삼중합점

삼중합점(三中合點, Triple junction)은 세 지각판의 경계가 만나는 지점이다. 삼중합점에서는 세 경계 각각이 해령(R), 해구(T), 변환 단층(F) 중 하나가 되며, 삼중합점은 그곳에서 만나는 판 경계의 유형에 따라 설명할 수 있다(예: 단층-단층-해구, 해령-해령-해령, 또는 약칭 F-F-T, R-R-R). 10가지 가능한 삼중합점 유형 중 소수만이 시간적으로 안정적이다(이 맥락에서 안정적이라는 것은 삼중합점의 기하학적 구성이 지질학적 시간 간격에서도 변하지 않는다는 것을 의미한다). 4개 이상의 판이 만나는 것도 이론적으로 가능하지만, 이러한 사중합점은 순간적으로만 존재한다.

 역사 
삼중합점 개념을 자세히 다룬 최초의 과학 논문은 1969년에 댄 맥켄지와 W. 제이슨 모건가 발표했다. 이 용어는 전통적으로 세 발산 경계 또는 확장 해령의 교차점을 지칭하는 데 사용되었다. 이 세 발산 경계는 이상적으로는 약 120° 각도로 만난다.

판 구조론 이론에서 대륙이 분리될 때, 중심점(삼중합점)에서 방사형으로 세 발산 경계가 형성된다. 이 발산 판 경계 중 하나는 파열되고(열곡 참조), 나머지 두 개는 계속 확장하여 대양을 형성한다. 남대서양의 개방은 남아메리카 및 아프리카 대륙 남쪽에서 시작되어 현재 기니만의 삼중합점에 도달했으며, 그곳에서 서쪽으로 계속 확장되었다. 북동 방향의 베누에 열곡은 이 합점의 파열된 가지이다.

그 후 삼중합점이라는 용어는 세 지각판이 만나는 모든 지점을 지칭하게 되었다.

 해석 
삼중합점의 특성은 판이 단단하고 지구 표면 위를 움직인다는 순수한 운동학적 관점에서 가장 쉽게 이해된다. 지구 내부나 지각의 지질학적 세부 사항에 대한 지식은 필요하지 않다. 또 다른 유용한 단순화는 평평한 지구에서의 삼중합점 운동학이 구형 표면에서의 운동학적으로 완전히 동일하다는 것이다. 구형에서는 판 운동이 오일러 극을 중심으로 한 상대 회전으로 설명되며(판 재구성 참조), 판 경계를 따라 모든 지점에서의 상대 운동은 이 회전으로부터 계산할 수 있다. 그러나 삼중합점 주변 영역은 구의 크기에 비해 충분히 작고(보통) 회전 극에서 충분히 멀리 떨어져 있어 경계 너머의 상대 운동이 그 경계를 따라 일정하다고 가정할 수 있다. 따라서 삼중합점 분석은 일반적으로 벡터로 정의된 운동을 가진 평평한 표면에서 수행될 수 있다.

 안정성 

삼중합점은 지질학적 세부 사항을 사용하지 않고 단지 관련된 해령, 해구, 변환 단층의 속성을 정의하고 몇 가지 단순화된 가정을 하며 간단한 속도 계산을 적용하여 설명하고 안정성을 평가할 수 있다. 이 평가는 가정이 실제 지구에 광범위하게 적용될 경우 대부분의 실제 삼중합점 설정에 일반화될 수 있다.

안정적인 합점은 관련된 판이 이동함에 따라 합점의 기하학적 구조가 시간이 지나도 유지되는 합점이다. 이는 상대 속도와 판 경계 방향에 제약을 가한다. 불안정한 삼중합점은 시간이 지남에 따라 변하거나, 다른 형태의 삼중합점으로 바뀌거나(RRF 합점은 FFR 합점으로 쉽게 진화한다), 기하학적 구조가 변하거나, 단순히 실현 불가능하다(FFF 합점의 경우처럼). FFF 합점의 본질적인 불안정성은 약 1억 9천만 년 전 태평양판의 형성을 야기한 것으로 여겨진다.

판이 강체이고 지구가 구형이라고 가정하면 레온하르트 오일러의 구형 운동 정리를 사용하여 안정성 평가를 상호작용하는 판의 경계와 상대 운동을 결정하는 것으로 축소할 수 있다. 강체 가정은 해양 지각의 경우에 아주 잘 적용되며, 적도와 극에서의 지구 반지름은 약 300분의 1 요인으로만 변하므로 지구는 구형에 매우 잘 근사된다.

맥켄지와 모건Evolution of Triple Junctions, McKenzie, D. P., and Morgan, W. J., Nature, 224, 125 (1969)은 이 가정을 사용하여 삼중합점의 안정성을 처음 분석했는데, 여기에 판의 움직임을 설명하는 오일러 극이 평평한 표면 위에서 직선 운동에 근접한다는 추가 가정을 사용했다. 이 단순화는 오일러 극이 해당 삼중합점으로부터 멀리 떨어져 있을 때 적용된다. 그들이 R, T, F에 사용한 정의는 다음과 같다.

