지구란

태양계에 속하는 행성 중의 하나. 대기에 둘러싸여 있고 산소와 물이 있어 생물이 번성할 수 있다. 지구의 질량은 태양계 행성 중 목성ㆍ토성ㆍ해왕성ㆍ천왕성 다음으로 크다.  태양까지의 평균거리는 약 1억 5000만 ㎞(1AU)이며, 금성과 화성 사이에 위치한다. 지구는 완전한 구(球)가 아닌 회전타원체에 가깝지만 적도 반지름 약 6378㎞, 극(極) 반지름 약 6357㎞로 그 차는 약 20㎞에 불과하여 편평도(偏平度)는 매우 작다. 현재는 인공위성 관측 등에 의해 지구의 모양이 보다 정밀하게 밝혀지고 있다.

 지구는 암권ㆍ수권ㆍ기권으로 크게 나뉘며 그 밖에 생물권을 설정하기도 한다. 암권은 고체로 된 부분으로 지구의 주요부분을 차지하고, 핵ㆍ맨틀ㆍ지각 등으로 나뉜다. 수권은 대양ㆍ호소(湖沼)ㆍ하천 등 물로 이루어진 부분을 말한다. 지하수도 수권에 포함되므로 지표 가까이에서는 암권과 수권이 섞여 있는 셈이다. 대기로 이루어져 있는 기권은 천체로서의 운동을 암권ㆍ수권과 함께 하기 때문에 기체이지만 지구에 포함시킨다. 다만 지구의 크기는 보통 암권ㆍ수권만으로 결정된다. 이들 각 권(圈)은 서로 독립된 것이 아니라 수권을 조성하는 물이 수증기가 되어 기권으로 이동하듯이 그 구성물질의 어떤 것은 다른 권으로 이동한다. 생물권도 이들 각 권의 일부와 겹쳐 있다.

 자연과학 가운데에서 학문분야의 차이에 따라 지구에 대한 견해가 다르게 나타난다. 다른 천체와의 관련성을 고려하는 천문학적 관점, 지구 내부에서 표층부까지의 전체 모습을 탐구하는 관점, 지구의 표층부에 있는 암석을 통하여 그곳에서 일어난 사건을 알아내려는 관점, 지하자원 생산의 장으로 보는 관점, 현재 및 과거에 생물이 사는 생활환경으로서 지구를 보는 관점 등이 있다. 이것들을 종합한 것이 자연과학적인 지구의 모습이다.

  지구의 생성[지구의 탄생 전후] 지구는 약 46억년 전에 생겨났다. 그러나 지구상의 암석연대는 남아프리카ㆍ남극대륙 및 그 밖의 지역에서 보고되고 있는 세계에서 가장 오래된 암석이 약 40억년이다.

 지구 생성 당시의 물질은 암석으로서 지표에는 남아 있지 않으므로 지구의 탄생사를 추정하는 일은 쉬운 일이 아니다. 지구는 태양계의 일원으로서 태양 및 다른 행성과 밀접한 관계를 가지고 탄생했으리라 짐작된다. 즉 태양계의 탄생은 지구의 탄생이기도 하다. 매우 작기는 하지만 태양계의 일원으로 간주되는 운석에서 우라늄의 상이한 동위원소의 비율을 조사함으로써 그 생성이 46억년보다 오래되지 않는다는 것을 알게 되었다. 이러한 사실로 미루어 태양계나 지구는 46억년 전에 생겼으리라 짐작된다.

심해저의 퇴적물에는 지구생성 이래의 다른 우라늄동위원소가 무작위로 집적되어 있다고 생각된다. 그것에 의해서도 거의 같은 연대가 추정되고 있다. 또한 달표면의 암석에서도 그 무렵의 연대를 얻을 수 있다. 지구를 포함한 태양계의 생성 원인에 관해서는 칸트―라플라스의 성운설(星雲說) 이래 수많은 이론이 제기되었지만, 그것을 입증할 만한 충분한 자료가 갖추어져 있지 않아 곧 부정되었다.

 지구를 비롯하여 태양에 가까이 있는 수성ㆍ금성ㆍ화성ㆍ소행성을 지구형 행성이라 하는데 이것들은 수소 H나 헬륨 He 등의 가벼운 원소가 적고 규산염광물이 풍부하여, 태양에서 먼 위치에 있는 목성ㆍ토성ㆍ천왕성ㆍ해왕성ㆍ명왕성 등 주로 수소나 헬륨으로 된 목성형 행성과는 화학조성이 다르다. 이러한 지구를 비롯한 행성의 화학조성이나 지구의 생성과 밀접한 관계가 있다고 생각되는 콘드라이트운석의 화학조성, 태양계 전체 및 각각의 행성이 운동하는 방법 등을 종합해서 지구의 생성 원인이 추론되고 있다.

 

 현재 많은 사람들에게 받아들여지고 있는 이론은 다음과 같다. 초신성의 폭발 등으로 인하여 현저하게 넓은 범위에 퍼진 고온가스체 성운이 응집하여 태양이 생성되기 시작하였고 그것을 중심으로 자전함으로써 태양성운은 원반모양이 되었다. 그 뒤 원반모양의 가스체가 아직 고온이었을 때, 또는 상당히 냉각되면서부터 가스체가 응집하여 생긴 물체가 집합함으로써 거의 그 위치에 현재의 행성이 탄생하였다.

 지구형 행성은 태양 가까이에 있었기 때문에, 혜성이 태양에서 멀어질 때 태양과의 반대쪽에 꼬리가 생기는 것과 마찬가지로, 그들 행성 바깥쪽에 있었던 아직 상당한 온도를 가지고 있던 가스체 속의 이온화한 가벼운 입자가 태양에서 뿜어내는 입자복사(粒子輻射), 즉 태양풍에 의해 날려가 버렸다고 하는 것이다.

 지구가 이렇게 해서 생겼을 때는 이미 높은 온도는 아니었으나 곧이어 원초지구의 커다란 응집체가 중력에 의해 저절로 응축됨으로써 생긴 열이나 방사성물질의 붕괴로 생긴 열 때문에 지구 전체가 고온의 용융체가 되었다고 여겨진다.

 그리고 내부에는 철 Fe이나 니켈 Ni을 주성분으로 하는 무거운 물질이 모여서 핵을 이루고 그 바깥쪽에 철이나 규소 Siㆍ마그네슘 Mg 등의 규산염광물이 모여 맨틀을 만들었다. 또한 뒤늦게 지구의 표면에 가까운 박층부(薄層部)가 냉각되어 현무암이나 화강암에 해당하는 화학조성을 가진 지각이 생겼는데, 그 연대는 약 40억년 전이라고 간주된다.    

 그래서 그보다 오래된 암석은 지표에 남아 있지 않은 것이다. 해양의 물은 초기의 지구를 덮고 있던 수증기가 냉각되어 생긴 것이라고 생각된 적도 있었다. 그러나 물분자와 같은 원자량을 가진 네온 Ne이 지구에 매우 적기 때문에 물도 네온과 마찬가지로 초기의 지구에서 외부로 떨어져 나간 것으로 생각된다. 그러나 지각이 생길 정도로 표면이 냉각된 지구에서 물은 더이상 떨어져 나올 수 없게 되었다. 지구 내부의 용융체에 둘러싸여 있던 수분이 마그마로부터의 가스 방출에 의해 생겨나 한꺼번에 또는 점차적으로 지각 위에 축적되어 바다가 생겨났다.

 약 38억년 전의 암석에는, 현재는 변성암이 되었지만 생성 당시에는 퇴적암이었던 것이 있다. 해저라고 하는 퇴적의 장(場)이 이미 존재하고 있었으며 풍화작용을 일으키는 대기 또한 존재하고 있었다. 초기의 지구 대기에는 유리된 산소는 거의 포함되어 있지 않았던 것 같다. 산소가 많아진 것은 그보다 훨씬 뒤인 약 20억년 전 이후, 즉 조류(藻類)의 발달이 있은 뒤였다. 지구의 역사 지층은 세계 여러 곳에 없지만 세계적인 대지각변동이 있었던 것은 아니며, 일본을 비롯하여 두 시대의 지층이 정합되거나 정합에 가까운 곳도 많다.

 중생대 트라이아스기 후기 무렵부터 세계적으로 대륙판ㆍ대양판의 재편성이 시작되었다. 초대륙이었던 팡게아는 분열을 시작하여 곤드와나 대륙이 북쪽에 있는 대륙과 떨어지기 시작하였다. 그리고 북아메리카와 아프리카가 분리되어 북대서양이 형성되기 시작하였다. 또한 남대서양의 형성이 시작된 것은 그보다 늦은 중생대 쥐라기의 후기였다. 대서양의 확장은 그 뒤로부터 현재까지도 계속되고 있다. 아프리카와 처음에는 서로 거의 접해 있던 인도ㆍ오스트레일리아ㆍ남극대륙이 서로 분리되기 시작한 것도 트라이아스기 후기라고 한다. 인도가 오스트레일리아나 남극대륙으로부터 이탈한 것은 그보다 뒤의 일이었다.

 한반도와 중국 내륙ㆍ일본ㆍ동남아시아ㆍ북아메리카 서부가 다른 대륙과 어떠한 위치관계에 있었는지 분명하지는 않지만 적도 가까이에 있었던 듯하다. 이들은 분열, 이동하여 쥐라기 후기에는 거의 지금의 자리에 있게 되었다. 그리고 태평양에는 현재와 거의 같은 대양판 배치가 생겨났다. 중생대는 유럽ㆍ북아메리카의 주요 부분이 비교적 조용한 시기였다. 이와는 달리 북아메리카 서부ㆍ일본 등은 적도 가까이에 위치했을 때나 현재와 같이 태평양 둘레의 위치를 차지한 이후에도 심한 지각운동이 있었으며 여러 차례의 조산운동이 있었다.

