섭입은 판 구조론의 중요한 과정으로, 지구 표면을 덮고 있는 여러 지각판 중 밀도가 높은 해양판이 밀도가 낮은 판 아래로 파고들어가 맨틀 속으로 사라지는 현상을 말한다. 섭입은 수렴형 판 경계에서 발생하며, 해구, 전호 분지, 화산호, 배호 분지 등 다양한 지형적 특징을 나타낸다. 섭입은 판 운동의 주요 원동력이며, 지진, 쓰나미, 화산 활동, 조산 운동 등과 밀접하게 관련되어 있다. 섭입은 해양판의 냉각, 퇴적물 축적, 변성 작용 등의 요인에 의해 시작될 수 있으며, 대륙 지각의 도착으로 인해 종료될 수 있다.
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섭입 - 부가체 부가체는 해양판 섭입 시 해양판 일부와 퇴적물이 대륙판에 부착되어 형성되는 쐐기 모양 지질 구조로, 다양한 물질을 포함하며 역단층으로 특징지어지고, 임계 테이퍼에 따라 삼각형으로 성장하며, 판구조론, 자원 탐사, 지진 연구 등 다양한 분야에 활용된다.
암석권 - 판 구조론 판 구조론은 암석권이 여러 개의 판으로 나뉘어 연약권 위를 이동하며 지진, 화산 활동, 산맥 형성 등의 지질학적 현상을 일으키는 이론으로, 1960년대 후반에 정립되어 해저 자기 줄무늬 패턴과 고지자기 자료로 뒷받침되며 지구과학의 핵심 이론으로 자리 잡았으나, 판 운동의 원동력에 대한 연구는 현재도 진행 중이다.
암석권 - 지하수 지하수는 지구 물 순환의 중요한 부분으로, 전 세계 민물의 20%를 차지하며, 생활, 농업, 산업 용수로 사용되지만, 과다 양수와 오염으로 고갈 위기에 있어 지속적인 관리가 필요한 담수 자원이다.
판 구조론 - 판 (지각) 판은 지구 표면을 덮는 조각으로, 대륙판과 해양판으로 구분되며, 유라시아판, 태평양판, 아프리카판 등 14~15개의 주요 판과 40여 개의 소규모 판으로 구성되어 있다.
판 구조론 - 조산 운동 조산 운동은 지각 변동으로 산맥이 형성되는 과정을 의미하며, 판 구조론에 기반하여 섭입, 대륙 충돌 등의 요인으로 발생하고, 윌슨 순환을 통해 해양 분지의 열림과 닫힘, 산맥 형성, 침식 과정을 거쳐 전 세계 지질 구조 형성에 영향을 미친다.
판 구조론 이론에 따르면, 지구의 지각판은 16개의 더 큰 지각판과 여러 개의 더 작은 판으로 나뉘어져 있으며, 이 판들은 섭입하는 지각판이 끌어당기는 힘 때문에 느리게 움직인다. 섭입대에서 가라앉는 지각판은 맨틀 대류의 일부이며, 이러한 과정을 통해 방사성 붕괴에 의해 생성된 열이 지구 내부에서 빠져나간다.[4]
섭입대는 차가운 해양 지각판이 맨틀로 다시 가라앉고 재활용되는 곳으로,[6] 수렴형 판 경계에서 발견된다. 한 판의 더 무거운 해양 지각판이 다른 밀도가 낮은 판의 선행 가장자리에 의해 덮어씌워지는데, 덮어씌워진 판(''판'')은 지구 표면에 대해 가장 일반적으로 25도에서 75도 사이의 각도로 가라앉는다.[7] 이러한 가라앉음은 판과 주변 연약권 사이의 온도 차이에 의해 발생하며, 더 차가운 해양 지각판은 평균적으로 밀도가 더 높기 때문이다.[5]
지구는 섭입이 일어나는 것으로 알려진 유일한 행성이며, 섭입대는 지구에서 가장 중요한 지각 활동이다. 섭입은 판 구조론의 원동력이며, 섭입이 없다면 판 구조론이 일어날 수 없다.[6] 해양 섭입대는 의 수렴형 판 경계를 따라 위치하며,[8] 이는 중앙 해령의 누적 판 형성 속도 와 거의 같다.[8]
섭입대에서는 판이 섭입함으로써 궁극적으로 소멸하여 맨틀이 되기 때문에, 마그마가 생성되어 분출되는 새로운 판이 만들어지는 해령과는 정반대의 역할을 한다. 대부분 더 밀도가 높은 해양판이 대륙판 아래로 미끄러져 들어가 주변에 많은 화산과 지진을 자주 일으키는 조산대를 형성한다.
섭입대는 해저의 리소스피어가 다른 판에 수렴하여 그 아래의 깊이 약 100km에 섭입하는 곳이다. 그러한 깊이에서는 슬래브의 감람암이 에클로자이트로 변화하고, 해저 리소스피어의 밀도가 증가하여 맨틀에 섭입한다. 섭입대에서는 리소스피어, 퇴적물, 암석에 갇힌 물 등이 맨틀에 재활용된다. 지구 이외의 행성에서는 섭입대가 확인되지 않았다.
'''섭입'''(subduction|섭입영어)은 리소스피어와 그 아래에 있는 애스테노스피어의 밀도 차이 때문에 발생하며, 이는 지각의 구성에 따라 결정된다. 밀도는 일반적으로 대륙 지각(대륙 직하의 애스테노스피어), 해양 지각(해저 아래의 애스테노스피어), 애스테노스피어 순으로 작아진다. 하지만 예외적으로 현무암이 대량으로 존재하는 LIP는 해양 지각을 극도로 가볍게 하여 섭입하지 않는 해저 리소스피어 지역을 형성하는 경우가 있는데, 이러한 지역에서는 판끼리 충돌하여 조산 운동을 일으킨다.
2. 1. 섭입의 원리
판 구조론에 따르면, 지구의 단단한 껍질인 지각판은 16개의 큰 판과 여러 개의 작은 판으로 나뉘어 있다. 이 판들은 대부분 섭입하는 지각판이 끌어당기는 힘 때문에 느리게 움직인다. 섭입대에서 가라앉는 지각판은 아래에 있는 연성 맨틀의 대류 세포 일부이며, 이러한 대류를 통해 방사성 붕괴로 생성된 열이 지구 내부에서 빠져나간다.[4]
지각판은 가장 바깥쪽의 가벼운 지각과 맨틀의 가장 위쪽 단단한 부분으로 구성된다. 해양 지각판은 중앙 해령에서 생성되는 젊은 지각판의 경우 두께가 수 km에 불과하지만, 가장 오래된 해양 지각판은 약 100km에 이른다.[5] 대륙 지각판은 최대 200km 두께이다.[5] 지각판은 아래의 연약권보다 상대적으로 차갑고 단단하기 때문에 연약권 위에서 고체처럼 움직인다. 각각의 판에는 해양 지각판과 대륙 지각판 영역이 모두 포함되기도 한다.
