산맥의 형성 과정

산맥의 형성 과정, 즉 조산 운동은 판 구조론에서 가장 인상적인 현상 중 하나입니다. 판들이 서로 충돌하여 판이 두꺼워지고, 융기되고, 지각이 어긋나고, 화산 활동이 일어나면서 지각이 휘어지고 단층이 생겨 지표면에 긴 상처가 만들어집니다.

 

산맥은 언제나 인간을 매료화 왔고, 수천 년 동안 우리가 제어할 수 없는 엄청나게 강력하고 위험한 힘과 관련되어 있었습니다. 산맥은 지진, 화산 폭발, 산사태, 폭풍우와 홍수를 일으키는 신들의 거주지였습니다. 18세기 후반이 되어서야 산맥과 그 풍경이 여전히 약간 위험하긴 해도 매력적이고 낭만적으로 다가오기 시작했습니다.

 

그러나 지질학자들에게는 산맥의 형성과 구조, 심지어 육지에 높은 산악 지역이 존재하는 그 자체도 비교적 최근까지 상당한 문젯거리였습니다. 19세기 초 산업 혁명기 동안 유럽과 북아메리카 등지에서 단층과 습곡 같은 특성의 중요성이 알려졌는데, 주로 그것들이 광업에 미치는 영향 때문이었습니다.

 

1852년에 프랑스 지질학자 엘리 드 보몽은 프랑스 최초의 지질도 제작을 감독하면서 처음으로 이런 특성과 산악 지역의 형성을 연관 지었고, 암석이 압축될 때 산맥이 생긴다고 주장했습니다. 이후 수십 년에 걸쳐 지질학자 제임스 홀과 제임스 데이나는 압축과 지하에서의 화산 활동을 통해 산악 지역이 수직으로 융기한다는 지향사 이론을 제창했습니다.

 

데이나는 지구가 점차 식으면서 행성 전체가 천천히 침강하기 때문에 압축이 생긴다고 주장했습니다. 이 이론은 중요한 지질학적 특성 몇 가지는 훌륭하게 설명했지만, 다른 것들은 설명하지 못했습니다.

 

다행히도 판 구조론이 발전한 덕분에 이제는 주요 산악 지형의 형성 과정을 암석권 판들이 충돌하면서 섭입과 단축, 두께의 팽창을 일으키키 때문이라고 설명할 수 있게 되었습니다.

 

산맥 형성의 정확한 과정은 관계된 판들의 성질에 따라 달라집니다. 수렴은 두 개의 해양판 사이에 생기는 것, 두 대륙판 사이에 생기는 것, 또는 하나의 해양판과 하나의 대륙판 사이에 생기는 것이 있습니다.

 

화산성 산지

섭입은 만나는 지판 중 하나가 다른 하나보다 밀도가 더 높을 때 생깁니다. 해양판과 대륙판이 만나면 해양판이 침강하는 반면에, 두 개의 해양판이 만나는 경우에는 둘 중 더 오래되고 차갑고 밀도가 높은 쪽이 침강합니다. 

 

섭입되는 판은 25~45도의 각도로, 100km 이상의 깊이로 아래로 미끄러져서 밀도가 더 가벼운 판의 앞쪽 가장자리 아래 맨틀을 향해 들어갑니다. 그렇게 하면서 대량의 에너지가 지진 형태로 방출되는데, 이 지진은 600km 이상의 깊이에서 발생합니다.

 

섭입된 판이 가라앉으면서 압력으로 그 암석에서 물이 빠져나와 뜨거워지고, 뜨거워진 물이 분출되어 위에 있는 암석의 녹는점이 낮아지면서 일부가 녹습니다. 이런 용해 암석은 계속해서 위쪽으로 움직여서 결국에 표면에서 화산으로 분출됩니다.

 

대륙 충돌 

지각의 압축과 팽창은 두 개의 대륙판이 만나서 충돌할 때 발생합니다. 두 대륙판은 모두 수십 킬로미터의 두께에 대략 비슷한 밀도이기 때문에 양쪽 다 쉽게 미끄러져서 섭입하려고 하지 않습니다.

 

대신에 충돌로 암석이 심하게 휘고 단층이 생겨 판 하부를 수 킬로미터 아래 맨틀쪽으로 밉니다. 깊은 곳에서는 이 암석 뿌리가 고온으로 끓고 고압으로 눌려서 부분 용해되고 마그마가 생성됩니다. 그 후 뜨거운 마그마는 지각에서 구조적으로 약한 부분을 뚫고 솟아올라 지표에서 화산 형태로 폭발하거나 깊은 마그마 굄에 고여서 화강암 같은 커다란 화성암을 만듭니다.

 

지각의 팽창 역시 산악 지형을 해수면에서 수 킬로미터 위로 밀어 올리고 암석을 증가된 중력과 풍화, 침식 작용에 노출시킵니다. 일단 산악 지형이 특정한 높이까지 상승하면 정상의 암석들은 상승한 것과 거의 같은 속도로 마모됩니다. 예를 들어 히말라야의 표면은 현재 연간 2~5mm 속도로 침식되는 것으로 추정되는데, 이것은 인도 판이 아시아 판과 충돌해서 상승하는 속도와 대략 비슷합니다.

 

노출된 산맥 뿌리

수백만 년인 흐르면 수렴 과정이 멈추고 산맥 형성도 중단됩니다. 이제는 풍화와 침식으로 산꼭대기가 깎이며 해수면 위로 올라가 있는 암석들을 줄이고 제거합니다. 산맥의 깊은 암석 뿌리는 이제 지각 균형 재조정이라는 과정을 통해 다시 지표로 솟아오르고 있습니다.

 

이 뿌리는 그들에게 자리를 내주느라 어긋나 있었던 맨틀보다 밀도가 낮습니다. 때문에 맨틀이 평형을 되찾을 때 수십 킬로미터쯤 도로 밀려 올라갑니다. 그 결과 이 고대 산맥의 뿌리에 있던 화산성 화강암과 심하게 변성된 암석들이 결국 지표 위로 드러나고, 스코틀랜드 고지와 스칸디나비아 같은 지역에서 연구 대상으로 발견됩니다.

 

자세히 보면 주요 산악 지대의 구조와 형성은 굉장히 복잡한 경우가 많습니다. 산맥을 형성하는 마치 암석이 밀가루나 찰흙으로 만들어지기라도 한 것처럼 엄청난 두께의 암석을 구부리고 수십 킬로미터에 달하는 거대한 습곡과 수백 킬로미터 길이의 단층을 형성할 만큼 강합니다.