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지질학
지질학(地質學, geology)은 지각을 연구대상으로 하는 자연과학의 한 분야로 지각의 조성·성질·구조·역사·성인 등을 다룬다. 지질학의 특징은 다채로운 분과와 응용분야를 가지고 있으며, 역사과학적 성격이 짙다는 점을 들 수 있다.
목차
개념 및 정의
지질학이란 말은 그리스어의 'Geo'(지구)와 'logos'(논리)에서 유래된 것으로, '지구'(earth)를 대상으로 하는 자연과학(自然科學, natural science)의 한 분야이다. 지질학은 지구의 성분, 구조, 형성과정 및 역사를 연구하는 학문이다. 즉, 지질학은 지구의 구성 물질, 그 물질의 분포상태와 구조, 지구에 미치는 여러 가지 작용, 이들 작용으로 인한 변화 등을 연구함으로써 궁극적으로는 지구의 역사와 그 변천과정을 밝히려는 학문이다.
지질학은 고체지구(solid earth)를 대상으로 하는 연구분야로 표현할 경우도 있다. 이러한 경우에 고체지구라는 말은 공기로 되어 있는 대기권과 물로 되어 있는 해양에 대비되는 용어로 사용되는 것으로 대기과학(大氣科學, atmospheric science)과 해양학(海洋學, oceanography)의 분야와 구분된다. 그러나 지구 내부에 있는 지하수, 마그마, 외핵 등의 액상 물질은 지질학에서 취급한다.
초기의 지질학에서는 지구의 역사에 중점을 둔 지사학(地史學, historical geology)의 연구가 대세를 이루었으나, 그 후 지질학의 발전에 따라 그 연구분야가 광범위해지고 세분되어 왔다. 최근에는 지구에 일어나는 복잡한 지질 작용과 지구시스템에서의 상호작용 등 지질학의 연구범위가 매우 넓어지게 되어 지질과학(地質科學, geological science)이라는 용어가 사용되기도 한다.
지질학은 지구의 탄생에서 현재까지의 모든 무생물계 및 생물계의 변천 역사를 밝히며, 이를 통하여 미래의 변화도 예측할 수 있게 된다. 또 지질학은 자원의 이용과 지구환경의 보존에 있어서 인간생활에 필요불가결한 학문이므로, 지구와 인류의 운명이 다 할 때까지 계속해서 발전해야 될 학문이다.
지질학은 공간적으로 지구뿐만 아니라 달, 화성 등의 우주 천체에 대한 연구로 범위가 확장되고 있다. 이러한 연구분야로서 행성지질학(行星地質學, planetary geology), 우주지질학(宇宙地質學, astrogeology), 월지질학(月地質學, lunar geology) 등이 있다.
지질학의 연구분야는 다음과 같이 매우 다양하고 광범위하다. 지질학의 세부분야로서 광물학(鑛物學, mineralogy), 암석학(岩石學, petrology), 고생물학(古生物學, paleontology), 지구화학(地球化學, geochemistry), 지구물리학(地球物理學, geophysics), 구조지질학(構造地質學, structural geology), 광상학(鑛床學, ore deposit geology), 수리지질학(水理地質學, hydrogeology), 퇴적지질학(堆積地質學, sedimentary geology), 환경지질학(環境地質學, environmental geology), 석유지질학(石油地質學, petroleum geology), 해양지질학(海洋地質學, marine geology), 행성지질학(行星地質學, planetary geology), 지질공학(地質工學, engineering geology), 지진학(地震學, seismology), 화산학(火山學, Vulcanology), 응용지질학(應用地質學, applied geology), 농림지질학(農林地質學), 토양학(土壤學, soil science), 지형학(地形學, geomorphology), 지질재해학(地質災害學), 경제지질학(經濟地質學), 생지질학(生地質學), 관광지질학(觀光地質學) 등이 있다.
역사와 발전단계
지구에 대하여 '무엇을'(what), '언제'(when), '어디에'(where), '어떻게'(how), '왜'(why)라는 문제의 실마리를 풀기 위해서 지질학자들은 끊임없는 노력을 기울여 왔다. 이를테면 하나의 활화산이 숨기고 있는 문제의 해결을 얻기 위해 우리는 다음과 같은 의문을 제기하게 될 것이다. 도대체 용암은 무엇으로 되어 있는가? 화산의 활동은 어떠하고, 그의 열(熱)은 무슨 이유로 발생하는가? 용암과 화산가스는 어디에서 솟아 나오는가? 그 화산은 처음의 분화는 언제였고, 언제 또 다시 분화가 일어나겠는가? 그리고 화산은 왜 특정 지역에 줄지어 있는가?
