남서인도양 해령

남서인도양 해령은 인도양 남서부와 대서양 남동부의 심해저를 따라 이어지는 확장 경계로, 지구상에서 가장 느린 확장 속도를 보이는 해령 중 하나로 알려져 있다. 이 해령은 북쪽의 소말리아판과 남쪽의 남극판 사이에 위치하며, 두 판이 서로 멀어지면서 새로운 해양 지각이 생성되는 전형적인 발산 경계를 이룬다.

남서인도양 해령의 확장 속도는 매우 느리며, 전 지구적으로 보아 북극의 가켈 해령을 제외하면 가장 낮은 수준에 속한다. 이러한 초저속 확장 해령은 지각이 형성되는 속도가 현저히 느린 대신, 해령의 축선이 양쪽의 삼중 접합부 사이에서 빠르게 연장되는 구조적 특성을 갖는다. 남서인도양 해령의 축선은 인도양의 로드리게스 삼중 접합부(남위 20도 30분, 동경 70도 00분)에서 시작되어, 대서양 측의 부베 삼중 접합부(남위 54도 17분, 서경 1도 5분)까지 길게 이어진다. 이처럼 삼중 접합부 사이에 걸친 해령 축선의 연장과 비대칭성은 해당 해령이 지닌 독특한 구조적 진화를 보여주는 지표 중 하나다.

초저속 확장 해령에서는 일반적으로 마그마 공급이 부족하고, 지각이 얇거나 단절된 채 형성되는 경우가 많다. 남서 인도양 해령도 예외는 아니며, 해령 전반에 걸쳐 심해저 화산 활동이 드물고, 암석학적으로는 상부 맨틀이 직접 노출되는 지역도 다수 분포한다. 이는 해양 지각의 발달이 미완의 상태로 유지되거나, 지각이 생성되는 과정에서 마그마가 거의 개입하지 않는 상황이 발생하고 있음을 의미한다.

이 해령은 일반적인 해양 확장 구조에서 벗어나, 여러 전단 단층과 불연속 구간들이 반복적으로 분포하는 매우 단편화된 해령으로 구성된다. 확장 속도가 느릴수록 해령 축선은 구조적으로 더 복잡하고 불연속적이며, 이는 남서인도양 해령이 지각 변형의 실험실이라 불릴 만큼 중요한 연구 대상이 되는 이유 중 하나다. 특히 수직 단층 운동, 맨틀의 승수류, 그리고 열적 비균일성이 함께 작용하여 다양한 해저 지형이 형성된다.

또한 남서 인도양 해령은 양쪽의 삼중 접합부와 긴밀히 연결되어 있어, 인접한 해령 체계들과의 상호 작용에서도 중요한 위치를 차지한다. 로드리게스 삼중 접합부에서는 중앙 인도양 해령과의 연계성이 나타나며, 부베 삼중 접합부에서는 대서양 중앙 해령과 만나는 구조를 이룬다.

남서인도양 해령은 전 지구적 해령 체계 가운데에서도 이례적으로 확장 속도가 낮은 구간으로 알려져 있으며, 그 확장 속도는 해령을 따라 일정하지 않게 분포한다. 전반적으로 초저속 해령으로 분류되지만, 일부 구간에서는 저속 확장의 특성도 함께 나타나며, 이로 인해 해령 내에서도 뚜렷한 지질학적 전이대가 형성되어 있다.

확장 속도의 변화는 고지자기 이력 분석을 통해 확인되며, 특히 자화 이상 C6C(약 2,400만 년 전)를 기준으로 뚜렷한 경계가 설정된다. 이 경계는 동경 54도에서 67도 사이에 해당하는 구간에서 나타나며, 이 구역은 전 지구 해령 체계 가운데에서도 가장 깊고, 열적 에너지가 낮으며, 마그마 생성이 극히 제한적인 구간으로 평가된다. 이 범위 내에서는 해령의 확장 속도가 연간 30mm에서 15mm 이하로 급격히 낮아지며, 그에 따라 해양 지각의 두께도 현저히 줄어든다.

확장 속도가 연간 20mm 이하로 떨어질 경우, 해양 지각은 더 이상 정상적인 화산 활동을 통해 형성되지 않으며, 맨틀 물질이 거의 마그마로 전환되지 않은 채 지표에 노출되는 현상이 자주 발생한다. 실제로 남서 인도양 해령에서는 길이 100km에 달하는 축선 구간에서 화산 활동이 완전히 관측되지 않는 경우도 있으며, 이는 해양 확장대의 지각 형성과정에서 마그마의 기여도가 극단적으로 낮아진다는 점을 명확히 보여준다.

