

2-5. 물의 출현: 

지구의 물의 기원은 여전히 ​​과학적 논쟁의 주제입니다. 일부 연구자들은 물이 Late Heavy Bombardment 동안 혜성과 소행성에 의해 전달되었다고 믿는 반면, 다른 연구자들은 물이 화산 가스 분출을 통해 지구 내부에서 방출되었다고 반박하기도 합니다.

 

3. 명왕누대 (Hadean Eon)

명왕누대는 우리 행성이 우주 충돌과 강렬한 열의 소용돌이 속에서 형태를 갖추던 때인 지구 역사의 가장 초기 장을

나타냅니다.

 

3-1. 기간 및 명명:

명왕누대는 약 46억 년 전 지구의 형성부터 약 4040억 년 전 Archean Eon이 시작될 때까지입니다. "Hadean"이라는 이름은 고대 그리스 지하 세계의 신인 Hades에서 파생되었으며, 이 시기의 지구는 불 구덩이  같은 조건이었을 것으로 판단됩니다. 명왕누대는 국제층서학회가  2016년에 이 상태를 '비공식적'이라 설명한 바 있습니다

3-2. 형성 및 특성:

명왕누대 동안 지구는 뜨겁고  피폐한 행성으로 진화하면서 상당한 변화를 겪었는데 주요 특징은 다음과 같습니다.

 고온:

명왕누대 동안의 지구 표면은 온도가 2000°C(3632°F)까지 올라갈 정도로 극도로 뜨거웠습니다. 이 강렬한 열은 지구의 형성과 방사성 동위원소의 붕괴로 인한 잔류 에너지와 수많은 충격으로 인한 열의 결과로 추정됩니다.

마그마 바다: 

원시지구에 화성 크기인 테이아가 충돌하면서 지구의 행성 내부를 녹일 수 있을 만큼의 충분한 에너지를 만들었을 것으로 여겨지며 이때 마그마 바다가 형성되었을 것으로 추정됩니다. 지구 내부의 화학작용을 일으키는 이 마그마 바다의 점진적인 냉각과 결정화로 지구는 구조를 형성하고 원시 대기를 형성했습니다.

빈번한 충돌: 

지구는 Hadean Eon 동안  소행성과 크고 작은 충돌 현상을 겪었는데 기간은 지구에 물과 기타 휘발성 요소가 생성하는 계기가 되었으며, 테이아로 알려진 화성 크기의 물체와 대규모 충돌 후 달이 생성되는데 영향을 미치기도 했습니다.

최초의 해양: 

지구 표면이 냉각되고 응고됨에 따라 화산 가스 방출을 통해 방출되고 혜성과 소행성 충돌에 의해 전달된 물이 축적되기

시작하여  최초의 해양을 형성했습니다. 이 바다는 약 100°C(212°F)의 온도에 도달할 정도로 산성이고 뜨거웠을 것으로 

추정됩니다.

 

생명의 출현:

Hadean Eon은 대체로 가혹하고 열악한 조건으로 특징지어졌지만, 이 기간이 끝날 무렵에 생명이 출현하기 시작했을

가능성이 있습니다. 지구상의 생명체에 대한 가장 초기의 증거는 약 3535억 년 전인 시생대 시대로 거슬러 올라갑니다.

 

4. 지구 맨틀의 형성

4-1. 핵과 지각

사이에 있는 지구의 맨틀은 지질학적 시간척도에 걸쳐 점성이 높은 유체로 작용하는 주로 단단한 암석으로

구성된 두꺼운 층입니다. 맨틀의 형성은 지구 발달의 초기 단계로 다음과 같습니다.

 

4-2. 분화:

뜨거웠던 지구가 식기 시작하면서 철과 니켈과 같은 더 무거운 원소들이 중력으로 인해 핵 쪽으로 가라앉았습니다. 대조적으로 산소, 규소, 마그네슘 및 기타 미량 원소를 포함한 더 가벼운 원소는 표면을 향해 상승했습니다. 분화로 알려진 이

과정은 맨틀을 포함하여 지구 내에서 뚜렷한 층의 형성으로 이어졌습니다.

 

4-3. 구성: 

맨틀은 주로 감람석과 휘석 광물로 구성된 감람석이라는 암석으로 주로 구성되어 있습니다. 이 광물은 맨틀 구성의 대부분을 구성하는 마그네슘, 규소 및 산소와 같은 원소가 풍부합니다.

 

 4-4. 열 발생 및 맨틀 대류

지구의 맨틀은 고정된 층이 아닙니다. 지구 내부에서 발생하는 열로 인해 끊임없이 움직입니다. 이 열은 맨틀 대류를 일으키고, 이는 차례로 지각판의 움직임과 지각의 형성에 영향을 미칩니다

 

4-5. 방사성 붕괴:

지구 맨틀 내의 열은 우라늄-238, 토륨-232 및 칼륨-40과 같은 방사성 동위원소의 붕괴에 의해 생성되며 이 동위원소는

붕괴하면서 열의 형태로 에너지를 방출합니다.

 

4-6. 맨틀 대류: 

방사성 붕괴에 의해 발생하는 열은 맨틀의 단단한 암석을 매우 점성이 높은 유체처럼 천천히 흐르게 합니다. 맨틀 대류로 알려진 이 과정에는 더 뜨겁고 밀도가 낮은 맨틀 물질이 상승하고 더 차갑고 밀도가 높은 물질이 가라앉는 과정이 포함되는데 이 맨틀 대류는 지각판의 움직임을 촉진하고 지구 표면을 형성하는 데 중요한 역할을 합니다

 

5. 지각의 형성:

 

맨틀의 물질이 표면에서 냉각되고 응고되면서 형성된 지구의 가장 바깥쪽 얇은 층인 지각. 지각의 형성과 진화는 다음 단계로 설명할 수 있습니다.

 

5-1. 원시 지각:

지구의 첫 번째 지각 또는 원시 지각은 마그마 바다가 냉각되고 응고되면서 형성된 얇은 현무암층이었을 가능성이 높습니다. 이 초기 지각은 불안정했고 섭입으로 알려진 과정을 통해 맨틀로 계속해서 재순환되었습니다.

 

5-2. 판 구조론:

맨틀 대류가 지구의 암석권을 움직이면서 판 구조론 과정이 시작되었는데  이것은 섭입, 균열, 충돌과 같은 과정을 통해

서로 상호 작용하는 지구 외층의 크고 단단한 판의 형성과 이동을 말합니다. 

판 구조론은 지각의 진화와 형성에 결정적인 역할을 했습니다.

 

5-3. 해양 및 대륙 지각:

시간이 지남에 따라 지구의 지각은 해양 지각과 대륙 지각의 두 가지 유형으로 진화했습니다. 해양 지각은 더 얇고 밀도가 높으며 주로 현무암으로 구성되어 있고, 대륙 지각은 더 두껍고 밀도가 낮으며 주로 화강암으로 구성되어 있습니다. 

이 두 유형의 지각 사이의 구성과 밀도의 차이는 형성 과정에서 발생한 다양한 정도의 부분 용융 및 분화의 결과입니다.

 

오늘은 이렇게 초기 지구의 형성 과정에 대해 알아보았는데요.

다음 글에서는 지구의 층과 핵심구조를 비롯한 지진이나 화산 활동에 대한 이야기를 써 볼까 합니다.