수렴 경계

1994년 6월 9일 볼리비아 지하 636 km에서 규모 8.3의 지진이 일어났습니다. 맨틀 속으로 가라앉은 판 안에서였습니다.

지각이 다시 내려가는 곳

지구는 수억 년 동안 크기가 거의 그대로였습니다. 그러니 해령에서 새로 만들어진 지각은 다른 어딘가에서 같은 속도로 사라지고 있어야 합니다. 그 어딘가가 바로 판과 판이 서로를 향해 다가오는 수렴 경계입니다. 수렴 경계에서 무슨 일이 일어날지는 어떤 종류의 암석권끼리 만나는지에 달려 있습니다. 해양 지각은 얇고 밀도가 높으며 현무암질 조성을 띱니다. 대륙 지각은 더 두껍고 화강암처럼 밀도가 낮은 암석을 포함합니다. 이 두 판이 서로 만나면 무거운 해양판이 지고 맙니다. 해양판은 아래로 휘어 꺾이면서 맨틀 속으로 가라앉는데, 이것을 섭입(subduction)이라고 합니다. 그리고 해양판이 가라앉는 그 장소를 섭입대라고 부릅니다.

판이 아래로 꺾여 들어가는 곳에서는 해저에 해구가 생깁니다. USGS는 태평양의 물을 모두 빼낼 수 있다면, 길이가 수천 km이고 깊이가 8~10 km인 길고 휘어진 해구들이 보일 것이라고 말합니다. 그 가운데 가장 깊은 곳은 마리아나 해구 남쪽 끝에 있는 챌린저 해연입니다. 챌린저 해연은 거의 11,000 m까지 내려가는데, 이 깊이는 에베레스트산이 해수면 위로 솟은 높이보다도 더 깊습니다. 남아메리카 앞바다에서는 해양판인 나스카판이 페루·칠레 해구를 따라 남아메리카판 밑으로 들어가고 있습니다. 그리고 이렇게 짓눌린 대륙의 가장자리가 위로 솟아올라 안데스산맥이 되었습니다.

내륙으로 갈수록 깊어지는 지진

가라앉는 판이 맨틀 속으로 끝까지 매끄럽게 미끄러져 들어가는 것은 아닙니다. 판의 깊은 부분은 여러 조각으로 부서지고, 그 조각들은 꽉 물려 있다가 갑자기 미끄러집니다. 두 판이 서로 맞닿아 있는 면도 마찬가지로 붙어 있다가 덜컥 움직입니다. BGS는 규모 6이 넘는 지진의 대부분이 섭입대에서 일어나고, 가장 깊은 곳에서 일어나는 지진도 섭입대에서 일어난다고 말합니다. 지진은 가라앉는 판을 따라 일어나므로, 지진이 일어난 깊이를 지도에 나타내 보면 뚜렷한 무늬가 보입니다. 해구 근처에서는 지진이 얕고, 내륙으로 들어갈수록 점점 더 깊어져서 약 700 km 깊이까지 내려갑니다. 1994년 볼리비아 지진은 땅속 636 km 깊이에서 일어났는데, 남아메리카에서 기록된 큰 지진 가운데 가장 깊은 지진의 하나였습니다. 이 지진은 멀리 토론토에서도 느껴졌지만, 워낙 깊은 곳에서 일어나서 피해는 크지 않았습니다. 위 모형에서도 점들이 하나씩 쌓이면서 이와 같은 기울어진 선을 만듭니다.

화산이 생기는 이유

대륙 위에는 해구와 나란히, 해구에서 내륙으로 얼마쯤 들어간 곳에 화산들이 한 줄로 늘어서 있습니다. 모형에서 화산은 가라앉는 판의 윗면이 약 100 km 깊이에 이르는 지점의 바로 위에 있습니다. 가라앉는 판은 광물 속에 물을 품은 채로 내려갑니다. 판이 뜨거워지면 그 물이 빠져나와 위쪽의 뜨거운 맨틀로 올라가고, 이 물이 그곳 암석의 녹는점을 낮춰서 암석의 일부가 녹습니다. USGS에 따르면 정확히 어느 암석이 녹는지는 아직 과학자들 사이에서 논쟁 중입니다. 가라앉는 판인지, 그 위에 있는 판인지, 아니면 둘 다인지 아직 결론이 나지 않았습니다. 하지만 이 화산들이 섭입 때문에 생긴다는 것만은 분명합니다. 안데스산맥과 미국 북서부의 캐스케이드산맥이 모두 이런 종류의 화산호입니다.

수렴 경계에는 두 가지 경우가 더 있고, 이것까지 알아야 전체 그림이 완성됩니다. 두 해양판이 만나면 한쪽 판이 다른 쪽 판 밑으로 들어갑니다. 그러면 화산이 해저에서부터 자라 올라와 휘어진 섬들의 줄을 만드는데, 이것을 호상열도(island arc)라고 합니다. 마리아나 제도와 알류샨 열도가 그 예입니다. 두 대륙이 만나면 어느 쪽도 가라앉지 않습니다. 대륙을 이루는 암석이 너무 가볍기 때문입니다. 대신 서로 밀고 들어오는 두 빙산처럼, 지각이 구겨지면서 위로 밀려 올라갑니다. 인도는 약 5,000만 년 전에 아시아와 부딪쳤습니다. 그 뒤로 천천히 이어진 압축이 육지에서 가장 높은 산맥인 히말라야산맥과, 평균 해발 고도가 약 4,600 m인 티베트고원을 밀어 올렸습니다.