섭입대는 차가운 해양 지각판이 맨틀로 다시 가라앉아 재활용되는 곳이다.[6] 섭입대는 수렴형 판 경계에서 발견되며, 한 판의 무거운 해양 지각판이 다른 밀도가 낮은 판의 가장자리에 의해 덮인다.[6] 덮인 판(''판'')은 지구 표면에 대해 대개 25~75도 각도로 가라앉는다.[7] 이렇게 가라앉는 이유는 판과 주변 연약권 사이의 온도 차이 때문이다. 더 차가운 해양 지각판은 평균적으로 밀도가 더 높다.[5]퇴적물과 일부 포획된 물은 판에 의해 아래로 운반되어 깊은 맨틀로 재활용된다.[6]
지구는 현재까지 섭입이 일어나는 것으로 알려진 유일한 행성이며, 섭입대는 지구에서 가장 중요한 지각 활동이다. 섭입은 판 구조론의 원동력이며, 섭입이 없다면 판 구조론은 일어날 수 없다.[6] 해양 섭입대는 수렴형 판 경계를 따라 위치하며,[8] 이는 중앙 해령의 누적 판 형성 속도와 거의 같다.[8]
바닷물은 균열과 기공을 통해 해양 지각판으로 스며들어 지각과 맨틀의 광물과 반응하여 결정 구조에 물을 저장하는 수화 광물(예: 사문암)을 형성한다.[9] 물은 섭입하는 판의 수화 광물을 통해 깊은 맨틀로 운반된다. 섭입하는 동안 사문암과 같은 이러한 판의 광물은 판 지온에서 서로 다른 압력에서 안정될 수 있으며, 지구 내부로 상당량의 물을 운반할 수 있다.[10] 판이 가라앉고 가열되면, 방출된 유체는 지진을 일으키고 섭입된 판과 상부 맨틀 쐐기 내에서 용융을 유발할 수 있다. 이러한 유형의 용융은 휘발성 물질을 선택적으로 농축하여 상부 판으로 운반한다. 폭발이 발생하면 그 순환은 휘발성 물질을 다시 해양과 대기로 되돌린다.[11]
섭입은 해양 암석권(퇴적물, 지각, 맨틀)이 침강하는 현상으로, 판 운동을 구동하는 가장 강력한 힘이며, 맨틀 대류의 주된 방식이다. 섭입되는 퇴적물과 지각은 탈수되어 수분을 함유한(수성) 유체를 상부 맨틀로 방출하여 맨틀 용융과 지표와 심부 맨틀 저류층 사이의 원소 분별 작용을 일으켜 화산섬 호와 대륙 지각을 생성한다. 섭입대의 고온 유체는 섭입되는 퇴적물의 광물 조성과 미생물의 서식 가능성에도 영향을 미친다.[71]
섭입대는 섭입되는 해양 퇴적물, 해양 지각 및 맨틀 암석권을 끌어내리는데, 이는 상반되는 판의 뜨거운 연약권 맨틀과 상호 작용하여 칼크알칼리질 계열의 용융체, 광상 및 대륙 지각을 생성한다. 또한, 대규모 지진과 화산 폭발은 전 세계적인 영향을 미칠 수 있다.[72]
섭입대는 핵폐기물 처분 부지로도 고려되었으나, 현재 국제 협약에 의해 금지되어 있다.[73][74][75][76] 판 섭입대는 매우 큰 초거대 지진과 관련이 있어 장기 처분의 안전에 역효과를 미칠 가능성이 있다.[74]
섭입대에서는 판이 섭입함으로써 궁극적으로 소멸하여 맨틀이 되기 때문에, 맨틀의 상승으로부터 마그마가 생성되어 분출되는 새로운 판이 만들어지는 해령과는 정반대의 역할을 한다. 대부분 더 밀도가 높은 해양판이 대륙판 아래로 미끄러져 들어가고, 주변에는 많은 화산이 있으며, 지진을 자주 일으키는 조산대를 형성하는 경우가 많다.
섭입대는 해저의 리소스피어가 다른 판에 수렴하여 그 아래의 깊이 약 100km에 섭입하는 곳이다. 그러한 깊이에서는 슬래브의 감람암이 에클로자이트로 변화하고, 해저 리소스피어의 밀도가 증가하여 맨틀에 섭입한다. 섭입대에서는 리소스피어, 퇴적물, 암석에 갇힌 물 등이 맨틀에 재활용된다. 지구 이외의 행성에서는 섭입대가 확인되지 않았다. 만약 섭입대가 없다면 판구조론은 존재하지 않고, 지구는 상당히 다른 모습이었을 것이다.
'''섭입'''은 리소스피어와 그 아래에 있는 애스테노스피어의 밀도 차이 때문에 발생하며, 이는 지각의 구성에 따라 결정된다. 밀도는 일반적으로 대륙지각(대륙 직하의 애스테노스피어), 해양지각(해저 아래의 애스테노스피어), 애스테노스피어 순으로 작아진다. 하지만 예외적으로 현무암이 대량으로 존재하는 LIP는 해양지각을 극도로 가볍게 하여 섭입하지 않는 해저 리소스피어 지역을 형성하는 경우가 있다. 그러한 지역에서는 판끼리 충돌하여 조산 운동을 일으킨다.
섭입대의 지표면은 호상-해구 복합체(arc-trench complex)로 나타난다. 섭입판이 섭입대에 처음 접근하는 곳에는 외측 해구 고지 또는 외측 해구 융기가 나타난다. 여기서 판은 아래로 급강하하기 전에 약간 얕아진다.[12] 섭입이 시작되는 지점은 해양 해구로 표시되며, 해저에서 가장 깊은 곳이다.
해구를 지나면 상반판의 전호(forearc) 영역이 나타난다. 전호에는 섭입판에서 긁혀 나온 퇴적물이 상반판에 부착된 부가대가 있을 수 있다. 하지만 모든 호상-해구 복합체에 부가대가 있는 것은 아니다. 부가호는 부가대 뒤에 잘 발달된 전호 분지를 가지는 반면, 비부가호에서는 전호 분지가 잘 발달되지 않는다.
