중력 이상 — 프리에어 이상과 부게 이상은 무엇이 다를까
보정을 마치고도 남는 차이가 중력 이상입니다. 프리에어 이상은 산 위에서 0에 가깝고, 부게 이상은 산맥에서 크게 음이 됩니다. 같은 자료에서 두 값이 왜 다르게 나오는지, 그 차이가 지각 아래의 무엇을 말하는지 정리했습니다.
히말라야 위에서 중력을 재고 보정을 다 마치면 이상한 결과가 나옵니다. 산은 엄청난 암석 덩어리인데, 부게 이상이 −200 mGal 을 훌쩍 넘는 음의 값입니다. 중력이 모자란다는 뜻입니다. 무거운 산 아래에 오히려 가벼운 무언가가 있다는 것인데, 이 역설이 바로 중력 이상이 말해 주는 지구 속 이야기입니다.
이상이란 — 남는 값의 부호
앞 편에서 관측값에 위도·프리에어·부게·지형 보정을 차례로 했습니다. 다 하고 나서 표준 중력과 견주면 남는 값이 있습니다. 이것이 중력 이상입니다.
- 이상이 양(+) 이면 그 아래에 주변보다 무거운 것이 있습니다.
- 이상이 음(−) 이면 주변보다 가벼운 것이 있습니다.
어디까지 보정했느냐에 따라 이상의 이름이 다릅니다.
프리에어 이상 — 지형을 그대로 둔 값
위도 보정과 프리에어 보정만 한 것이 프리에어 이상입니다. 관측점을 해수면 높이로 끌어내리기는 했지만, 발밑 암석의 당김은 빼지 않았습니다.
산 위에서 프리에어 이상은 대개 0 근처이고 약간 양입니다. 산의 질량이 중력을 키우는 만큼, 산 아래 무언가가 중력을 깎아 서로 비기고 있다는 뜻입니다. 바다에서도 0 근처입니다.
부게 이상 — 지형까지 걷어낸 값
여기에 부게 보정과 지형 보정까지 한 것이 부게 이상입니다. 해수면 위에 있는 암석의 몫을 전부 뺐으니, 남는 것은 해수면 아래의 밀도 차이뿐입니다.
부게 이상의 모양은 뚜렷합니다. 대륙의 산맥에서 크게 음, 바다에서 크게 양. 산 위의 암석을 다 빼고도 중력이 모자라니, 산 아래 깊은 곳에 주변 맨틀보다 가벼운 것이 두껍게 있다는 뜻입니다. 바다에서는 반대로, 물을 암석으로 채운 셈 쳤는데도 중력이 남으니 얇은 지각 아래 무거운 맨틀이 가까이 있다는 뜻입니다.
두 이상을 나란히 보면 답이 보입니다. 지형을 그대로 둔 프리에어 이상은 0이고, 지형을 뺀 부게 이상은 음입니다. 즉 산의 질량과 산 아래 가벼운 뿌리가 서로 상쇄하고 있습니다. 산이 물에 뜬 얼음처럼 가벼운 뿌리 위에 떠 있다는 것, 이것을 다음 편에서 지각 평형으로 다룹니다.
국지 이상 — 광상을 찾는 법
산맥 전체처럼 수백 km 에 걸친 이상을 광역 이상이라고 합니다. 지각 두께나 맨틀의 온도처럼 깊고 넓은 원인이 만드는 것이라 곡선이 완만합니다. 여기서 이 부드러운 경향을 빼고 남는 좁은 요철이 잔여 이상입니다. 원인이 얕고 작을수록 요철은 좁고 날카로우므로, 그 폭에서 묻힌 것의 깊이까지 어림할 수 있습니다. 광상과 지하 구조를 찾는 탐사는 이 잔여 이상을 씁니다.
- 철광석이나 황화 광물처럼 무거운 덩어리가 묻혀 있으면 그 위에서 이상이 위로 볼록하게 솟습니다.
- 암염 돔은 주변 암석보다 가벼워서 이상이 아래로 꺼집니다. 암염 돔 옆에 석유가 고이는 일이 많아, 석유 탐사에서 중력 탐사가 먼저 쓰였습니다.
- 지하 동굴이나 빈 공간도 음의 이상으로 잡힙니다. 석회암 지대의 싱크홀을 미리 찾는 데 쓰입니다.
시험에서는 이렇게 나옵니다
- 이상의 부호 해석. 양이면 무거운 것, 음이면 가벼운 것이 아래에 있음.
- 프리에어 이상과 부게 이상의 정의 차이. 부게 보정과 지형 보정을 했는지 여부.
- 산맥에서 부게 이상이 음이고 바다에서 양인 이유. 산의 뿌리와 얇은 해양 지각.
- 산 위에서 프리에어 이상이 0 근처인 이유. 산의 질량과 뿌리의 가벼움이 상쇄.
- 잔여 이상 그래프를 주고 광체의 위치와 밀도를 묻는 문제.
자주 헷갈리는 것
- "부게 이상이 음이면 산이 가볍다는 뜻이다" — 산 자체는 이미 빼고 본 값입니다. 음인 것은 산 아래에 맨틀 대신 가벼운 지각이 두껍게 있기 때문입니다.
- "프리에어 이상이 0이면 지형의 영향이 없다" — 영향이 없는 것이 아니라 두 영향이 정확히 상쇄된 것입니다. 지형을 빼 보면(부게 이상) 큰 음이 드러납니다.
- "이상은 측정 오차다" — 오차가 아니라 신호입니다. 보정으로 걷어낼 수 없는, 땅속에서 온 진짜 차이입니다.
정리합니다. 보정 뒤에 남는 값이 중력 이상이고, 부호가 아래 물질의 무겁고 가벼움을 말합니다. 프리에어 이상은 지형을 둔 채, 부게 이상은 지형을 뺀 채 본 값이라 산맥에서 하나는 0, 하나는 큰 음이 됩니다. 그 차이가 산 아래 가벼운 뿌리의 존재를 가리킵니다.