위의 '무엇’은 지구를 구성하는 물질에 관한 문제이다. 그리스의 철학자 엠페도클레스(Empedokles, BC 490~BC 430)가 이르기를 물질의 근본성분은 불, 물, 흙, 공기의 4원소로 되어 있다고 하였다. 이 같은 생각은 지각을 구성하는 물질에 관한 문제가 고대 그리스 시대에 이미 논의되었음을 뜻한다. 오늘날 지각을 구성하고 있는 물질의 대표적 성분은 O, Si, Fe, Al 등의 원소이다. 물질의 세계는 보다 작은 단위로서 원자를 만들고 있는 소립자에서부터 큰 것으로는 우주를 구성하는 행성에 이른다. 지질학에서는 이들 양극단 사이의 크기인 광물과 암석이라는 용어를 주로 사용하고 있다.
'언제'라는 문제는 사물에 대한 시간의 개념으로서, 지질학에서는 하나의 사물이 지닌 아주 짧은 역사에서부터 45억 년이라고 하는, 좀 상상하기 어려운 지구의 역사까지 밝히게 된다. 그리스의 사학자 헤로도투스(Herodotus, BC 484~BC 425)는 나일강의 범람으로 퇴적물이 쌓이는 과정을 관찰하고, 나일강의 삼각주가 형성되는 데는 수천 년이 걸렸을 것이라고 말했다.
특히 과거의 어떤 지질 시대에 지구상에 살고 있었던 고생물의 역사를 밝힌다는 것은 지질학에서는 무엇보다 중요한 일이다. 20세기에 와서 개발된 방사성동위원소를 이용한 암석과 광물에 대한 연령 측정은 지질학에서 '언제'라고 하는 문제를 해결하는데 있어서 일대 변혁을 초래하였다. 특히 달에서 채취한 월석의 방사성동위원소에 의한 연대 측정의 결과는 지구의 성인을 밝히는데 기여했을 뿐만 아니라, 지질학이 우주과학과 밀접한 관계가 있음을 시사했다.
'어디'라는 문제는 공간, 특히 사물의 상대적 위치와 그 분포에 관련된 일로서, 지질학이 지구과학(地球科學, earth science)의 성격을 띠게 되는 불가피한 요소이다. 이를테면 지진과 화산활동이 두 지반이 접하는 곳에서 일어난다는 것도 공간문제의 좋은 예이다. 지질학의 내용 중에서 분포와 위치에 관한 개념이 가장 오래 전부터, 그리고 가장 광범위하게 다뤄져왔다. 그러나 어떤 지질 현상이 왜 특정한 곳에서 일어나느냐는 문제의 해결은 좀 더 고차의 연구를 필요로 한다.
대서양 한가운데에는 대양저산맥이 길게 분포한다는 것은 19세기 말 영국의 해양 탐사선 챌린저(Challenger)호에 의해서 알려진 사실이다. 그러나 그와 같은 대양저산맥이 오대양에 줄지어 분포한다는 사실을 알게 된 것은 1960년대의 일인데, 이 발견은 2차 대전의 전승국 지구과학자들이 1950년대를 지구관측 연대로 설정하고, 이 관측을 위해 지구에 관한 수많은 자료들을 수집하는 과정에서 거둔 결실이다. '언제', '어디'라고 하는 문제는 지질학에서 시간과 공간의 지질 현상을 해석하는 과정에서 가장 중요한 테마의 하나가 아닐 수 없다.
또한 '어떻게'라는 의미의 요강은 대자연에서의 사물의 발생과 변화의 과정을 뜻한다. 이 문제에 대한 근원적 해답은 지질학에서 흥미롭기도 하지만, 매우 힘든 일이 아닐 수 없다. 그리스의 철학자 헤라크레이토스(Herakleitos, BC 약 500)는 "만물은 유전한다"고 하였고, 헤로도투스는 나일강 유역의 구릉지에서 패류 화석을 보고, 그 곳은 한 때 바다였다는 결론을 내림으로써 해면운동 또는 지각변동의 개념을 막연하게나마 제시하기도 하였다. 스트라보(Strabo, BC 64~AD 23)는 소아시아에서 지중해연안을 여행하면서 각종 사물을 주의 깊게 관찰한 끝에 Geographia라는 저서에서 육지가 국지적으로 융기하거나 침강한 사실을 예증하였고, 당시 휴식상태에 있던 베수비오산(Vesuvio Mt.) 산체를 관찰하고, 그것이 화산임을 추리하였다.
로마제국이 멸망한 후, 중세 때에 기독교의 그늘에 가린 과학자들은 자연의 원리를 연구하려고 하는 기백을 잃고 말았다. 사람들은 성서를 믿는 나머지 사물은 '왜' 생겼으며, '어떻게' 진화하느냐는 문제에 대해서는 아무런 흥미를 갖지 못하였다. 그들은 대지가 불과 수천 년 전에 갑자기 현재의 모습으로 창조되었고, 얼마 후에는 종말이 올 것이라고 믿고 있었다.
