삼중합점

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1. 개요

삼중합점은 세 개의 판 경계가 만나는 지점을 의미하며, 댄 맥켄지와 W. 제이슨 모건에 의해 개념이 상세히 설명되었다. 판 구조론에 따르면 대륙 분열 과정에서 세 개의 발산 경계가 형성되어 삼중합점을 중심으로 방사형으로 뻗어 나가며, 이 중 하나가 실패하면 나머지 두 개는 대양을 형성한다. 삼중합점은 해령, 해구, 변환 단층의 속성을 정의하고 안정성을 평가하여 설명할 수 있으며, RRR, RTF, TTT 등 다양한 유형이 존재한다. 주요 사례로는 아파르 삼각주, 로드리게스 삼중합점, 갈라파고스 삼중합점, 멘도시노 삼중합점, 보소 삼중합점 등이 있으며, 후지산은 아무르 판, 오호츠크 판, 필리핀해 판이 만나는 삼중합점 위에 위치한다.

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삼중합점
설명
정의	세 개의 판이 만나는 지점
관련 용어	삼중점 (화학) 삼중 분수계 (지리학)
유형
판 구조론	판 경계의 유형에 따라 여러 종류가 존재
안정성	어떤 삼중 합류점은 안정적인 반면, 다른 것들은 불안정함
예시
주요 위치	캘리포니아 북부의 멘도시노 곶 칠레 서해안 포르투갈 남서쪽의 아조레스 제도 근처 아프리카 일본

2. 역사

1969년 댄 맥켄지와 W. 제이슨 모건은 삼중합점에 대한 개념을 설명하는 논문을 발표했다.^[2] 이들은 삼중합점을 세 개의 발산 경계 또는 해령이 약 120° 각도로 만나는 지점으로 정의했다.

판 구조론에 따르면, 대륙이 분열할 때 중심점(삼중합점)에서 세 개의 발산 경계가 방사형으로 뻗어 나가는데, 이 중 하나는 올라코겐이 되어 확장을 멈추고, 나머지 두 경계는 확장하여 대양을 형성한다. 남대서양의 해저 확장은 남아메리카와 아프리카 대륙 남쪽에서 시작되어 기니 만의 삼중합점에 도달했고, 서쪽으로 확장되었다. 베누에 해구는 이 삼중합점에서 확장을 멈춘 팔이다.^[3]

이후 삼중합점이라는 용어는 세 개의 판이 만나는 모든 지점을 포괄하여 사용되기 시작했다.

2. 1. 초기 연구

댄 맥켄지와 W. 제이슨 모건은 1969년 삼중합점 개념을 상세히 설명하는 최초의 과학 논문을 발표했다.^[2] 이 용어는 전통적으로 세 개의 발산 경계 또는 해령이 교차하는 지점을 지칭하는 데 사용되었다. 이 세 개의 발산 경계는 이상적으로 120°에 가까운 각도로 만난다.

판 구조론 이론에 따르면, 대륙이 분열되는 동안 세 개의 발산 경계가 형성되어 중심점(삼중합점)에서 방사형으로 뻗어 나간다. 이 발산 판 경계 중 하나가 실패하고(올라코겐 참조) 나머지 두 개는 계속 확장되어 대양을 형성한다. 남대서양의 해저 확장은 남아메리카와 아프리카 대륙 남쪽에서 시작되어 현재의 기니 만의 삼중합점에 도달했고, 여기에서 서쪽으로 계속 확장되었다. 북동 방향의 베누에 해구는 이 삼중합점의 실패한 팔이다.^[3]

2. 2. 용어의 확장

댄 맥켄지와 W. 제이슨 모건은 1969년 삼중합점 개념을 상세히 설명하는 최초의 과학 논문을 발표했다.^[2] 이 용어는 전통적으로 세 개의 발산 경계 또는 해령이 교차하는 지점을 지칭하는 데 사용되었다. 이 세 개의 발산 경계는 이상적으로 120°에 가까운 각도로 만난다.

이후 삼중합점이라는 용어는 세 개의 판이 만나는 모든 지점을 지칭하는 데 사용되게 되었다.