 중생대 백악기에는 그 지각변동과 관련하여 환태평양의 광대한 구역에 화강암 활동이 있었다. 중생대와 신생대의 경계시기에 세계적인 큰 해퇴(海退)가 있었으나 큰 지각변동은 없었다.

 태평양지구에서는 신생대 제3기 초에 오스트레일리아가 남극대륙에서 이탈하여 북으로 이동을 시작하였다. 필리핀해의 해저확장도 있었으며, 알류샨열도에서 일본 동북 등을 거쳐 마리아나제도에 이르는 호상열도군의 배치가 현재의 서태평양의 대양판 침강대에 의해 결정되었다. 그것은 신생대 제3기의 마이오세보다 조금 앞선 무렵의 일이었다. 마이오세에는 또한 아프리카의 북동에 위치하고 있던 인도가 북쪽으로 크게 이동하였다. 이 무렵에는 아라비아반도도 아프리카에서 떨어져 북쪽으로 이동하였으며, 아프리카 자체도 북쪽으로 움직였다. 이렇게 하여 유럽ㆍ중앙아시아와 아프리카ㆍ인도는 충돌하여 이들 사이에 있었던 테티스해는 거의 사라졌고 두 대륙군의 충돌에 따른 대지각운동(알프스ㆍ히말라야조산운동)이 발생하여 큰 산맥이 생겼다.