그 후 유럽에서 종교개혁이 일어나고, 문예부흥운동과 더불어 과학 분야에 새바람이 일게 되었다. 여러 면에서 탁월한 재능이 있었던 레오나르도 다빈치(Leonardo da Vinci, 1452~1519)는 지형이 침식작용으로 인하여 깎여, 결국 평탄해진다는 사실과 아페닌(Appenine)산맥의 석회암 중에서 나온 패류화석을 보고, 그것은 이탈리아가 해저에 있었을 때의 해저생물의 유해라고 주장하였다.
지질학이 현대과학으로 발돋움하게 된 것은 17세기 후반부터 19세기 초에 걸쳐서 여러 탐구자들의 노력의 결과로 이루어졌다. 특히 덴마크의 니콜라우스 스테노(Nicolaus Steno, 1638~1687)는 "지층누중의 원리"를 제창함으로써 지층 속에 보존된 지구역사의 기록을 시대 순으로 배열할 수 있는 근거를 마련케 하였다. 그는 이 원리뿐 아니라 "본래 수평면의 원리"와 "면각 일정의 법칙"을 발견하였는데, 전자는 지층의 퇴적양상과 퇴적 후 지각변동에 의한 변형의 양상을 구별해주는 중요한 원리이며, 후자는 광물의 결정면 사이의 성질을 밝혀주는, 광물학의 기초를 다지는 중요한 법칙이 되었다.
이로써 당시까지의 지구에 관한 단편적인 지식들이 원리의 틀 속에 체계화되기 시작하였으며, 에라그무스 바르토린누스(Eragmus Bartolinus, 1625~1698)는 방해석에서 복굴절 현상을 발견하여 결정광학(結晶光學)의 기초를 다졌다. 무엇보다 영국의 제임스 허턴(James Hutton, 1726~1797)에 의한 “동일과정설”의 제창은 지질학을 자연과학(自然科學, natural science)으로 확립시키는데 있어서 결정적인 요인이 되었다.
그는 지질학뿐 아니라, 화학(化學, chemistry)과 의학(醫學, medicine)에도 깊은 조예가 있는 학자로서, 그의 해박한 지식과 면밀하고 광범위한 지역의 야외 조사를 통해서, 지구의 변화는 결코 일시적으로 급격히 일어나는 것이 아니고, 오늘날 자연에서 일어나고 있는 일상적인 변화가 오랫동안 거듭되면서 현재에 이르고 있다는 확신을 갖게 되어, 당시까지 유럽을 지배하던 격변설(천변지이설)에 반기를 들어, 동일과정설을 주장하게 되었다. 이 이론의 등장으로 격변설은 빛을 잃게 되었다.
제임스 허턴은 또 화성론(火成論, plutonism)을 제창함으로써 암석의 성인에 대한 바른 이론을 정립시켰다. 그 당시 유럽에서는 격변설과 더불어 수성론(水成論, neptunism)이 지배하고 있었는데, 이는 독일의 아브라함 고틀로브 베르너(Abraham Gottlob Werner, 1750~1817)에 의해 주도된 이론으로서, 그는 모든 암석은 지구를 덮고 있었던 원시적인 바다 속의 물질이 침전하여 이루어진 것으로 보았으며, 화산에서 분출하는 용암까지도 지층 안에 묻힌 석탄의 발화 때문인 것으로 해석하였다.
그러나 제임스 허턴의 정확한 야외관찰에 의해서 지각 내부의 뜨거운 용융체(마그마)가 지각의 내부 또는 지표로 상승하여 굳어져서 화성암이 된다는 사실이 밝혀졌으며, 따라서 암석은 지표의 물에서 침전되어 형성되는 수성암 외에 지각 내부의 뜨거운 마그마의 고결작용으로 만들어지는 화성암의 존재를 확인하게 하였다.
한편 영국의 윌리엄 스미스(William Smith, 1769~1839)는 "동물군 천이(遷移)의 원리"를 확립하여 층서학(層序學, stratigraphy)의 기초를 세웠다. 그는 본래 토목기사로서, 지질학에는 문외한이었으나 많은 토목공사를 하는 중에 지층 속에 있는 화석에 대해 흥미와 관심을 갖게 되었다. 따라서 그는 화석을 깊이 연구하게 되었고, 마침내 각 지층마다 고유한 화석군을 함유하고 있다는 원리를 발견하게 되었다. 그는 이 원리를 통해 지층을 구분하고, 또 멀리 떨어져있는 지층의 대비를 가능케 하는 지질학의 기본 원리를 세우게 되었다.
여기서 우리는 지질학을 확립시키는데 있어서 영국의 찰스 라이엘(Charles Lyell, 1797~1875)의 괄목할 만한 공헌을 뺄 수 없다. 그는 옥스퍼드 대학의 교수로서, 영국뿐 아니라 유럽의 광범위한 지역에서 자연의 변화와 지질 현상들을 주의 깊게 관찰하여 지질 현상에 대한 실증적 자료들을 많이 제시하였으며, 이에 근거하여 불굴의 명저 『지질학의 원리』(principles of geology: 1830년, 1832년 및 1833년에 제1권, 제2권, 제3권)를 발간하여 제임스 허턴의 동일과정설을 확립시키는 한편 지질학의 체계화에 공헌하였다.