전호 분지 너머에는 화산들이 긴 사슬 모양으로 늘어선 화산호(volcanic arc)가 있다. 섭입하는 현무암과 퇴적물에는 일반적으로 수화 광물과 점토가 풍부하며, 섭입판이 구부러지면서 생성된 균열로 다량의 물이 유입된다.[13] 이러한 수화 물질은 현무암이 에클로자이트로 변하는 과정에서 분해되어 많은 양의 물을 생성하는데, 이 물은 높은 압력과 온도에서 초임계 유체로 존재한다. 초임계 유체는 주변 암석보다 뜨겁고 부력이 커서 상부 맨틀로 상승하여 맨틀 암석의 용융 온도를 낮추고, 용융 유체를 통해 마그마를 생성한다. 마그마는 맨틀 암석보다 밀도가 낮아 다이아피어 형태로 상승한다. 맨틀에서 유래된 마그마(처음에는 현무암질)는 지표면에 도달하여 화산 폭발을 일으킬 수 있다. 분출하는 용암의 화학적 조성은 맨틀에서 유래된 현무암이 지각과 상호 작용(용융)하거나 분별 결정작용을 거치는 정도에 따라 달라진다. 크라카토아, 네바도 델 루이스, 베수비오 산은 모두 호상 화산의 예이다. 호상 화산은 대부분의 광상 매장지와도 관련이 있다.
화산호 너머에는 후호 지역(back-arc region)이 있는데, 그 특징은 섭입판의 섭입 각도에 따라 크게 달라진다. 섭입 각도가 얕으면 섭입판이 상반 대륙 지각을 부분적으로 끌어당겨 단축과 지각 두꺼워짐 영역을 생성하며, 광범위한 습곡과 역단층이 발생할 수 있다. 섭입 각도가 가팔라지거나 후퇴하면 상반판 암석권이 장력을 받게 되어 후호 분지(back-arc basin)가 생성되는 경우가 많다.
3. 1. 해구 (Trench)
섭입대에서 섭입판이 섭입대에 처음 접근하는 곳에는 외측 해구 고지 또는 외측 해구 융기가 있다. 여기서 판은 아래로 급강하하기 전에 약간 얕아진다.[12] 슬래브가 아래로 급강하하기 시작하는 지점이 해양 해구로 표시된다. 해양 해구는 해저에서 가장 깊은 부분이다.
전호는 해구와 화산호 사이의 영역을 말하며, 섭입하는 판에서 긁혀 나온 퇴적물과 암석들이 쌓여 형성되는 부가체(accretionary wedge)가 발달하는 경우가 많다.[12] 퇴적 속도에 따라 전호에는 섭입판에서 긁어낸 퇴적물이 상반판에 부착된 부가대가 포함될 수 있다. 모든 호상-해구 복합체에 부가대가 있는 것은 아니다. 부가호(accretionary arc)는 부가대 뒤에 잘 발달된 전호 분지(forearc basin)를 가지는 반면, 비부가호(non-accretionary arc)에서는 전호 분지가 잘 발달되지 않는다.
3. 3. 화산호 (Volcanic Arc)
섭입대에서 마그마가 생성되어 지표로 분출하면 화산들이 긴 사슬 모양으로 늘어서게 되는데, 이를 화산호라고 한다. 섭입하는 해양판에는 현무암, 퇴적물, 균열에 유입된 다량의 물이 포함되어 있다.[13] 이러한 수화 물질은 현무암이 에클로자이트로 변하는 과정에서 분해되어 초임계 유체 상태의 물을 생성한다. 이 초임계 유체는 주변 암석보다 뜨겁고 부력이 커서 상부 맨틀로 상승하며, 맨틀 암석의 용융 온도를 낮춰 마그마를 생성한다(용융 유체). 생성된 마그마는 밀도가 낮아 다이아피어 형태로 상승한다.
맨틀에서 유래한 마그마(처음에는 현무암질)는 지표면에 도달하여 화산 폭발을 일으킨다. 분출하는 용암의 화학적 조성은 맨틀에서 유래된 현무암이 지각과 상호 작용(용융)하거나 분별 결정작용을 거치는 정도에 따라 달라진다. 호상 화산은 슬래브와 퇴적물에서 유래한 물이 풍부하고 매우 폭발적이기 때문에 위험한 분출을 일으키는 경향이 있다. 크라카토아, 네바도 델 루이스, 베수비오 산 등이 대표적인 호상 화산이다. 호상 화산은 대부분의 광상 매장지와도 관련이 있다.
화산호는 해구에서 약 100km 떨어진 곳에 위치하며, 섭입판 위 약 100km 지점에서 발생한다.[50] 화산호는 지구 전체 마그마 생성량의 약 10%를 차지하며, 이는 해령에서 생성되는 양보다 적지만, 대부분의 대륙 지각을 형성했다. 호 화산 활동은 격렬한 분출로 인해 인간에게 큰 영향을 미치며, 성층권에 유입된 에어로졸은 지구 기후를 냉각시키고 항공 여행에 영향을 줄 수 있다.
화산호 마그마 작용은 섭입된 탄소를 화산 활동을 통해 방출하여 지구의 탄소 순환에 기여한다.
M9급 초대형 지진(超巨大地震)은 범주 1의 섭입대에서 발생하는 것으로 알려져 있다. 예를 들어 남칠레에서는 1960년 칠레 지진이 발생했다. 일본에서는 난카이 해곡은 범주 2, 일본 해구는 범주 3에 속한다고 여겨져 왔지만, 일본 해구에서는 2011년 M9.0의 동일본 대지진이 발생했다.
이러한 분류는 판의 섭입 각도와 관련이 있다. 젊고 얇은 판은 저각으로 섭입하여 판 사이에 고압이 걸리고 마찰이 높아져 고착이 강해진다. 반면에 오래되고 두꺼운 판은 고각으로 섭입하여 고착이 약해진다고 여겨진다. 고착이 강한 섭입대는 판 이동 에너지의 대부분이 대규모 지진으로 방출되어 지진 커플링률이 높고, 고착이 약한 섭입대는 비지진성 미끄러짐이 많아 지진 발생 비율이 낮다.
전자 기준점이나 GPS 분석으로 일본 부근 판 경계에서 판 사이 고착에 의한 미끄러짐 지연 속도가 추정되고 있으며, 변형 축적 정도와 지진 커플링률을 추정한다.[91][92][93]
일본 부근에서 가장 저각으로 섭입하는 것은 난카이 해곡이고, 고각으로 섭입하는 것은 이즈·오가사와라 해구이며, 이것이 일본 주변에서 지진이 발생하는 방식을 지배하고 있다. 난카이 해곡에서는 약 100~150년마다 동해·동남해·난카이 연동형 지진을 발생시키고, 때로는 1707년 호에이 지진과 같이 난카이 해곡 전체에 단층 파괴가 미치지만, 이즈·오가사와라 해구에서는 작은 지진은 자주 발생하지만 대규모 지진은 확인되지 않았다.[94]
1700년 캐스케이드 지진을 일으킨 캐스케이드 섭입대는 평소에는 지진 횟수가 적지만, 젊은 후안데푸카판이 저각으로 섭입하여 고착이 강하고, 지질 조사 결과 수백 년마다 대규모 지진이 발생한다고 추정되며, 미래에 M9급 지진 발생이 예측된다.[90]
4. 1. 섭입 각도에 따른 분류
섭입은 일반적으로 화산호 아래에서 상당히 가파른 각도로 발생하지만, 예외적으로 얕거나 매우 가파른 섭입도 존재한다.[20]
평판 섭입 (섭입각 30° 미만): 판이 거의 수평으로 섭입하는 현상이다. 두꺼운 지각이나 따뜻한 암석권으로 인해 부력이 큰 암석권이 섭입할 때 주로 발생한다. 최근 연구에 따르면, 오래되고 넓은 섭입대가 평판 섭입과 강한 상관관계를 보인다.[21] 이는 동태평양에서만 평판 섭입이 발생하는 이유와 과거 라라미드 평판 섭입, 남중국 평판 섭입이 가능했던 이유를 설명한다. 섭입대 화산 활동은 판의 심부 섭입을 필요로 하므로, 평판 섭입은 화산 간극을 설명하는 데 사용될 수 있다.