3. 삼중합점의 운동학과 안정성

삼중합점의 특성은 판이 지구 표면 위에서 움직이는 강체라는 순수한 운동학적 관점에서 가장 쉽게 이해할 수 있다. 이때 지구 내부나 지각의 지질학적 세부 사항은 알 필요가 없다. 평면 지구에서의 삼중합점 운동학이 구 표면에서의 운동학과 본질적으로 동일하다는 점 또한 유용한 단순화이다. 구에서는 판의 움직임이 오일러 극에 대한 상대적인 회전으로 설명되며(판 재구성 참조), 판 경계를 따라 모든 지점에서의 상대적인 움직임은 이러한 회전을 통해 계산할 수 있다. 그러나 삼중합점 주변 영역은 (구의 크기에 비해) 충분히 작고, (일반적으로) 회전 극에서 충분히 멀리 떨어져 있으므로, 경계를 가로지르는 상대적인 움직임은 해당 경계를 따라 일정하다고 가정할 수 있다. 따라서 삼중합점 분석은 일반적으로 벡터로 정의된 움직임을 가진 평면에서 수행할 수 있다.

3. 1. 운동학적 해석

판이 지구 표면 위에서 움직이는 강체라는 순수한 운동학적 관점에서 삼중합점의 특성을 가장 쉽게 이해할 수 있다. 이때 지구 내부나 지각의 지질학적 세부 사항은 알 필요가 없다. 평면 지구에서의 삼중합점 운동학이 구 표면에서의 운동학과 본질적으로 동일하다는 점 또한 유용한 단순화이다. 구에서는 판의 움직임이 오일러 극에 대한 상대적인 회전으로 설명되며(판 재구성 참조), 판 경계를 따라 모든 지점에서의 상대적인 움직임은 이러한 회전을 통해 계산할 수 있다. 그러나 삼중합점 주변 영역은 (구의 크기에 비해) 충분히 작고, (일반적으로) 회전 극에서 충분히 멀리 떨어져 있으므로, 경계를 가로지르는 상대적인 움직임은 해당 경계를 따라 일정하다고 가정할 수 있다. 따라서 삼중합점 분석은 일반적으로 벡터로 정의된 움직임을 가진 평면에서 수행할 수 있다.

3. 2. 안정성 기준

레온하르트 오일러의 구면 운동 정리에 따르면, 강체 판의 상대 운동은 회전으로 나타낼 수 있다. 해양 지각의 경우 판이 강체이고 지구를 구형으로 가정하면, 삼중합점의 안정성은 상호 작용하는 판 경계와 상대 운동을 분석하여 평가할 수 있다.^[4]

맥켄지와 모건^[5]은 판의 움직임을 설명하는 오일러 극이 평평한 표면에서 직선 운동에 근사한다는 가정을 추가하여 삼중합점 안정성 분석을 단순화했다. 이 가정은 오일러 극이 삼중합점에서 멀리 떨어져 있을 때 유효하다.

삼중합점이 안정적으로 존재하기 위해서는 다음 두 가지 조건이 만족되어야 한다.

# 세 판 사이의 상대 속도 합은 0이어야 한다. 즉, _Av_B + _Bv_C + _Cv_A = 0 이다. (여기서 _Av_B는 A에 대한 B의 상대 속도)

# 판의 개별 기하학적 구조가 변경되지 않거나, 삼중합점이 세 판 경계 모두에 유지되어야 한다.

이러한 조건은 속도 공간 다이어그램을 통해 시각적으로 표현할 수 있다.

속도 삼각형: 세 판 A, B, C의 상대 속도는 속도 공간에서 삼각형 ABC로 나타낼 수 있다. 각 변의 길이는 해당 판 사이의 상대 속도에 비례한다.
판 경계 유지 조건: 판 경계(ab, bc, ca)를 따라 이동하면서 해당 경계에 남아 있을 수 있는 관찰자의 속도는 속도 공간에서 선으로 나타낼 수 있다.
해령의 경우, 이 선은 상대 운동 벡터의 수직 이등분선이다.
변환 단층의 경우, 이 선은 상대 운동 벡터와 평행하다.
해구의 경우, 이 선은 판 경계와 평행하고 섭입하는 판의 속도 공간 점을 통과한다.

삼중합점이 안정적이기 위해서는 이 세 선이 한 점(J)에서 만나야 한다. 점 J는 지구에 대한 삼중합점의 전체적인 움직임을 나타낸다.

