해저 확장 속도

배가 해령을 가로지르며 자력계로 바다 밑 암석의 자기를 재었다. 자기가 지금의 지구 자기장과 같은 방향인 띠와 반대 방향인 띠가 번갈아 나타났고, 그 무늬는 해령을 가운데 두고 양쪽이 거울처럼 같았다. 해령 축에서 가장 가까운 경계는 대서양 중앙 해령에서는 10 km, 동태평양 해령에서는 60 km 떨어져 있었다. 그 경계는 지구 자기장이 78만 년 전에 뒤집힌 때를 나타낸다. 두 해령은 각각 얼마나 빨리 벌어지고 있을까?

1.5.1바다 밑에 새겨진 달력

해령에서는 맨틀에서 올라온 마그마가 식어 새 해양 지각이 되고, 이 지각은 양쪽으로 벌어지며 밀려난다. 마그마가 식을 때 그 속의 자성 광물은 당시의 지구 자기장 방향으로 자화된다. 지구 자기장은 수십만 년에서 수백만 년 간격으로 남북이 뒤집혀 왔으므로, 해령에서 멀어지는 지각에는 정자극과 역자극의 띠가 번갈아 새겨진다. 양쪽으로 같은 빠르기로 벌어지므로 무늬가 해령을 사이에 두고 대칭이다. 육지의 용암으로 정한 자기 역전의 연대표와 맞추면 각 경계의 나이를 알 수 있다.

그래서 여러 경계의 거리를 나이에 대해 그리면 기울기가 반확장 속도인 직선이 된다. 직선이 곧으면 그동안 확장 속도가 일정했다는 뜻이다. 해령마다 기울기가 크게 달라, 빠르게 벌어지는 해령의 줄무늬는 폭이 넓고 느리게 벌어지는 해령의 줄무늬는 촘촘하다. 같은 78만 년 동안 동태평양 해령은 대서양 중앙 해령보다 여섯 배 멀리 밀어냈다.¹

1.5.2자료를 맞추는 법

실제로 자력계로 잰 값에서 지구 자기장의 평균을 빼면 바다 밑 암석이 만든 자기 이상만 남는다. 이상이 양수인 곳이 정자극 띠, 음수인 곳이 역자극 띠이다. 양쪽 무늬를 해령 축에서 접어 겹쳐 보면 대칭인지 확인할 수 있다. 그다음 역전 연대표의 띠 폭과 비교해, 무늬의 순서와 상대적인 폭이 맞는 배열을 찾아 각 경계에 나이를 붙인다. 해령에서 멀어질수록 지각이 식어 가라앉으므로 수심도 깊어지는데, 이것도 나이를 확인하는 단서가 된다.

1.5.3예제 풀이

대서양 중앙 해령의 반확장 속도는 \(10\ \mathrm{km}/0.78\ \mathrm{Ma} = 10^7\ \mathrm{mm}/(7.8 \times 10^5\ \text{년}) \approx 13\) mm/년이고, 전확장 속도는 약 26 mm/년이다. 손톱이 자라는 빠르기와 비슷하다. 동태평양 해령은 \(60/0.78 \approx 77\) mm/년, 전확장 약 154 mm/년이다.

또 대서양 폭 5000 km를 26 mm/년으로 나누면 \(5 \times 10^9\ \mathrm{mm}/26 \approx 1.9 \times 10^8\)년, 곧 약 1억 9000만 년이다. 이것은 대서양의 가장 오래된 해양 지각의 나이 약 1억 8000만 년과 비슷해, 대서양이 쥐라기 무렵 판게아가 갈라지며 열렸다는 것과 맞는다. 즉 해령 양쪽의 대칭인 자기 줄무늬는 바다 밑의 달력이 되어, 해령에서 경계까지의 거리를 나이로 나누면 해저가 넓어지는 빠르기를 알려 준다.

아래 탐구 카드에서 해령을 가로지른 자기 이상 자료를 역전 연대표와 맞추어 해저 확장 속도를 구해 보자.

1. 1963년 영국의 바인과 매슈스, 그리고 캐나다의 몰리가 따로 해저의 자기 줄무늬를 해저 확장과 자기 역전으로 설명했다. 이 설명은 대륙 이동을 판 구조론으로 완성하는 결정적인 증거가 되었다.