답은 지진파이다. 지진이 일어나면 지구를 통과하는 파동이 만들어진다. 이 파동은 매질에 따라 속도가 달라지고, 단단한 물체와 액체에서 다르게 행동한다. 전 세계에 설치된 지진계로 도착 시각·경로의 차이를 분석해, 마치 X선처럼 지구 내부를 들여다볼 수 있다.
그 결과 지구는 네 개의 뚜렷한 층으로 나뉘어 있음이 밝혀졌다. 각 층은 서로 다른 물질, 상태, 온도를 가진다.
SECTION 01 · 도입
땅을 파고 들어간다면
지구의 반지름은 약 6,378 km. 가장 깊은 광산이 약 4 km, 가장 깊은 시추공이 12 km이다. 즉 인류가 직접 도달한 깊이는 지구 반지름의 약 0.2%에 불과하다. 그렇다면 우리는 어떻게 지구 내부 구조를 알아냈을까?
SECTION 02 · 4개의 층
지각 · 맨틀 · 외핵 · 내핵
바깥쪽부터 안쪽으로 차례대로 살펴보자. 각 카드를 클릭하면 그림에서 해당 층이 강조된다.
지구 내부 구조 — 클릭해서 살펴보기
LAYER 01 · 바깥쪽
지각 (Crust)
깊이 0~35 km고체
지구의 가장 바깥 얇은 껍질. 대륙 지각(30~70 km, 화강암)과 해양 지각(5~10 km, 현무암)으로 나뉜다. 우리가 사는 곳.
LAYER 02
맨틀 (Mantle)
35~2900 km고체(가소성)
지구 부피의 약 84%를 차지하는 가장 두꺼운 층. 고체지만 매우 천천히 대류 운동을 한다. 이 대류가 판 운동을 만든다.
LAYER 03
외핵 (Outer Core)
2900~5100 km액체
철과 니켈이 녹아 있는 액체 상태. 이 액체 금속의 흐름이 지구 자기장을 만들어 우주 방사선으로부터 우리를 보호한다.
LAYER 04 · 안쪽
내핵 (Inner Core)
5100~6378 km고체
철·니켈의 고체 덩어리. 온도는 약 5,000°C로 태양 표면과 비슷하지만, 엄청난 압력 때문에 고체 상태를 유지한다.
SECTION 03 · 지진파
지진파로 지구를 X선처럼 본다
지진이 일어나면 두 종류의 파동이 지구를 통과한다. 그 행동의 차이를 분석해 지구 내부 구조를 알아냈다.
P파(Primary wave, 종파)는 매질을 미는 방향과 같은 방향으로 진동하며, 고체·액체·기체 모두를 통과한다. 속도가 빨라 가장 먼저 도착한다.
S파(Secondary wave, 횡파)는 매질을 미는 방향과 수직으로 진동하며, 고체에서만 전파된다. 액체·기체에서는 차단된다. 그래서 S파가 외핵을 통과하지 못한다는 사실로부터 외핵이 액체 상태임을 알게 되었다.
● 지진파 전파 시뮬레이션 — P파·S파 비교
지진 발생 지점에서 두 파동이 지구 내부를 어떻게 진행하는지 살펴보자. S파가 외핵에서 사라지는 것이 핵심 발견.
P파 (Primary · 종파)
속도 약 6~14 km/s · 가장 먼저 도착
고체·액체·기체 모두 통과. 외핵에서 굴절되어 그림자대를 만든다.
고체·액체·기체 모두 통과. 외핵에서 굴절되어 그림자대를 만든다.
S파 (Secondary · 횡파)
속도 약 3~7 km/s · P파 다음에 도착
고체에서만 전파. 외핵에서 차단되어 반대편에서 수신 불가 → 외핵이 액체임을 증명.
고체에서만 전파. 외핵에서 차단되어 반대편에서 수신 불가 → 외핵이 액체임을 증명.
발견의 의의
레만(Inge Lehmann)은 1936년 S파 그림자대 분석으로 내핵(고체)의 존재를 발견했다. 우리는 지구 속을 직접 본 적이 없지만, 지진파의 행동만으로 4층 구조를 알아냈다.
SECTION 04 · 비교표
한눈에 정리
| 층 | 깊이 (km) | 두께 (km) | 상태 | 주요 성분 |
|---|---|---|---|---|
| 지각 | 0~35 | 5~70 | 고체 | 규산염 광물 |
| 맨틀 | 35~2900 | ~2865 | 고체 (가소성) | 감람석·휘석 |
| 외핵 | 2900~5100 | ~2200 | 액체 | 철·니켈 |
| 내핵 | 5100~6378 | ~1278 | 고체 | 철·니켈 |
흥미로운 사실: 가장 안쪽인 내핵이 가장 뜨거운데 고체이고, 그 위 외핵은 비교적 덜 뜨거운데도 액체이다. 이는 깊이 들어갈수록 압력이 증가하기 때문이다. 내핵의 압력은 매우 커서, 같은 온도라도 액체로 있을 수 없고 고체로 압축된다.
SECTION 05 · 형성평가
스스로 점검하기
3문항 점검 퀴즈
맞힌 개수 0/ 3
Q1
지구 내부에서 가장 두꺼운 층은?
해설 · 맨틀은 약 2,865 km의 두께로, 지구 부피의 약 84%를 차지하는 가장 두꺼운 층이다.
Q2
지구 내부에서 유일하게 액체 상태인 층은?
해설 · 외핵은 철과 니켈이 녹아 있는 액체 상태이다. 이 액체 금속의 흐름이 지구 자기장을 만들어 낸다.
Q3
내핵이 외핵보다 더 뜨거운데도 고체 상태인 까닭은?
해설 · 내핵은 약 5,000°C로 매우 뜨겁지만, 위쪽 모든 층의 무게가 누르는 엄청난 압력 때문에 액체로 있을 수 없고 고체 상태로 유지된다.
핵심 정리
CRUST
지각
5~70 km, 고체. 대륙·해양 지각.
MANTLE
맨틀
~2865 km, 가소성 고체. 대류.
OUTER CORE
외핵
액체 철·니켈. 자기장 형성.
INNER CORE
내핵
고체 철·니켈. 압력으로 고체.