FFF 삼중합점은 세 변환 단층의 상대 운동 벡터가 모두 평행하지 않으면 한 점에서 만날 수 없기 때문에 항상 불안정하다. FFF 삼중합점의 불안정성은 약 1억 9천만 년 전 태평양 판 형성과 관련이 있는 것으로 추정된다.^[4]

4. 삼중합점의 유형

맥켄지(McKenzie)와 모건(Morgan)은 이론적으로 가능한 삼중합점의 유형을 16가지로 분류했다. 이들은 판 경계의 유형(예: RRR, TTR, RRT, FFT 등)과 판들의 상대적인 운동 방향에 따라 삼중합점을 분류했다. RRR처럼 하나의 상대 운동만 가질 수 있는 유형도 있지만, TTT 합점은 TTT(a)와 TTT(b)로 나뉠 수 있다. 이러한 운동 방향의 차이는 삼중합점의 안정성에 영향을 준다.

맥켄지와 모건은 16가지 유형 중 14개가 안정적이며, FFF 및 RRF 구성은 불안정하다고 주장했다. 그러나 요크(York)는 이후 RRF 구성이 특정 조건에서 안정적일 수 있음을 밝혀냈다.^[6]

Ridge–ridge–ridge (RRR) 접합: RRR 접합은 항상 안정적이며 지구상에 매우 흔하게 나타난다. 아파르 삼각주는 RRR 접합부의 한 예시이다.
Ridge–trench–fault (RTF) 접합: RTF 삼중합점은 흔하지 않다. 약 1200만 년 전 캘리포니아만 입구에 RTF(a) 유형의 불안정한 삼중합점이 존재했던 것으로 추정된다.
Trench–trench–trench (TTT) 접합: 일본 중부에서 TTT(a) 삼중합점을 발견할 수 있다. 보소 반도 해역에는 세계 유일의 해구-해구-해구형 삼중 합점이 있다.

4. 1. Ridge–ridge–ridge (RRR) 접합

RRR 접합은 정의에 따라 항상 안정적이며 지구에서 매우 흔하게 나타난다. 그러나 지질학적으로 해령 확장은 보통 한 방향으로 중단되어 실패한 열곡대를 남긴다. 대서양 중앙 해령을 형성하는 북쪽과 남쪽으로의 해령 확장과 아프리카 나이저 델타 지역의 올라코겐인 베누에 해구가 그 예시이다. RRR 접합은 120°로 세 개의 단층을 따라 열곡이 형성되는 것이 구체의 표면에서 융기에 의한 응력을 완화하는 최선의 방법이기 때문에 흔하게 나타난다. 지구에서 이와 유사한 응력은 대륙에서 열곡 형성을 시작한다고 여겨지는 맨틀 열점에 의해 발생한다고 생각된다.^[1]

RRR 접합부의 안정성은 삼각형 변의 수직 이등분선이 항상 한 점에서 만나기 때문에 ab, bc, ca 선은 상대 속도에 관계없이 항상 만날 수 있다는 점으로 설명할 수 있다.^[1]

4. 2. Ridge–trench–fault (RTF) 접합

RTF 삼중합점은 흔하지 않으며, 이러한 유형의 불안정한 삼중합점(RTF(a))은 약 12Ma에 현재 동태평양 해령이 샌앤드레이어스 단층 지대와 만나는 캘리포니아만 입구에 존재했던 것으로 여겨진다.^[7] 과달루페 및 팔라론 미소판은 이전에 북아메리카 판 아래로 섭입되고 있었으며, 이 경계의 북쪽 끝은 샌앤드레이어스 단층과 만났다. 이 섭입에 필요한 물질은 현재의 동태평양 해령과 유사한 해령에서 공급되었으며, 해령은 해구의 서쪽으로 약간 이동해 있었다. 해령 자체가 섭입되면서 RTF 삼중합점이 잠시 존재했지만, 해령의 섭입은 섭입된 암석권을 약화시켜 삼중합점으로부터 '찢어지게' 했다. 이 암석권의 분리에 의한 판 끌림의 손실은 RTF 삼중합점을 종료시켰고, 현재의 해령-단층 시스템을 만들었다. RTF(a)는 ab가 속도 공간 C의 점을 통과하거나, ac와 bc가 공선상에 있으면 안정하다.

