열곡대(r11 판)

열곡대는 지각이 확장되는 과정에서 형성되는 지형 구조로, 주로 대륙판이나 해양판이 서로 멀어지는 경계에서 나타난다. 이 지역에서는 판이 벌어지면서 지각이 얇아지고, 맨틀에서 상승한 마그마가 표면으로 분출하여 새로운 지각을 형성하는 과정이 반복된다. 열곡대는 지질 활동이 활발한 곳으로, 지진과 화산활동이 자주 발생하며, 시간이 지나면서 해양 분지나 새로운 지형을 형성할 수 있다.

대부분의 지구대와 열곡대는 단일한 단층선으로 이루어진 단순한 구조가 아니라, 여러 개의 분리된 단편들이 연속적으로 연결된 복잡한 형태를 가진다. 이러한 단편들이 함께 배열되면서 전체적인 선형 지형이 형성되며, 각 단편은 특정한 지질학적 특성을 보인다. 개별적인 지구대 단편들은 주로 한쪽 방향으로 기울어진 단층에 의해 형성된 반지구대 구조를 가지며, 이는 단일한 분지 경계를 이루는 주요 단층에 의해 조절된다. 이러한 단편의 길이는 지역의 지각 특성, 특히 탄성 두께에 따라 크게 달라진다.

지각이 두껍고 온도가 낮은 지역에서는 단편의 길이가 길어지는 경향이 있다. 예를 들어, 바이칼 지구대와 같은 지역에서는 단편의 길이가 80 km를 초과하는 경우가 많다. 이는 차가운 지각이 단단하고 강성이 높아 변형이 한정된 넓은 구간에서 발생하기 때문이다. 반면, 지각이 얇고 온도가 높은 지역에서는 단편의 길이가 상대적으로 짧아지며, 경우에 따라 30 km 이하가 되기도 한다. 이러한 차이는 지각의 열적 상태와 구조적 성질에 따라 결정되며, 지구대가 형성되는 과정에서 주요한 요인으로 작용한다.

지구대 축을 따라 형성된 단편들은 주요 단층의 기울기 방향이 서로 다를 수 있다. 어떤 단편에서는 주요 단층이 한쪽 방향으로 기울어져 있지만, 다른 단편에서는 반대 방향으로 기울어질 수 있다. 이런 차이로 인해 단편들 간의 구조가 다르게 나타나며, 이는 지구대의 복잡성을 증가시키는 중요한 요인이다. 특히 단편들이 맞닿는 경계는 일반적으로 더 복잡한 구조를 가지며, 지구대 축과 높은 각도로 교차하는 특징을 보인다. 이러한 단편 경계는 개별 단편들 사이에서 단층의 변위를 조절하는 역할을 하며, 이를 조절구역이라 한다.

조절구역은 단순한 형태부터 매우 복잡한 형태까지 다양하게 나타날 수 있다. 예를 들어, 같은 방향으로 기울어진 두 개의 주요 단층이 만나는 지점에서는 비교적 단순한 구조가 형성될 수 있다. 반면, 서로 반대 방향으로 기울어진 단편들이 맞닿을 경우 조절구역은 훨씬 복잡한 형태를 띠며, 다양한 지각 변형이 발생할 가능성이 높아진다.

조절구역은 과거에 형성된 지각 구조와 지구대 축이 만나는 곳에서 자주 나타나며, 이로 인해 구조적 복잡성이 더욱 커질 수 있다. 예를 들어, 수에즈 만 지구대에서는 아라비아-누비아 순상지 내의 전단대와 지구대 축이 만나는 지점에 자아파라나 조절구역이 형성되어 있으며, 이는 이 지역의 지질학적 변화에 중요한 역할을 하고 있다.

지구대의 양측에는 주변 지역보다 상대적으로 높은 지형이 형성되는데, 이를 지구대 어깨 또는 지구대 측면이라고 한다. 일반적으로 지구대 어깨는 약 70 km의 폭을 가지며, 이는 지각의 융기와 관련이 있다. 과거에는 이러한 융기가 지구대 형성과 직접적인 관련이 있다고 생각되었으나, 최근 연구에 따르면 모든 높은 지형이 지구대 형성과 연관된 것은 아니다. 예를 들어, 브라질 고원, 스칸디나비아 산맥, 인도의 서부 가츠산맥과 같은 지역은 지구대 어깨가 아닌 별개의 지형적 형성과정을 거친 것으로 밝혀졌다. 이는 지각의 차등 융기, 침식 과정, 그리고 장기적인 판구조적 변동과 같은 다양한 요인들이 작용했기 때문이다.

