지구 내부 구조

20    년    월    일     요일   시간 :                날 씨 :            장   소 :

학 교   학년   반    번   이  름 :

우리가 살고 있는 지구의 내부는 어떻게 생겼을까요? 지구 내부 구조를 알아보고 그 모형을 만들어 봅시다.

[생각해보기]

1) 만약 지구의 내부로 들어간다면 어떻게 될까요?

2) 지구의 내부 구조는 어떻게 알 수 있을까요?

[ 준비물 ] 칼라믹스(4종), 받침대, 스티커, 나무스틱

[ 실험방법 ]

1. 칼라믹스 1을 둥글게 빚어서 공 모양으로 만듭니다.(지름 1.5cm)

2. 칼라믹스 2를 둥글 납작하게 펴 준 다음 칼라믹스 1을 감싸 전체 지름이 3cm가 되도록 합니다.

만두를 싸듯이 해 주세요.

3. 만든 칼라믹스 3으로 전체 지름 6.7cm가 되도록 감싸줍니다.

4. 칼라믹스 4로 전체 지름이 7cm가 되도록 감싸줍니다.

되도록 정확한 크기를 만들려고 노력하세요.

5. 만들어진 지구 모양의 중앙을 선생님과 함께 칼로 자릅니다.

반드시 선생님과 함께 자릅니다.

6. 스티커에 지각, 맨틀, 외핵, 내핵의 이름을 쓰고 나무스틱 끝에 감아 깃발을 만듭니다.

칼라믹스를 조금 떼어 깃 머리를 만들어 붙이면 예쁩니다.

7. 반으로 잘린 면에 해당 깃발을 꽂고 받침대에 올려 고정합니다.

*실험 시 주의 사항*

1. 칼라믹스 3의 양이 가장 많습니다. 칼라믹스 4와 혼동하지 않게 주의하세요.

2. 과정마다 되도록 정확한 크기로 둥글게 만드세요.

3. 칼은 반드시 선생님과 함께 사용하도록 합니다.

[ 확인 학습 ]

1. 지구의 속은 어떤 구조로 되어있나요? 가장 속에 있는 구조부터 써 보세요.

2. 지구의 잘린 면을 관찰한 결과 가장 많이 차지하는 것부터 순서대로 써 보세요.

[ 원리 학습 ]

지구 내부의 구조는 직접 확인하기가 불가능하므로 지진파로 확인하여 그 상태를 구분합니다.

지진파는 물질의 성질이 달라지면 그 속도가 달라지므로 그것을 감지하여 지구의 내부구조를 확인하게 됩니다.

일단, 지구내부의 가장 작은 부분을 차지하며, 우리가 걷고 있는 땅 부분인 지각은 두꺼운 대륙지각과 그보다 비교적 얇은 해양지각으로 나뉩니다.

이 지각과 그 아래 부분인 맨틀사이의 부분을 확인하여 나타난 모호로비치치 불연속면은 맨틀을 구분하는 기준이 됩니다. 맨틀은 지구내부에서 가장 많은 부분을 차지하는 고체입니다. 전체에서 약 80%나 차지하는 부분입니다.

이 고체의 맨틀 안쪽으로 외핵이 존재하는데, 이 외핵은 S파가 통과하지 못하는 것으로 보아서 액체로 추정하고 있습니다.

철이나 니켈 같은 무거운 물질로 이루어지므로 외핵과 내핵의 질량은 맨틀보다 더 높은 것으로 추정됩니다. 지구 내부에서 가장 깊은 부분인 내핵은 고체상태로 이루어져 있으나 외핵과 같은 물질임은 확실합니다.

이렇게 4개의 층이 구분되는데, 지구 중심의 내핵부분의 중앙에서는 중력이 0의 값을 지닙니다. 또한, 지구 중심으로 갈수록 온도, 압력, 밀도 등의 물리값은 커집니다.

[ 느낀점 ]

■ 교사용 실험 자료실 ■

실험 제목	지구 내부 구조			실험 원리	지구내부구조 관찰
실험 시간	40분	실험 분야	지학	실험 방법	개별 실험
세트구성물	칼라믹스(4색), 받침대, 스티커, 나무스틱(이쑤시개)
교사준비물	칼			학생준비물	자
실험 결과	지구내부 완성 모형을 각자 가지고 갈 수 있습니다.
실험팁	TIP 1. 칼라믹스는 한번에 부드럽게 하기 힘들므로 조금씩 나누어 반죽해주세요. TIP 2. 칼로 자르는 과정은 반드시 선생님의 지도하에 하여주십시오. TIP 3. 칼라믹스로 만든 지구모형은 끓는 물에 약 5분간 넣어두면 영구보존 가능합니다.

[생각해보기]

1) 만약 지구의 내부로 들어 간다면 어떻게 될까요?

지점점 뜨거워 지고 압력이 높아져 녹아버릴 것입니다.

2) 지구의 내부 구조는 어떻게 알 수 있을까요?

지진파를 통해서 알 수 있습니다.

[확인 학습]

1. 지구의 속은 어떤 구조로 되어있나요? 가장 속에 있는 구조부터 써 보세요.

답 : 내핵 - 외핵 - 맨틀 - 지각

2. 지구의 잘린 면을 관찰한 결과 가장 많이 차지하는 것부터 순서대로 쓰세요.

답 : 맨틀 - 외핵 - 내핵 - 지각

칼라믹스의 양으로 보면 내핵이 가장 작지만, 실제로는 지각이 가장 작은 양을 차지합니다. 우리 실험의 칼라믹스 양이 다른 이유는 지각을 아주 얇게 하기 힘들기 때문입니다.

지진파 [地震波, seismic wave]

지진에 의한 급격한 충격으로 발생하는 파(波).

