지중해 지역 리소스피어와 아스테노스피어 구조의 편극판구조론적 해석

초록

본 연구는 지중해 지역을 1°×1° 셀로 구분한 400여 개 셀에 대해 표면파 분산 측정·2차원 전산단층촬영·비선형 반전·스무딩 최적화를 순차적으로 적용해 350 km 깊이까지의 리소스피어‑아스테노스피어 전속도 모델을 구축하였다. 결과는 서쪽으로 이동하는 리소스피어와 동쪽으로 향하는 섭입대 사이의 비대칭성을 보여주며, 이는 ‘편극판구조론(Polarized Plate Tectonics)’이 제시하는 지구 내부 동역학과 일치한다.

상세 분석

이 논문은 지중해 지역의 리소스피어‑아스테노스피어 구조를 고해상도 3차원 전속도 모델로 재구성하는 데 초점을 맞추었다. 먼저, 전 세계적인 표면파 데이터베이스에서 해당 지역에 대한 주기별 그룹속도와 위상속도 정보를 추출하고, 이를 1°×1° 격자 셀에 할당하였다. 2차원 전산단층촬영(Tomography) 단계에서는 지역별 분산 관계를 역학적으로 일관된 형태로 보정함으로써, 각 셀에 대한 주기‑속도 곡선을 얻었다. 이어서 비선형 반전(non‑linear inversion) 알고리즘을 적용해, 각 셀의 전속도 구조를 다중 파라미터(리소스피어 두께, 아스테노스피어 전속도, 전이 구간 두께 등)로 표현하였다. 반전 과정에서 파라미터 공간을 광범위하게 탐색함으로써, 관측된 분산곡선과의 잔차를 최소화하는 다수의 후보 모델을 도출하였다.

후보 모델들 중 최적 모델을 선택하기 위해 스무딩 최적화(smoothing optimization) 기법을 도입했으며, 이는 인접 셀 간 전속도 차이를 최소화하면서도 데이터 적합성을 유지하는 ‘오컴의 면도날’ 원칙을 구현한다. 최종적으로 선택된 셀별 모델들을 공간적으로 연결해 3차원 전속도 구조를 구축하였다.

구조적 결과는 서쪽으로 향하는 섭입대(예: 알프스‑히스파니아 섭입대)와 동쪽으로 향하는 섭입대(예: 동부 안탈리아 섭입대) 사이에 뚜렷한 비대칭성을 드러낸다. 서쪽 섭입대에서는 얕은 리소스피어와 높은 전속도 아스테노스피어가 관측되는 반면, 동쪽 섭입대에서는 보다 두꺼운 리소스피어와 저전속도 아스테노스피어가 특징이다. 이러한 차이는 ‘리소스피어가 맨틀에 대해 서쪽으로 이동한다’는 가설, 즉 편극판구조론에서 제시하는 전역적인 지구 내부 흐름과 일치한다. 또한, 전속도 변동은 상부 맨틀의 조성 차이와 온도·습도 변화를 반영하며, 이는 기존의 균일한 맨틀 모델과는 구별되는 중요한 지질학적 의미를 가진다.

결과적으로, 이 연구는 고해상도 전속도 모델을 통해 지중해 지역의 판구조 역학을 정량적으로 설명하고, 편극판구조론을 지구 물리학적 관측과 연결시키는 중요한 증거를 제공한다.