또한 이 해령은 구조적으로 확장 방향에 대해 비스듬하게 놓여 있는 구간이 많으며, 이러한 사선 배열은 평균적으로 60도에 이른다. 확장 방향에 대해 비직각적인 배열, 즉 비대칭성(obliquity)은 해령의 전체 길이를 연장시키는 한편, 맨틀 상승 속도를 감소시키는 효과를 동반한다. 그 결과, 마그마가 생성될 여건은 더욱 제한되며, 해령은 느린 확장 해령에서 초저속 해령으로 이행하는 과도기적 구조 특성을 갖는다.

구체적으로 살펴보면, 저속 확장 구간에서는 마그마 공급이 비교적 활발하여, 해령 축선은 대체로 여러 개의 화성 구간으로 분절되며, 이들 구간은 전단 단층에 의해 서로 연결되어 있다. 반면, 초저속 확장 구간에서는 이러한 전단 단층 구조가 사라지고, 화성 구간 사이를 비화성 함몰구조가 잇는다. 이러한 비화성 함몰구조는 마그마 공급이 거의 없는 상태에서 지각이 수직 및 수평 방향으로 변형되며 형성되는 구조로, 남서 인도양 해령이 갖는 가장 특징적인 구조 유형 중 하나다.

이러한 특징은 남서 인도양 해령이 단순히 확장 속도가 느린 해령이 아니라, 판의 확장 속도, 마그마 활동, 맨틀 상승, 단층 구조가 복합적으로 상호 작용하며 구성된 매우 이질적인 해양 확장 시스템임을 시사한다.

2010년, 남서 인도양 해령의 남쪽 약 60km 해저에서 섬록암과 반려암이 인양되었다. 이 암석들의 지르콘 연대 측정 결과 약 1억 8,000만 년 전, 즉 중생대 쥐라기 초기에 형성된 것으로 나타났으며, 이는 곤드와나 대륙의 분열과 인도양의 개방, 그리고 카루 거대 화성암 지대가 거의 동시에 형성된 시기와 정확히 일치한다.

이 발견은 남서인도양 해령 주변의 지각이 대체로 신생대 후반, 특히 신제3기 이후 형성된 젊은 해양 지각임을 고려할 때, 매우 이례적이다. 해령 인근 해저에서 발견된 대부분의 암석은 수백만 년 이내의 연대를 가지며, 해양판의 확장과 함께 지속적으로 형성된 신생 지각에 속한다. 이러한 배경 속에서 1억 8,000만 년 전으로 거슬러 올라가는 암석이 존재한다는 사실은, 그 자체로 지질학적 기원을 둘러싼 다양한 해석을 촉발시킨다.

첫 번째 가설은 외부에서 운반된 암석일 가능성이다. 대륙 빙하나 거대한 쓰나미 같은 자연적 힘이, 대륙 기원의 암석을 해양 중심부까지 운반했을 수 있다. 특히 빙하에 의해 떨어진 '빙하 유래 낙석'은 고위도 해양저에서도 간혹 발견된다. 그러나 남서인도양 해령은 모든 주요 대륙 연안으로부터 멀리 떨어져 있으며, 암석 표면에도 장거리 운반에서 흔히 나타나는 마모나 둥글음 흔적이 없다. 이러한 점에서 외부 기원설은 설득력을 잃는다.

두 번째로, 해당 암석이 해령 내부 또는 그 인근에서 형성되었거나 깊은 지각층 혹은 상부 맨틀에서 유래했을 가능성이 제기된다. 해양 해령에서는 열수 활동이 매우 활발하게 일어나며, 지각 내부에서 형성된 심성암이 맨틀 대류나 열수 상승에 의해 얕은 지층으로 이동하는 일이 반복된다. 특히 섬록암과 반려암 같은 심성암은 해령 하부에서 주로 생성되며, 판이 확장되면서 벌어진 틈으로 이동할 수 있다. 이러한 메커니즘은 지표에 드러난 연대와 생성 위치 사이의 모순을 일정 부분 설명할 수 있다.

보다 넓은 지질학적 관점에서 본다면, 이 암석은 곤드와나 대륙의 분열과 직접적으로 연관된 퇴적 및 관입 활동의 결과일 수도 있다. 당시 대륙 내부에서는 카루 대규모 화성활동이 진행되었고, 이는 현재의 남아프리카, 마다가스카르, 동아프리카, 남극 일부에 걸친 광범위한 지역에 영향을 미쳤다. 이 화성암류는 범아프리카 조산대 상에 관입되었으며, 이후 대륙이 분리되고 해양이 형성되는 과정에서 일부 암체가 열적 또는 구조적 전이에 따라 해양 지각 내부로 이동했을 가능성도 제기된다.

