[논문 리뷰] Protoplanetary Earth Formation: Further Evidence and Geophysical Implications

J. Marvin Herndon|arXiv (Cornell University)|2004. 08. 29.

Astro and Planetary Science참고 문헌 21인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 지구가 목성과 유사한 원행 星 내부에서 형성되어 암석 핵이 현재 반지름의 약 64%로 압축되었으며, 이는 연속적인 대륙 지각을 설명하고 기체 막대가 제거된 후 지구 팽창을 유도한다. 팽창은 판 구조론이 아니라 균열 형성과 맨틀 부피 팽창에 의한 현무암 채움을 통해 주로 발생하며, 중간 해양 고리의 과정을 대안적으로 중력 유동으로 재해석한다.

ABSTRACT

Recently, I showed that the "standard model" of solar system formation is wrong,yielding the contradiction of terrestrial planets having insufficiently massive cores, and showed instead the consistency of Eucken's 1944 concept of planets raining out in the central regions of hot, gaseous protoplanets. Planets generally consist of concentric shells of matter, but there has been no adequate geophysical explanation to account for the Earth's non-contiguous crustal continental rock layer, except by assuming that the Earth in the distant past was smaller and subsequently expanded. Here, I show that formation of Earth, from within a Jupiter-like protoplanet, will account for the compression of the rocky Earth to about 64 percent of its current radius, yielding a closed, contiguous continental shell with concomitant Earth expansion commencing upon the subsequent removal of its protoplanetary gaseous shell. I now propose that Earth expansion progresses, not from spreading at mid-oceanic ridges as usually assumed, but primarily by the formation of expansion cracks (often near continental margins) and the in-filling of those cracks with basalt (produced from volume expansion in the mantle), which is extruded mainly at mid-oceanic ridges, solidifies and traverses the ocean floor by gravitational creep to regions of lower gravitational potential energy, ultimately plunging downward into distant expansion cracks, emulating subduction. Viewed from that perspective, most of the evidence presented in support of plate tectonics supports Earth expansion; mantle convection is not required, and the timescale for Earth expansion is no longer constrained to about 200 million years, the maximum age of the current ocean floor.

연구 동기 및 목표

• 지구형 행성의 핵이 충분히 질량이 없는 것으로 간주되는 표준 태양계 모델의 모순을 해결하기 위해.
• 지구의 연속적인 대륙 지각을 지질학적 메커니즘으로 설명하여 과거의 지구 팽창 가정을 도전하기 위해.
• 판 구조론에 의한 확장이 아니라 원행성 압축과 이후 기체 막대 제거의 결과로 지구 팽창을 재정의하기 위해.
• 중간 해양 고리 과정을 맨틀 대류에 의한 판 구조론 확장이 아니라 외부로 분출된 현무암의 중력 유동으로 재해석하기 위해.
• 지구 팽창이 최소 2억 년의 해양 지각 연령에 제한되지 않는 한도에서 발생할 수 있음을 보여주기 위해.

제안 방법

• 지구가 목성과 유사한 고온의 기체 원행성 내부에서 밀도가 높고 암석성 핵으로 형성되었다고 제안한다.
• 원행성 단계 동안 높은 내부 압력으로 인해 암석 핵이 현재 반지름의 약 64%로 압축된다고 모델링한다.
• 기체 막대의 제거가 팽창을 유도하며, 이는 대륙 가장자리에서 균열 형성으로 시작된다고 제안한다.
• 새로운 해양 지각 형성은 맨틀의 부피 팽창에 기인하며, 이로 인해 현무암이 분출되어 중력 잠재 에너지가 낮은 지역으로 중력 유동을 통해 흐른다고 설명한다.
• 서브덕션대는 실제로 판의 운동 없이도 분출된 현무암이 먼 팽창 균열로 흐르는 과정으로 재해석한다.
• 팽창의 원동력으로 맨틀 대류를 거부하고, 균열 형성과 현무암 채움을 주된 메커니즘으로 제시한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 과거의 지구 팽창을 가정하지 않고 지구의 연속적인 대륙 지각은 어떻게 설명할 수 있는가?
• RQ2 지구의 암석 핵이 현재 반지름의 약 64%로 압축된다는 관측 결과를 설명할 수 있는 지질학적 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 중간 해양 고리 과정이 맨틀 대류와 판 구조론이 아닌 분출된 현무암의 중력 유동으로 설명될 수 있는가?
• RQ4 지구 팽창의 시간 스케일은 해양 지각의 최고령인 약 2억 년에 제한되지 않는 한도에서 얼마인가?
• RQ5 원행성 형성 모델은 표준 태양계 형성 모델에서의 핵 질량 모순을 어떻게 해결하는가?

주요 결과

• 지구의 암석 핵은 목성과 유사한 원행성 내부에서 형성되면서 현재 반지름의 약 64%로 압축되었으며, 이는 연속적인 대륙 지각의 형성에 기여한다.
• 원행성의 기체 막대 제거가 지구 팽창을 유도하며, 이는 대륙 가장자리에서 균열 형성으로 시작된다.
• 현무암 지각은 맨틀의 부피 팽창에 의해 형성되며, 중간 해양 고리에서 분출되어 중력 유동으로 해저를 가로질러 낮은 중력 잠재 에너지 영역으로 흐른다.
• 서브덕션과 유사한 특징은 실제로 판의 수렴이나 침강이 아니라 먼 팽창 균열로 흐르는 현무암으로 재해석된다.
• 팽창을 이끄는 데 맨틀 대류가 필요로 하지 않으며, 이 과정은 해양 지각의 2억 년 스케일에 제한되지 않는다.
• 이 모델은 관측된 지질학적 특징을 비대류적이고 팽창 기반의 메커니즘과 조화시키며, 표준 판 구조론 이론에 도전한다.