4. 3. Trench–trench–trench (TTT) 접합

유라시아판이 필리핀판과 태평양판을 덮고, 필리핀판 또한 태평양판을 덮는 일본 중부에서 TTT(a) 삼중합점을 발견할 수 있다. 여기서 일본 해구는 효과적으로 분기되어 류큐 열도와 보닌 화산호를 형성한다. 이러한 유형의 삼중합점에 대한 안정성 기준은 ab와 ac가 직선을 이루거나, bc 선이 CA에 평행해야 한다.^[12]^[13]^[14]

일본의 보소 반도 해역에는 북아메리카 판(오호츠크 판)・태평양 판・필리핀해 판의 삼중 합점이 있다. 이는 세계 유일의 해구-해구-해구형 삼중 합점이다.

5. 주요 삼중합점 사례

과테말라, 북아메리카 판, 태평양 판이 만나는 치아파스 해안의 타파출라 인근 지역에서는 매주 소규모 지진이 발생하며, 이 지역은 코코스 판에 의해 동쪽으로 밀려나고 있다.
일본 후지 산 인근에서는 아무르 판, 오호츠크 미소 판, 필리핀 해 판이 만난다.
아조레스 삼중합점은 북아메리카 판, 유라시아 판, 아프리카 판의 경계가 만나는 지질학적 삼중합점으로, R-R-R 형태이다.
북해는 고생대 시대 아발로니아, 로렌시아, 발티카 세 대륙 판이 만났던 사라진 삼중합점에 위치해 있다.
남 그린란드 삼중합점은 고제3기 동안 유라시아 판, 그린란드 판, 북아메리카 판이 벌어지면서 형성되었던 R-R-R 삼중합점이었다.
칠레 삼중합점은 남아메리카 판, 나스카 판, 남극 판이 만나는 지점이다.

5. 1. 아파르 삼각주 (Afar Triple Junction)

홍해, 아덴만, 동아프리카 열곡대가 만나는 아파 삼각지대는 R-R-R(해령-해령-해령) 삼중합점의 예시이며, 해수면 위에서 관측되는 유일한 삼중합점이다.^[1]

5. 2. 로드리게스 삼중합점 (Rodrigues Triple Junction)

인도양 남부에 위치한 R-R-R 삼중합점으로, 아프리카판, 인도-오스트레일리아판, 남극판이 만나는 곳이다.

5. 3. 갈라파고스 삼중합점 (Galapagos Triple Junction)

나스카 판, 코코스 판, 태평양 판이 만나는 R-R-R 삼중합점이다. 동서 방향으로 동태평양 해령이 뻗어 있으며, 동쪽으로는 코코스-나스카 해령이 있다. 삼중합점 바로 남동쪽에는 갈라파고스 미소 판이 있어 더욱 복잡하다.^[3]

5. 4. 멘도시노 삼중합점 (Mendocino Triple Junction)

북아메리카 서해안의 케이프 멘도시노 해안에는 또 다른 불안정한 삼중합점이 있다. 남쪽에는 주향 이동 단층이자 변환 경계인 샌 안드레아스 단층이 태평양 판과 북아메리카 판을 구분한다. 북쪽에는 캐스캐디아 섭입대가 있는데, 이곳에서는 고르다 판이라고 불리는 후안 데 푸카 판의 일부가 북아메리카 판 아래로 섭입되어 해구(T)를 형성한다. 또 다른 변환 단층인 멘도시노 단층 (F)은 태평양 판과 고르다 판 사이의 경계를 따라 이어진다. 이 세 지점이 교차하는 곳이 지진 활동이 활발한 F-F-T 형태의 멘도시노 삼중합점이다.^[1]

5. 5. 보소 삼중합점 (Boso Triple Junction)

일본 보소 반도 해역은 북아메리카 판(오호츠크 판), 태평양 판, 필리핀해 판이 만나는 삼중합점이다.^[13]^[14] 이곳은 세계에서 유일하게 해구-해구-해구(T-T-T)가 만나는 삼중합점이다.^[12]