 세계는 원생대 말기나 고생대 페름기에 상당히 넓은 범위에 빙하가 생겼으나 온난한 기후시기가 많았다. 신생대 제3기도 그 초엽에는 열대기후 지역이 많았다. 마이오세 초기에도 상당히 온난했던 시기가 있었다. 그러나 신생대 제3기 플라이오세 무렵부터 추워지기 시작하여 제4기에는 빙하시대로 들어섰다. 그러나 빙하시대라고는 해도 빙하가 퍼진 것은 그 중 빙기(氷期)였으며, 간빙기(間氷期)에는 현재보다 온난한 시기도 있었다〔표 1〕. → 빙하 → 조산운동 → 지각변동 생물권으로서의 지구 생물권은 암권ㆍ수권ㆍ기권과는 다른 권으로서 구별된다. 그러나 생물이 사는 공간은 기권의 최하위부, 수권ㆍ암권의 최상위부이기 때문에 공간적으로는 겹쳐 있다. 거기에는 육지나 바다 등 여러 가지 환경의 차이가 있으며 장구한 지구의 역사에서도 여러 가지 환경변화가 있었다. 생물은 각기 다른 환경에 적응하면서 다른 계통으로 분화하였고 다양하게 진화하였으며 또한 종이나 계통의 소멸이 있었다. 현재 지구상에 존재하는 생물은 200만종 이상에 이른다. 생물은 지구를 생존의 터전으로 삼고 있을 뿐만 아니라 그 환경을 변화시키고 또 조정하고 있다. 또한 생물환경으로서 대량의 퇴적암을 생성하고 있다. 생물의 호흡이나 동화작용 등의 생명활동은 수권이나 기권을 구성하는 물질과 밀접한 관계를 가지는데 암권 역시 생물에게 장소를 제공하는 것 이상의 중요한 관계를 맺고 있다. 그 중에서도 가장 중요한 것은 토양이다. 토양은 풍화에 의해 생긴 점토를 다소 함유하며, 이것은 통기성(通氣性)ㆍ함수성(含水性)을 지닌다는 점에서 식물의 생육에 적합한 장소를 제공한다. 또한 이온교환성이 있기 때문에 식물에게 영양분을 공급하는 중요한 역할을 한다. 생물과 관련해서 생긴 암석은 지각이 생겨나고 얼마 지나지 않아 나타났다. 선캄브리아대인 38∼20억년 전의 지층에서만 세계적으로 볼 수 있는 줄무늬 철광층이 그것으로, 수㎝ 두께의 처트(chert)와 철광이 풍부한 처트와의 호층(互層)이다. 처트가 계속해서 퇴적되는 상황 속에서 갑자기 철광물의 침전이 반복되어 생긴 것으로 짐작된다. 철은 산화 조건에서는 침전되기 쉽다. 환원상태에서 철이 용해된 물이 퍼져 있는 곳에서 갑자기 침전이 일어나 하나의 줄무늬가 생긴 것으로 보인다. 그리고 남조류의 동화작용으로 발생한 산소에 의한 산화가 철의 침전을 일으키고, 산소가 소비된 뒤에는 또다시 환원상태로 되돌아간 것으로 보인다. 20억년 전 무렵이 되어서야 비로소 강한 산화 조건 아래서 형성된 적색암(赤色岩)이라는 암석이 생성되게 되었다. 이는 조류의 번성으로 대기 중에 유리산소가 매우 많아졌기 때문이다. 줄무늬 철광층의 처트는 화학적으로 침전하여 생겨난 퇴적암이다. 이것과는 달리 고생대 이후에 생겨난 처트의 대부분은 방산충(放散蟲) 및 기타 규질의 뼈가 집적되어서 생긴 것이다. 이 밖에 생물체가 생성에 직접 관여한 암석으로서 중요한 것은 석회암이다. 석회암도 선캄브리아대의 것, 특히 그 전반(前半)의 것은 모두 화학적으로 형성되었다. 그러나 고생대 캄브리아기 이후가 되자 생물 뼈의 집적이 석회암의 주요한 성인이 되었다. 오랫동안 산호 및 그 밖의 얕은 바다에 사는 생물의 뼈가 석회암을 만들었다. 백악기에 부유성 미생물인 유공충이 번성하면서부터는 그것이 석회가루를 운반하는 역할을 담당하여 심해저가 중요한 석회암 퇴적구로 변했다. 현재의 글로비게리나연니(軟泥)는 그것에 해당된다. 이렇게 하여 생물은 지구상 물질의 고정이나 분포의 변화에 중요한 역할을 했으며, 그것들이 열이나 압력에 의하여 변질ㆍ분해되어 만들어진 석탄ㆍ석유 등은 에너지자원으로서 인류에게 크나큰 편익을 제공하였다. 생물의 역사에 관해 설명하면, 서오스트레일리아에 있는 35억년 전의 바라우나층에서 발견된 화석이 지금까지 알려진 것 중 가장 오래된 화석이다. 스트로마톨라이트(stromatolite)라고 하는 이 화석은 그 이후의 선캄브리아대층에서 종종 찾아볼 수 있는데, 세밀한 층상구조를 가지며, 조류에 의해 만들어졌다고 생각된다. 남아프리카의 약 32억년 전의 피그트리층에서는 세포모양의 미소한 구조가 발견된다. 캐나다 온타리오주의 건플린트층은 20억년 전의 줄무늬 철광층인데, 단일한 세포모양의 구조 외에 그것이 모인 필라멘트가 있다. 남조류라고 하며 줄무늬 철광층의 철 침전에 기여한 것이라 짐작된다. 가장 진화된 해파리나 절지동물 등과 유사한 것으로 이루어진 에디아카라동물군(Ediacara fauna)은 오스트레일리아 애들레이드 근처의 약 6억 7000만년 전의 지층에서 발견된다. 고생대 캄브리아기에 접어들면 삼엽충ㆍ두족류 등의 화석이 세계 각지에서 부쩍 많이 발견된다. 큰 지각변동이 있어서 갑자기 새로운 생물이 출현했으리라 생각된 적도 있으나, 지금은 생물에 체제 변화가 일어나 화석으로서 남기 쉬운 골격을 가진 것이 많아진 때문이라고 짐작된다. 척추동물이라고 인정되는 가장 오래된 화석으로는 오르도비스기의 갑주어를 들 수 있다. 실루리아기에는 관다발식물이 생겨나 그때까지 물 속의 조류뿐이었던 식물이 육상으로 분포를 넓혀갔다. 절지동물도 육상에서 사는 전갈이 나타났다. 데본기에는 현존하고 있는 실러캔드(coelacanth)와 흡사한 물고기에서 양서류로의 진화가 일어났으며 척추동물이 육상으로 옮겨살기 시작하였다. 석탄기에는 육상에 양치식물이 번성했으며, 그 후기에 파충류가 출현하였다. 페름기 중엽에는 고생대형 식물에서 중생대형 식물로의 변화가 일어났다. 동물군의 변화는 그보다 늦게 일어났는데, 고생대가 끝나고 나서야 중생대형으로 변화하였다. 그때 큰 지각변동은 없었으나 세계적인 큰 해퇴가 있었다. 중생대가 되자 바다에서는 암모나이트ㆍ이매패(二枚貝)ㆍ고둥 등이 번성하였고, 육지에서는 파충류가 번성하여 바다와 공중으로 퍼져나갔다. 파충류에서 포유류와 시조새가 갈라져 나온 것은 쥐라기 때이다. 현재의 조류(鳥類)의 직접적인 조상이 출현한 것은 그보다 더 나중의 일이었다. 파충류는 백악기에는 공룡으로서 크게 발전하였다. 그때 포유류는 미미한 존재에 지나지 않았다. 백악기 중엽에 식물군은 중생대형에서 신생대형으로 크게 변하였다. 이와는 달리 바다의 동물군은 백악기가 끝나고 나서 신생대형이 되었고 육상에서도 파충류는 거의 전멸하였다. 그때 큰 지각변동은 없었지만 고생대 말과 마찬가지로 세계적인 큰 해퇴가 있었다. 큰 운석이나 운석군의 충돌로 동물군의 변화가 일어났다고 하는 주장도 있으나 충돌의 영향을 보다 강하게 받았어야 할 육상식물군이 이에 앞선 백악기 중엽에 신생대형으로 변한 사실을 설명하기에는 무리가 있다. 신생대에 접어들자 포유류는 여러 환경에 각각 적응하여 서로 다른 계통으로 폭발적으로 분파하였고 또 각 계통을 따라 진화하였다. 원원류(原猿類)는 신생대 제3기 초기에 출현하였는데 약 3000만 년 전인 올리고세에는 인간과 원숭이의 공통 조상이 이미 생존하고 있었다. 원인(猿人)은 약 1500만년 전, 마이오세ㆍ원인(原人, Homo erectus)은 약 150만 년전 홍적세에 출현했다고 한다. 이러한 최고등 영장류의 진화와는 상관없이 바다에서는 단세포의 유공충ㆍ방산충 등도 저마다의 계통 내에서 급속히 변화를 계속하였다. 이들 미생물은 신생대 제3계(系)의 가장 좋은 표준화석이 되어 있다. 지구의 표면 지구에는 대기권이 포함되지만 지구의 표면을 말할 때는 일반적으로 대기권을 제외한 나머지 부분을 의미한다. 때로는 수권까지 제외하여 해양의 바닥이 표면으로 간주되기도 한다. 지구 표면은 유라시아ㆍ아프리카ㆍ남북아메리카ㆍ오스트레일리아 등의 대륙과, 태평양ㆍ대서양 등 지구 표면의 약 70%를 차지하는 해양으로 나뉜다. 육지에서 가장 높은 에베레스트산(8848m)과 바다로서 가장 깊은 마리아나해구(최대깊이 1만 924m)와의 높이 차이는 약 20㎞이며 지구의 지름에 비하면 매우 작다. 가령 지구를 지름 10㎝의 공으로 축소시킨다면 이 고도차는 보이지 않게 되고 표면은 매끄러워진다. 대륙의 평균 높이는 875m이며 수권을 제외한 지구 표면, 즉 해양 바닥의 평균 깊이는3730m라고 한다. 해발 2000m부터 수심 200m까지의 육지와 그 주변의 얕은 바다, 수심 3000m부터 6000m까지의 해양 바닥이 지구표면의 대부분을 차지한다. 대륙판과 대양판은 차이가 있으며, 이 둘의 표면이 2단으로 된 큰 지형을 형성하고 있다. 이 둘의 중간이 대륙사면이다. 대륙의 평균 높이보다 훨씬 높은 대산맥은 안데스산맥이나 로키산맥처럼 대륙 언저리에 있거나, 알프스산맥ㆍ히말라야산맥 등이 유라시아대륙과 아프리카대륙, 인도와 아시아대륙 사이에 있는 것처럼 두 대륙 사이에 있다. 한편 서태평양, 인도양 북동부나 남아메리카 앞바다에는 해구가 있어서 해양의 평균 깊이보다도 훨씬 깊고 길죽한 요지(凹地)를 이룬다. 이들 해구의 육지 쪽에는 대개 호상열도가 있어서 해양 바닥과의 상대적인 높이에서 보면 큰 산맥으로 되어 있다. 