중심파(中心波)와 표면파(表面波)로 이루어진다. 중심파는 지구 내부로 3차원적으로 전파하는 파로, P파(primary wave)와 S파(secondary wave)가 있다. P파는 S파보다 전하는 속도가 크며, P파는 핵을 통과하지만 S파는 핵을 통과하지 않는다. 즉, P파는 고체·액체를 모두 통과하지만 S파는 고체만을 통과한다.

중심파는 지구 내부의 불연속면에서 반사·굴절을 계속하면서 전파한다. 이 중심파를 실체파(body wave)라고도 한다. 표면파(L파)는 레일리파와 러브파로 나뉘며, 얕은 진원의 지진에서 효과적으로 발생한다. 지표를 따라 2차원적으로 전파하므로 중심파에 비해 파동에너지의 감소비율이 작다.

진앙(震央) 부근에서는 중심파와 표면파가 섞이기 때문에 구별이 어렵다. 일반적으로 표면파는 지진파 가운데에서 가장 속도가 느리지만 진폭은 가장 커서 대부분의 큰 지진피해는 표면파에 의하여 발생한다.

지구 [地球, earth]

태양계의 행성(行星) 중 하나로 인류가 살고 있는 천체.

태양으로부터 세번째 궤도를 돌며, 달을 위성(衛星)으로 가지고 있다. 또한 엷은 대기층으로 둘러싸여 있고, 특유한 지구자기(地球磁氣)를 가지고 있다. 지금까지 알려진 바로는 전우주에서 고등생물이 서식하는 유일한 존재이다.

지구의 기원에 대해서는 예로부터 여러 설이 있었다. 그러나 지구의 기원을 생각할 때 태양계 내의 다른 행성들의 기원과 모순되지 않아야 한다는 점, 태양이 포함된 은하계의 물리적 조건에 적합해야 한다는 점 등을 고려하면 타당성이 있는 지구의 기원설은 크게 줄어든다. 대표적인 지구의 성인설(成因說)로는, 지구가 고온의 가스덩어리에서 형성되었다고 한 I.칸트와 P.S.라플라스로부터 근대의 H.O.알벤으로 이어지는 고온기원설(高溫起源說)과, 태양계의 행성이 저온상태의 우주진(宇宙塵)과 가스덩어리에서 발생하였다고 하는 C.F.바이츠제커와 O.Y.슈미트의 저온기원설(低溫起源說) 등이 있다.

20세기의 과학은 이 중에서 고온기원설보다는 저온기원설에 비중을 두고 있다. 고온기원설에 따르면 지구를 형성한 물질은 원래 태양과 마찬가지로 뜨거운 상태에 있었으며, 중력의 작용으로 응집되어 구형(球形)을 이룬다. 시간이 지나면서 무거운 금속인 철 ·니켈은 중심부에 모여 지구의 핵(core)이 되었고, 가벼운 규산염은 맨틀을 만들었으며, 그 후 지구의 온도가 내려가자 지구 표면에서는 그 일부가 냉각 ·고결되어 지각(地殼)이 형성되었다. 그리고 지각은 서서히 수축되어 주름살을 형성하며 바다와 육지가 만들어졌다.

지각의 두께가 불균일한 것은 맨틀의 대류과정에서 불필요한 찌꺼기가 암석의 정출작용(晶出作用)을 통하여 지구표면의 특정지점으로 집중 분출되었기 때문인데, 이로써 대륙이 형성되었다. 이 가설의 최대 난점(難點)은 물과 산소 ·질소 가스 등이 왜 높은 온도에서 외부로 흩어지지 않고 지각 내에 잔류하였는가 하는 것이다. 또 맨틀의 열전도도(熱傳導度)로 보아 지구와 행성계의 나이 45억 년 동안에 어떻게 지구가 수십만 ℃에서 지금의 온도로 냉각되었는가 하는 점이다.

한편, 저온기원설에서는 태양을 둘러싼 두터운 가스와 우주진의 덩어리가 중심에 있는 태양의 중력(引力)과 가스 내부의 마찰과 열의 방출로 점차 냉각되어 태양의 자전면 내로 집중된 원반(圓盤)상태, 말하자면 토성의 고리와 같은 상태를 가정한다. 그 후 이 원반은 몇 개의 고리로 분리되어 보데의 법칙에 따른 분포를 나타내기에 이르렀다. 이중에 태양에서부터 세번째의 고리가 내부의 마찰과 인력에 의하여 한 점으로 집중되어 원시지구를 형성한다.

그리고 점차 그 크기가 커지며 안정된 구형으로 변했다. 지구 내부에서는 중력 또는 압력의 에너지가 열에너지로 변환되고(보일-샤를의 법칙과 비슷한 작용에 의해), 방사성원소의 붕괴로 생긴 열에 의해 내부온도가 점점 올라갔다. 이 때 순수한 철과 니켈은 규산염이나 산화물에 비하면 그 비중이 큰 데다 더 낮은 온도에서 융해되므로, 아직 용해되지 않아 굳은 상태인 규산염 상태의 물질 속으로 낙하하여 지구중심에 모인다.

이것이 핵(코어)이 되었고, 나머지가 맨틀이 되어, 지구는 물질분포가 균일한 구에서부터 몇 개의 층을 가진 행성으로 진화하였다. 그 동안에도 지구의 내부온도는 더욱 상승하여 규산염물질의 융해점 가까이까지 접근하고, 지구내부압력의 복잡한 분포와 규산염물질의 분포에 의해 이번에는 맨틀상부가 부분적으로 융해된다. 지구가 탄생하여 이 단계에 이르기까지의 시간은 약 1억 년이 걸렸다.