프랑스의 유명한 척추동물학자 장 레오폴드 니콜라 프레데리크 퀴비에(Jean Léopold Nicolas Frédéric Cuvier, 1769~1832)는 그가 격변설을 열렬히 지지한 점에서는 지질학의 발전을 저해하기도 하였으나, 매머드(mammoth)의 화석연구를 통해 이들 매머드가 현재 생존하고 있는 코끼리 류와 같은 속(屬)에 속하는 절멸종이라는 사실을 밝힘으로써 그 때까지 굳게 믿고 있었던 종(種)의 불멸을 부인하고, 절멸종의 존재를 최초로 확인케 했으며, 이와 같은 절멸종을 연구대상으로 하는 분야를 고생물학이라 하여, 이 학문의 창시자로 불리게 되었다.
또 장 바티스트 라마르크(Jean Baptiste Lamarck, 1744~1829)는 파리 부근의 발달된 신생대층에서 산출된 연체동물 화석에 대한 집중적인 연구로 무척추고동물학의 기초를 이룩하는데 기여하였고, 이러한 그의 연구는 유명한 용불용설의 밑받침이 되었다. 이와 거의 같은 시기에 윌리엄 울러스턴(William Wollaston, 1766~1828)의 반사측각기의 발명, 크리스티안 자무엘 바이스(Christian Samuel Weiss, 1780~1856)에 의한 유리지수 법칙의 발견, 요한 프리드리히 크리스티안 헤셀(Johann Friedrich Christian Hessel)에 의한 32정족의 확립 등은 광물학뿐 아니라 암석학 분야에서도 획기적인 진전을 보게 하였다.
지질학에서의 발전은 20세기에 들어와서 더욱 두드러지게 나타났다. 1896년 프랑스의 베크렐(H. Becquerel, 1852~1908)의 방사선 발견은 곧 이어서 방사성동위원소에 의한 암석의 절대 연령 측정을 가능케 함으로써 인류의 수수께끼로 남아있던 지구의 절대 연령을 측정할 수 있게 되었다. 특히 1950년대 이후에 X선 회절법을 이용한 광물 결정구조의 해명, 전자현미경의 개발, 전자회절 장치, 전자현미경분석기, 전자주사현미경의 개발은 광물의 미량분석, 희유원소의 분석, 미고생물의 연구 등 다방면에서 놀라운 연구성과를 이룩하게 하였다.
무엇보다 2차 대전 후, 그동안 미지의 세계로 남아있던 해양저에 대한 연구가 활발해지면서 해저지질에 대한 새로운 지식이 급격히 축적되었고, 고지자기학(古地磁氣學, paleomagnetism)의 발전은 1930년대에 빛을 잃었던 대륙이동설을 알프레도 로타어 베게너(Alfred Lothar Wegener)에 의해 부활케 하였으며, 지구과학의 일대혁명이라고 할 수 있는 판구조론을 탄생시키기에 이르렀다.
연구 분야
광물학
광물학이란 자연과학의 한 분과로서, 지구를 구성하고 있는 고체로서 무생물계의 기본 구성 물질단위인 광물에 관하여 연구하는 학문이다. 즉, 광물학은 광물의 산출 상태, 결정구조, 물리화학적 특성, 성인, 활용 등에 대해 연구하는 학문이며, 무기화학(無機化學, inorganic chemistry), 고체물리학(固體物理學, solid state physics), 재료공학(材料工學, material engineering) 등과도 밀접히 관련되는 학문으로 매우 다양한 연구분야를 가진다.
광물학은 인류생활의 터전인 대자연의 기본물질 단위인 동시에, 인류의 문화생활에 있어서 필수적인 원료 물질인 광물에 관하여 연구하는 학문이다. 따라서 광물학은 순수 학문적인 면에도 중요하지만, 다방면의 응용적 측면이 많아 더욱 중요하다.
세부분야로서 결정학(結晶學, crystallography), 광물화학(鑛物化學, mineral chemistry), 광물물리학(鑛物物理學), 광물광학(鑛物光學), 광물생성학(鑛物生成學), 점토광물학(粘土鑛物學, clay mineralogy), 토양광물학(土壤鑛物學, soil mineralogy), 응용광물학(應用鑛物學, applied mineralogy), 산업광물학(産業鑛物學, industrial mineralogy), 환경광물학(環境鑛物學, environmental mineralogy), 보석광물학(寶石鑛物學), 생광물학(生鑛物學), 우주광물학(宇宙鑛物學), 해양광물학(海洋鑛物學), 열광물학(熱鑛物學), 분광광물학(分光鑛物學), 고에너지 광물학(高─鑛物學, high energy mineralogy), 의료광물학(醫療鑛物學), 약용광물학, 합성광물학(合成鑛物學, synthetic mineralogy), 광물공학(鑛物工學) 등으로 매우 광범위하다.
