우리나라가 대양탐사를 우리의 손으로 시작한지 약 30년 가까이 지났다. 그동안 많은 블루오션을 오가며, 해양저를 바라보았지만, 지난해와 올해는 더욱더 의미 있는 탐사가 진행되었다. 바로 우리연구원 온누리호를 가지고 대양 탐사 최초로 인도양 해령 탐사를 시작한 것이다.

지난해 말과 올해 초에 걸쳐 수행된 인도양 해령 탐사의 궁극적인 목적은 해령을 중심으로 발달하는 해저열수광체를 찾기 위한 것이다. 해저열수광상은 해양지각 밑을 순환하며 유용금속성분을 다량으로 함유하는 열수광화유체에 의해 생성된다. 이 광화유체가 유용성분을 해양지각에 한 곳에 대량으로 정출시키면 바로 해저열수광상이 되는 것이다. 그런데 이런 유용성분이 농집되는 곳이 있다. 바로 지각의 균열대가 집중적으로 분포하는 곳이다. 지구상에는 이런 균열대가 밀집하여 분포하는 곳이 있다. 바로 지판이 생성되어 서로 갈라지는 중앙해령과 지판이 서로 충돌하여 사라지는 섭입대가 그곳이다.

중앙해령(mid-ocean ridge)을 상상하면, 해양지각이 분열되며 형성되는 직선적인 해령계곡과, 해령들이 변환단층에 의해 서로 날카롭게 끊어지며 지그재그(ZigZag) 형태로 존재하는 해령 세그먼트(segment)만을 생각하기 쉽다. 그러나 이번 탐사에서 다시 본 인도양 해령은 우리 생각과는 조금 다른 해령의 모습을 보인다. 

▲ 그림1. A.곡선 형태를 보이는 인도양 해령(this study), 
B. 해령 생성 과정에 따른 형태의 변화 양상 (modified from Dixon and Bernor, 1989)

인도양 탐사에서 우리가 본 해령에서는 직선적인 해령 뿐 아니라 곡선형태의 해령이 다수 발견되었다(그림 1A). 막 생성된 해령이 확장을 계속하면 해령을 중심으로 한 양쪽 지판에 가해지는 구조적인 힘은 지역에 따라 차이를 보인다. 지구조적인 신장력(tension)과 압축력(compression)의 지역적 차등이 해령을 곡선으로 만드는 원인이 된다(그림 1B). 앞서 언급한 바와 같이 해저열수광상은 주로 균열대를 따라 분포하게 되는데, 곡선 해령에서 신장력과 압축력이 우세하게 분포하는 곳이 지각 균열대가 집중적으로 위치 할 가능성이 높아 해저열수광상이 배태될 확률이 높게 되는 것이다.

▲ 그림2. 해저 확장시 생성되는 ocean core complex의 생성 기작 (modified from Tucholke, 1998, 아래그림)

또 하나 우리가 잘 보지 못했던 해령 구조가 ocean core complex (OCC) 혹은 megamullion이다. 우리가 잘 알고 있듯이 해양지각은 두꺼운 암석권(lithosphere) 위에 상대적으로 얇은(~5 km) 해양지각이 놓여 있는 구조다. 해양지각이 지속적으로 갈라지면 정단층대가 발달하게 되고 최종적으로는 대규모 저각도의 확장성단층(정단층)인 단절단층(detachment fault)이 발달하게 된다. 이때 해양지각 하부에 위치하는 암석권이 밀려 올라와 해저면에 노출되게 된다(그림 2).

지구 심부 암석이 해저면(또는 지표면)에 노출되는 경우는 매우 드문 지질학적 현상이다. 맨틀기원 암석이 직접적으로 지표에 노출되는 경우는 코마티아이트(komatiite)와 같은 초염기성암 화산암이 분출하는 경우, 다이아몬드를 함유하는 킴벌라이트(kimberlite) 같은 초염기성암이 지표 가까이에 관입하는 경우, 해양지각 하부가 압등작용(obduction)에 의해 지표에 노출되는 경우 정도만 있을 뿐이다. 

▲ 그림3.   A. 인도양 해령에서 관찰되는 ocean core complex (OCC) (this study),
B. OCC 지구조체와 해저열수광상 분포와의 관계 모식도 (modified from Escartin et al., 2008).

OCC는 해양지각 하부 맨틀 암석이 해저면에 노출되어, 이웃하는 중앙해령 현무암과 나란히 놓이거나, 오히려 높은 곳에 위치하게 되는 지구조체를 일컫는다. OCC는 생성 기작(mechanism)상 일반적으로 관찰되는 해령의 구조와는 다른 재미있는 구조를 보인다. 바로 주름(corrugation)이다(그림 3). 해령 주변에서 가장 흔하게 관찰되는 구조는 심해언덕(abyssal hill)들 이다(그림 3). 이들은 해령 축에 평행하게 발달하는 선구조(lineament)를 보인다. 이와 다르게 OCC는 해령 축에 직각방향의 선구조들이 발달한다(그림 3). 단층작용에 의해 해양지각 하부에서 지표로 상승하면서 생긴 일종의 긁힌 자국이다. OCC는 맨틀까지 연결되는 대단층과 밀접한 구조적 관련성을 보이고 있어 광화유체의 좋은 이동통로 역할을 한다. 따라서 해저열수광화대를 형성할 가능성이 높다(Escartin et al., 2008).

대서양과 태평양 해령에 대한 열수광상 탐사는 미국과 유럽의 자원선진국이 주도하지만 인도양을 탐사한 나라는 미국, 프랑스, 일본, 독일, 중국 등에 불과해 인도양은 우리에게 기회의 바다이다. 특히 인도양은 해령 전체 면적 중 극히 일부만이 연구돼 있어, 우리나라가 열수광상 부존 가능성이 높은 곳을 찾는다면 인도양 해저광물자원 개발에서 유리한 위치에 선다.

지중해 청동기 문화를 이끌고 지난 수세기 동안 전 세계에 가장 많은 구리를 공급했던 키프로스광상, 일본의 국부 창출에 일부를 담당했던 구로코광상 등은 모두 해저에서 형성되어 육상에 노출된 막대한 규모의 해저열수광상이었다. 올해 5월부터는 전 세계 공해상의 해저열수광상 개발을 위한 광구 등록이 시작되었다. 공해상에 분포하는 막대한 양의 해저열수광상을 선점하기 위한 경주가 지금 막 시작된 것이다. 지금 우리는 출발선상에 서서 인도양이라는 창해를 바라보고 있다. 그 창해 밑 해령에는 우리가 꿈꾸는 또 다른 블루오션이 있다. 창해 인도양이 우리의 미래를 위한 진정한 의미의 블루오션이 되기를 희망해 본다.

- 참고문헌 -

Dixon, D. and Bernor, R.L. (1989). The practical geologist. Simon&Schuster, New York, pp. 160.

Escartin, J., Smith, D.K., Cann, J., Schouten, H., Langmuir, C.H. and Escrig, S. (2008). Central role of detachment faults in accretion of slow-spreading oceanic lithosphere. Nature, vol. 455, p. 790-794.

Tucholk, B.E. (1998). Discovery of "Megamullions" reveals gateways into the ocean crust and upper mantle. Oceanus, vol. 41, p. 15-19.

2010-05-27