남아메리카 앞바다의 해구만은 대륙 끝에 있는 안데스산맥과 서로 마주하고 있다. 대양판이 대륙판 밑으로 섭입(攝入)하기 시작한 곳에 해구가 생기고 대륙 쪽에 호상열도나 큰 산맥이 생기는 것이다. 그러나 호상으로 지각변동이 현재 일어나고 있는 곳이라도 일본열도처럼 큰 섬을 가진 열도는 고생대 이후의 섭입변천사가 현재의 호상지형에 관여하고 있다. 로키산맥이나 뉴질랜드처럼 옛 시대의 섭입에만 관여하고 현재의 것에 관여하지 않는 대산맥이나 호상열도도 있다. 알프스산맥 및 히말라야산맥의 형성에는 섭입의 영향이 있다고 생각되는데 신생대 때의 두 대륙의 충돌이 대산맥 형성의 큰 원인이 되었다고 여겨지고 있다. 애팔래치아산맥이나 우랄산맥은 고생대에 이렇게 해서 생긴 것이며 낮은 산들이 늘어선 형태를 이룬다. 대륙 가장자리나 두 대륙 사이에서 선캄브리아대에 생긴 것은 지질구조적으로 산맥이 있었다고 추정되는 경우라도 지형적인 산맥은 현재 확인되고 있지 않다. 대륙에 가까운 호상열도구(區)에서는 섬이 없는 곳에는 해령(海嶺)이 발달되어 있는데 미국의 캘리포니아 등은 예외이다. 대서양ㆍ태평양 등의 먼 바다에는 중앙해령이 해저의 장대한 산맥을 이루고 있어 여기에서 해저가 양쪽으로 갈라지며 이곳에서 마그마가 솟아나와 차례차례 새롭게 대양판을 만들고 있다. 또는 중앙해령의 일부가 아이슬랜드와 같은 섬이 되어 있으며 오랜 세월 동안에 땅이 쪼개어져 나가는 것을 확인할 수 있다. 똑같은 생성 원인으로 갈라진 틈은 대륙에서는 아프리카 동부의 대지구대 같은 것으로 나타나고 있다. 그 가까이에는 킬리만자로산 등의 높은 화산이 솟아 있다. 북아메리카 동해안과 아프리카 북서해안, 남아메리카 동해안 동쪽의 볼록한 윤곽과 아프리카 서해안 서쪽의 오목한 윤곽은 옛날에는 각각 접해 있었고, 약 2억년 전에 그곳에 균열이 형성되어 대서양 중앙해령의 전신이 되었다. 이 밖에 하와이의 지하 깊숙한 곳에 위치하는 열점(hot spot)의 위쪽을 이동하는 대양판 위에 잇따라 해저화산이 솟아올랐기 때문에 생긴 황제해산군(Emperor seamounts)과 같은 해령도 있다. 중앙해령을 비롯한 해령의 생성ㆍ소멸이 해양의 모양을 바꾸고, 나아가서는 해수면의 높이를 크게 바꾸기도 한다. 이것이 대륙에서의 조륙운동과 함께 해침(海浸)ㆍ해퇴를 일으키는 원인의 하나가 된다. 이렇게 해서 대산맥의 형성, 거대한 균열의 형성, 그리고 그 균열을 원인으로 하는 대륙의 이동 등으로 대륙 및 대양의 분포나 윤곽의 대강이 결정되었다. 대륙은 어떤 때는 확장되고 어떤 때는 축소된다. 현재의 대륙ㆍ대양의 분포와 윤곽은 과거의 어느 시점에서 현재까지 계속해서 일어나고 있는 지각변동에 의해 규제되고 있을 뿐만 아니라 고생대나 중생대에 끝나버린 과거의 지각변동의 흔적도 남겨놓고 있다. 지각변동에 의해 조성된 대산맥이나 대륙은 지표에서 일어나는 풍화작용, 하천이나 빙하의 침식작용으로 인해 변모하여 가는데 그 변모는 지각변동의 진행중에도 끊임없이 일어난다. 알프스산맥은 현재도 조금씩 전체적으로 융기를 계속하고 있으나, 각각의 산의 측변(側邊)에서는 침식도 또한 계속 진행되고 있다. 대산맥의 높이는 지각변동에 의해 결정되지만 에베레스트산 등 각각의 산모양은 침식에 의해 이루어진다. 산들의 침식으로 생긴 쇄설물(碎屑物)은 하천에 의해 운반되어 하천 유역이나 하구의 오목한 지역을 메꾸어 범람원이나 삼각주의 큰 평야를 만든다. 또한 대륙내의 건조지역에서는 드물게 내리는 큰비에 의해 지표면을 따라 면상류(面狀流)가 생겨 침식과 퇴적에 의해 해발고도가 높은 지역에도 평탄한 고원이 생긴다. 남극대륙이나 그린란드에 있는 대륙빙하는 그 바닥으로 암반을 크게 침식시키고 있다. 신생대 제4기의 빙기에는 그러한 침식이 캐나다나 북유럽의 넓은 지역에 일어나 많은 호수를 가진 침식평원이 생겨났다. 이러한 침식에 의해 생긴 쇄설물의 대부분은 바다로 운반되어 연안류ㆍ해류ㆍ난니류(亂泥流) 등 여러가지 해수의 움직임에 따라 운반되어 육지 주변에 퇴적되고, 또한 대륙붕을 넘어 대륙사면이나 해분(海盆)에도 퇴적된다. 특히 북극권의 빙하지역은 과거ㆍ현재 모두 대량의 쇄설물을 생산해내는 곳이다. 그곳에서 바다밑 물의 흐름에 따라 남쪽으로 운반되는 쇄설물의 양은 엄청나다고 한다. 이렇게 해서 퇴적된 대륙사면구의 대량의 쇄설물이 화산활동에 의한 안산암질 물질이나 대양판에 의해 해양지구로 운반되는 대양저퇴적물과 함께 대륙지각 물질을 증대시키고 나아가서는 대륙을 확장시키는 주요 요인이 된다. 대륙에는 상당히 넓은 사막이 많다. 사막에서도 이따금 내리는 비에 의해 침식작용이 주로 일어나지만 바람의 작용도 크다. 곳에 따라서는 그 침식으로 인하여 넓은 분지가 생긴다. 대부분의 사막은 암석사막이지만, 이 침식으로 인해 생긴 모래가 바람에 날려 쌓인 사구를 가진 모래사막도 있다. 지표의 기후구는 시대에 따라 크게 바뀌어 왔다. 이것이 침식작용의 성질을 바꾸고 지각변동과 함께 지구표면을 변모시킨다. 고위평탄면(高位平坦面)처럼 옛 시대에 생긴 것이 변모하지 않고 남아 있는 것도 적지 않다. 신생대 제4기에는 빙기에 빙하지역이 넓어져 빙하지형을 남기고 있는 곳이 많은데, 그 빙기에 해수면은 낮아졌다. 또한 간빙기에는 현재보다도 해수면이 높아지기도 하였다. 이러한 해침ㆍ해퇴에 의해서도 바다와 육지의 분포는 그때마다 크게 변화하였다. 우주속의 지구[지구의 위치] 우주는 약 200억년 전에 일어난 대폭발(big bang)에 의해 탄생한 이래 광속에 가까운 속도로 사방으로 계속 팽창하고 있다. 초기에 높은 온도였던 우주도 팽창과 함께 냉각되어 수소나 헬륨이 만들어지게 되었다. 팽창이 계속되자 우주는 밀도가 작아져서 여기저기에 질량이 집중된 클러스터(cluster), 즉 성군(星群)이나 성단(星團)이 생겨났고 이것이 나중에 은하단이 되었다. 약 46억년 전 태양계는 그 은하단들 가운데에서 탄생하였다. 지구는 광대한 우주 속에서는 극히 작은 부분에 지나지 않는다. 우주에서의 지구의 위치를 정하기 위해 지구의 크기와 우주의 대표적인 구조를 비교한 것을 〔표 2〕로 나타냈다. 우주는 거의 진공에 가깝고 항성이나 행성에 국소적으로 질량이 모여 있다. 항성의 공간분포는 균일하지 않고 곳곳에 몇백에서 몇천억이나 되는 항성이 집단으로 은하를 구성하고 있다. 또한 수많은 은하가 모여서 은하단을 형성하고 있다. 우리은하도 안드로메다은하나 크고 작은 마젤란운(雲) 등과 함께 하나의 은하단을 구성하고 있다. 은하는 크게 나누어서 나선은하ㆍ타원은하ㆍ불규칙은하의 3종류가 있다. 우리은하나 안도로메다은하는 나선은하에 속하는데, 은하의 중심에서 몇 가락의 나선팔이 뻗어 있다. 우리은하는 밤하늘에서는 천구를 띠모양으로 두르는 은하수로서 관찰할 수 있다. 이 은하의 지름은 10만 광년이고 중심 부근의 두께는 1만 광년이다. 은하 전체가 중심의 주위를 약 2억 5000만년을 주기로 회전하고 있고 이 회전에 의한 원심력과 은하 자체의 중력이 균형을 이루어 평형을 유지하고 있다. 태양계는 은하의 중심으로부터 약 3만 광년 지점에 위치하고 있으며 초속 250㎞로 운동하고 있다. 은하계의 팔 부분에는 항성뿐만 아니라 가스나 먼지로 되어 있는 성운도 분포해 있다. 이러한 성운이 다른 성간운(星間雲)과 충돌하면 중력수축이 시작되어 새로운 항성이 탄생하게 된다. 태양계는 은하계 안의 한 성간운의 중력이 수축되어 항성이 된 것이다. 태양 및 행성을 구성하는 원소는 수소ㆍ헬륨 외에는 항성 내부에서 일어나고 있는 핵융합반응 및 초신성의 폭발로 생긴다. 지구나 행성을 구성하는 원소는 태양보다 1세대 전에 있던 항성의 잔해인 무거운 원소가 모여서 된 것이다. 지구를 비롯하여 9개의 행성이 태양의 주위를 공전하고 있다. 평균궤도반지름이 가장 큰 명왕성은 태양에서 약 39AU에 있다. 그 바깥쪽에는 약 5만 AU 근처까지 오르트(Oort) 성운이 둘러싸고 있다. 태양에 가장 가까운 센타우루스자리의 α별까지는 4.3광년이며 지구와 태양과의 거리의 약 27만 배이다. 행성 외에 혜성ㆍ소행성ㆍ위성ㆍ운석 등 엄청난 수의 작은 천체도 지구나 달과 같은 부류에 속한다. 항성을 둘러싼 행성계가 생기느냐 안 생기느냐는 중력붕괴를 하고 있는 성간운이 처음에 어느 정도의 각운동량을 가지고 있었는가에 달려 있다고 한다. 큰 각운동량을 가지고 있는 성간운에서 탄생하는 항성은 쌍성이나 다중쌍성이 되기 때문에 행성계를 가지지 못하게 되는 것이다. 은하계 중에서 행성계를 갖는 항성은 전체의 10∼30% 정도로 보인다. 대기ㆍ바닷물의 발생 현재의 지구 대기는 주로 질소와 산소로 이루어져 있어 태양 대기의 조성인 원시태양계 성운의 조성과는 다르다. 지구대기는 암석 속에 함유물로 섞여 있거나 광물표면에 흡착되어 있던 휘발성 원소가 지구 내부에서 탈(脫)가스 작용을 하여 지표를 덮게 된 것이라고 생각된다. 이 대기를 원시태양계 성운의 대기(1차 대기)와 구별하여 2차 대기라 한다. 