이와 같은 해석은 인근 아프리카 대륙 연안이 주로 선캄브리아기 강괴로 구성되어 있으며, 그 위에 범아프리카 조산대가 형성되었고, 이 구조 위로 다시 중생대 카루 화산암이 관입되었다는 점과 연결된다. 곤드와나가 분열하면서 이 복합 구조는 다양한 방식으로 단절되었고, 일부 조산 잔재나 관입암이 해양판 아래로 이동하여 오늘날의 해령 인근에서 재발견되었을 수 있다.

또한 주목해야 할 점은 남서인도양 해령의 초저속 확장 특성이다. 이 해령은 연간 15mm 이하의 확장 속도를 보이며, 이로 인해 맨틀 상부는 열적으로 매우 냉각되어 있고, 마그마 활동이 극도로 제한된다. 이는 해양 지각 내에서 열에 의한 암석의 용융이 거의 일어나지 않는 환경을 조성하며, 결과적으로 고대 암석이 원형에 가깝게 보존될 수 있는 조건을 제공한다.

요약하면, 남서인도양 해령 남부에서 발견된 쥐라기 시기의 암석은 단순한 해양 확장 과정으로 설명되기 어려운 복합적인 지질사적 배경을 가진다. 이 암석은 고대의 대륙 붕괴, 범아프리카-카루 지질구조, 초저속 확장 해령의 특수한 열수 작용 등이 맞물린 결과물일 가능성이 높다.

남서인도양 해령(SWIR)의 서쪽 끝자락은 해양 확장 시스템 중에서도 특히 비정형적이며, 판 구조적으로 중요한 변곡점에 해당한다. 이 구간은 부베 삼중 접합부를 중심으로 복잡한 단층 체계, 변화하는 확장 속도, 급격한 축선 깊이 변동, 그리고 마그마 활동의 불균형이 뒤얽혀 있는 지질 구조의 집약체다.

서부 권역의 해령은 북쪽의 부베 전단대와 남쪽의 모셰시 전단대 사이에 끼어 있으며, 이 사이의 해령체는 ‘부베 해령’으로 불린다. 이 구간은 지난 300만 년 동안 평균 확장 속도가 연간 14.5mm에 불과할 정도로 극히 느린 확장대를 보여주며, 중심 축선은 깊은 곡부를 따라 이어진다. 폭은 약 16km로 매우 넓고, 축선 수심은 해수면 아래 2,000m에 머무르지만 양쪽 전단대 근처에서는 더 깊어진다. 이는 일반적인 저속 해령과 비교했을 때 이례적으로 얕은 수심이며, 부베 삼중 접합부 인근의 열적 특성과 관련된 것으로 해석된다.

이 해령 구간은 지형 구조가 뚜렷하게 두 가지 성격으로 나뉜다. 하나는 정렬된 형태의 마그마 중심 축선들이 이어진 구조, 다른 하나는 마그마가 거의 존재하지 않는 사선 구조들이 반복되는 비화성 축선 구간이다. 특히 동경 9도에서 16도 사이에 걸쳐 있는 구간은 ‘사선 초분절체’라 불리며, 축선 방향이 수직에서 최대 56도까지 비틀리는 복잡한 배열을 가진다. 이 사선성은 해령 길이를 늘리는 동시에, 맨틀 상승 속도를 감소시키며, 그 결과 마그마 활동은 급격히 감소하고, 초저속 확장의 특성이 강화된다.

사선 초분절체의 특징은 극단적인 구조 변화로 요약된다. 축선의 깊이는 동경 16도 지점을 기점으로 갑자기 500m 가량 깊어지며, 지형과 자기 이력에서도 뚜렷한 단절이 발생한다. 이 구간 서쪽, 샤카 전단대와 교차하는 구간에는 짧은 화성 해령이 존재하고, 이곳에는 조지프 메이스 해산이라는 독립 화산 중심이 해령 축선을 따라 솟아 있다. 이 해산은 고대 감람암 블록을 둘로 나누며, 그 사이 단층곡을 채우는 이중 봉우리 형태의 화산체를 형성한다. 이는 사선 초분절체 내에서 독립적인 화산 활동이 일어난 드문 사례다.

