지구의 형성 과 자전

[유토피아]

지구의 형성 

지구가 태양계의 먼지로 부터 어떻게 형성되었는지 과학자들은 탐험하였을땐 몇십억년동안의 침식, 화산활동, 대륙과 바다의 이동으로 인해 원시 지구의 상태에 대한 증거가 거의 모두 파괴되었다. 지질학자들은 증거를 찾던둥 미국 아리조나에 있는 운석 구덩이를 발견하고 조사하기 시작했다. 처음 이 구덩이가 보고 된 1871년에는 사화산의 분화구 일것이라 생각되었지만 1890년대 지질학자들은 이 구덩이는 엄청나게 큰 운석이 지구와 부딪쳐 생겨난 것이라 판단했다. 이 운석은 지구에 바위들이 만들어지기 이전의 것이므로 지구의 형성과정을 알 수 있는 중요 단서라 생각했다. 

아리조나 운석 구덩이

46억년전 태양계가 형성될 당시 태양 주위로 가스, 먼지나 암석들의 구름이 돌고 있었다. 구름이 식기 시작하자 그들은 광석들의 알갱이가 되어 태양 주위를 회전하면서 서로 충돌했다. 하지만 누구도 그 미세한 광물 알갱이들이 어떻게 행성을 형성하는지 아무도 알지 못했다. 그러던 중 2003년 나사 우주 비행사 도널드 페팃 (Danald Pettit)은 국제 우주 정거장 (ISS)에서 우연히 실험중에 놀라운 새로운 증거를 보여주었다. 그는 우주의 무중력 상태에서 아주 작은 미세한 고체 입자들이 어떻게 작용하는지 실험을 하기위해 비닐 봉지안에 소금을 넣고 흔들었다. 놀랍게도 아주 약한 정전기에 의해 소금들은 서로 뭉치기 시작했다. 과학자들은 이실험을 통해 태양 주위를 떠돌고 있는 작은 광석들이 서로 붙어 큰 광석이 된다는 것을 알아냈다. 그 파편들중 하나가 지구와 부딪쳐 운석이 되었고 이 운석은 태양 주위를 돌고있는 구름에 있던 광석이나 금속등이 포함되어있어 있으므로 아주 소중한 단서가 된다. 

원시지구

지구는 다른 행성들과 마찬가지로 태양을 돌고 있는 가스, 먼지, 암석으로 부터 형성되었다. 몇십억개 파편들로 이루어진 큰 광석들이 서로 충돌해 점점 더 커지게 되었고 그것들이 서로 부딪쳐 뭉쳐져 그들 자신의 중력이 생길 정도로 크게 되었다. 이후 그들 주위를 돌고있는 파편들을 끌어당겼다. 서로 부딪쳐 충돌하면서 생긴 에너지들은 열이 되어 지구 전체가 녹을 정도로 뜨거워졌다. 결국 원시 지구는 녹아 마그마 바다가 된다. 거기엔 물도 대륙도 없고 지구 표면이 흐르는 용암으로 가득찼다.   

이 물질들중에 다른 물질보다 무거운 철과 니클 같은 금속들은 중력에 의해 지구 중심으로 가라앉고 나머지 물질들은 맨틀, 지각이 되었다. 지구 외부의 온도는 - 450도 이므로 지구가 점차 식기시작해 지구 표면은 굳어졌지만 내부는 아직도 뜨겁고 방사성이므로 이 핵에너지는 화산이나 지진의 힘을 일으키는 원인이 된다.  

지구 나이

1897년 어니스트 러더퍼드는 방사선 붕괴 측정으로 인해 지구 나이를 알아낼 수 있었는데 그는 바위를 조사한 결과 지구 나이는 수십억년이라고 했다. 1953년 미국인 지질학자 CC Patterson은 지구에 떨어진 운석을 통해 지구의 나이 측정이 가능하다는 것을 알고 아리조나 운석 구덩이를 방문해 조사 측정한후 그는 지구의 나이가 약 45억년으로 판단했다. 현대 과학에서 지구의 나이는 45.67억년으로 추정하고 있다. 

바다 형성

캐나다 맥길 대학에서 박사과정을 공부하고 있는 Jonathan O'Neill은 Hudson bay에서 원시 지구때 있던 돌을 발견했다. 그것은 놀랍게도 42.8억년의 돌로 이제껏 발견된 돌들에 비해 2억년전 앞선다. 이 바위를 조사한 결과 지구에 40억년 이전에 적어도 12마일 정도 두깨의 지각과 바다가 있었다는 것이 밝혀졌다. 그후 지구과 형성된후 2억년후 이미 바다는 지구에 존재하였고 태양계 형성 당시 우주에 물이 이미 존재하였다는 것을 밝혔다. 

과연 지구의 70%나 차지하는 물은 어디로부터 온 것일까?

지배적인 이론

• 지구가 형성될때 이미 물이 있었다. 궁극적으로 45억년전 태양계를 형성했던 가스와 먼지의 성운에 얼음이 있었을 것이고 그들중 일부는 지구에 존재하여 지구의 맨틀층을 통해 재순환이 되었을 것이다.
• 수성, 금성, 지구, 화성은 원시 태양 성운과 매우 가까워 대부분의 물이 열에의해 증발되어 이들 행성들은 바위안에 있는 약간의 물과 함께 형성되었을 것이다. 지구의 경우 충돌에 의해 달이 형성되었을때 더 많은 물이 증발되었다. 이 경우 얼음이 풍부한 외부로 부터의 운석으로 부터 왔을 것이다. 

