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경제때문에 불안한가? 정치는? 또한 우리가 살고 있는 이 지구를 훼손하는 정말 근절키 어려운 사람들의 경향에 대해선? 어떤 과학학문은 이와같은 넓고 깊고 멀리보는 시각을 가져 그 학문세계로 빠져들어 일상생활의 변화상을 망각함으로써 한동안 안심할 수 있도록 만들기도 한다.

천문학이나 우주학이 바로 그런 경우인데 그러나 가끔은 이 학문들이 우리 인류로부터 너무 벗어난 것처럼 보여 사람들을 불안하게 만들기도 한다. 필자의 남편인 아이작 아시모프 박사는 언젠가 흐느끼는 목소리의 한 젊은이로부터 전화를 받았는데 그는 "언젠가 우주가 끝날 수 있다는 것이 사실입니까?"하고 물어왔다. 물론 사실일 수 있지만 지금 당장 걱정하고 있을만한 가치는 없는 것이다.

그런가 하면 지질학이라는 학문이 있다. 지질학자들은 기분상쾌한 곳으로 탈출해 돌을 채집하는데 그렇다고 해서 지질학이 암석연구만 하는 것은 아니다. 아니, 지질학이 그 어떤 과학보다도 우리와 가까운 학문인 까닭은 지질학은 바로 우리가 사는 지구에 대해 연구한다는 점이다. 지질학자들은 화산폭발이나 (우리 인간에게 너무 크게 영향을 미칠 수 있어 탈이지만) 지진과 같은 것을 공부하는 과학자들이다.

그러나 지질학자나 지구물리학자들이 지구의 깊은 구조를 연구할 땐 그들의 시각은 대부분의 평범한 인간적 문제보다는 훨씬 넓어지게 된다. 지구의 지질학적 역사는 지구상의 64㎞(40마일) 두께밖게 안되는 지각 위 모든 국가들의 낭만적인 역사보다도 훨씬 길다.

우리의 태양계는 가스와 먼지구름의 응결로부터 약46억년전에 형성됐다. 가스와 먼지덩이가 커지면서 우주의 외부로부터 수집된 가벼운 것은 대기가 되고 무거운 것들은 함께 뭉쳐져서 행성을 형성시켰다. 지구의 내부는 줄 베르느의 '땅속으로의 여행'이 묘사한 것과는 전혀 닮은 것이 없긴 해도 기막힌 곳이다.

지구의 바위지각 밑엔 약 2천9백㎞(1천8백마일)두께의 맨틀이 있다. 맨틀도 바위인데 이 바위들은 감람석 종류로 마그네슘과 철분이 많고 지각의 바위보다 더 밀도가 높다. 이 맨틀 속에 물이 있으리라고 생각하지 못하겠지만 그러나 물은 광석에 의해 구조적으로 막혀 수산기로 존재한다. 이제 맨틀의 바위는 수산기 형태로 바다물의 양에 비견될 정도의 많은 물을 가지고 있는 것으로 생각되며 지구표면 여러 층간에 이뤄지는 물순환의 중요한 일 부분인 것으로 보인다. 최근 한 연구는 수산기 내의 수소가 맨틀의 전기전도성에 기여할는지 모른다고 밝히기도 했다.

맨틀의 밑엔 지구의 핵이 있는데 이 핵은 윗부분에서 중심부까지 1평방인치당 1만t에서 2만5천t의 압력을 받고 있다. 지진계로 조사한 영국의 지질학자인 리처드 딕슨 올드햄은 지난 1906년에 지구의 바위맨틀이 액체부분에서 끝난다고 밝혔다. 오랫동안 지구의 핵은 그 전체가 액체라고 믿어져 왔었는데 니켈과 철의 용액으로 이뤄진 외핵은 이제 우리 발 아래 5천㎞ 밑에서 조그마한 행성처럼 떠있는 고체상태의 내핵보다 여섯배가 더 넓은 것이다.

캐나다의 지구물리학자인 더글라스 스마일리 박사는 최근 고체상태의 내핵이 액체상태의 외핵 안에서 어떻게 진동하는지를 연구하고 증명했다. 궁극적으로 이러한 신기술은 내핵의 질량을 보다 세밀히 측정해 주리라 여겨진다.

지구중심부의 내핵과 외핵 두개념은 외핵 액체의 열의 대류와 고체 내핵의 성장에서 뿌려지는 가루분말로 '지구다이나모'를 형성하는데 이 지구다이나모는 이제 얼마나 큰지 지구 인력의 에너지에 기여를 하는 점이 중요하게 부각되고 있다. 케임브리지대학의 지구물리학자들은 지구의 열 보존원칙에 따라 핵의 발전역사를 설명할 수 있는 수학적 모형을 제시하기도 했다.

이와같은 지구내부의 모습, 즉 천천히 출렁이는 광물 용액 속에서 더욱 천천히 커져가는 고체공의 모습은 너무도 눈에 보이지 않을 뿐 아니라 또한 대부분의 우리는 중요하다고 여길 수도 없긴 하지만 사실은 그렇지가 않다. 이 지구내부의 다이나모는 지구의 자장을 만들고, 이는 지구를 치명적으로 폭격할 수 있는 우주의 방사를 다른 방향으로 선회하도록 유도한다. 지구 자장의 주기적인 방향전환은 외핵의 액체 뿐 아니라 그 위를 덮고 있는 맨틀 그 자체의 변화에 따라 이뤄지는지 모른다. 자장의 방향 전환에 얽힌 수수께끼를 풀기 위한 연구는 계속되고 있다.