 R – 양쪽 판의 상대 속도에 대해 대칭적이고 수직으로 암석권을 생성하는 구조(예: 아덴만의 경우와 같이 항상 적용되는 것은 아니다).
 T – 한쪽에서만 암석권을 소비하는 구조. 상대 속도 벡터는 판 경계에 비스듬할 수 있다.
 F – 슬립 벡터와 평행한 활성단층.

 안정성 기준 
판 A, B, C 사이의 삼중합점이 존재하려면 다음 조건이 충족되어야 한다.
AvB + BvC + CvA = 0

여기서 AvB는 A에 대한 B의 상대 운동이다.

이 조건은 속도 공간에 속도 삼각형 ABC를 구성하여 나타낼 수 있으며, 여기서 AB, BC, CA의 길이는 각각 AvB, BvC, CvA의 속도에 비례한다.

삼중합점이 안정적으로 존재하려면 추가 조건도 충족되어야 한다. 판은 개별 기하학적 구조를 변경하지 않는 방식으로 움직여야 한다. 또는 삼중합점은 관련된 세 판 경계 모두에 남아 있도록 움직여야 한다.

맥켄지와 모건은 이러한 기준이 동일한 속도 공간 다이어그램에 다음과 같은 방식으로 표현될 수 있음을 입증했다. 선 ab, bc, ca는 속도 공간에서 AB, BC, CA의 기하학적 구조를 변경하지 않는 점들을 연결한다. 이 선은 주어진 속도로 움직이면서도 판 경계에 남아 있을 수 있는 관찰자가 있는 속도 공간의 여러 점을 연결하는 선과 동일하다. 이 선들이 속도 삼각형을 포함하는 다이어그램에 그려질 때, 삼중합점이 안정적으로 존재하려면 이 선들이 한 점에서 만날 수 있어야 한다.

이 선은 필연적으로 판 경계와 평행하다. 왜냐하면 판 경계에 남아 있으려면 관찰자는 판 경계를 따라 움직이거나 그 위에 정지해 있어야 하기 때문이다.

 해령의 경우, 구성된 선은 상대 운동 벡터의 수직이등분선이어야 한다. 해령의 한가운데에 남아 있으려면 관찰자는 양쪽 판의 상대 속도의 절반으로 움직여야 하지만, 판 경계를 따라 수직 방향으로도 움직일 수 있기 때문이다.
 변환 단층의 경우, 모든 운동이 경계 방향과 평행하므로 선은 상대 운동 벡터와 평행해야 하며 따라서 판 A와 B를 분리하는 변환 단층의 경우 선 ab는 AB를 따라 놓여야 한다.
 해구 경계에 남아 있으려면 관찰자는 해구의 주향을 따라 움직여야 하지만, 상부 판에 남아 있어야 한다. 따라서 구성된 선은 판 경계와 평행하게 놓이겠지만, 상부 판이 차지하는 속도 공간의 점을 통과해야 한다.

이 선들이 만나는 지점 J는 지구에 대한 삼중합점의 전체 운동을 나타낸다.

이러한 기준을 사용하면 FFF 삼중합점이 안정적이지 않은 이유를 쉽게 알 수 있다. 삼각형 변을 따라 놓인 세 선이 한 점에서 만날 수 있는 유일한 경우는 삼각형 변의 길이가 0인 자명한 경우이며, 이는 판 사이의 상대 운동이 0인 경우에 해당한다. 이 평가의 목적상 단층은 활성 상태여야 하므로 FFF 합점은 결코 안정적일 수 없다.

 유형 
맥켄지와 모건은 이론적으로 16가지 유형의 삼중합점이 가능하다고 판단했지만, 이 중 몇몇은 추측성이며 지구상에서 꼭 관찰된 것은 아니다. 이 합점은 먼저 만나는 판 경계의 유형(예: RRR, TTR, RRT, FFT 등)으로 분류되었고, 다음으로 관련된 판의 상대 운동 방향으로 분류되었다. RRR과 같은 일부 구성은 한 가지 상대 운동 세트만 가질 수 있는 반면, TTT 합점은 TTT(a)와 TTT(b)로 분류될 수 있다. 이러한 운동 방향의 차이는 안정성 기준에 영향을 미친다.

맥켄지와 모건은 이 16가지 유형 중 FFF와 RRF 구성을 제외한 14가지가 안정적이라고 주장했지만, 요크는 나중에 RRF 구성이 특정 조건에서 안정적일 수 있음을 보여주었다.

 해령-해령-해령 합점 

RRR 합점은 이 정의를 사용하면 항상 안정적이며, 따라서 지구상에서 매우 흔하지만, 지질학적으로는 해령 확장이 한 방향으로 중단되어 파열된 열곡대를 남기는 경우가 많다. 현재와 지질학적 과거 모두에 많은 예가 존재한다. 예를 들어 대서양 중앙 해령을 형성하기 위해 남북으로 확장되는 해령과 아프리카 나이저강 삼각주 지역에 베누에 열곡이라는 관련된 열곡을 가진 남대서양 열개가 있다. RRR 합점은 또한 120° 각도로 세 개의 균열을 따라 갈라지는 것이 구형 표면의 융기 스트레스를 해소하는 가장 좋은 방법이기 때문에 흔하다. 지구상에서는 이러한 스트레스가 대륙의 열곡 형성을 시작한다고 여겨지는 맨틀 열점으로 발생한다고 생각된다.