안데스 산맥: 안데스 화산대를 네 구역으로 나누는 원인이다. 페루 북부와 노르테 치코 지역의 평판 섭입은 나스카 해령, 후안 페르난데스 해령과 같은 무지진 해령의 섭입 때문이다. 타이타오 반도 주변의 평판 섭입은 칠레 해령의 섭입 때문이다.[23][24]
로키 산맥: 라라미드 조산 운동의 원인으로 여겨진다.[25] 이 조산 운동으로 북미 남서쪽에 넓은 화산 간극이 나타났고, 콜로라도, 유타, 와이오밍, 사우스다코타, 뉴멕시코에 기저 중심 산맥이 형성되었다.
초대형 지진: 평판 섭입대에서 발생하는 것으로 알려져 있다.[26]
가파른 각도의 섭입 (섭입각 70° 초과): 차갑고 두꺼운 해양 지각과 암석권이 부력을 잃은 섭입대에서 발생한다. 최근 연구에 따르면 가파른 각도의 섭입대는 더 젊고 덜 광범위한 섭입대와 상관관계가 있다.[27] 이는 대부분의 현대 섭입대가 비교적 가파른 이유를 설명한다.
마리아나 해구: 가장 가파른 섭입대가 위치하며, 쥐라기 시대의 오래된 해양 암석권이 존재한다.
배호 확장: 가파른 각도의 섭입은 상부 판의 배호 확장을 유발하여 화산호를 생성하고, 대륙 지각 파편을 대륙에서 멀리 이동시켜 변방 해를 형성한다.[27]
T. Lay와 김모리 히로오(金森博雄)는 판 경계의 섭입대를 단층면의 거칠기(アスペリティ) 비율에 따라 4가지 범주로 분류했다.[89][90]
M9급 초대형 지진(超巨大地震)은 범주 1 섭입대에서 발생하는 것으로 알려져 있다. 1960년 칠레 지진이 그 예시이다. 일본 해구는 과거 범주 3으로 여겨졌으나, 2011년 M9.0의 동일본 대지진이 발생했다.
섭입 각도는 판의 나이, 두께, 탄성과 관련이 있다. 젊고 얇은 판은 저각 섭입, 오래되고 두꺼운 판은 고각 섭입하는 경향이 있다. 저각 섭입은 판 사이 고압, 마찰 증가로 강한 고착을 유발하고, 고각 섭입은 약한 고착을 유발한다. 고착 강도에 따라 지진 커플링률(지진 발생 비율)이 달라진다.
전자 기준점, GPS 분석으로 일본 부근 판 경계의 미끄러짐 지연 속도, 변형 축적 정도, 지진 커플링률을 추정한다.[91][92][93]
일본에서 가장 저각 섭입은 난카이 해곡, 고각 섭입은 이즈-오가사와라 해구이다. 난카이 해곡은 100~150년마다 동해·동남해·난카이 연동형 지진을 발생시키며, 1707년 호에이 지진처럼 해곡 전체 단층 파괴가 발생하기도 한다. 이즈-오가사와라 해구는 작은 지진은 잦지만 대규모 지진은 확인되지 않았다.[94]
1700년 캐스케이드 지진을 일으킨 캐스케이드 섭입대는 평소 지진이 적지만, 젊은 후안데푸카판이 저각 섭입하여 고착이 강하다. 지질 조사 결과 수백 년마다 대규모 지진이 발생하며, 미래 M9급 지진 발생이 예측된다.[90]
4. 2. 지진 커플링 (Seismic Coupling)
김모리 히로오(金森博雄)와 T. Lay는 판 경계의 섭입대를 단층면의 거칠기(アスペリティ)가 차지하는 비율에 따라 4가지 범주로 분류했다.[89][90]
범주
설명
예시
1
길이 500km 이상의 거의 같은 파열대(斷層破壊域)를 가지는 대규모 지진(巨大地震)이 규칙적인 시간 간격으로 발생하는 경향이 있다. 거칠기는 판 경계 거의 전역에 분포한다.
남칠레(南チリ) 섭입대
2
파열대가 범주 1보다 약간 작고, 때로는 세그먼트가 개별적으로 단층 파괴를 일으키고, 때로는 길이 약 500km의 해구 전체가 단층 파괴를 일으켜 대규모 지진을 발생시킨다.
알류샨(アリューシャン) 섭입대
3
항상 같은 부분이 단층 파괴를 일으켜 대지진을 발생시키지만, 동시에 여러 세그먼트가 단층 파괴를 일으켜 대규모 지진을 발생시키는 경우는 드물다.
쿠릴 열도(千島列島) 섭입대
4
비지진성 미끄러짐의 비율이 크고, 대규모 지진은 발생하지 않는다고 여겨진다.
마리아나(マリアナ) 섭입대
M9급의 초대형 지진(超巨大地震)은 범주 1의 섭입대에서 발생하는 것으로 여겨진다. 예를 들어 남칠레에서는 1960년 칠레 지진이 발생했다. 일본에서는 난카이 해곡(南海トラフ)은 범주 2, 일본 해구(日本海溝)는 범주 3에 속한다고 여겨져 왔지만, 일본 해구에서는 2011년 M9.0의 동일본 대지진(東北地方太平洋沖地震)이 발생했다.
이러한 분류는 판의 섭입 각도와 관련이 있다. 젊고, 얇고, 탄성이 있는 판은 저각으로 섭입하여 판 사이에 고압이 걸리고 마찰이 높아져 고착이 강해진다. 반면에 오래되고, 두껍고, 취성이 있는 판은 고각으로 섭입하여 고착이 약해진다고 여겨진다. 고착이 강한 섭입대는 판 이동 에너지의 대부분이 대규모 지진에 의해 판 사이의 변형이 방출되어 지진 커플링률이 높고, 고착이 약한 섭입대는 비지진성 미끄러짐이 많고, 지진에 의한 변형 해방 비율이 작아 지진 커플링률이 낮다.
