대류운동

대류 운동

상대적으로 따뜻해진 공기나 물은 가벼워서 위로 올라가고 차가운 것은 무겁기 때문에 아래로 내려오는 현상이다.

맨틀의 대류 운동

지각의 아래쪽에는 맨틀이라고 하는, 지각보다 무거운 물질이 있다. 맨틀은 지하 2,900㎞까지 분포하고 있어 지구 전체 부피의 약 83%를 차지한다. 그리고 맨틀의 하층부로 갈수록 온도가 상승하여 맨틀의 아래쪽인 핵 부근에 이르면 온도가 무려 4,000℃나 된다.그런데 맨틀 내에서는 방사성 물질이 붕괴하면서 열이 발생하고, 핵에서도 열이 공급되어 같은 깊이라도 온도 분포가 다르다. 이러한 온도 차이로 인해 고체 상태의 맨틀은 오랜 시간에 걸쳐 서서히 움직인다. 즉, 온도가 높은 곳에서는 맨틀이 서서히 상승 운동을 하는 반면, 온도가 낮은 곳에서는 하강 운동을 한다. 이처럼 맨틀은 고체 상태의 물질이지만 대류 운동을 하며 맨틀 내부의 열은 대류 운동을 통해 다른 곳으로 전달된다.과학자들은 맨틀이 커다란 규모의 원통형 덩어리처럼 움직인다며 맨틀의 대류 운동을 설명하고 있다. 맨틀의 덩어리를 '플룸(plume)'이라 하며, 맨틀 내에서 이러한 플룸에 의해 대류 운동이 일어난다는 학설을 '플룸 구조론'이라 한다. 플룸 구조론에 따르면, 플룸의 형성은 해양 지각이 대륙 지각의 밑으로 밀려 들어가는 것에서부터 시작한다. 즉, 오랜 시간에 걸쳐 지각이 이동하면서 해양 지각이 대륙 지각의 밑으로 밀려 들어가는 곳에서 해구가 발달한다. 이 때 해구 부근에서 축적된 해양 지각의 덩어리가 고드름에서 물이 떨어지듯 맨틀 바닥으로 떨어진다.이렇게 하강하는 플룸을 '차가운 플룸(cold plume)'이라 하고, 맨틀 바닥에서 핵으로부터 공급되는 열에 의해 뜨거워져 상승하는 플룸을 '뜨거운 플룸(hot plume)'이라 한다. 뜨거운 플룸은 상승하며, 냉각되어 차가워진 플룸은 다시 맨틀 속으로 하강한다. 결과적으로 대규모 플룸의 상승과 하강 운동이 맨틀의 대류를 일으키는 것이다.

플룸 구조론

맨틀 내부에서는 온도 차이에 따른 밀도 변화로 인해 고온 맨틀의 상승과 저온 맨틀의 하강 운동이 일어나고 있다. 이 때 이동하는 맨틀 덩어리가 플룸이며, 지구 표면에서 수평적으로 나타나는 판 운동의 원동력을 이러한 플룸의 이동에서 찾으려는 것이 플룸 구조론이다. 플룸 구조론에 따르면, 아시아 지역에서 거대한 차가운 플룸이 하강하고, 타히티와 아프리카에서 뜨거운 플룸이 상승하면서 맨틀 전반에 걸친 원통형의 대류 운동이 일어난다.

 

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차가운 플룸의 형성 과정

 

① 해양 지각이 대륙 지각의 밑으로 밀려 들어가면서 용융되기 시작한다.

② 지속적으로 축적된 해양 지각이 덩어리를 이룬다.

③ 물이 떨어지듯 플룸 덩어리가 맨틀 하층부를 향해 떨어지는데, 이것이 차가운 플룸이다.

 

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