RRR 합점의 안정성은 아래에 설명되어 있다. 삼각형 변의 수직 이등분선이 항상 한 점에서 만나므로, 상대 속도에 관계없이 선 ab, bc, ca는 항상 만나도록 만들 수 있다.

 해령-해구-단층 합점 
RTF 합점은 덜 흔하며, 이 유형의 불안정한 합점(RTF(a))은 약 12Ma에 칼리포르니아만 입구에서 존재했던 것으로 생각된다. 그곳은 동태평양 해팽이 현재 샌앤드레이어스 단층대와 만나는 곳이다. 과달루페 및 파랄론 미소판은 이전에 북아메리카판 아래로 섭입하고 있었고, 이 경계의 북쪽 끝은 샌앤드레이어스 단층과 만났다. 이 섭입을 위한 물질은 해구의 서쪽으로 약간 이동한 현대 동태평양 해팽에 해당하는 해령에 의해 제공되었다. 해령 자체가 섭입됨에 따라 RTF 삼중합점이 순간적으로 존재했지만, 해령의 섭입으로 인해 섭입된 암석권이 약화되어 삼중합점에서 '찢어졌다'. 이 암석권의 분리로 인한 슬래브 풀 손실은 RTF 합점을 종결시켜 현재의 해령-단층 시스템을 형성했다. RTF(a)는 ab가 속도 공간 C의 점을 통과하거나 ac와 bc가 동일선상에 있을 때 안정적이다.

 해구-해구-해구 합점 
TTT(a) 합점은 일본 중앙에서 유라시아판이 필리핀판과 태평양판 위로 겹쳐지고, 필리핀판도 태평양판 위로 겹쳐지는 곳에서 발견된다. 여기서는 일본 해구가 완전히 분기하여 류큐와 보닌 화산호를 형성한다. 이 유형의 합점에 대한 안정성 기준은 ab와 ac가 직선을 형성하거나 bc 선이 CA와 평행하다는 것이다.

 예시 

 홍해, 아덴만, 동아프리카 지구대가 아파르 삼각지대를 중심으로 만나는 지점(아파르 삼중합점)은 해수면 위에 있는 유일한 R-R-R 삼중합점이다.
 로드리게스 삼중합점은 인도양 남부에 있는 R-R-R 삼중합점으로, 아프리카판, 인도-오스트레일리아판, 남극판이 만난다.
 갈라파고스 삼중합점은 나스카판, 코코스판, 태평양판이 만나는 R-R-R 삼중합점이다. 동태평양 해팽은 이 합점에서 남북으로 확장되며, 코코스-나스카 확산 중심은 동쪽으로 이어진다. 이 예는 삼중합점 바로 남동쪽에 있는 해팽 위의 작은 독립된 판인 갈라파고스 미소판으로 인해 더욱 복잡해진다.
 치아파스주 해안의 타파출라 연안은 과테말라, 북아메리카, 태평양이 합류하는 곳으로, 매주 작은 지진이 발생한다. 이곳은 코코스판에 의해 동쪽으로 밀려난다.
 북아메리카 서해안에는 멘도시노곶 근해에 또 다른 불안정한 삼중합점이 있다. 남쪽으로는 주향 이동 단층이자 변환 판 경계인 샌앤드레이어스 단층이 태평양판과 북아메리카판을 분리한다. 북쪽으로는 캐스케이디아 섭입대가 있으며, 그곳에서 고르다판이라고 불리는 후안데푸카판의 일부가 북아메리카판 아래로 섭입하여 해구(T)를 형성한다. 또 다른 변환 단층인 멘도시노 단층(F)은 태평양판과 고르다판의 경계를 따라 이어진다. 이 세 지점이 교차하는 곳이 지진 활동이 활발한 F-F-T 멘도시노 삼중합점이다.
 아무르판, 오호츠크 미소판, 필리핀해판은 후지산 근처 일본에서 만난다. (후지산의 지질 참조)
 아조레스 삼중합점은 세 지각판, 즉 북아메리카판, 유라시아판, 아프리카판의 경계가 교차하는 지질학적 삼중합점이다 (R-R-R).
 일본 연안의 보소 삼중합점은 오호츠크 미소판, 태평양판, 필리핀해판 사이의 T-T-T 삼중합점이다.
 북해는 고생대의 세 이전 대륙판인 아발로니아, 로렌시아, 발티카의 멸종된 삼중합점에 위치한다.
 남그린란드 삼중합점은 고진기 동안 유라시아판, 그린란드판, 북아메리카판이 발산했던 R-R-R 삼중합점이었다.
 칠레 삼중합점은 남아메리카판, 나스카판, 남극판이 만나는 곳이다.

 같이 보기 


 각주 

 참고 문헌 
 오레스케스, 나오미, 편집, 2003, Plate Tectonics: an Insider's History of the Modern Theory of the Earth, Westview Press, 

분류:판 구조론