전자 기준점(電子基準点)이나 GPS(グローバル・ポジショニング・システム) 분석을 통해 일본 부근 판 경계에서 판 사이 고착에 의한 미끄러짐 지연 속도가 추정되고 있으며, 변형 축적 정도와 지진 커플링률이 추정되고 있다.[91][92][93]
일본 부근에서 가장 저각으로 섭입하는 것은 난카이 해곡이고, 고각으로 섭입하는 것은 이즈·오가사와라 해구(伊豆・小笠原海溝)이며, 이것이 일본 주변에서 지진이 발생하는 방식을 지배하고 있다. 난카이 해곡에서는 약 100~150년마다 동해·동남해·난카이 연동형 지진(東海・東南海・南海連動型地震)을 발생시키고, 때로는 1707년 보에이 지진(宝永地震)과 같이 난카이 해곡 전체에 단층 파괴가 미치지만, 이즈·오가사와라 해구에서는 작은 지진은 자주 발생하지만 대규모 지진은 확인되지 않았다.[94]
1700년 캐스케이드 지진(カスケード地震)을 일으킨 캐스케이드 섭입대(カスケード沈み込み帯)는 평소에는 지진 횟수가 적고 역사 기록상으로는 고요함을 유지하지만, 젊은 후안데푸카 판(ファンデフカプレート)이 저각으로 섭입하여 고착이 강하고, 지질 조사(地質調査)에 의해 수백 년마다 대규모 지진이 발생한다고 추정되며, 미래에 M9급 지진 발생이 예측된다.[90]
5. 섭입과 관련된 현상
섭입은 지구 표면과 내부에서 다양한 지질학적 현상을 유발한다.
판 구조론에 따르면, 지구의 단단한 껍질인 지각판은 여러 개의 판으로 나뉘어 있으며, 이 판들은 섭입하는 지각판의 끌어당기는 힘 때문에 느리게 움직인다. 섭입대에서 가라앉는 지각판은 맨틀 대류의 일부이며, 이 과정을 통해 지구 내부의 열이 빠져나간다.[4]
섭입대는 차가운 해양 지각판이 맨틀로 다시 가라앉아 재활용되는 곳이다.[6] 섭입은 판 구조론의 원동력이며, 섭입이 없다면 판 구조론은 존재할 수 없다.[6]
바닷물은 해양 지각판의 균열과 틈을 통해 스며들어 광물과 반응하여 수화 광물을 형성한다.[9] 이 물은 섭입하는 판을 통해 깊은 맨틀로 운반되며, 판이 가열되면 방출되어 지진과 용융을 유발한다.[10] 이러한 용융은 휘발성 물질을 농축하여 상부 판으로 운반하고, 폭발적인 화산 활동을 통해 휘발성 물질을 해양과 대기로 되돌린다.[11]
섭입대에서는 섭입판이 하강하면서 겪는 고압 저온 조건으로 인해 다양한 암석 유형이 생성된다.[42] 이 과정에서 섭입판은 제올라이트, 프레나이트-펌펠리라이트, 블루시스트, 에클로자이트 변성상을 거치며, 수화 광물의 탈수 반응으로 맨틀에서 용융이 시작된다.[43]
섭입대는 해령에서 새로운 판이 만들어지는 것과 반대로, 판이 섭입하여 소멸하는 곳이다. 대부분 해양판이 대륙판 아래로 섭입하며, 주변에 화산과 지진이 자주 발생하는 조산대를 형성한다.
섭입대는 해저 리소스피어가 다른 판 아래로 섭입하는 곳에 존재하며, 에클로자이트로 변하면서 밀도가 증가하여 맨틀로 가라앉는다.[6] 지구 외 다른 행성에서는 섭입대가 발견되지 않았으며, 섭입대가 없다면 지구는 지금과 매우 다른 모습일 것이다.
섭입의 원인은 리소스피어와 연약권의 밀도 차이 때문이다. 일반적으로 대륙 지각, 해양 지각, 연약권 순으로 밀도가 작아진다. 하지만, LIP와 같이 대량의 현무암이 존재하면 해양 지각이 가벼워져 섭입하지 않는 지역이 형성될 수 있으며, 이러한 지역에서는 판끼리 충돌하여 조산 운동이 일어난다.
5. 1. 지진 (Earthquake)
섭입대에서는 다양한 유형의 지진이 발생한다. 판구조론적 수렴에 의한 탄성 변형은 심발지진, 거대조산대 지진, 외측융기 지진 등 적어도 세 가지 유형의 지진을 발생시킨다. 심발지진은 지각 내부에서 발생하고, 거대조산대 지진은 해구 근처의 섭입면에서 발생하며, 외측융기 지진은 해구 근처에서 휘어지는 섭입하는 하부 판에서 발생한다.[14][15]
섭입대에서는 와다티-베니오프대라고 불리는 경사진 지진대를 따라 깊은 곳까지 지진이 발생할 수 있다.
지난 100년 동안 발생한 10대 지진 중 9개는 섭입대 거대조산대 지진이었다. 여기에는 규모로 기록상 가장 큰 지진인 1960년 칠레 대지진, 2004년 인도양 지진 해일, 2011년 도호쿠 지진 해일이 포함된다. 이러한 지진은 해저의 급격한 변형을 일으켜 쓰나미를 발생시킬 수 있다.
2016년 연구에서는 섭입대의 거대 지진 발생 능력을 결정하는 새로운 매개변수로 섭입 각도를 제시했다. 섭입 각도가 낮을수록 두 판 사이의 접촉이 평평해져 거대 지진 발생 가능성이 높아진다.[53][54]
하부 판의 외측 융기 지진은 섭입대로 휘어지는 판의 굴곡에 의해 섭입대 해양 쪽의 정단층이 활성화될 때 발생한다.[55] 2009년 사모아 지진이 이러한 유형의 사건의 예시이다.
지진파 토모그래피는 지진이 발생하지 않는 맨틀 깊은 곳에 섭입된 암석권 판을 감지하는 데 도움이 되었다.[16] 섭입된 판은 깊이에 따라 하강 속도가 달라지며, 일부는 핵-맨틀 경계까지 가라앉는다.[56]
350 px
캐스케이드 섭입대
캐스케이드 섭입대 지진 공백역
T. Lay와 김모리 히로오(金森博雄)는 판 경계의 섭입대를 단층면의 거칠기(アスペリティ)가 차지하는 비율에 따라 다음 4가지로 분류했다.[89][90]
범주
설명
예시
범주 1
길이 500km 이상의 거의 같은 파열대를 가지는 대규모 지진이 규칙적인 시간 간격으로 발생. 거칠기는 판 경계 거의 전역에 분포.
