지구 > 지구의 탄생 > 지구의 구조 ③-② 내핵, 외핵
초기의 지구는 용융 상태 즉 유체로 이루어진 상태였기 때문에 내부에서의 물질의 흐름은 자유로웠다. 따라서 지구는 시간이 흐름에 따라 밀도가 높고 무게가 나가는 것들은 아래로 가라앉고, 가벼운 것들은 위로 떠 오르면서 자연스럽게 층 구조를 이루게 되었다. 결국 철과 니켈 같은 무거운 금속들은 지구의 맨 안쪽으로 자리 잡으며 금속성 핵을 형성하게 된다.
하지만 형성 초기의 핵은 내핵과 외핵이 따로 분리되지 않은 상태였다. 액체 상태의 단일한 핵이 자리하고 있을 뿐이었다. 그러나 시간이 흐르며 점차 지구 내부의 압력이 증가함에 따라 중심부의 핵은 응고하기 시작했고*, 핵은 고체 상태의 내핵과 액체 상태의 외핵으로 분리되었다.
[*압력이 높아지면 물체의 끓는 점과 녹는 점의 온도가 높아진다.]
내핵은 지구 표면 5,100킬로미터 지점으로부터 지구 최중심부인 6,371킬로미터 지점까지의 구간에 위치하고 있다. P파의 진행 속도가 외핵 부근보다 내핵 부근에서 10퍼센트 정도 빠르게 나타나는 것을 확인하고 이것을 계산해 본 결과 액체 상태가 아닌 고체 상태의 핵이 존재하고 있다는 것을 확인할 수 있었다. 내핵의 밀도는 12~13g/㎤ 정도이고 지구 전체 질량의 1.7퍼센트 정도를 차지하고 있다. 내핵의 온도는 5,500~6,900도 정도에 이를 것으로 추측하고 있으며, 내핵의 반지름은 1,200킬로미터 정도에 이를 것으로 추측하고 있다. 이는 달과 비슷한 크기이다.
내핵은 1936년 잉게 레만(Inge Lehmann, 1888~1993, 덴마크)에 의해 처음 발견되었고, 아이러니하게도 1960년대에 행해진 몇 차례의 핵실험에 의해 내핵의 규모와 위치 등이 정확하게 계산되었다. 폭발―진동―의 시간, 위치를 사전에 정확하게 알고 있었기 때문에 정밀한 측정과 계산이 가능했다.
외핵은 내핵의 바깥쪽에 위치하고 있으며 액체 금속으로 이루어진 지구의 핵 부분이다. 외핵의 바깥쪽은 맨틀이 위치하고 있다. 거리로는 외핵은 지구 표면 2,900~5,100킬로미터 정도 지점에 위치한다. S파가 진행하지 못하는 점과 P파의 속도가 내핵보다 10퍼센트 정도 느려지는 것에서 외핵이 액체 상태로 존재하고 있음을 확인할 수 있다. 외핵의 밀도는 10g/㎤ 정도이고, 지구 전체 질량의 29.3퍼센트 정도를 차지하고 있다. 온도는 4,400~5,500도 정도에 이를 것으로 추측한다.
경이롭게도 외핵과 내핵의 경계부에서는 지구의 환경조성에 엄청난 영향을 끼치는 현상이 발생한다. 액체로 이루어진 외핵에서는 온도와 밀도 차이에 의한 대류가 발생하는데, 이때 대류로 인해 끊임없이 움직이는 외핵과 움직이지 않는 고체 내핵과의 금속성 마찰이 발생한다. 이 마찰로 지구의 자전축을 중심으로 자기장이 발생하는 것이다. 이 자기장이 우리 지구가 생명의 행성으로 자리매김하는 데 아주 큰 역할을 하고 있다. 극지방을 중심으로 발생한 자기장이, 전하를 띠고 있는 고에너지의 태양풍을 분산시키거나 소멸시킴으로써 지구에 생명체가 존재할 수 있게끔 해 주기 때문이다. 또한 인류의 문명을 한층 더 발달시키는 계기로도 작용했기 때문이다. 극지방의 자기장 즉 자력(磁力) 덕분에 고대 중국에서는 나침반을 발명할 수 있었고, 근대에 이르러선 나침반을 활용한 항해술의 발달로 유럽의 대항해시대가 열릴 수 있었다. IT시대라고도 일컬어지는 오늘날에 이르러서도 지구의 자기장이 아니었다면 사회시스템을 유지할 수 없을 것이다. 극지방의 자기장이 우리가 운용하며 누리고 있는 IT시스템을 태양풍으로부터 온전히 보호해 주고 있기 때문이다.
외핵은 1906년 리차드 올덤(Richard Dixon Oldham, 1858~1936, 영국)에 의해 처음으로 존재가 주장되었으며 앞서 언급한 잉게 레만 등에 의해 실체가 확인되었다.
<③-③ 맨틀, 지각으로 이어집니다>