핵과 맨틀의 경계와 맨틀과 지표의 경계는 집중적인 연구의 대상이 되고 있다. 맨틀과 핵의 경계와 가까운 곳에 있는 '뜨거운 지점'(열점)에서는 지속적으로 맨틀의 광물이 기둥처럼 지표 밖으로 솟아나와 화산폭발이 되곤 한다. 하와이열도의 섬들은 맨틀의 열점들 위로 움직인 지판들에 의해 형성된 것으로 여겨진다. 지질학자인 로저 라슨은 약 1억 2천만년 전 맨틀로부터 솟아나온 '초용암 기둥'이 지구의 표피를 형성했을 뿐 아니라 임시로 (약4천만년 지속됐지만)지구자장의 양극성을 안정시켰다고 가정했다. 버섯모양으로 솟아나오는 초대형 용암기둥들은 액체외핵의 움직임 속도에 따라 더 많이 나타날 수 있고 이에 따라 지구다이나모의 힘에 변화를 줄 수 있다.

생명체들이 붙어서 살고있는 지표라는 깨지기 쉬운 층 밑엔 정말 연구해볼 가치가 있는 지구의 심장부에 해당하는 맨틀과 핵이 있다는 것이다.
 

Mantle And Core

Worried about the economy? Politics? The apparently ineradicable tendency for human beings to mess up not only their own lives but the very planet they live on? Certain sciences present such a wide, deep, or far perspective that it's a relief to delve into them and forget the vicissitudes of ordinary life.

Astronomy and cosmology fit the bill, but sometimes they scare people because they seem removed from humanity. Isaac once had a phone call from a sobbing young person who asked, "Is it really possible for the universe to end some day?" It's possible, but not worth worrying about right now.

Then there's geology. Rockhounds collect their specimens in what must be a pleasant escape, but geology is not all rocks. It's about as close to home as any science can get, because geology is about our home, Earth Geologists are the scientists who study things like volcanic eruptions(only too likely to affect human living) and earthquakes.

Yet when geologists and geophysicists are studying the deep structure of Earth, the perspective is certainly broader than most ordinary human problems. The planet's geophysical history outranks all the romantic histories of all the countries sitting on Earth's crust, only 64 kilometers(40 miles) thick.

Our solar system was formed about 4,600 million years ago from condensation of gas and dust clouds. As the gas and dust ball grew, the light stuff collected outside as atmosphere while the heavy stuff mashed together forming the planet itself. This inside of Earth is a remarkable place, although it bears no resemblance to Jules Verne's description in "A Journey to the Center of the Earth."

Under Earth's rocky crust is the mantle, about 2,900 kilometers(1,800 miles) thick. The mantle is rocky too, but the rocks are olivine type, rich in magnesium and iron, denser than crustal rock. You wouldn't think there'd be any water in the mantle, but there is, structurally bound to the minerals as hydroxyl. The mantle's rocks are now thought to have as much water, in the form of hydroxyl, as a good percentage of the oceans, and seem to be an important part of the recycling of water through the top layers of Earth. Recent studies also indicate that the hydrogen in the hydroxyl may contribute to the mantle's electrical conductivity. Beneath the mantle is the planet's core under pressure ranging from 10,000 tons per square inch at the top to 25,000 tons at the center. After studying seismographs, British geologist Richard Dixon Oldham established in 1906 that Earth's rocky mantle ended at a liquid region. For years it was believed that the entire core was liquid, but now it's known that there's an outer core of molten nickel and iron, six times wider than the solid inner core that floats in it like a tiny planet 5,000 kilometers beneath our feet. Canadian geophysicist Dr.

Douglas Smylie recently studied and demonstrated the ways the solid inner core oscillates in the liquid outer core. Eventually, the new techniques may refine estimates of the inner core's mass.

The two aspects of Earth's center form a "geodynamo" powdered by the heat convection of the outer core's fluids plus the growth of the solid inner core, now so big that the gravitational energy it contributes may be the most important part of the geodynamo.

Geophysicists at the University of Cambridge have come up with an analytical model, based on global heat conservation, that explains the developmental history of the core.

It may seem as if this picture of Earth's insides-slowly sloshing molten metal around a very slowly growing solid ball-is too out of sight and, for most of us, too out of mind to be important, but it is. This inner geodynamo generates Earth's magnetic field, which diverts some of the lethal cosmic radiation bombarding the planet. The periodic reversals of Earth's magnetic field may be channeled by alterations, not just in the fluid outer core but in the overlying rocky mantle itself. Research continues on the enigma of magnetic reversals.

The boundaries between core and mantle and between mantle and crust are under intense study. In certain persistent "hot spots" starting near the boundary of mantle and core, mantle material rises up like a plume to break through the crust as volcanoes. Islands like the Hawaiian chain are thought to be formed as the tectonic plates of the crust move over mantle hot spots. Geologist Roger Larson has hypothesized that a "super-plume" erupted from the mantle 120 million years ago and caused not only crust formation but a temporary(well, 40 million years' worth) stabilization of Earth's magnetic field polarity. Super-plumes may increase the rate of movement in the liquid outer core, altering the force of the geodynamo.

Beneath the fragile layer of life clinging to Earth's crust are the mantle and core, the heart of our planet, and well worth studying.

(C) 1992,  Los Angeles Times Syndicate