판의 섭입 각도는 지진 발생 방식에 영향을 미친다. 젊고 얇은 판은 저각으로 섭입하여 고착이 강해지고, 오래되고 두꺼운 판은 고각으로 섭입하여 고착이 약해진다. 고착이 강한 섭입대는 지진 커플링률이 높고, 고착이 약한 섭입대는 지진 커플링률이 낮다.
전자 기준점이나 GPS 분석을 통해 판 경계에서 판 사이의 고착에 의한 미끄러짐 지연 속도와 지진 커플링률을 추정할 수 있다.[91][92][93]
일본 부근에서 가장 저각으로 섭입하는 것은 난카이 해곡이고, 고각으로 섭입하는 것은 이즈·오가사와라 해구이다. 난카이 해곡에서는 동해·동남해·난카이 연동형 지진이 발생하지만, 이즈·오가사와라 해구에서는 대규모 지진이 확인되지 않았다.[94]
1700년 캐스케이드 지진을 일으킨 캐스케이드 섭입대는 평소에는 지진이 적지만, 후안데푸카 판이 저각으로 섭입하여 고착이 강하고, 미래에 M9급 지진 발생이 예측된다.[90]
5. 2. 쓰나미 (Tsunami)
섭입대에서 발생하는 대규모 지진은 해저 지형을 급격하게 변화시켜 쓰나미를 일으킬 수 있다. 특히, 해저 경사면에서 발생하는 지진은 큰 규모의 쓰나미를 유발할 가능성이 높다.[72] 지난 100년 동안 발생한 10대 지진 중 9개는 섭입대 거대조산대 지진이었으며, 이로 인해 발생한 쓰나미는 광범위한 지역에 피해를 입혔다. 대표적인 예로, 규모로 기록상 가장 큰 지진인 1960년 칠레 대지진, 2004년 인도양 지진 해일, 2011년 도호쿠 지진 해일 등이 있다. 2004년 12월 26일 발생한 거대조산대 지진은 인도-오스트레일리아판이 유라시아판 아래로 섭입하면서 발생했으며, 이로 인한 쓰나미는 인도양 주변 지역을 황폐화시켰다.[72] 2016년 연구에 따르면, 섭입대 지진의 규모는 해구 근처의 섭입 각도에 반비례하며, 두 판 사이의 접촉이 평평할수록 거대 지진이 발생할 가능성이 높다.[54] 2009년 사모아 지진과 같이 섭입대로 휘어지는 판의 굴곡에 의해 발생하는 해구 외측 융기 지진도 쓰나미를 유발할 수 있다.[55]
5. 3. 화산 활동 (Volcanism)
섭입대에서는 마그마 활동이 활발하게 일어나는데, 이는 화산호와 호상열도를 만드는 주요 원인이다. 섭입하는 해양판에서 방출된 물이 상부 맨틀의 용융을 촉진하고, 이렇게 만들어진 마그마가 지표로 분출하여 화산을 형성한다.[13]
현무암과 퇴적물에는 보통 수분을 함유한 광물과 점토가 풍부하다. 섭입판이 아래로 구부러지면서 생성된 균열과 틈으로 다량의 물이 유입된다.[13] 현무암에서 에클로자이트로 변하는 과정에서 이러한 수화 물질은 분해되어 다량의 물을 생성하는데, 이 물은 높은 압력과 온도에서 초임계 유체(supercritical fluid)로 존재한다.[11] 주변 암석보다 뜨겁고 부력이 큰 초임계수는 상부 맨틀로 올라가 맨틀 암석의 용융 온도를 낮추고, 용융 유체(flux melting)를 통해 마그마를 만든다.[11]
맨틀에서 유래된 마그마는(처음에는 현무암질 조성) 밀도가 낮기 때문에 다이아피어(diapir)로 상승한다.[50] 이 마그마는 결국 지표면에 도달하여 화산 폭발을 일으킬 수 있다. 분출하는 용암의 화학적 조성은 맨틀에서 유래된 현무암이 지각과 상호 작용(용융)하는 정도 또는 분별 결정작용(fractional crystallization)을 거치는 정도에 따라 달라진다. 호상 화산은 슬래브와 퇴적물에서 유래한 물이 풍부하고 매우 폭발적이기 때문에 위험한 분출을 일으키는 경향이 있다.[51] 크라카토아, 네바도 델 루이스, 베수비오 산은 모두 호상 화산의 예이다. 호상 화산은 대부분의 광상 매장지와도 관련이 있다.[50]
일반적으로 두 종류의 호가 관측된다. 마리아나 제도 및 통가와 같은 호상열도는 해양 지각 위에 형성되며(해양-해양 섭입), 캐스케이드 화산호와 같은 대륙호는 대륙 연안을 따라 형성된다(해양-대륙 섭입).[50]알류샨 해구 섭입대 뒤편에는 섬과 대륙 호 구간이 모두 있는 화산호가 나타난다.
세인트헬렌스 산, 에트나 산, 후지 산과 같은 화산은 섭입대 위에 존재하며, 화산호라 불리는 호 모양의 사슬에서 해구로부터 약 100km 떨어진 곳에 위치한다. 요세미티 국립공원의 하프 돔과 같은 관입암체는 일반적으로 화산호 내의 화산 아래 10km에서 50km에 형성되며,[72] 화산이 풍화되어 사라진 후에야 지표면에서 볼 수 있다. 화산 작용과 관입암체 형성은 섭입하는 해양판이 더 높은 압력과 온도에 도달하면서 탈수되는 결과로 발생한다. 해양판이 약 100km 깊이에 도달하면,[72] 수화 광물이 불안정해지고 유체를 맨틀권으로 방출한다. 이 유체는 맨틀권 내 암석의 용융제 역할을 하여 부분 용융을 일으킨다. 부분 용융된 물질은 더욱 부력이 커서 지각으로 상승하여, 다이아피어라 불리는 거대한 마그마 방을 형성한다. 일부 마그마는 지각 표면에 도달하여 화산을 형성하며, 지표면에서 분출되면 안산암질 용암을 생성한다. 지각에 충분히 오랫동안 머무는 마그마는 냉각되어 섬록암, 화강섬록암, 때로는 화강암과 같은 관입암을 형성한다.