암석학
암석학은 암석의 화학 조성, 광물 조성, 조직과 구조 등과 같은 성질을 기술하고, 자연에서의 산출 상태 등을 조사하며, 그 자료를 근거로 암석의 생성 원인, 생성 과정, 생성 조건 등을 궁극적으로 규명하는 지질학의 한 분야를 말한다.
예전에는 암석의 여러 성질을 조사하는 부문을 암석기재학(巖石記載學, petrography), 성인을 고찰하는 부문을 암석성인론(岩石成因論, petrogenesis)이라 하여 구별했으나, 최근에는 양자를 합하여 암석학이라고 한다. 암석학은 초기에 화학분석법과 편광현미경의 발명과 함께 암석의 기재와 분류법이 발전되었고, 그 후 열역학적 상평형 연구, 고온 및 고압하의 실험암석학적 연구, 방사성 동위원소 분석 등으로 암석의 성인을 규명하는 측면으로 개척되어 왔다.
암석학은 대상 암석의 종류에 따라 크게 화성암석학(火成岩石學), 퇴적암석학(堆積岩石學, sedimentary petrology), 변성암석학(變性岩石學)의 연구 영역으로 나누어진다.
고생물학
고생물학은 지질 시대에 쌓인 퇴적물 중에 보존되어 있는 화석들을 근거로 하여 지질 시대의 고생물을 연구하는 학문이다.
고생물학은 대상으로 하는 생물의 중류에 따라 동물을 대상으로 하는 고동물학(古動物學, paleozoology), 식물을 대상으로 하는 고식물학(古植物學, paleobotany), 미생물을 대상으로 하는 미고생물학(微古生物學, micropalaeontology) 등으로 구분한다. 또는 주로 고생물과 그 식생 및 생활환경과의 상호관계를 연구대상으로 하는 고생태학(古生態學, paleoecology), 고생물의 지리적 분포상태를 연구대상으로 하는 고생물지리학(古生物地理學, paleobiography) 등의 분야도 포함된다. 고생물학은 지질학적 시간의 척도로 과거 지구상에 생존했던 생물의 분류, 생태, 역사, 진화를 규명하는 것을 목적으로 한다. 따라서 고생물학의 연구는 지구상 생물의 진화를 해명하고, 지층을 대비하며, 지질 시대의 환경을 해석하는데 큰 공헌을 하고 있다.
지구화학
지구화학이란 화학적 원리와 도구를 이용해 지구 내 다양한 시스템의 생성 및 변화 과정을 규명하는 지질학의 한 분야이다.
지구화학을 통해 지질 연령을 측정하고, 마그마 방의 깊이 및 온도를 유추하고, 변성암의 생성 온도 및 압력을 규명하고, 지각이 언제 그리고 어떻게 생성됐는지를 연구한다. 또한 지구화학은 대기의 형성 및 진화, 맨틀의 대류, 빙하기의 생성, 생명의 기원 등에 대해 중요한 실마리를 제공한다. 광산, 석유 등의 지하 자원의 탐사에 지구화학적 탐사기법이 사용되고 있으며 금성, 화성, 목성 등의 행성 연구에 지구화학적 장비가 이용되고 있다. 최근에 지구화학은 산성비, 오존의 구멍, 온실효과, 지구 온난화, 지하수 및 토양 오염 등의 환경문제로 그 영역을 넓혀가고 있다.
지구화학의 세부분야에는 암석지구화학(岩石地球化學), 동위원소 지구화학(同位元素 地球化學), 우주화학(宇宙化學, cosmochemistry), 생지화학(生地化學, biogeochemistry), 유기지구화학(有機地球化學), 수질지구화학(水質地球化學), 토양화학(土壤化學), 지구화학탐사(地球化學探査, geochemical exploration) 등이 있다.
지구물리학
지구물리학이란 물리학적 원리에 입각하여 지구와 이를 둘러싼 환경에 대해 정량적으로 연구하는 학문이라 할 수 있다. 협의의 지구물리학은 고체지구물리학(固體地球物理學)으로 지구표면으로부터 내핵까지의 지구 내부를 주된 연구대상으로 하며, 지진학(地震學, seismology), 중력 및 측지학(測地學, geodesy), 지구자기학(地球磁氣學) 및 고지구자기학(古地球磁氣學), 지열학(地熱學, geothermometry), 지구연대학(地球年代學, geochronology), 지구조학(地球照學, tectonics), 지구물리탐사학(地球物理探査學)을 포함한다.
