변환 단층이 생기는 이유(해령이 끊어져 있는 이유)

해령을 가만히 보면 연속적으로 놓여있지 않고 죄다 끊어져 있습니다. 그리고 판 구조론에서는 이렇게 끊어져 있는 해령과 산 안드레이스 단층과 같이 판의 경계가 수평방향으로 이동하는 경우를 보존현 경계라고 정의하며, 이렇게 수평방향으로 이동하는 주향이동 단층을 특히 변환단층이라고 합니다.

<끊어져 있는 해령>

<끊어져 있는 해령 2>

그런데 해령이 형성되는 이유는 배우지만, 변환단층이 생기는 이유, 그러니까 왜 하필 지구상의 모든 해령이 저리 뚝뚝 끊어져 있느냐 하는 것은 다루지 않습니다. 가끔 학생들이 질문하는 경우가 있고, 그때마다 가르쳐 주기도 합니다. 아마도 적지 않은 학생들이 이에 궁금함을 가지고 있을까 하여 본 포스팅을 작성하게 되었습니다.

 1. 구면에서 움직이는 판

지구 표면에서 움직이는 판은, 너무도 당연하지만 평면상에서 운동하지 않습니다. 지구가 동그란 구이기 때문에 구면상에서 움직입니다. 따라서 이들은 너무도 당연히 지구 자전과는 무관한 회전운동을 하고 있습니다. 모든 회전운동이 그렇듯, 회전 축을 가지고 있고, 판도 역시 엄밀히 말하면 회전운동을 하는 것이기 때문에 회전축이 있습니다. 다만 이 회전축은 판이 어느 방향으로 운동하느냐에 따라 모두 제각각으로 축이 만들어 질 수 있으며, 지구 자전축과는 전혀 상관없는 축입니다.

위의 그림을 보면 쉽게 알 수 있습니다.약간 북서 남동 방향으로 움직이는 요 판을 기준으로 판의 회전축을 생각할 수 있고, 위 그림에서처럼 pole of plate rotation이 바로 회전축이 됩니다. 이 때 회전축이 지표면과 만나는 점이 생깁니다. 쉽게말해 회전축의 극이 되겠죠. 이 극을 오일러의 극이라고 합니다.

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  2. 회전축으로부터의 거리에 따른 속도 차이

자 그럼 이제, 강체 회전을 생각해 볼 차례입니다. 강체, 다시말해 단단한 물체는 회전축에 가까울 수록 속도가 느릴것이고, 회전축에서 멀 수록 속도가 빠릅니다. 전향력에서 다루었던 디스크 원판을 생각하면 됩니다. 디스크 원판의 모든 점은 같은 시간동안 같은 각도를 돕니다. 하지만, 움직인 거리는 다릅니다. 축에서 가까울수록 움직인 거리가 적고, 축에서 멀수록 움직인 거리가 깁니다.

 

구면에서 움직이는 판도 마찬가지입니다. 오일러 극에서 가깝다면 회전 속도는 느릴 것이고, 오일러 극에서 멀다면 회전 속도는 빠르게 됩니다.

 

그런데 판은 물렁물렁하지 않고 단단합니다. 먼 곳은 빠르게 움직이고, 가까운 곳은 느리게 움직이다 보니 결국 이 단단한 돌덩어리는 찢어지게 됩니다.

 

이렇게 해령을 기준으로 판이 서로 다른 속도로 벌어지다 보니 찢어지는 곳이 발생하고, 이 곳이 우리가 알 고 있는 변환단층, 보존형 경계로 자리하게 되는 것입니다.