반면 조지프 메이스 해산 동쪽으로는 마그마 활동이 거의 사라진 암흑 지대가 펼쳐진다. 이 구간은 길이 180km, 최대 깊이 4,700m에 달하는 비화성 축선으로, 바닥은 거칠고 불규칙하며, 최근 화산 활동 흔적은 전혀 없다. 이곳의 해저는 사문암화된 감람암과 단층에 의해 융기된 블록들로 구성되어 있으며, 맨틀 물질이 지표에 거의 직접 드러나는 전형적인 초저속 확장대 구조를 보여준다.

이와 달리 동경 16도에서 25도 사이의 구간은 ‘직각 초분절체’로 구분되며, 전체 축선이 확장 방향과 거의 직각을 이룬다. 이 구간은 구조적으로 안정된 해령 구조를 가지며, 마그마 활동도 비교적 균일하게 유지된다. 짧은 비전단 구간들이 여러 마그마 축선을 연결하며, 해령 구조는 대서양 중앙 해령의 일부 구간과 유사한 모습을 보인다.

중요한 점은, 이 두 구간의 경계에서 구조와 마그마 활동의 방식이 극적으로 전환된다는 것이다. 사선 구간에서는 해령이 길어지는 대신 맨틀의 열 공급이 제한되고, 직각 구간에서는 구조가 짧고 조밀해지며 상대적으로 높은 마그마 생산이 가능하다. 이는 해령의 배열 방향이 해양 지각의 형성과 맨틀의 반응 방식에 직접적인 영향을 미친다는 사실을 실증적으로 보여주는 사례다.

앤드루 베인 전단대는 단지 해령의 연속을 끊는 구조물이 아니라, 아프리카판 내부의 복합 운동, 인도양 해저의 맨틀 흐름, 열점의 고정성과 지각 운반의 상호작용이라는 세 가지 메커니즘이 충돌하는 지점이다.

앤드루 베인 전단대는 아프리카판과 소말리아판의 내부 경계가 남서인도양 해령과 교차하는 지점이다. 아프리카 대륙은 판 구조론적으로 단일하지 않으며, 이미 수백만 년 전부터 두 개의 미판, 즉 주요판인 아프리카판과 소말리아판으로 분열되어 상대 운동을 해왔다. 이 전단대는 바로 그 대륙 내부 판 경계의 해양 확장 지대로의 연장선이며, 판의 경계가 대륙에서 해양으로 연속될 수 있음을 실증하는 보기 드문 예이다.

이 전단대의 길이는 약 750km에 달하며, 전 지구 해양 전단대 가운데 가장 큰 연대 차이를 나타낸다. 앤드루 베인 전단대의 양쪽에서 해양 지각의 생성 연대는 무려 6,500만 년 차이를 보이는데, 이는 단순한 단층 이동으로는 설명할 수 없는 장기적 지각 재편과 해령 축선 이동의 누적 효과를 시사한다. 이 전단대의 폭 또한 이례적으로 넓은데, 약 120km에 이르는 이 구조폭은 깊은 맨틀 흐름과 연관된 복합적인 지각 운동의 결과로 해석된다.

더욱 흥미로운 점은 이 전단대가 남북 방향으로 길게 확장되어 있다는 점이다. 일반적으로 해양 전단대는 동서 방향으로 나타나지만, 앤드루 베인 전단대는 남쪽으로 모잠비크 해저 절벽을 따라 뻗어 있으며, 이는 아프리카 대륙의 후방 판 구조와도 연결된다. 이 구조는 남극 대륙 연안의 아스트리드 해령까지 이어지며, 단일한 판 경계선이 아니라 지질사 전반에 걸친 대륙-해양 연결축을 이룬다.

앤드루 베인 전단대 동쪽으로는 해양 지오이드 값이 뚜렷하게 상승하는 해저 융기 지대가 펼쳐지며, 이를 ‘마리온 융기’라 부른다. 이 지형은 중력 이례를 기반으로 정의되며, 맨틀 하부의 밀도 구조 변화와 열점 활동의 누적 효과를 함께 반영한다. 마리온 융기는 마다가스카르 고원 및 델카노 융기와 연결되어 있으며, 서인도양 하부 맨틀의 비균질성을 간접적으로 보여주는 지형이다. 남서 인도양 해령은 이 융기의 동측 경계를 따라 이동하며, 동경 36도 부근에서 마리온 열점과 조우한다.

