지구 내부를 지진파로 알 수 있을까?

 지구상의 여러 관측점에서 기록한 다수의 지진파를 이용하여 지진의 파형 자체와 관측점까지의 도착 시간을 면밀하게 조사함으로써 지구의 내부 모습을 자세하게 알 수 있다. 예를 들면 관측점의 주시는 지진파가 전달되어 온 지구 내부의 경로에 따른 속도 분포에 의해 결정되기 때문에 지구상의 여러 장소에서 동시에 주시를 측정함으로써 지구 내부의 속도 분포를 알 수 있다. 

 지구의 표면 부분을 지구의 껍질이라는 의미에서 지각이라고 부른다. 지각에서 P파의 평균 속도는 6~7km/s이며, 지각 바로 밑의 맨틀에서는 8km/s정도 이다. 깊이에 따른 이런 급격한 속도 변화는 경계면에서 굴절, 반사되는 지진파의 주시로부터 구한 것이다. 이 지각과 맨틀의 경계는 발견자의 이름을 따서 모호로비치치 불연속면이라고 부른다.

 지각은 지구상의 장소에 따라 두께가 상당히 달라 대륙 지각은 약 30~40km 전후가 많고, 해양 지각은 수 킬로미터 정도의 두께밖에 되지 않는다. 그러나 대륙역에서도 큰 산맥 아래에서는 50~60km로 두꺼워지는 것으로 알려져 있다. 이것은 과거에 산맥을 형성하기 위하여 대륙끼리 충돌하여 지각의 두께가 크게 부풀었기 때문이다. 지각 밑의 맨틀은 400~700km의 깊이에 있는 천이층을 경계로 상부와 하부로 나누어진다. 상부 맨틀과 하부 맨틀의 화학 조성은 다르다고 추정되며, 판구조론이나 플룸 구조론과 관련하여 상부, 하부 그리고 이들의 경계인 천이층에서는 지구가 만들어진 이후 지금까지 실로 역동적인 움직임이 있었을 것으로 생각된다. 지구 표층의 단단한 판이 침강하고 하부 맨틀로부터 따뜻한 물질이 솟아오름으로써 맨틀 내부에 대류가 일어난다는 것을 최근의 지진학적 연구를 통하여 알게 되었다.

 맨틀보다 더 깊어지면 2,900km 깊이에서 P파 속도가 급격하게 감소하는 경계가 나타난다. 이 경계 안쪽으로는 S파가 통과할 수 없게 되므로 경계 안쪽을 핵이라고 부른다. 또한 S파가 존재하지 않는 것으로 보아 2,900km보다 깊은 곳에서는 액체가 존재하는 것으로 생각된다. 5,100km보다 깊은 지구의 중심부에서는 P파와 S파가 모두 고속도로 통과한다는 사실이 알려졌다. 따라서 액체 영역을 외핵, 그 안쪽을 내핵이라고 부르게 되었다. 내핵에서 P파 속도는 11km/s, S파는 3.5km/s 정도이다.