호 마그마 작용은 해구로부터 100km에서 200km 사이, 섭입판 위로 약 100km 떨어진 곳에서 발생한다.[50] 호는 지구상에서 매년 생성되는 마그마 총량의 약 10%(약 0.75 km3)를 생성한다.[51] 이는 해령에서 생성되는 양보다 훨씬 적지만,[51] 대부분의 대륙 지각을 형성했다. 호 화산 활동은 많은 호 화산이 해수면 위에 있으며 격렬하게 분출하기 때문에 인간에게 가장 큰 영향을 미친다. 격렬한 분출로 성층권에 주입된 에어로졸은 지구의 기후를 급격히 냉각시키고 항공 여행에도 영향을 미칠 수 있다.[72]
5. 4. 조산 운동 (Orogeny)
조산 운동은 산맥이 형성되는 과정이다. 섭입판은 해양섬, 해양대지, 퇴적물, 그리고 대륙붕을 수렴대로 가져옴으로써 조산 운동을 일으킨다. 이러한 물질들은 판의 나머지 부분과 함께 섭입되지 않고 대륙에 부착(긁어내어짐)되어 이질지괴(exotic terrane)를 형성한다.[57] 이러한 해양 물질의 충돌은 지각의 두꺼워짐과 산맥 형성을 야기한다. 부착된 물질은 종종 부가대(accretionary wedge) 또는 프리즘이라고 불린다. 이러한 부가대는 오피올라이트(ophiolites) (퇴적물, 베개용암, 판상절리, 반려암, 그리고 사문암으로 구성된 융기된 해양 지각)와 관련될 수 있다.[57]
섭입은 대륙에 부착되는 해양 물질을 가져오지 않고도 조산 운동을 일으킬 수 있다. 하부 판이 대륙 아래에서 완만한 각도로 섭입될 때("평판 섭입"이라고 함), 섭입판은 상부 판이 습곡, 단층, 지각 두꺼워짐, 그리고 산맥 형성을 통해 수축될 정도로 대륙판 바닥에 충분한 마찰력을 가질 수 있다. 평판 섭입은 해구에서 멀리 떨어진 대륙으로 산맥 형성과 화산 활동을 일으키며, 북미 서부(예: 라라미드 조산운동), 현재 알래스카, 남아메리카, 동아시아에서 관찰된다.[56]
위에서 설명한 과정을 통해 섭입은 산맥 형성과 동시에 계속될 수 있다. 이는 대륙-대륙 충돌 조산 운동과 대조적이며, 대륙-대륙 충돌 조산 운동은 종종 섭입의 종료를 초래한다. 대륙은 부착된 침강하는 해양판에 의해 섭입대로 끌려 들어간다. 섭입이 없는 해양판에 대륙이 부착된 곳에는 두꺼운 퇴적암과 화성암으로 이루어진, 수동 대륙붕이라 알려진 깊은 분지가 형성된다. 일부 수동 대륙붕은 대륙 지각을 덮는 최대 10km 두께의 퇴적암과 화성암을 가지고 있다. 부착된 부력이 음인 해양 암석권에 의해 수동 대륙붕이 섭입대로 끌려 들어가면, 퇴적암 및 화성암 덮개는 대부분 긁혀져서 조산대를 형성한다. 조산대는 첨가될 물질의 양 때문에 대부분의 부가체보다 크다. 약한 덮개층 아래의 대륙 지하 지각암은 강하고 대부분 차갑고, 200km 이상 두께의 고밀도 맨틀층이 그 아래에 있을 수 있다. 저밀도 덮개층을 벗어낸 후, 특히 오래된 대륙판은 섭입대로 내려간다. 이렇게 되면 변성 작용으로 대륙 지각암의 밀도가 증가하여 부력이 감소한다.
활동적인 반다 호상열도-대륙 충돌에 대한 한 연구에 따르면, 한때 대륙 지하 지각을 덮고 있었지만 이제 조산대에서 서로 밀려 있는 암석층을 분리하고 길이를 측정하면 대륙이 섭입된 최소 거리를 추정할 수 있다고 한다.[58] 그 결과, 호주 북부 대륙판의 최소 229km의 섭입이 나타났다. 또 다른 예로는 아시아 아래로 섭입하고 있는 인도의 지속적인 북쪽 이동을 들 수 있다. 두 대륙의 충돌은 약 5000만 년 전에 시작되었지만 아직도 활동적이다.
6. 섭입의 시작과 끝
판 구조론 이론에 따르면, 지구의 단단한 껍질인 지각판은 16개의 큰 판과 여러 개의 작은 판으로 나뉘어 있다. 이 판들은 대부분 섭입하는 지각판이 끌어당기는 힘 때문에 느리게 움직인다. 섭입대에서 가라앉는 지각판은 아래에 있는 연성 맨틀의 대류 세포의 일부이며, 이러한 대류 과정을 통해 방사성 붕괴로 생성된 열이 지구 내부에서 빠져나간다.[4]
지각판은 가장 바깥쪽의 가벼운 지각과 맨틀의 가장 위쪽 단단한 부분으로 구성된다. 해양 지각판의 두께는 중앙 해령에서 생성되는 젊은 지각판의 경우 수 km에서 가장 오래된 해양 지각판의 경우 약 100km에 이른다. 대륙 지각판은 최대 200km 두께이다.[5] 지각판은 아래에 있는 연약권에 비해 상대적으로 차갑고 단단하기 때문에, 판들은 연약권 위에서 고체처럼 움직인다. 개별 판에는 종종 해양 지각판과 대륙 지각판 영역이 모두 포함된다.
섭입대는 차가운 해양 지각판이 맨틀로 다시 가라앉고 재활용되는 곳이다.[6] 수렴형 판 경계에서 발견되며, 한 판의 더 무거운 해양 지각판이 다른 밀도가 낮은 판의 선행 가장자리에 의해 덮인다. 덮어씌워진 판은 지구 표면에 대해 가장 일반적으로 25도에서 75도 사이의 각도로 가라앉는다.[7] 이러한 가라앉음은 판과 주변 연약권 사이의 온도 차이에 의해 발생하며, 더 차가운 해양 지각판은 평균적으로 밀도가 더 높기 때문이다.[5]퇴적물과 일부 포획된 물은 판에 의해 아래쪽으로 운반되어 깊은 맨틀로 재활용된다.[6]
지구는 섭입이 일어나는 것으로 알려진 유일한 행성이며, 섭입대는 지구에서 가장 중요한 지각 활동이다. 섭입은 판 구조론의 원동력이며, 섭입이 없다면 판 구조론이 일어날 수 없다.[7][8] 해양 섭입대는 수렴형 판 경계를 따라 위치하며, 이는 중앙 해령의 누적 판 형성 속도와 거의 같다.