5. 6. 기타 삼중합점

홍해, 아덴만, 동아프리카 열곡대의 접합부는 아파 삼각지대에 위치하며, 유일하게 해수면 위에서 관측되는 R-R-R 삼중합점이다.
로드리게스 삼중합점은 인도양 남부에 위치한 R-R-R 삼중합점으로, 아프리카판, 인도-오스트레일리아 판, 남극판이 만나는 곳이다.
갈라파고스 삼중합점은 나스카판, 코코스판, 태평양판이 만나는 R-R-R 삼중합점이다. 이 접합점으로부터 동서 방향으로 동태평양 해령이 뻗어 있으며, 동쪽으로는 코코스-나스카 해령이 위치한다. 이 예시는 삼중합점 바로 남동쪽에 위치한 작은 독립 판인 갈라파고스 미소판으로 인해 더욱 복잡해진다.
과테말라, 북아메리카판, 태평양판이 만나는 치아파스 해안, 타파출라 인근 지역에서는 매주 소규모 지진이 발생한다. 이 지역은 코코스판에 의해 동쪽으로 밀려나고 있다.
북아메리카 서해안에는 케이프 멘도시노 해안에 또 다른 불안정한 삼중합점이 위치해 있다. 남쪽에는 주향 이동 단층이자 변환 경계인 샌 안드레아스 단층이 태평양 판과 북아메리카 판을 구분한다. 북쪽에는 캐스캐디아 섭입대가 있는데, 이곳에서는 고르다 판이라고 불리는 후안 데 푸카 판의 일부가 북아메리카 판 아래로 섭입되어 해구(T)를 형성한다. 또 다른 변환 단층인 멘도시노 단층 (F)은 태평양 판과 고르다 판 사이의 경계를 따라 이어진다. 이 세 지점이 교차하는 곳이 지진 활동이 활발한 F-F-T 형태의 멘도시노 삼중합점이다.
아무르판, 오호츠크 미소판, 필리핀해판은 후지산 인근 일본에서 만난다. (후지 산의 지질 참조)
아조레스 삼중합점은 북아메리카판, 유라시아판, 아프리카판의 경계가 만나는 지질학적 삼중합점으로, R-R-R 형태이다.
일본 연안에 위치한 보소 삼중합점은 오호츠크 미소판, 태평양판, 필리핀해판 사이의 T-T-T 삼중합점이다.
북해는 고생대 시대의 세 대륙 판, 즉 아발로니아, 로렌시아, 발티카가 만났던 사라진 삼중합점에 위치해 있다.
남 그린란드 삼중합점은 고제3기 동안 유라시아판, 그린란드판, 북아메리카판이 벌어지면서 형성되었던 R-R-R 삼중합점이었다.
칠레 삼중합점은 남아메리카판, 나스카판, 남극판이 만나는 지점이다.

6. 후지산과 삼중합점

후지산은 아무르판, 북아메리카판(오호츠크판), 필리핀해판의 삼중합점 위에 있다.

참조

_[1] 서적 The Solid Earth: An Introduction to Global Geophysics https://books.google[...] Cambridge University Press
_[2] 논문 Evolution of Triple Junctions 1969-10-11
_[3] 논문 Stratigraphic Evolution of the Benue Trough and Its Implications for the Upper Cretaceous Paleogeography of West Africa 1978-05
_[4] 논문 On the enigmatic birth of the Pacific plate within the Panthalassa Ocean 2016-07-01
_[5] 논문 Evolution of Triple Junctions
_[6] 논문 Evolution of Triple Junctions
_[7] 웹사이트 Archived copy http://www.orfeus-eu[...] 2009-11-21
_[8] 논문 Propagation of the Southwest Indian Ridge at the Rodrigues Triple Junction
_[9] 간행물 North-East Atlantic Islands: The Macaronesian Archipelagos https://www.scienced[...] Academic Press 2021-03-18
_[10] 논문 Subsidence analyses from the North Sea 'triple-junction' http://bullard.esc.c[...]
_[11] 논문 Crustal structure of the Innuitian region of Arctic Canada and Greenland from gravity modelling: implications for the Palaeogene Eurekan orogen https://research.vu.[...] Royal Astronomical Society
_[12] 웹사이트 日本列島の地殻変動の謎を解明 https://www.aist.go.[...] 産総研 2022-04-18
_[13] 논문 Trench triple junction off Central Japan—preliminary results of French-Japanese 1984 Kaiko cruise, Leg 2 http://www.eri.u-tok[...]
_[14] 논문 フィリピン海プレートの動きを探る (特集日本海溝移動説 : 日本列島の変動の謎を解く新説が提唱された) https://cir.nii.ac.j[...] 2017-10

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