지구 내부를 구성하고 있던 암석이 녹아 마그마가 되거나 마그마가 굳어질 때 암석에 섞여 있던 휘발성 원소가 분리된다. 마그마에서 분리된 휘발성 성분이 화산이나 온천의 분출구를 통해 지표로 공급되어 대기나 해양이 되었다고 생각된다. 이러한 탈가스 작용은 지구의 역사를 통하여 끊임없이 일어났겠지만 가장 격렬했던 때는 지구가 형성된 직후였을 것이다. 미행성(微行星)의 집적에 의해 해방된 중력에너지나 핵과 맨틀의 분화로 지구 내부는 고온으로 과열되어 내부에 갇혀 있던 휘발성 원소가 단기간에 지표로 운반되어 대기와 해양을 만들었다고 생각된다. 비활성기체인 아르곤이나 크세논의 동위원소 조성연구를 통해 지구 형성 후 1억년 정도, 늦어도 5억년 이내에 이러한 탈가스 작용이 있었을 것이라고 짐작된다. 또한 시생대에 형성된 대륙지각을 구성하는 그린스톤대(帶)의 퇴적암 암상(岩相)은 지금으로부터 37억년 전에 이미 큰 해양이 존재하였음을 시사해준다. 최근에 주목받고 있는 주장은 미행성의 충돌로 암석이 충격을 받아 변성작용을 일으키자 암석에 갇혀 있던 휘발성 원소와 결정수(結晶水)가 증발하였고 그것이 행성모천체(行星母天體)를 둘러싸서 원시대기가 되었다는 것이며, 초기의 대규모 분화가 일어나기 이전에 원시대기가 형성되어 있었을 가능성도 지적되고 있다. 지구 대기는 약 45억년 전부터 존재하고 있었다는 사실은 거의 확실하지만, 대기조성은 형성될 때부터 현재까지 일정한 것은 아니다. 대기ㆍ해양ㆍ지구표층을 둘러싸고 있는 암석이나 생물의 상호작용, 대기 상층에서의 광화학반응, 우주공간으로의 열적인 산일 등에 의하여 서서히 대기의 양과 조성은 변해왔던 것이다. 따라서 초기의 대기 조성을 알기 위해서는 다른 정보가 요구된다. 예로부터 물리학자들 사이에서는 원시대기의 조성은 지구상에서 생명이 발생하기에 알맞은 것이었으리라 생각되어 왔다. 원시대기의 조성이 메탄ㆍ암모니아ㆍ수증기 등으로 이루어진 환원적인 것이었다면, 생명을 이루는 원료물질이 쉽게 생성되었을 것이라고 보는 입장이다. 그러나 최근에 행성 탐사가 활발히 행해지고 지구형 행성의 대기 조성에 관한 정보가 풍부해짐에 따라 원시대기의 화학조성이 이산화탄소ㆍ수증기ㆍ질소 등이었을 것이라고 보는 설이 유력해졌다. 이러한 대기 구성물 중에서 수증기는 비로 내려 바닷물이 되었고, 이산화탄소는 바닷물에 녹아들어가 바닷물 속의 칼슘ㆍ이온 등과 반응하여 탄산염(석회암 등)을 만들어 퇴적암이 된 것이다. 지금부터 35억년 전부터 지구에 정착한 생명체는 그 뒤 진화하여 광합성에 의해 이산화탄소를 흡수하고 산소를 대기에 공급하게 되었다. 선캄브리아대 말에 광합성을 하는 식물이 지표에 번식하게 되어 대기 중의 산소 비율이 높아짐과 동시에 일부는 성층권에서 오존층을 형성하였다. 언뜻 보기에 다른 행성과 다른 조성을 가진 지구 대기는 물과 생명체에 의해 다른 행성과는 상이한 과정을 거쳐 현재에 이른 것이다. 생명의 탄생 생명의 기원은 인류의 최대 관심사 가운데 하나였다. 고대 사람들은 종교의 영향을 강하게 받아 초자연적인 사건에서 생명의 기원을 찾았다. 20세기에 접어들면서부터는 생명의 기원을 과학적 근거에 기초하여 논의하게 되었다. 생명의 기원에 대한 학설은 크게 2가지로 나뉜다. 그 하나는 1903년 스웨덴의 화학자 S.A.아레니우스가 최초로 제창했던 팬스퍼미어(panspermia)설이다. 이 학설에 따르면, 생명은 우주 곳곳에서 발생할 수 있으며 생명체는 우주 공간을 항성의 복사압에 의하여 날아왔거나, 혜성을 타고 지구로 왔다고 한다. 오늘날에도 영국의 천문학자 F.호일과 N.위크러머신지는 새로운 상황 증거를 추가하여 팬스퍼미어설을 논하고 있다. 이 학설은 생명의 기원에 대한 궁극적 설명은 아니지만 지구 이외에도 지구와 같이 생명이 존재할 가능성이 있음을 지적했다는 점에 그 의의가 있다. 다른 하나는 지구상에서 단순물질이 화학진화하여 생명이 탄생했다고 보는 설로, 20∼30년대 러시아의 생화학자 A.I.오파린이나 영국의 생물학자 J.B.S.홀데인에 의해 제안되었다. 이 학설에서는 원시대기의 메탄이나 암모니아가 원시해양에 용해되어 유기물이 풍부한 원시해수의 수프가 생겼고 화산, 운석의 충돌, 태양으로부터의 자외선이나 우뢰의 에너지에 의해 수프 속의 단백질이나 아미노산 등이 여러 화학반응을 거쳐, 복잡한 생명물질의 원료가 만들어져 생명의 탄생에 이르렀다고 본다. 단순물질의 화학진화에 의한 생명의 탄생을 제안한 오파린이나 홀데인의 학설은 지상의 생명이 단순한 것에서 복잡한 것으로 진화해 왔다고 하는 C.R.다윈의 진화론에 근거를 둔 것으로 오늘날에는 이 견해가 주류를 이루고 있다. 53년 시카고대학의 S.L.밀러는 원시지구를 둘러싸고 있던 대기ㆍ해양의 환경을 실험실에서 재현, 아미노산 등 생명을 만들고 있는 중요한 고분자를 합성하는 데 성공하였다. 그 뒤 원시지구에서 일어났을 것으로 보이는 화학진화에 관한 연구가 실험을 통해 활발하게 진행되었다. 생화학 영역에서 생명이 탄생하기 위해서는 유전자가 필요하다. 핵산에서 유전자 코드가 만들어지는 데는 효소 형태의 단백질이 없어서는 안된다. 핵산과 효소의 어느 쪽이 형성되었는가가 논의의 대상이 되고 있다. 한편 과거의 화석을 근거로 생명의 기원이나 진화의 신비를 밝혀내려는 연구가 고생물학자들에 의해 활발히 진행되고 있다. 지금으로부터 35억년 전에 퇴적되어 남아프리카나 오스트레일리아의 그린스톤대에서 발견된 남조류의 미화석이 가장 오랜 화석으로 알려져 있다. 이로써 지구에 생명이 발생한 것은 35억년 이전이었음을 추정해볼 수 있다. 선캄브리아대의 생물은 박테리아나 조류와 같은 하등 원생동물이었다. 이것들은 얕은 바다에서 스트로마톨라이트를 만든다. 선캄브리아대의 퇴적암에는 많은 스트로마톨라이트가 존재한다. 원생대 중엽(약 14억년 전)이 되자 세포의 진화가 일어나 세포막을 가진 원생동물이 출현하였고, 선캄브리아대 말에는 원생동물 대신 고등 다세포생물이 나타나게 되었다. 대기가 산화환경으로 변하고 유리산소량이 많아지자 생물은 지상에서 번식하였으며 생물진화가 급격하게 진행되어 오늘에 이르고 있다. 지구의 대기권 지구 중력장에 이끌려 지표를 덮고 있는 기체의 층을 대기라 한다. 대기압력은 지표에서 1기압(1013mb)이고, 지표에서 약 500㎞ 높이까지 퍼져 있다. 지구 대기는 태양으로부터 오는 복사에너지를 받아들여 바쁘게 운동하고 있다. 기후의 변화도 심하며 대기 전체가 잘 뒤섞이고 있다. 이로 인하여 대기의 조성은 어느 곳이나 거의 일정하다. 지구 대기는 주로 질소와 산소 등으로 이루어져 있으며, 이산화탄소ㆍ비활성기체ㆍ오존 등도 포함되어 있다. 이것들의 존재량은 시간적 변동 또한 작은데, 그 중에는 대기 속에서 상태변화를 일으키거나 화학반응을 일으키는 것도 포함되어 있다. 육지나 해면에서 증발하여 공급되는 수증기는 상공에서 응결되어 구름이 되었다가 비나 눈이 되어 지표로 돌아온다. 이때 잠열(숨은열)과 현열(顯熱)의 방출ㆍ흡수가 일어난다. 이로 볼 때 수증기는 대기 속에서 수적 방향의 열수송에 중요한 역할을 하고 있다. 30㎞ 상공 부근에 분포하는 오존은 대기 속의 산소가 태양 자외선을 흡수하여 광화학반응을 할 때 만들어진다. 또한 이산화탄소는 화산분출, 생물체와 인간의 활동 등의 영향으로 최근 급격하게 농도가 증가하고 있다. 수증기ㆍ오존ㆍ이산화탄소 등은 모두 지표로부터 오는 적외선 복사를 효율적으로 흡수하여 대기의 온실효과를 일으키는 중요한 구성물질이며, 그 존재량의 변동은 기후 변화를 가져오는 중요 요인이기도 하다. 대기압력은 고도와 함께 지수함수직으로 작아지지만, 온도는 고도에 따라 복잡하게 변하며, 온도변화의 굴곡점을 경계로 하여 대기권을 대류권ㆍ성층권ㆍ중간권ㆍ열권ㆍ전리층 등으로 나눌 수 있다. 대기의 온도구조는 태양의 복사에너지 유입과 지표로부터의 적외선 복사의 균형으로 결정된다. 태양으로부터 지구로 유입되는 에너지는 1360W/m²ㆍmin이지만 대기 속에서의 산란, 지표로부터의 반사로 인해 실질적으로 지구가 받아들이는 것은 그 70%에 불과하다. 지표로부터의 적외선 복사도 오존ㆍ이산화탄소ㆍ수증기 등의 흡수 밴드(band)가 상당한 파장 영역을 차지하며, 지구 밖안로 방출되는 적외선은 파장이 8∼13μm의 것인데, 이것을 [대기의 창(窓)]이라 한다. 지상의 단위면적당 받아들이는 에너지는 적도에서는 크고 극지방에서는 작다. 이로 인하여 위도에 따라 온도차가 생겨서 태양복사에너지의 과ㆍ부족을 보상하는 대기의 움직임이 생긴다. 이것을 [대기의 대순환]이라 한다. 대기의 대순환은 지구회전에 의해 생기는 코리올리의 힘(전향력)이 작용하여 복잡한 운동형태를 취하고 있다. 대기의 운동에는 지구전역에 미치는 대순환에서 국부적인 운동에 이르기까지 여러 규모가 있는데 그 운동은 태양에너지에 의해 생긴다. 대기가 받아들이는 에너지의 양은 이산화탄소ㆍ오존ㆍ수증기 등의 양에 따라 민감하게 변하며 기후 변동을 일으킨다. 