🔥 지구 핵의 고체-액체 경계, ‘내핵’의 비밀
– 5,000km 아래, 지구의 가장 뜨거운 비밀을 파헤치다
🌍 지구의 심장은 어떤 모습일까?
지구를 반으로 자르면, 마치 양파처럼 여러 층으로 이루어져 있는 것을 알 수 있습니다. 우리가 살고 있는 지표면은 **지각(crust)**이라 불리며, 그 아래에는 맨틀(mantle), 외핵(outer core), 그리고 마지막 중심에는 **내핵(inner core)**이 존재합니다.
이 중에서도 내핵은 지구에서 가장 깊고 뜨거운 곳으로, 반지름 약 1,220km의 거대한 철 덩어리입니다.
놀라운 점은 외핵은 액체 상태, 구핵은 고체 상태라는 사실입니다. 그런데 말이죠, 외핵보다 내핵이 더 뜨거운데 왜 더 ‘단단한’ 고체로 존재하는 걸까요?
🌡 온도가 높은데 고체라고?
일반적으로 우리는 온도가 높으면 물질이 녹는다고 생각합니다. 얼음이 물로, 물이 수증기로 변하듯이 말이죠. 하지만 지구의 내부는 단순한 실험실 환경과는 다릅니다.
지구 중심으로 갈수록 압력은 기하급수적으로 증가합니다. 외핵과 내핵의 경계에서는 **무려 330~360GPa(기가파스칼)**의 압력이 가해지는데, 이는 지표면 대기압의 300만 배에 해당합니다.
즉, 내핵은 수천 도의 고온에도 불구하고, 극한의 압력 덕분에 철이 고체로 존재할 수 있게 되는 것입니다. 이 개념은 '상태도(phase diagram)'를 통해 이해할 수 있는데, 철은 일정한 압력 이상에서 녹는점이 오히려 더 올라가게 됩니다.
🌪 내핵과 외핵의 역할: 지구 자기장의 비밀
외핵이 액체라는 사실은 지구에서 매우 중요한 의미를 갖습니다. 바로 지구 자기장을 생성하는 데 필수적이기 때문입니다. 외핵의 액체 철이 대류 운동을 하면서, 전류가 흐르고, 이로 인해 강력한 자기장이 형성됩니다.
이 자기장은 지구를 감싸는 ‘보이지 않는 방패’ 역할을 하며, 태양에서 날아오는 유해한 태양풍과 우주 방사선으로부터 생명체를 보호합니다.
그런데 최근 과학자들은 내핵 역시 지구 자기장 형성에 일부 기여할 수 있다는 가설을 제시하고 있습니다. 내핵은 서서히 자라고 있으며, 그 성장 과정에서 열 에너지와 조성 변화가 외핵에 영향을 주고, 이는 외핵의 대류를 더욱 활발하게 만들어 자기장을 유지하는 데 기여할 수 있다는 것입니다.
🧊 내핵의 구성 성분: 순수한 철 덩어리?
과거에는 내핵이 거의 **순수한 철(Fe)**로 이루어졌을 것이라 생각했지만, 최근 연구에 따르면 니켈(Ni), 규소(Si), 황(S), 산소(O) 등 가벼운 원소들도 소량 포함되어 있을 가능성이 제기되고 있습니다.
또한, 2021년에는 내핵 내부에도 또 하나의 층, 즉 **"내핵 내핵(inner-inner core)"**이 존재할 수 있다는 연구 결과도 발표되었습니다. 이 이론에 따르면, 내핵 내부의 가장 중심부는 철의 결정 방향이 다르게 배열되어 있는 별개의 구조일 수 있으며, 지구 형성 초기의 단서를 제공할 수 있다고 합니다.
🌀 지진파로 들여다본 내핵
문제는, 우리가 직접 내핵을 볼 수 없다는 것입니다. 아무리 뛰어난 기술이 있어도 지하 6,000km를 뚫는 것은 불가능하죠.
그래서 과학자들은 **지진파(Seismic wave)**를 통해 간접적으로 지구 내부를 탐사합니다.
지진이 발생하면 지진파(P파와 S파)가 지구를 통과하게 되는데, 이 파동은 각 층의 밀도, 상태(고체/액체)에 따라 속도가 달라집니다.
예를 들어, S파는 액체를 통과하지 못하므로 외핵에서는 멈추고, P파는 내핵에서 다시 굴절되며 통과하는 특성이 있습니다.
이 데이터를 종합하면, 내핵은 확실히 고체라는 결론을 얻게 됩니다.
🔍 정리: 구핵은 지구의 블랙박스다
지구의 내핵은 단지 지구의 중심일 뿐만 아니라, 지구 전체 시스템의 균형을 유지하는 핵심 요소입니다.
- 내핵이 고체이기 때문에 외핵의 흐름이 안정적으로 발생하고
- 외핵이 흐르기 때문에 자기장이 생성되며
- 자기장이 존재하기에 생명체가 살 수 있는 환경이 유지됩니다.
또한 내핵은 지구 생성 당시의 원시 물질 정보를 간직하고 있을 가능성이 높아, 지구의 기원과 진화의 단서를 품고 있는 타임캡슐이기도 합니다.
✅ 요약하면…
- 외핵은 액체, 내핵은 고체이다.
- 고온에도 불구하고 압력 때문에 내핵은 고체 상태로 유지된다.
- 내핵은 자기장 생성에 중요한 간접적 역할을 하며, 지구 보호막의 핵심이다.
- 지진파 분석을 통해 내핵의 존재와 성질이 입증되었다.
- 최근에는 내핵 내부에도 또 다른 구조가 있다는 흥미로운 이론도 등장했다.