광의의 지구물리학은 고체지구물리학에 더하여 수문학(水文學, hydrology), 물리해양학(物理海洋學, pyhsical oceanography), 대기학(大氣學), 우주물리학(宇宙物理學, astrophysics) 그리고 화산학(火山學, vulcanology)을 포함하며, 물리학적 원리를 적용한다는 관점에서는 지질공학도 포함된다. 고체지구물리학은 연구 성격에 따라 지구 전체 또는 그 주요 부분을 연구하는 순수지구물리학(純粹地球物理學, pure geophysics)과 실용적이면서 흔히 경제적인 목적을 달성하기 위해 지각 및 지표 근처를 조사하는 학문인 응용지구물리학(applied geophysics, 應用地球物理學)으로 다시 구분 가능하다.
구조지질학
구조지질학은 지구의 역사를 연구하는 지질학의 한 분야로, 암석 내에 기록되어 있는 변형(變形, deformation)을 이해하고 궁극적으로 변형을 야기한 응력(應力, stress)을 규명하고자 하는 학문이다. 이러한 응력이 지판과 지판 사이의 운동에 의한 것으로 해석될 때 지구조학(地球照學, tectonics)의 영역으로 확대될 수 있다.
구조지질학 연구는 지질구조를 파악함으로서 석유, 석탄 및 각종 광상의 분포와 산상 그리고 채산성의 평가에 유용한 자료를 제공할 수 있다. 또한 지진에 의한 단층 작용 연구와 같은 지질재해의 평가와, 지반암석의 단층, 절리 등의 구조를 조사함으로서 기초지반을 평가하여 토목시공에 응용할 수 있다.
광상학
광상학은 광상(ore deposit)에 대한 학문으로 광상은 우리 인간이 필요로 하는 천연자원이 집중적으로 농집되어 있는 장소를 말한다. 우리 인간에게 유용한 천연자원이 집중적으로 농집되는 일은 지구에 있어서 일반적인 모습이 아니고 매우 예외적인 일이다. 광상학은 이러한 예외적인 사건이 왜 지구에 일어났는지를 연구하는 기초과학(基礎科學)의 성격을 띠지만 궁극적으로 인류에게 유용한 자원과 에너지를 제공하는 응용학문으로 요구 받고 있다. 광상학은 자원지질학(資源地質學, resource geology)과 그 개념이 거의 유사하지만 광상학이 자원지질학보다 좀 더 학문적인 성격을 띤다.
수리지질학
수리지질학이란 땅속의 물 특히 지하수를 연구하는 지질학의 한 분야로서, 지하수와 지질의 상호관련성 및 상호작용, 지하수의 유동 및 지하수 수질 등을 연구한다. 좀 더 자세하게 설명하면, 수리지질학은 지하수의 함양, 저류, 유출에 대한 일련의 과정을 지배하고 있는 지층의 제반 물리적, 화학적 특성을 연구하는 학문으로서 지층 내부의 공극의 특성이나 수리적 특성, 대수층(帶水層)의 구조, 분포, 지하수의 화학적 성질을 중요한 연구대상으로 한다. 수리지질학을 연구하거나 지하수를 개발하기 위해서는 우물을 굴착하여야 한다.
퇴적지질학
퇴적지질학이란 퇴적물(sediments)이나 퇴적암(sedimentary rocks)을 연구하는 지질학의 한 분야로, 기존의 암석이 풍화되고 이동되는 과정에서부터 퇴적암이 만들어지는 모든 과정을 다루는 학문분야이다. 퇴적암의 형성은 지구의 역사와 함께 시작되었기 때문에 퇴적지질학은 시간적으로 현생의 퇴적물로부터 고기의 퇴적암까지 전 지질 시대를 포함한다고 할 수 있다.
세부분야로는 퇴적학(堆積學, sedimentology), 퇴적암석학(堆積岩石學, sedimentary petrology), 층서학 등이 있다. 퇴적학은 암석이 풍화, 침식되고 이동되어 퇴적되는 과정을 연구하는 분야로 주로 현생의 퇴적물을 다룬다. 반면 퇴적암석학은 고화된 퇴적암을 대상으로 하며 퇴적암의 여러 가지 특징과 기원을 다루는 연구 분야이다. 층서학은 퇴적물이나 퇴적암의 시공간적 분포를 다루는 분야이다.
환경광물학
환경지질학은 환경과학(環境科學, environmental science)의 한 분야로서 지속 가능한 사회를 유지하기 위하여 지질학적 지식을 어떻게 응용하고 활용하느냐를 연구하는 분야이다. 또는 환경지질학이란 “인간의 물리적 환경의 점유와 개발에 의하여 발생된 문제점을 해결하기 위한 지질학적 원리와 지식을 응용하는 학문분야”이라도 할 수 있다.
환경지질학은 지구화학, 수리지질학, 광물학, 광상학, 토양학, 지형학 및 응용지질학 등을 포함한 지구시스템과학의 거의 모든 분야와 관련되는 학문이다. 환경지질학은 응용지질학적 측면이 강하다. 따라서 환경지질학은 토지 이용에 있어 갈등을 해소하는 데 도움이 될 수 있으며, 환경훼손을 최소화하고, 우리의 자연 환경과 변화된 환경의 유용성을 최대화하기 위해 지질학적인 정보를 이용하는 학문이다.