바닷물은 균열과 기공을 통해 해양 지각판으로 스며들어 지각과 맨틀의 광물과 반응하여 결정 구조에 물을 저장하는 수화 광물(사문암 등)을 형성한다.[9] 물은 섭입하는 판의 수화 광물을 통해 깊은 맨틀로 운반된다. 판이 가라앉고 가열되면, 방출된 유체는 지진을 유발하고 섭입된 판과 상부 맨틀 쐐기 내에서 용융을 유발할 수 있다. 이러한 유형의 용융은 휘발성 물질을 선택적으로 농축하여 상부 판으로 운반한다. 폭발이 발생하면 그 순환은 휘발성 물질을 다시 해양과 대기로 되돌린다.[10][11]
6. 1. 섭입의 시작
섭입은 일반적으로 해양판의 밀도가 증가하여 주변 맨틀보다 무거워지면서 시작된다. 해양 지각판은 중앙 해령에서 생성될 때는 두께가 수 km에 불과하지만, 가장 오래된 해양 지각판은 약 100km에 이른다.[5] 밀도가 증가하는 주요 원인은 다음과 같다.
냉각: 시간이 지남에 따라 해양판이 냉각되면서 밀도가 높아진다.
퇴적물 축적: 해양판 위에는 퇴적물이 쌓이는데, 이 퇴적물의 무게가 더해져 밀도가 증가한다.
변성 작용: 섭입 과정에서 압력과 온도가 변화하면서 암석의 성질이 변하는 변성 작용이 일어나 밀도가 증가한다.
새로운 섭입대가 형성되려면 기존 판이 파괴되거나 약화되어야 한다. 이는 다음과 같은 요인과 관련이 있다.
판 경계 응력 집중: 판의 경계에서는 서로 다른 방향으로 힘이 작용하여 응력이 집중되고, 이로 인해 판이 파괴될 수 있다.
열점 활동: 지구 내부의 뜨거운 물질이 상승하는 열점은 판을 약화시키고 새로운 섭입대를 만들 수 있다.
섭입대는 차가운 해양 지각판이 맨틀로 다시 가라앉아 재활용되는 곳으로,[6] 지구에서 섭입이 일어나는 것으로 알려진 유일한 행성이다.[7] 섭입은 판 구조론의 원동력이며, 섭입이 없다면 판 구조론이 일어날 수 없다.[8]
6. 2. 섭입의 끝
섭입은 해양판이 섭입대로 계속 이동하는 한 지속될 수 있다. 그러나 부력이 큰 대륙 지각이 섭입대에 도착하면 해구에서의 결합이 증가하여 판 경계 재구성을 일으킬 수 있다. 대륙 지각의 도착은 대륙 충돌이나 테레인 부가를 초래하여 섭입을 방해할 수 있다.[40] 대륙 지각은 250km 깊이까지 섭입될 수 있으며, 그곳에서 되돌릴 수 없는 지점에 도달할 수 있다. 두께가 15km를 초과하는 지각, 해양 내 호상 지각, 또는 두께가 30km를 초과하는 해양 대지가 섭입을 방해할 수 있다. 정면으로 섭입되는 섬호는 국지적인 방해만 일으킬 수 있지만, 섭입대와 평행하게 도착하는 호는 섭입을 중단시킬 수 있다.[41] 이는 온통 자바 해저 고원과 비티아즈 해구에서 발생했다.
대륙은 부착된 침강하는 해양판에 의해 섭입대로 끌려 들어간다. 섭입이 없는 해양판에 대륙이 부착된 곳에는 두꺼운 퇴적암과 화성암으로 이루어진 수동 대륙붕이라 알려진 깊은 분지가 형성된다. 일부 수동 대륙붕은 대륙 지각을 덮는 최대 10km 두께의 퇴적암과 화성암을 가지고 있다. 부착된 부력이 음(-)인 해양 암석권에 의해 수동 대륙붕이 섭입대로 끌려 들어가면, 퇴적암 및 화성암 덮개는 대부분 긁혀져서 조산대(orogenic wedge)를 형성한다. 조산대는 첨가될 물질의 양 때문에 대부분의 부가체보다 크다. 약한 덮개층 아래의 대륙 지하 지각암은 강하고 대부분 차가우며, 200km 이상 두께의 고밀도 맨틀층이 그 아래에 있을 수 있다. 저밀도 덮개층을 벗어낸 후, 특히 오래된 대륙판은 섭입대로 내려간다. 이렇게 되면 변성 작용으로 대륙 지각암의 밀도가 증가하여 부력이 감소한다.
활동적인 반다 호상열도-대륙 충돌에 대한 한 연구에 따르면, 한때 대륙 지하 지각을 덮고 있었지만 이제 조산대에서 서로 밀려 있는 암석층을 분리하고 길이를 측정하면 대륙이 섭입된 최소 거리를 추정할 수 있다고 한다.[58] 그 결과, 호주 북부 대륙판의 최소 229km의 섭입이 나타났다. 또 다른 예로는 아시아 아래로 섭입하고 있는 인도의 지속적인 북쪽 이동을 들 수 있는데, 두 대륙의 충돌은 약 5000만 년 전에 시작되었지만 아직도 활동적이다.
7. 지구 섭입의 시작
판 구조론에 따르면, 지구의 단단한 바깥 껍질인 지각판은 16개의 큰 판과 여러 개의 작은 판으로 나뉘어져 있다. 이 판들은 섭입하는 지각판이 끌어당기는 힘 때문에 느리게 움직인다. 섭입대에서 가라앉는 지각판은 아래에 있는 맨틀의 대류 세포의 일부이며, 이러한 대류 과정을 통해 방사성 붕괴로 생성된 열이 지구 내부에서 빠져나간다.[4]
현대식 섭입은 낮은 지열 기울기와 이에 따른 고압 저온 암석(예: 에클로자이트 및 블루시스트)의 형성을 특징으로 한다.[63][61] 오피올라이트 암석 조합도 이러한 조건을 나타낸다.[63] 화북 지괴에서 발견된 에클로자이트 크세노리스는 현대식 섭입이 적어도 18억 년 전 팔레오프로테로조익세에 발생했음을 보여준다.[63] 에클로자이트는 약 19억~20억 년 전 초대륙의 조립 과정에서 해양 섭입에 의해 생성되었다.
블루시스트는 현재 섭입 환경의 전형적인 암석이다. 신원생대보다 오래된 블루시스트가 없는 것은 그 기간 동안 지구 해양 지각의 조성이 마그네슘이 풍부했음을 반영한다.[62] 마그네슘이 더 풍부한 암석은 현대 해양 지각 암석이 블루시스트로 변성되는 조건에서 그린시스트로 변성된다.[62] 고대 마그네슘이 풍부한 암석은 지구 맨틀이 한때 더 뜨거웠다는 것을 의미하지만, 섭입 조건이 더 뜨거웠다는 것을 의미하지는 않는다. 이전에는 신원생대 이전의 블루시스트가 없다는 사실이 다른 유형의 섭입을 나타낸다고 생각되었다.[62] 이 두 가지 증거는 모두 현대식 섭입이 10억 년 전 신원생대에 시작되었다는 이전 개념을 반박한다.[63][62]
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