판구조론

지각은 대체적으로 해양 현무암과 대륙 화강암으로 구성되어 있다. 이들은 모두 용융 상태에서 만들어진 화성암들이다. 화산 활동에 의해 생성된 암석은 모두 화성암이다. 비록 다른 행성에는 흔하지 않은 지구에 있는 두 가지 암석이 있다. 퇴적암은 화성암의 조각이나 유기물이 바람이나 물에 의해 쌓이고 녹는 과정 없이 만들어지는 것이다. 지구에서 흔히 볼 수 있는 사암, 셰일, 그리고 석회암이 여기에 해당된다. 변성암은 화성암이나 퇴적암이 고온이나 고압의 상태를 거쳐 물리적으로 또는 화학적으로 변화를 일으켜 생긴 암석이다. 변성암은 지질 활동에 의해 표면에 있던 암석이 지구 내부로 운반되었다가 다시 지표로 올라오는 과정에서 만들어진다. 

 

 

행성계의 초기 역사를 알려 주는 네 번째 범주에 속하는 암석은 바로 원시 암석이다. 이것들은 열에 의해 화학적 변형이 일어나지 않은 것들이다. 이 원시 암석은 태양계를 형성한 원료 물질을 대표한다. 생성 초기에 전 지구가 가열되었으므로 지구상에는 그러한 초기 물질이 남아 있지 않다. 원시 암석을 찾으려면 혜성, 소행성, 작은 위성 등의 규모가 작은 천체를 살펴봐야 한다.  지구에서 볼 수 있는 대리석 덩어리는 네 단계를 모두 겪은 물질이다. 지구가 생겨나기 이전의 원시 암석에서 시작해서 초기의 뜨거운 지구에 의해 가열되어 화성암이 되었고 점차 침식된 후 퇴적되어 퇴적암이 되었다가 마지막으로 지구 내부 수km 아래로 운반되어 지금과 같은 변성암이 되었다.  

 

지질학은 지구 표면의 모습을 형성하는 과정의 역사를 연구하는 학문이다. 지구 내부에서 빠져나온 열은 산, 골짜기, 화산, 그리고 대륙과 해저 자체의 형성에 에너지를 공급한다. 그러나 20세기 중반까지도 지질학자들은 어떻게 이러한 지각의 운동이 벌어지는지 설명할 수 없었다. 판구조론은 아주 느리게 움직이는 맨틀의 움직임이 어떻게 지각의 급속한 변화를 가져와서 결과적으로 점차적으로 대륙의 이동과 함께 조산 활동을 일으키거나 대규모의 지질학적 현상을 유발시키는지에 관해 설명해 주는 이론이다. 이 이론은 마치 생물학에서 자연 도태설을 설명하는 진화나 행성의 궤도를 설명하는 중력과 같은 기본 개념이라고 할 수 있다. 

 

지구의 지각과 상부 맨틀은 약 10개의 판으로 구성되어 있는데, 각 판은 퍼즐처럼 서로 잘 일치되는 경계를 가지고 있다. 하지만 이들은 서서히 이동할 수 있다. 대서양과 같은 지역에서는 판들이 서로 갈라져서 멀어지고 있지만, 지구상의 다른 어떤 곳에서는 서로 가까워지고 있다. 이렇게 판을 움직이게 하는 힘은 맨틀의 대류에 의해 공급되는데, 이 과정은 지구 내부의 뜨거운 물질이 상부로 솟아올라 에너지를 온도가 낮은 주변에 공급하고, 차갑게 식은 물질은 아래로 가라앉는 과정이다. 뜨거운 지구 내부의 에너지가 온도가 낮은 상부 맨틀로 에너지를 전달하는 대류 현상은 천문학에서 흔히 볼 수 있는 현상이다. 

 

판이 서서히 움직여서 판과 판이 만나고 장기간에 걸쳐 지각에 매우 극적인 변화를 초래하기도 한다. 판에서 일어나는 상호 작용은 다음과 같은 과정이 일어난다. 판들이 서로 벌어지고, 한 판이 다른 판 아래로 밀려 들어가고, 판이 서로 경계선을 따라 밀릴 수 있고, 서로 부딪쳐서 압착될 수 있다는 점이다. 이러한 활동은 지형의 특징을 결정하는 데 큰 역할을 한다.