1998년에 떨어진 운석을 현미경으로 관찰 분석한 결과 운석내 식염 알맹이가 있었고 그 소금 결정체 내에 물이 발견되었다. 이 소금의 나이는 45억년이고 물은 소금 전에 이미 존재하였으므로 태양계 만큼 오래되었다고 판단했다. 이 물의 발견으로 과학자들은 수많은 운석으로부터 물이 원시지구로 와 바다가 형성되었다고 믿고있다.  

That question is the subject of lively scientific debate, it turns out.

There are two prevailing theories: One is that the Earth held onto some water when it formed, as there would have been ice in the nebula of gas and dust (called the proto-solar nebula) that eventually formed the sun and the planets about 4.5 billion years ago. Some of that water has remained with the Earth, and might be recycled through the planet's mantle layer, according to one theory.

The second theory holds that the Earth, Venus, Mars and Mercury would have been close enough to that proto-solar nebula that most of their water would have been vaporized by heat; these planets would have formed with little water in their rocks. In Earth's case, even more water would have been vaporized when the collision that formed the moon happened. In this scenario, instead of being home-grown, the oceans would have been delivered by ice-rich asteroids, called carbonaceous chondrites.

http://www.livescience.com/33391-where-did-water-come-from.html

Where Did Earth's Water Come From?

Water covers about 70 percent of the Earth's surface, but where did it come from?

www.livescience.com

달의 생성과 지구의 기울기

1974년 Bill Hartmann은 원시지구가 화성만한 운석과 충돌했고 그 결과 흩어진 파편이 뭉쳐 달이 형성되었고 지구가 23.5도 기울게 되었다고 주장했다. 1972년 아폴로 16이 달에 착륙 우주비행사 Charles Duke는 바위 조각을 지구에 가지고 왔다. 지질학자들이 연구한 결과 예상보다 철이 적어 달은 지구와 다른 방법으로 형성이 되었다는 것을 증거로 들었다. 

지구 내부 구조

지구의 구조는 지표면에서 지진파 분석에 의해 알수 있다. 지진파는 P파와 S파로 나뉘어지는데 P파는 고체와 액체를 통과할 수 있는 종파이며 S파는 고체만 통과할 수 있는 횡파이다. 

• 지각: 암석질
• 맨틀: 악설질의 점탄성체
• 외핵: 금속질 유체
• 내핵: 금속질 고체

 

https://www.youtube.com/watch?v=ys5hmBkyvag&t=1739s

동영상

Solar System History: How Was the Earth Formed? - Full Documentary HD

--- ABDH Media - Space --- It's astonishing what you can achieve with just a bit of gas and dust. Kate Ravilious guides us throu...

www.youtube.com

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지구의 자전 원인

지구 뿐만 아니라 태양등 우주의 모든 것들은 자기 중심축으로 자전을 하는데 그들중 대부분 시계 반대방향으로 돌고 있다.

은하계는 시계방향으로 돌는 것과 반대 방향으로 도는 것이 있다. 

수성은 58.7일, 금성은 243일, 해왕성은 19.1시간으로 그들은 서로 다른 자전주기를 갖고 있다.

금성은 태양계의 다른 행성과 다른 방향으로 공전한다.

태양계의 모든 행성들의 자전은 태양계 형성으로 부터 시작된다.  

자전

• 지구가 자전축을 중심으로 서쪽에서 동쪽 방향으로 하루에 한바퀴씩 도는 운동으로 시간당 15°씩 회전한다.
• 기울기: 23.5°
• 속도: 평균 시속 1,673 km
• 자전에 의한 현상: 낮과 밤

자전을 느끼지 못하는 이유

• 지구가 안정된 등속운동을 하기 때문이며 빠른 속도로 지구가 자전함에도 불구하고 우리가 우주로 튕겨져 나가지않는 것은 지구 중력에 의해서이다.

 

자전의 원인

• 46억년전 태양계는 거대한 가스와 먼지 구름으로 부터 형성되기 시작했다. 가스가 움직이고 흔들리면서 가스층의 밀도는 높아지기도 하고 낮아지기도 했다. 인근에 있는 초신성이 가스가 합쳐지는데 원인일 수 있다. 뭉쳐진 가스입자들의 중력이 증가하면서 일정방향으로 돌기 시작했고 각운동량 보존법칙 (conservation of angular momentum)에 의해 계속 돌았다. 점점 더 회전이 빨라지면서 가스들은 거대한 디스크속으로 평평해지며 무너지기 시작했다. 태양은 가운데에 위치했고 회전디스크 안에 있는 나머지 가스와 먼지는 행성, 달, 혜성과 소행성이 되기위해 서로 뭉쳐졌다. 

• 지구의 자전은 관성(inertia)에 의해 계속 회전하게 되고 태양계는 같은 구름원판에서 형성되었으므로 같은 방향으로 공전한다.  
• 금성만 다른 행성과 달리 반대 방향으로 공전을 한다. 과학자들은 어떤 순간 금성 축이 거꾸로 되었거나 혹은 속도가 느려져 멈추다 다시 회전하면서 태양과의 근접이나 대기의 밀도의 영향으로 방향이 바뀌었다고 추측한다.

 

동영상

Why Does Everything In The Universe Spin?

The Earth and the Milky Way are constantly rotating, but why? Read More: How Fast Does the Earth Rotate? http://www.universeto...

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