마그마의 열은 어디에서 생성되고 있는가

지구 내부에는 매우 뜨거운 마그마가 있으며 화산 활동에도 영향을 미칩니다. 그렇다면 이렇게 뜨거운 마그마는 어떻게 생성되었을까요? 한때 지구의 열이 지구의 압축에 의해 초래되었다고 알려져 왔지만 잘못된 사실입니다.

'지구의 열은 지구의 압축에 의해 초래되었다'고 알려져 왔는데 이 실수는 다음 이론에 기초한 것이었습니다. 가스를 압축하면 열이 발생합니다. 이 에너지가 기체 분자에 축적되면 기체 분자가 더욱 활성화되어 결과적으로 추가 열이 발생합니다. 이 이론을 실연한 실험을 살펴보면 통 안의 공기를 고속 피스톤에 의해 계속 압축하면 열이 발생하여 안쪽면에 불이 붙습니다.

하지만 이 이론으로 맨틀을 녹일 수는 없습니다.
확실히 가스는 압축되어 열을 발합니다. 그러나 지구는 기체로 만들어진 것이 아닙니다. 고체와 액체로 이루어져 있습니다. 그것들은 약간만 압축되고 이 압축은 옛날에 일어났습니다. 그 압축된 중력은 이제 지구에서 더 이상 작동하지 않습니다. 그런데 지구의 대부분의 열은 사실 그 중력에 의해 초래된 것입니다.

지구는 형성되기 전에 소행성이 띠 모양으로 모였습니다. 시간이 지남에 따라 이러한 소행성은 모여 거대한 덩어리가 되었고 이것이 더 주변의 소행성을 삼켰습니다. 이 과정은 엄청난 것이었고 지구에 끌려 그 일부가 된 소행성 중 하나에서 막대한 에너지가 발산되었습니다. 서로 충돌이나 마찰을 반복함으로써 발해진 에너지가 지구를 녹여 액화시킨 것입니다. 지구는 용암 덩어리가 되었는데 지구를 비롯한 모든 행성이 구상인 이유는 무중력하에서는 액체가 구상이 되기 때문입니다.

놀랍게도 45억 년이 지난 지금도 그때 발생한 열이 남아 있습니다. 물론 한때 액상이었던 지구는 냉각되어 지각이 형성되었지만 그때의 열 대부분은 지금도 남아 있습니다.

이 외에도 지구에 중요한 열원이 2개 존재합니다. 하나는 무거운 물체가 중력에 의해 지구의 중심을 향해 이동할 때 발생하는 막대한 마찰열입니다. 이 움직임은 지금 현재는 멈춘 것처럼 보이지만 지구가 구성된 초기 단계에서는 주요 열원이 되었습니다.

그리고 마지막으로 지금 지구를 가열하는 주요한 열원이 되고 있는 것이 방사성 붕괴입니다. 동위체 중에서도 방사성이라고 불리는 구성의 불안정한 것은 타임 리미트가 있어서 그 시간을 넘으면 붕괴되어 다른 동위체나 원소로 변화합니다. 이 과정에서 방사성 동위체는 에너지를 방출합니다. 열의 대부분은 우라늄, 토륨, 칼륨에서 유래되지만 지구의 열량 중 얼마나 많은 양이 이러한 물질에서 방출되는지는 분명하지 않습니다.

현재 지구의 열의 50퍼센트가 이러한 방사성 붕괴에 의해 초래되고, 나머지가 지구 형성 시에 방출된 에너지의 잔존으로 추정하는 학설이 가장 유력합니다.

40테라와트의 열량이 지구에서 방출되고 있는 반면 방사성 붕괴에 의해 지구에 생성되는 열량은 20~30테라와트이기 때문에 지구는 조금씩 식어가고 있다고 할 수 있습니다. 그러나 지구에 축적된 열은 막대하고 지각이 훌륭한 단열 역할을 하고 있기 때문에 지구의 대부분에는 마그마가 존재하고 지금도 매우 뜨거운 상태를 유지하고 있어서 인류는 때때로 이 열을 이용하여 전력을 만들어내고 있습니다.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- Who Melted the Earth?
https://www.youtube.com/watch?v=8ZYGfJsj1q4