해양지질학
해양지질학은 해저의 지질을 대상으로 하는 지질학의 한 분야로서, 연안에서부터 대륙붕, 대륙사면을 거쳐 심해저를 대상으로 하며, 그곳의 해저지형, 퇴적물, 해저화산, 심부지층 등을 조사하고 연구한다. 연구목적은 해저의 지질, 퇴적구조, 해저지형, 퇴적작용 등을 통하여 해양환경을 이해하고, 석유 및 광물 등의 자원을 탐사하고, 개발하는데 있다. 세부분야로 해저지형학(海底地形學, submarine geomorphology), 해양퇴적학(海洋堆積學), 해양지구화학(海洋地球化學), 해저층서학(海底層序學), 해저고생물학(海底古生物學), 해양광물학(海洋鑛物學), 해저구조지질학(海底構造地質學), 해양응용지질학(海洋應用地質學) 등으로 나눌 수도 있다.
석유지질학
석유지질학이란 응용지질학의 한 분야로 석유의 생성부터 개발까지 석유에 대한 지질학적 측면을 다루는 학문분야이다. 석유지질학의 학문영역은 원유를 생성시키는 유기물의 집적에서부터 원유의 생성과 이동, 원유가 모여 있을 수 있는 장소와 조건 등 지질학적 지식을 이용하여 석유의 탐사와 개발에 이용하는 다양한 내용을 포함한다.
석유지질학자의 역할은 지질학적 지식을 바탕으로 원유의 부존 가능성을 평가하고 저류암의 존재유무, 집유장의 발달 범위 등을 판단한 후, 원유의 채굴을 담당하는 석유공학자가 석유개발에 대한 방향을 설정하도록 도와주는 것이다.
=== 행성지질학 행성지질학은 지구에서의 지질학적 영구역역을 태양계로 확장하여 태양계의 기원과 진화, 행성시스템의 형성과 분화과정, 그리고 생명의 탄생과 진화 등에 대한 보다 근원적인 의문점들을 과학적으로 탐구하는 분야라고 할 수 있다.
달암석과 운석 등에 대한 광물학, 암석학, 지구화학 등의 분석학적 연구가 포함된다. 그리고 원격탐사 방법에 의한 탐사자료를 통하여 광물학, 암석학, 지구화학, 지구물리학, 구조지질학, 퇴적학, 지형학 등의 지질학적 연구가 이루어질 수 있다. 외계 천체를 대상으로 한 세부연구 분야로서 운석(우주)광물학(隕石鑛物學), 우주지구화학(宇宙地球化學) 등으로 나누어지기도 한다.
지질공학
지질공학이란 지질학적인 지식을 토목공학(土木工學, civil engineering)에 응용시키는 지질학의 한 분야로서 암석역학(岩盤力學), 토질역학(土質力學, soil mechanics), 지질공학적 부지조사, 사면 안정성 분석, 연약지반 개량공법 관한 분야를 포함한다. 특히 지질공학은 지질학적 지식을 지반의 공학적 설계와 토목공학에 적용시키는 학문이며, 지질구조와 암석의 성질을 이용하여 토목공학의 기술과 이론을 뒷받침한다. 또한 토목시공 계획과 관련된 지층의 특성을 밝히고 공학지질도 작성을 다루며, 토목시공에 영향을 미칠 수 있는 산사태, 지진과 같은 지질재해의 가능성을 평가한다.
층서학
층서학은 암석의 생성 순서를 밝히고 세계의 모든 암석을 서로 관련시켜 시간적으로 정리하는 학문이며, 이는 지구의 역사를 편찬하는 데 불가결한 지식을 제공한다.
지사학
지사학은 지질학의 연구로 얻어진 역사적인 사실을 종합하여 무생물계와 생물계의 역사를 편찬하는 지질학의 최종 목적이 되는 분야이다.
기타분야
지진 연구를 주로 하는 지진학, 화산을 주로 대상으로 하는 화산학, 실제로 산업이나 인류복지에 응용하는 응용지질학, 농업과 임업에 관련된 농림지질학, 토양을 연구하는 토양학, 지표면의 형상에 대한 지형학, 지질재해를 연구하는 지질재해학, 경제적인 측면의 연구인 경제지질학, 생물과 지질의 관계에 대한 생지질학, 지질공원과 같은 지질관광자원에 대한 관광지질학 등의 많은 분야가 있다.
유명한 지질학자
- 찰스 로버트 다윈 (Charles Robert Darwin): 진화론으로 더 유명하지만 화산섬에 대한 연구나 산호초의 형성에 관한 연구의 선구자이다.
- 노먼 보웬 (Norman Bowen): 유명한 열역학자이자 실험암석학자. 보웬 반응 계열로 유명하다.