기후나 날씨는 우리의 일상적인 관심거리이고, 이상기상의 발생은 경제적ㆍ사회적 문제를 일으키게 된다. 대기는 우리가 직접 관찰할 수 있어 그 조성이나 구조가 많이 알려져 있음에도 불구하고, 대기의 운동형태는 너무 복잡하여 단기적인 기후예측도 쉽지가 않다. 내부구조와 그 에너지 지구 내부에 관한 정보는 대부분 지진파의 전달방식을 조사함으로써 얻을 수 있다. 지진이 발생하면 지구 내부에 중심파(P파와 S파)와 표면파(러브파와 레일리파)가 발생하고 표면이나 내부의 지진파 속도의 불연속면에서 굴절파나 반사파가 생기며 진원에서 발생한 파는 여러 경로를 거쳐 관측점에도달한다. 지진이 발생한 뒤 P파나 S파가 도달할 때까지 걸린 시간을 진원으로부터의 거리함수로 나타낸 것을 주시곡선(走時曲線)이라 한다. K.E.불린은 영국의 H.제프리스 밑에서 1940년까지 얻은 지진 기록을 이용하여 여러 경로를 통과하여 오는 지진파의 주시곡선(제프리스와 불린의 주시표)을 구했다. 현재는 이러한 중심파의 주시표에 덧붙여 표면파의 위상속도에 관한 자료 및 지구자유진동의 고유진동수 자료 등을 이용하여 정밀한 지구 내부구조 모델이 만들어지고 있다. 지구 내부는 지각ㆍ상부맨틀ㆍ하부맨틀ㆍ외핵ㆍ내핵 등 5개의 성층구조(成層構造)로이루어져 있다. 표면을 덮고 있는 지각은 대륙지각과 해양지각으로 되어 있다. 대륙지각은 두께가 30∼50㎞로, 이것은 다시 화강암질인 상부지각과 현무암질인 하부지각으로 나뉜다. 해양지각의 두께는 약 5㎞이며 현무암질 암석으로 되어 있다. 상부맨틀은 감람석ㆍ휘석ㆍ석류석 등의 광물로 이루어진 감람암으로 되어 있다. 이들 광물은 높은 압력 밑에서는 첨정석(spinel) 등 밀도가 높은 광물로 상전이(相轉移)한다. 이 상전이는 지구 내부의 400∼700㎞ 깊이에서 계단모양으로 증가하는 지진파의 속도분포나 밀도분포에도 반영되고 있다. 이와같이 상부맨틀의 하부는 맨틀 구성물질인 광물조합의 변화가 일어나고 있는 점에서 전이층이라고 불리는 경우가 있다. 지진파 속도가 급격히 증가하는 불연속면 중 최대의 것이 670㎞ 깊이에 있는 불연속면이다. 이 깊이에서 상부맨틀의 구성광물은 하부맨틀의 구성광물인 회티탄석(페로브스카이트)과 산화마그네슘으로 상전이한다고 생각되고 있다. 670㎞ 깊이부터는 깊어짐에 따라 지진파 속도와 밀도가 압력의 효과로 완만하게 증가한다. 지진학적 자료나 우주화학적 고찰을 통해 670㎞의 불연속면을 상부맨틀과 하부맨틀의 화학조성 자체가 다른 화학적 불연속면으로 보기도 한다. 상부맨틀이 감람암질이라는 사실은 암석학적ㆍ지구물리학적으로도 수많은 자료가 보여주고 있다. 구립운석질(球粒隕石質, condrite)로 감람암질의 상부맨틀을 만들면, 남은 하부맨틀은 감람암질조성( Mg₂SiO₄)보다 실리콘이 풍부한 휘석질조성( MgSiO₃)에 가까워진다. 지진파의 해석으로 얻은 하부맨틀의 밀도와 체적탄성률의 관계를 설명하는 데는, 하부맨틀의 조성이 감람암에 비하여 약간 휘석질에 가까운 것이 유리하다. 만일 이 불연속면이 화학적 불연속면이라고 한다면 이 면을 경계로 상부맨틀의 대류세포(convective cell)와 하부맨틀의 대류세포가 존재해야만 맨틀 내부물질의 유동형태와 관계가 있는 중요한 문제가 되므로, 이 불연속면의 성질에 관한 논쟁이 현재 전개되고 있다. 외핵은 S파가 전달되지 않는 것으로 보아 액체상태일 것으로 추정되고 있다. 외핵의 밀도는 용융철ㆍ니켈합금 등에 비해 10% 정도 작다. 이러한 사실은 외핵의 밀도를 작게 만드는 가벼운 원소가 다량으로 녹아들어가 있음을 의미한다. 열역학적ㆍ화학적 평형론과 우주화학적 고찰을 근거로 외핵을 구성하는 가벼운 원소의 정체에 관한 논쟁이 계속되고 있다. 예로부터 황이 유력하게 꼽혀왔지만, 최근에는 산소와 수소도 지구핵에 녹아 있다고 주장되고 있다. 외핵의 가벼운 원소는 산소ㆍ황ㆍ수소의 혼합물일 가능성이 높다. 지구 자유진동의 연구로 내핵은 고체라는 사실이 밝혀졌다. 내핵의 밀도는 그것이 철ㆍ니켈합금으로 이루어졌다는 것을 시사해준다. 따라서 내핵과 외핵의 경계는 상전이에 의한 불연속면일 뿐만 아니라 화학적 불연속면이기도 하다. 내핵은 외핵에서 순수에 가까운 금속철이 결정ㆍ분화한 것으로 보인다. 지구 내부를 동역학적 측면에서 보면 지진학적 층구조와는 다른 성층구조가 나타난다. 지구의 최외각은 암석권이라는 강체적인 암반으로 덮여 있다. 이것은 판(plate)이라고도 하며, 그 밑에 있는 점성이 낮은 연약권 위를 미끄러져 해저확장이나 대륙이동을 초래한다. 연약권은 S파의 속도 메커니즘에서 볼 수 있는 저속도층에 대응하고 있다. 연약권의 점성도는 스칸디나비아반도나 캐나다에서 관찰되는 후빙기의 지각 융기기록을 통해 짐작되고 있다. 이 지반의 융기는, 빙하기에 이 지역을 두껍게 뒤덮고 있던 빙하가 빙하기가 지나자 급격히 녹아 지표면의 하중이 덜어졌기 때문에 일어났다. 즉, 하중이 제거된 맨틀이 지각평형상태(isostacy)를 회복시키는 방향으로 유동하여 지각이 상승한 것이다. 이 기록은 과거의 해안선에서 관찰된다. 이들 지역에서는 과거 5000년에 1000m의 융기가 일어났다. 또 1년에 수㎝씩 이동하는 판의 수평운동은 고체상태인 맨틀의 느슨한 대류에 의해 구동되어 판의 경계에서는 활발한 지각변동을 야기시킨다. 지각변동이 활발한 곳에서는 100만 년에 수백m씩 융기하는 곳도 있다. 맨틀대류나 판구조론은 지구 내부의 열을 지표로 수송하는 열기관으로 간주된다. 열기관을 움직이는 열원으로는 형성기에 미행성이 가지고 있던 운동에너지, 핵ㆍ맨틀 분화 때에 해방된 중력에너지나 우라늄ㆍ토륨ㆍ칼륨 등 방사성동위원소의 붕괴 에너지 등이 있다. 이러한 열은 지각열류량ㆍ지진에너지ㆍ화산분화에너지 등의 형태로 지표에 운반되고 있다. 〔표 3〕은 지구 내부에서 발생하는 열량과 지각구조에 의한 활동에 의해 고체지구 밖으로 운반되는 열량을 나타낸다. 지구 역사의 초기에는 지구 내부에서 나오는 열량이 컸지만 붕괴에 의해 방사성원소의 존재비가 차츰 적어지자 지구 내부는 냉각되어 가고 있다. 그러나 암석의 열전도율이 낮기 때문에 일단 고온이 된 지구 내부를 냉각시키는 데는 상당한 시간이 걸리므로 지구 내부의 온도분포는 정상상태를 유지하는 것처럼 보인다. 지구의 화학조성 현재의 지구는 핵ㆍ맨틀ㆍ지각ㆍ대기ㆍ해양 등 몇 개 층으로 분화된 구조로 되어 있으므로 지구 전체의 화학조성을 추산하는 일은 단순하지 않다. 그래서 지구화학적ㆍ지구물리학적 정보나 우주물리학적 정보를 총동원하여 지구 전체의 화학조성을 추산하려는 시도가 이루어지고 있다. 현재 지구의 성층구조는 분화의 산물이므로 분화되기 이전의 원초적 물질이 무엇인가를 추정하여 그 화학조성으로 지구의 평균조성을 구하는 방법이 있다. 또한 각 층의 질량과 화학조성을 지구물리학적ㆍ지구화학적 방법으로 추산하여 그 평균조성을 지구의 화학조성으로 삼는 방법도 있다. 지구 구성물질의 원소간 상관관계를 실마리로 삼아 원소의 물리화학적 성질에서 이론적으로 유도하는 방법도 행해지고 있다. 이러한 연구를 종합하여 사실에 가까운 지구의 화학조성의 추정이 가능하게 된다. 우주에서의 일련의 원소의 존재비를 추측한 것을 [원소의 우주존재비]라 한다. 태양계나 행성의 기원에 관한 최근의 연구에 의하면 지구의 화학조성은 원소의 우주존재비에서 휘발성 원소인 수소나 헬륨을 제외한 것이라고 생각해도 좋다. 그러나 행성의 재료물질인 원시태양계 성운의 모든 원소가 균질하게 모인 것은 아니다. 비교적 원시적인 조성이나 조직을 가지고 있는 구립운석 중에도 여러가지 조성을 가진 것이 있다고 알려져 있다. 이러한 사실은 원시태양계 성운 속에서 미행성이 형성되기 이전에 행성 재료물질이 화학적인 분별작용을 받고 있었을 가능성을 시사한다. 탄소질 구립운석처럼 휘발성 원소를 많이 함유하고 있는 운석은 태양에서 멀고 열적인 요란(擾亂)을 받기 어려운 곳에서 형성된 것으로 보인다. 또 행성의 평균밀도가 행성마다 달라 태양에 가까울수록 밀도가 높아진다. 이는 태양에 가까운 행성에는 보다 큰 금속핵이 있고 원시태양계성운으로부터 고온으로 응축된 물질의 비율이 높음을 시사한다. 이러한 사실에서 지구 전체의 화학조성을 추측하려면 실제로 지구를 구성하고 있는 물질의 양이나 조성의 특징을 아는 것이 중요하다. 지구의 표층을 구성하는 물질의 양과 조성은 직접 시료를 분석하여 추정할 수 있다. 대기나 해양 속의 휘발성 원소의 존재비에서 추산한 지구의 휘발성 원소의 존재비는 비휘발성 원소의 존재비에 비하여 상당히 작다. 이는 원시태양계 성운의 가스상(相)이 지구를 둘러싸서 지구 대기가 형성된 것이 아니라 고체지구에 섞여 있던 휘발성 원소가 탈가스작용을 일으켜 생긴 2차적인 것임을 시사하고 있다. 맨틀의 화학조성은 알칼리현무암의 화성활동에 따라 지표로 나오는 초염기성암의 화학분석과 지진파의 전파속도에 의해 감람암질이라고 추정되고 있다. 