결론적으로, 지구대의 형성은 단순한 단층 작용에 의한 것이 아니라, 복잡한 구조적 요인과 지각의 열적 특성이 결합된 결과이다. 지구대 내 개별 단편들은 서로 다른 길이와 기울기를 가지며, 단편 간의 경계를 이루는 조절구역은 구조적으로 다양한 형태를 보인다. 또한, 지구대 어깨는 일반적으로 주변 지역보다 높지만, 모든 높은 지형이 지구대 형성과 직접적으로 연관된 것은 아니다. 이러한 요소들은 지구대의 발달 과정과 그 지역의 지질학적 역사를 이해하는 데 중요한 단서를 제공한다.

열곡이 형성되는 초기 단계에서 지각의 상부가 여러 개의 독립된 정단층[1]을 따라 늘어나며, 이로 인해 분리된 분지가 형성된다. 이러한 과정은 지표에서 관찰할 수 있는 초기 열곡 분지의 발달로 이어진다. 지상에 형성된 열곡의 경우, 초기에는 배수 체계가 내부적으로 한정되며, 외부로 흐르는 배수 체계는 발달하지 않는다.

열곡이 발전하면서 개별적인 단층 구간이 성장하고 점차 연결되어 주요 경계 단층이 형성된다. 이후의 연장은 이러한 경계 단층을 중심으로 집중되며, 이로 인해 열곡 축을 따라 보다 넓은 지역에서 단층에 의한 침강이 발생한다. 이 과정에서 열곡 주변부의 지형이 융기하게 되며, 이는 분지 내의 배수 체계와 퇴적 작용에 큰 영향을 미친다.

열곡 발달이 절정에 달하면 지각이 점차 얇아지고, 이와 함께 지표면이 침강하며, 모호 불연속면[2]이 상승한다. 동시에 맨틀 암석권이 얇아지면서 아스테노스피어[3]의 상부가 상승하게 되고, 이로 인해 열곡대에 높은 열류량이 형성된다. 이러한 열 공급은 지각을 가열하고, 고온의 변성 작용을 촉진한다. 이 과정에서 고온 또는 초고온의 변성암이 형성되며, 일부 지역에서는 변성 핵 복합체가 발달하기도 한다. 이와 같은 과정은 확장성 환경에서의 조산 운동을 유발하며, 이를 열곡 조산 작용이라 한다.

열곡 작용이 종료되면 맨틀이 냉각되면서 광범위한 후열곡 침강이 진행된다. 침강의 정도는 열곡 과정에서 지각이 얼마나 얇아졌는지에 따라 결정되며, 이는 초기 지각 두께와 최종 지각 두께의 비율(베타 계수)로 산출된다. 또한, 침강 과정에서 퇴적물이 채워지는 정도도 중요한 요소로 작용하는데, 퇴적물의 밀도가 물보다 크기 때문에 퇴적이 진행될수록 침강량이 줄어든다.

초기 모델로 사용되었던 ‘맥켄지 모델’은 열곡이 순간적으로 발생하는 것으로 가정하고 있으며, 이를 통해 후열곡 침강량을 예측하는 데 유용한 1차적인 접근법을 제공한다. 그러나 이후에는 ‘굽힘 캔틸레버 모델’이 도입되었으며, 이 모델은 열곡 단층의 기하학적 구조와 지각의 탄성적 반응을 고려하여 보다 정밀한 분석이 가능하도록 발전되었다.

열곡의 발달이 지속되면 결국 대륙이 분리되고 해양 분지가 형성될 수 있다. 성공적인 열곡 과정은 해양 확장을 유도하며, 대서양 중앙 해령과 같은 해저 확장 중심과 대륙 연변부가 형성되는 결과를 초래한다.

열곡 과정은 맨틀 대류의 영향으로 발생하는 능동적 열곡과, 외부에서 가해지는 지각 인장력에 의해 형성되는 수동적 열곡으로 구분된다. 열곡 연변부의 구조는 변형 과정의 시공간적 관계에 따라 결정되며, 이는 지각의 상부에 형성되는 단층 구조, 목이 좁아지는 구간에서의 지각 연장, 심부 분지의 형성 및 해양 지각과의 경계 설정 등 다양한 형태로 나타난다.

변형 과정에서 마그마 활동이 열곡의 진화와 밀접한 관계를 맺는다. 열곡 연변부는 마그마가 풍부한 유형과 마그마가 부족한 유형으로 구분된다. 마그마가 풍부한 열곡 연변부는 화산 활동이 활발하며, 세계적으로도 이러한 화산성 연변부가 대부분을 차지한다. 반면, 마그마가 부족한 열곡 연변부에서는 대규모 단층 운동과 극단적인 지각 신장이 두드러지며, 이로 인해 상부 맨틀의 감람암과 반려암이 해저에 노출되어 변질되는 과정이 발생한다.