마리온 섬은 이 열점 활동의 중심부로, 해령에서 약 250km 떨어진 2,800만 년 된 해양 지각 위에 형성되어 있다. 이 위치는 마그마 공급 중심이 해령과 직접 연결되어 있지 않더라도, 해령과 열점 사이의 상대 이동을 통해 화산섬이 주변에 형성될 수 있음을 보여준다. 이와 달리 부베 섬은 부베 삼중 접합부에서 300km, 해령에서 불과 55km 떨어진 지점에 놓여 있으며, 훨씬 젊은 700만 년 지각 위에 자리 잡고 있다. 하지만 부베 열점의 위치는 현재까지도 분명히 확인되지 않았으며, 이는 열점의 고정성 개념에 대한 재검토를 요구하는 사례로 간주된다.

종합적으로 볼 때, 앤드루 베인 전단대는 단순한 수평 전단 구조를 넘어서, 해양 지각의 생성 연대, 맨틀 상부의 상승 경로, 대륙 내부의 판 경계 진화, 그리고 해령-열점 상호작용이 집중된 복합 지질 경계이다. 남서 인도양 해령이 이 전단대를 횡단하며 변형되는 방식은, 확장 속도와 방향, 지각 두께, 그리고 열 흐름까지 다층적으로 영향을 받게 만든다.

남서인도양 해령은 로드리게스 삼중 접합부가 오랜 시간에 걸쳐 동쪽으로 이동하면서 형성된 해양 지각 구조의 복합적 결과물이다. 특히 마다가스카르 남쪽, 인도메드 단층대의 동쪽에 위치한 해령 동부 구간은 약 6,400만 년에 걸쳐 축적된 확장 과정의 흔적을 보존하고 있다. 이 구간은 아틀란티스 II, 노바라, 멜빌이라는 주요 변환단층이 포함되어 있으며, 이들 사이에는 정기적으로 배열된 비변환성 단절 지대와 짧고 경사져 있는 비화성적 중앙해령 구간이 형성되어 있다.

이 지역의 가장 두드러진 특징은 전형적인 해양 지각과는 다른 형태의 해저 지형과 지각 구조이다. 해령 축은 높이 약 3,000m에 이르는 뚜렷한 융기 구간들로 분절되어 있으며, 이 융기들은 길이 100km가 넘는 축심 지대들에 의해 서로 연결되어 있다. 그러나 이와 같은 해령 구간에서는 화산활동이 관찰되지 않으며, 해령 축 주변 사면에서는 일반적인 해양지각에서 나타나는 화산암층이 거의 존재하지 않는다. 대신 이 지역의 해저는 넓고 매끄러운 형태를 보이며, 해양 핵심 복합체에서 흔히 나타나는 주름지형도 결여되어 있다.

이러한 비화성적 해저는 주로 대규모 이탈 단층에 의해 생성되었다. 해양 맨틀에서 유래한 암석들이 단층 운동을 통해 해저로 상승하면서, 해양지각 대신 맨틀 기원의 암석들이 노출된 비정형적 구조가 형성되었다. 이탈 단층의 활동은 지난 1,000만 년 동안 해령 축을 기준으로 반복적인 방향 전환을 보였으며, 이로 인해 이 구간의 해양 확장은 대부분 화산활동이 아닌 단층 운동에 의해 이루어졌다.

멜빌 단층 동쪽에 위치한 해령 극동부에서는 열 구조와 지각 형성 양상이 더욱 뚜렷하게 달라진다. 이 지역의 상부 맨틀은 주변에 비해 훨씬 낮은 온도를 유지하고 있으며, 이로 인해 맨틀에서의 용융은 부분적으로만 일어난다. 결과적으로 마그마의 생성량은 현저히 줄어들고, 이에 따라 형성된 해양지각의 평균 두께도 약 3.7km로 매우 얇다.

마그마 공급량의 부족은 해산 분포에도 직접적인 영향을 미친다. 멜빌 단층의 서쪽에서는 km²당 100개 이상, 높이 약 50m에 이르는 작고 밀집된 해산들이 분포하지만, 동쪽에서는 km²당 10개도 채 되지 않는 높은 해산들이 드문드문 나타난다. 이들 해산은 평균 높이 100m를 초과하며, 마그마가 적게 공급되었음에도 불구하고 단층 운동에 의해 융기된 구조물로 해석된다.

결론적으로 남서인도양 해령의 동부는 지각 형성 방식, 열 구조, 단층 활동 양상 등에서 전형적인 해양 확장 구조와는 현저히 다른 독자적인 체계를 보인다. 이는 초저속 확산 해령에서만 나타나는 특이한 지질학적 조건을 잘 보여주는 사례로, 해양지각의 다양성과 맨틀 상호작용의 복잡성을 이해하는 데 중요한 자료를 제공한다.