또한 대륙지각은 판의 잠입(潛入)에 따른 호상열도의 화성활동에 의해 성장한다고 생각되며, 호상열도의 지각물질이 보여주는 화학조성을 토대로 대륙지각의 조성이 추정되고 있다. 이것을 보면 맨틀이나 지각에는 구립운석에 비해 친철원소(親鐵元素)의 존재비가 10∼100배 정도 낮은 상태임을 알 수 있다. 이는 형성기의 핵ㆍ맨틀의 분화에 의해 친철원소가 금속상으로 녹아들어가 핵에 농집되었기 때문이라고 생각된다. 핵의 조성은 지진학적 정보와 지구 구성물질의 초고압력 발생실험 결과를 비교함으로써 추정할 수 있다. 내핵은 주로 철ㆍ니켈합금으로 이루어져 있다고 생각해도 되지만 외핵에는 이들 외에 외핵의 밀도를 10% 정도 줄이는 원소(황ㆍ산소ㆍ수소)가 녹아들어가 있음이 지진학적 정보에 의해 알려졌다. 지구를 구성하는 각 층의 화학조성이나 운석의 화학조성을 비교하는 등의 우주화학적 고찰을 통해 지구 전체의 화학조성을 추산하기도 한다. 지구가 미행성의 충돌로 탄생한 직후 내부가 고온일 때 비중의 차이나 끓는점의 차이로 물질의 분별이 생겨 형성된 것이다. 지구 내부가 녹으면 비중이 큰 금속상은 친철원소나 외핵의 가벼운 원소를 받아들이면서 중심에 가라앉아 핵이 되고, 맨틀에서 비중이 작은 물질은 상승하여 지각이 된 것이다. 그때 휘발성 원소는 마그마에서 탈가스작용을 일으켜 지표로 나와 대기 및 해양이 된 것으로 생각된다. 판구조운동이 시작되면 판의 운동에 의해 수직방향의 물질이동이 일어나고, 마그마의 생성에 의해 분화가 촉진되거나 판의 섭입에 의해 균질화가 일어난다. 맨틀ㆍ지각ㆍ대기ㆍ해양 사이의 물질이동은 현재도 계속 진행중이다. 지구의 중력 지구의 내부는 균일하지 않고 모양도 완전한 구형이 아니다. 이로 인하여 지구내부의 질량에 의해 생기는 중력퍼텐셜장(場)과 중력은 지구 중심으로부터의 거리의 함수만이 아니라 위도와 경도의 함수로 표시된다. 해류나 밀물ㆍ썰물의 영향을 제거한 평균 해수면은 수평으로 중력과 직교하며 중력장의 하나인 등(等)퍼텐셜면을 이룬다고 생각해도 무방하다. 이 등퍼텐셜면을 대륙 밑에까지 연장한 폐곡면, 즉 전지구를 덮는 가상적인 평균 해수면을 지오이드(geoid)라 한다. 지구 자전 때문에 지오이드의 모양은 완전한 구면이 되지 못한다. 지구는 유체로 되어 있어 지오이드의 모양은 지구의 인력과 자전의 원심력이 균형을 이룬 회전타원체가 된다. 이 타원체의 원심력은 적도에서 최대이고 극지방으로 갈수록 차츰 작아져 극에서는 0이 되기 때문에 지구는 적도 방향으로 불룩해진 형태가 되어 있다. 실제의 지구 형태가 이 회전타원체에 매우 가깝다는 사실은 오랜 기간 동안에 지구 내부물질이 유동하여 평형을 이룬 형태가 되었음을 시사하고 있다. 회전 효과로 설명할 수 없는 부분은 맨틀이나 지각에 존재하는 질량의 과부족 때문에 생긴 것으로 볼 수 있다. 지구의 중력은 지구 내부의 질량에 의해 생기는 인력과 회전의 원심력을 합친 힘이다. 이러한 힘은 모두 퍼텐셜에너지이다. 퍼텐셜론에 따르면, 등퍼텐셜면 위에서 퍼텐셜의 연직기울기(중력의 방향)가 측정되면 그 형태를 결정할 수 있으며 따라서 지오이드 위의 모든 곳에서 중력측정을 하면 지오이드의 형태를 구할 수 있다. 지구의 모양은 긴반지름 6378.140㎞, 편평도 1/298.257의 회전타원체에 가까운 것으로 볼 수 있으며 이것을 토대로 위도의 함수로서 지구상의 표준적인 중력값이 정해져 있다. 이것은 고위도일수록 커지며, 적도 및 극에서의 중력 측정값은 978.031846Gal, 983.217728Gal이다. 또한 인공위성측지학의 발달로 인공위성의 궤도를 해석함으로써 중력퍼텐셜의 형태를 구할 수 있게 되었다. 인공위성의 궤도는 천체의 공전과 마찬가지로 지구의 질량 중심을 하나의 초점으로 하는 타원궤도로 표시된다. 그러나 인공위성은 지표에 가까운 상공을 돌고 있기 때문에 지구를 질점으로 볼 수는 없다. 그래서 지구의 질량분포가 구대칭에서 벗어난 부분에서 생기는 힘이 인공위성에 작용하여 인공위성의 궤도면이 지구의 자전축 주위를 회전한다. 또한 지구 내부의 밀도 분포가 균일하지 못하기 때문에 인공위성은 본래의 궤도보다 안쪽으로 끌어당겨지기도 하고 바깥쪽으로 밀려나기도 한다. 이 밖에 태양이나 달의 인력, 또는 이들 천체에 의해 생기는 밀물ㆍ썰물의 변화도 인공위성의 공전궤도를 어긋나게 할 수 있는데, 이 힘들은 그 정체가 잘 알려져 있어 궤도를 해석할 때 그들의 효과를 제거할 수가 있다. 인공위성의 궤도 해석을 통해 지구의 중력장을 조사해 보려면 인공위성이 언제 어디를 돌고 있는지를 확인해야 한다. 지상에서의 망원경 관측으로 인공위성의 공전운동을 별이 뜬 밤하늘을 배경으로 촬영함으로써 인공위성의 궤도를 결정하는 방법이 있다. 이 방법으로는 인공위성의 위치를 10m 이내의 정밀도로 결정할 수 있다. 그러나 인공위성 관측에 알맞은 조건이 일출ㆍ일몰 때로 한정되는 결점도 있다. 또 다른 방법은 도플러 트래킹법이라는 것으로 주로 이용되는 방법이다. 인공위성에서 일정한 주파수의 라디오전파를 발신시켜 지상의 몇 개 지점에서 그 신호를 수신한다. 발신원이 고속도로 운동하고 있기 때문에 도플러효과가 일어나 주파수가 조금 어긋나는 것을 이용하여 인공위성의 운동을 구할 수 있다. 이렇게 구해진 지구 중력장의 형태를 보고 지구 내부의 밀도 분포를 알아낼 수 있다. 최근 지진학적인 내부의 비균질성 연구의 진보에 따라 밀도 분포의 비균질성이나 맨틀 내부의 동역학 및 판구조론과의 관련성에 관한 논의가 활발해지고 있다. 인공위성측지학에 의해 얻어진 정보는 지구의 내부를 알아내는 데에 가장 믿을 수 있는 중요한 자료가 된다. 지구자기장(地球磁氣場) 지구 둘레에는 지구내부에서 기인하는 지구내부 자기장과 태양 활동이나 대기 상층의 전리층에서 기인하는 지구외부 자기장에 의해 자기권이 존재한다. 지구내부 자기장은 편의상 쌍극자 자기장과 비쌍극자 자기장으로 나뉜다. 지구외부 자기장은 전체의 약 6%에 불과하다. 지구내부 자기장의 약 95% 부분이 쌍극자 자기장으로 나타난다. 양극에서의 자기장의 세기는 6.210T(테슬라)이고, 적도 부근에서는 3.110T이다. 지구를 둘러싸고 있는 자기권의 형태는 지구내부 자기장과 태양풍의 상호작용으로 정해진다. 지구의 표층에서 지구반지름의 약 10배 되는 지점까지는 자기권의 자기력선 모양은 지구내부 자기장에 기인하는 자기장으로 표시되지만 더 높이 올라가면 갈수록 지구외부 자기장의 영향을 강하게 받아 비대칭성이 나타난다. 낮인 쪽, 즉 태양을 향한 쪽에서는 태양풍에 의해 지구자기장의 모양이 일그러지고 그 앞쪽 끝에서는 충격파면이 형성되는 반면, 밤인 쪽에는 태양풍에 이끌려 자기력선이 상당히 뒤쪽까지 퍼져 있다. 지구자기는 일정하지 않고 시간적으로 변하며 여러 가지 현상을 일으킨다. 태양풍은 태양 표면활동의 변화에 따라 민감하게 변하기 때문에 태양 흑점 활동의 변화나 플레어가 발생하면 태양에서 높은 에너지의 플라스마류(流)가 발생, 대기 상층의 자기권과 상호작용하여 오로라나 델린저현상 등 자기폭풍 현상이 발생한다. 자기장의 변동은 전자기유도작용으로 지구 내부에 전류를 발생시키므로 이 전류에 의한 2차적 자기장을 측정함으로써 지구 내부의 전기전도도 분포를 구할 수 있다. 전기전도도는 온도나 화학조성에 따라 변하므로, 지진학에서 얻을 수 있는 것과는 다른 지구 내부의 온도나 조성에 대한 정보를 주기도 한다. 지구자기의 변동은 주기가 짧은 것에서부터 지질학적 시간 규모까지 여러 가지가 알려져 있다. 조용한 때에는 지구자기의 변동은 규칙적인 일주운동(日周運動)을 하고, 그 일주운동은 위도가 같은 장소에서는 지방시에 따르는 거의 같은 변동을 한다고 알려져 있다. 태양 활동의 돌발적인 변화에 따르는 급격한 자기장 변동도 가끔씩 일어난다. 긴 주기의 변동으로는 태양의 자전과 관계가 있는 27일 주기 변동이 있다. 반년 및 1년주기의 변동은 전리층의 계절변동과 관계가 있다. 태양 활동의 장주기 변동에 대응하는 11년ㆍ60년 변동도 있고, 그보다 긴 주기의 변동도 존재한다. 실제로 파리나 런던의 지구자기의 복각이나 편각은 과거 수백년 동안 크게 변한 것으로 알려져 있다. 이러한 변동은 최근 연구에 의해 비쌍극자 자기장이 서쪽으로 옮겨진 전(全)지구적 현상이며, 그 크기는 1년에 0.2° 정도이다. 또한 전(全)자기력의 세기도 100년당 5%씩 감소한다는 사실도 알려져 있다. 이러한 변동을 통틀어 영년변화(永年變化)라고 한다. 수십년보다 짧은 주기의 변동은 외부자기장의 변동에 의해서도 일어나지만, 그보다 긴 것은 지구 내부 자기장의 변동 때문이라고 생각된다. 또한 긴 주기의 변동은 암석이나 암체에 기록되어 있는 잔류자기의 측정과 그 암석이 형성된 연대를 지구연대학 방법으로 측정함으로써 알 수 있다. 이는 암석 속의 강자기성광물이 마그마로부터 결정화할 때나 물 속에서 퇴적될 때에 외부자기장의 영향을 받아서 어느 방향으로 선택적으로 배열하여 잔류자기를 발생케 하는 것을 이용한 것이다. 