- 니콜라스 스테노 (Nicolas Steno): 광물학, 지질학, 해부학, 고생물학 등 다방면에서 업적을 세웠으며 특히 지층 누중의 법칙은 그의 법칙이다.
- 로니에 톰슨 (Lonnie Thompson): 빙하시추코어를 통한 연구의 선구자.
- 바인, 메튜스, 몰리(Vine, Mathews & Morley): 고지자기 패턴을 기반으로 해령확장을 밝혀낸 3명.
- 브루스 헤이젠 (Bruce C. Heezen): 마리(Marie Tharp)와 함께 대서양 중앙 해령의 모습을 그려내고 지형 자료를 구축해낸 해양학자이자 지질학자. 그의 자료는 판구조론의 성립에 지대한 공헌을 하게 된다.
- 빅토르 골드슈미트 (Victor Goldschmidt): 지구화학의 아버지로 불리는 사람. 사실상 현대지구화학의 가장 근본적인 논리 틀을 다진 사람이다.
- 스티븐 제이 굴드 (Stephen Jay Gould): 고생물학에서 가장 유명한 학자 중 한 명. 단속평형설.
- 아서 홈스 (Arthur Holmes): 우라늄-납을 이용하여 최초로 방사성동위원소에 기반한 연대측정을 한 사람. 절대연대측정의 아버지이다.
- 알프레트 베게너(Alfred Wegener): 본업은 기상학자이지만, 현대지질학의 토대가 된 판구조론에 대한 실마리를 제공했다.
- 앙드리자 모호로비치치(Andrija Mohorovicici): 그 유명한 모호면을 발견한 사람. 맨틀과 지각의 경계를 그었다.
- 에드워드 쥐스 (Edward Suess): 곤드와나 대륙과 테티스해의 제시로 잘 알려져 있다. 또한 알프스의 지질학적 연구의 선구자이다.
- 월터 알바레즈 (Walter Alvarez): 그 유명한 운석 충돌에 의한 공룡 멸종설을 제시한 사람. 물리학자인 그의 부친과 함께 이 이론을 제시하여 유명세를 탔다.
- 잉게 레만 (Inge Lehmann): 내핵-외핵 경계, 즉 레만 불연속면을 발견한 사람. 달리 말하면 내핵을 발견했다. 참고로 여성 과학자이다.
- 제임스 허턴 (James Hutton): 지질학에서 가장 근본 원리로 지목되기도 하는 '동일과정' 법칙을 세운 사람. "현실은 과거의 열쇠다."라는 지질학의 기초적인 탐구자세를 말했다.
- 찰스 라이엘 (Charles Lyell): 동일과정설(uniformitarianism)을 제시한 사람. 지질 현상은 극히 긴 시간 동안 천천히 일어난다는 토대를 설명했다. 라이엘의 이 학설은 찰스 다윈의 진화론에도 직접적으로 영향을 주었다. 라이엘 본인도 진화론을 적극적으로 지지했다.
- 클레어 패터슨 (Clair Patterson): 오늘날 누구나 아는 46억년 지구의 나이를 계산해낸 사람. 45.5억 년이라는 값을 1956년 세상에 알렸다. 이후 납 측정의 전문가가 되었으며 해양학에 기여하고 세계 납 사용을 억제하는 데 지대한 공헌을 했다.
- 찰스 월콧 (Charles D. Walcott): 그 유명한 버제스셰일을 발견한 사람.
- 투조 윌슨 (J. Tuzo Wilson): 하와이가 열점임을 제시하고 하와이 열도의 궤적을 해석해낸 사람으로, 그의 해석은 수능 문제로도 출제되었다. 또한 초대륙의 분열과 형성의 주기를 의미하는 윌슨주기도 그의 작품이다. 이외에도 여러 공헌을 한 바 있다.
- 프랜시스 터너 (Francis J. Turner): 변성상(Metamorphic facies)을 제시하여 변성암석학에 지대한 공헌을 함.
- 폴 호프만 (Paul F. Hoffman): 눈덩이 지구 이론을 제안한 사람.
- 해리슨 슈미트 (Harrison Hagan Schmitt): 아폴로 17호의 달 착륙선 조종사이자, 인류 역사상 12번째로 달을 밟은 우주비행사. 아폴로 프로그램의 달 착륙 이후 진행할 달 연구와 전문 테스트 파일럿인 동료 우주비행사들에 대한 지질학 교육에서 큰 기여를 했지만 정작 본인이 탑승할 예정이었던 아폴로 18호가 취소되었다. 하지만 미국 과학계의 전폭적인 지지와 청원을 통해 조 엥글 대신 아폴로 17호의 달 착륙선 조종사로 배정되어 달을 밟았다.
- 해리 H. 헤스 (Harry Hammond Hess): 맨틀이 대류하여 지판이 움직인다는 모델을 제시한 사람.
동영상
참고자료
같이 보기