이런 암석에 남은 잔류자기를 근거로 하여 과거의 지구자기장변동을 조사하는 학문을 고지구자기학이라 한다. 고지구자기학에 의해 밝혀진 현상 중 가장 흥미로운 것은 지구자기장의 역전이다. 현재의 지구자기장에서는 북극 쪽이 S극(極), 남극 쪽이 N극으로 되어 있지만 과거에는 거꾸로 되어 있었던 시대가 있었음이 알려졌다. 이러한 지구자기의 역전은 과거 2000만 년 동안 약 20만년에 1회 꼴로 일어났다. 그러나 중생대와 고생대에는 1000만 년 동안 지구자기의 역전이 없는 정온기(靜穩期)가 있었음도 알려져 있다. 지구자기의 역전이 일어나는 빈도는 지질시대에 따라 차이가 있지만, 역전 그 자체는 지구자기장의 기본적 성질이라고 생각된다. 그러나 역전을 일으키는 메커니즘은 아직 확실하지 않다. 지구자기의 역전은 전세계에서 동시에 일어나기 때문에 각지의 지층 대비나 연대결정에중요한 역할을 한다. 또한 지구자기역전의 발견은 판구조론의 확립에도 중요한 공헌을 하였다. 판구조론에 따르면 중앙해령에서 생성된 해양지각은 차츰 해령에서 멀어져간다. 해저의 확장으로 새로 생기는 해양지각은 그때의 자기장 방향으로 자화(磁化)된다. 지구자기의 방향이 진(眞)ㆍ역(逆)ㆍ진ㆍ역으로 반복해서 변한다고 할 경우, 해양 위에서 지구자기를 관측하면 해저에 새겨진 자화의 영향으로 해령축에 평행하는 자기이상의 줄무늬가 관측된다. 지구자기장의 자기극의 위치와 지구의 회전축의 위치는 지질시대를 통하여 거의 일치하므로 각 지역에서 여러 연대의 암석에 대한 암석자기 측정을 통해 대륙이 과거에 놓여 있던 위도를 알 수가 있다. 그것은 대륙이 움직이지 않았다고 가정하면 지구자기의 극이 이동하고 있는 것처럼 보이기 때문이다. 자기극의 위치를 시대를 거슬러 올라가서 추적해 나가면 각 대륙마다 다른 코스가 그려진다. 이러한 사실은 대륙 사이에서 상대적인 운동이 있었다는 것을 의미하며 대륙 이동의 증거가 된다. 그러나 각 대륙의 경도방향의 위치관계에 대해서는 암석자기의 자료에서 얻을 수 없으므로 열점의 궤적과 대륙의 현재 모양을 통해 옛 대륙의 복원이 시도되고 있다. 지구내부 자기장이 어떻게 생겨났는지에 관해서는 지금까지 여러 학설이 제안되었다. 그 가운데 가장 주목받고 있는 것이 1940년대부터 발전해온 다이너모이론이다. 이것은 지구의 외핵이 액체 상태의 철ㆍ니켈합금으로 되어 있으며, 그 속에서 발전작용(發電作用)이 있어 지구의 쌍극자 자기장이 유지된다고 보는 것이다. 외핵에는 대류운동이 있어서 자기장 속을 도체가 운동하면 전위차가 생기며 전류가 흐른다. 이 전류에 의해 다른 자기장이 발생하며 또 다른 전류가 흐른다. 이러한 일련의 전자기유도 끝에 돌고 돌아서 쌍극자 자기장을 만들 만한 피드백이 존재한다고 보고 있다. 이러한 계(系)는 비선형계이며, 때때로 지구자기의 반전도 일어난다는 것이 알려져 있으나 지구자기에 대한 관측 사실을 정량적으로 설명할 수 있는 데까지 이르지는 못하였다. 지구의 모양 지구의 모양이나 크기를 측정하려는 시도는 BC 3세기 무렵부터 있어 왔다. 알렉산드리아의 에라토스테네스는 그러한 노력의 선구자였다. 옛날에 지구의 크기를 추산하는 방법의 개발은 고전적인 측지학이나 천문학의 발달에 의존하고 있었다. 근년에 과학기술의 발달과 더불어 인공위성을 이용한 측지기술이나 초장기선간섭법(超長基線干涉法) 등의 신기술이 도입되어 측정 정밀도는 급속히 향상되고 있다. 지구의 형태는 반지름 6370㎞의 구에 가깝다. 그러나 자전의 영향으로 적도 부근이 약간 볼록해져 있는 회전타원체에 더 가깝다고 보는 것이 일반적이다. 지구의 지오이드를 가장 잘 나타낼 수 있는 회전타원체를 지구타원체라 하며, 적도 반지름 6370㎞, 편평도 1/298.25의 타원체가 사용되고 있다. 실제의 지오이드와 지구타원체의 차이는 지구 반지름의 수십만분의 1에 지나지 않는 수십m이기 때문에, 지구타원체를 지구의 모양이라고 볼 수 있다. 지구타원체의 모양을 결정하는 방법은 크게 2가지로 나눌 수 있다. 하나는 지구중력론에 바탕을 두고 지표에서 중력을 측정한 뒤 퍼텐셜론에 따라 지구의 퍼텐셜면을 결정하는 방법이다. 이 방법은 최근의 인공위성측지학의 확립에 따라 정밀도가 높아졌다. 다른 하나는 고전적 측지측량이나 천문학적인 경도ㆍ위도 관측에 의한 방법이다. 이것은 천문학적인 방법으로 두 지점의 위도ㆍ경도를 결정해 놓고 측지측량에 따라 실제로 그 두 점 사이의 거리를 측정한 다음, 지구를 미리 회전타원체라고 가정하여 적도반지름과 편평도를 구하는 것인데, 원리적으로는 에라토스테네스의 방법을 정밀화한 것에 지나지 않는다. 앞의 방법으로는 지구타원체의 모양을 유효숫자 7자리수까지 결정할 수 있으나, 이 방법으로는 지구의 모양이 완전한 회전타원체가 아니고 내부 역시 균질하지 않기 때문에 오차가 크므로, 신뢰할 수 있는 값은 유효숫자 5자리수까지이다. 지구의 자전ㆍ공전 지구는 태양을 중심으로 하는 타원 위를 1년(365.24일)에 한바퀴 돈다. 이 타원의 이심률은 0.01675이고, 대개 반지름 1.5 ×10^8㎞의 원운동을 하고 있다고 생각하면 된다. 자세히 보면 지구의 공전운동은 달이나 다른 행성의 영향을 받아 복잡한 양상을 띤다. 지구의 공전궤도면은 지구의 자전축과 약 66.5°의 기울기를 갖는다. 이 때문에 1년 동안에 봄ㆍ여름ㆍ가을ㆍ겨울의 4계절이 생긴다. 지구의 자전주기는 23시간 56분이지만, 태양의 공전운동 때문에 태양이 어떤 지점에서 남중하고 그 다음 남중할 때까지는 약 24시간이 걸린다. 이 태양의 운동에 바탕을 두고 하루를 결정한 것을 태양일이라 하고 1년간 태양일의 평균을 평균태양일이라 하며 24시간으로 정해져 있다. 현재 천구에서의 자전축의 방향은 북극성을 향하고 있다. 그러나 지구가 완전한 구대칭이 아니라 적도 부근이 볼록해 있기 때문에 달과 태양으로부터 짝힘을 받아 지구의 자전축 방향은 약 2만 6000년 주기로 공전축의 둘레를 공전과 같은 방향으로 회전운동을 하고 있다. 이것을 세차운동이라 한다. 이 세차운동 중에는 16년 주기 등의 주기가 짧고 진폭이 작은 운동이 있는데, 이것을 장동(章動)이라 한다. 세차운동이나 장동은 팽이의 회전운동에서도 관찰할 수 있다. 이러한 운동은 천구상의 별의 위치를 기준으로 해서 관찰한 지구의 회전운동이다. 한편 지구의 회전운동을 지각을 기준으로 해서 측정하면 지면에 대하여 북극ㆍ남극의 위치가 변하는 극이동이 관측된다. 이것은 지구상의 각 점에서의 위도 변화로서 관측되며, 세차운동처럼 다른 천체가 주는 외력에 의해 생기는 것은 아니다. 외력이 작용하고 있지 않은 강체가 회전하고 있을 때 회전축과 그 강체의 관성주축(慣性主軸)이 일치해 있으면 등속회전운동을 계속하지만 양자가 어긋나 있을 경우에는 회전축이 관성주축의 주위를 회전운동한다. 이 운동은 발견자인 미국 천문학자 S.C.찬들러의 이름을 따서 찬들러진동이라고 하며, 주기는 440일, 진폭은 수m이다. 찬들러진동은 거대한 지진에 의한 내부 질량분포의 급격한 변화 등에 의해 들뜨는 것이라고 생각되는데, 찬들러진동 자체의 이론적 해명은 별로 진전되지 않았다. 이러한 지구의 자전운동은 장기간에 걸쳐 관찰해보면 정상적 현상은 아니다. 지구의 자전 각운동량은 달에 의해 생기는 밀물과 썰물에 의해 달의 공전 각운동량으로 조금씩 변환되어 달은 지구에서 멀어지면서 동시에 지구의 자전속도가 줄어들어 하루의 길이가 차츰 길어지고 있다. 또한 장주기의 변동에는 주기 약 2만 년ㆍ4만 년ㆍ10만 년의 것이 있다. 이것은 유고슬라비아의 지구물리학자 M.밀란코비치가 지적한 것인데, 지구의 자전이나 공전궤도의 주기적 변동에 따른 태양 복사량의 변화에 기인하는 것으로 여겨지고 있다. 이와 같은 변동은 지구가 받는 태양 복사에너지의 증감이나 계절변화의 정도 차이 또는 기후 변동이나 빙하의 형성ㆍ소멸 등을 일으키는 원인이 된다고 생각되고 있다. 이러한 지구의 자전ㆍ공전운동의 변동에 관한 증거는 기후변동뿐만 아니라 지질학적ㆍ고생물학적 기록에서도 발견된다. 또한 판구조론에 의한 판의 생성ㆍ소멸에 의해 지구 내부의 밀도변화가 일어나 지질학적 시간규모 사이에 상당히 큰 극이동이 있었던 것도 알려져 있다. 지구관(地球觀)의 변천 그리스인을 비롯한 고대인들은 상당히 정밀한 우주관을 가지고 있었다. 천체의 운행은 가만히 앉아서도 관찰할 수 있었기 때문이다. 한편 고대인의 지구관은 인간의 이동이나 다른 민족과의 교류가 쉽지 않았기 때문에 그들이 사는 공간과 그 주변부에 대한 지식으로 이루어졌다. 수많은 선인들의 힘겨운 탐험을 통하여 처음으로 지구 전표면(全表面)의 대체적인 지식을 얻게 되었다. 그러다가 한눈으로 지구의 관찰이 가능하게 된 것은 인공위성의 발사 이후였다. 지구 내부물질이나 현상에 관한 현대인들의 지식은, 에트나 화산의 활동을 산꼭대기에 사는 불카누스신(神)에 의한 것이라고 한 로마인이나, 지구 내부는 불구덩이라고 본 옛 사람들보다는 훨씬 정확하고 자세한 것이지만 아직 충분하지는 못하다. 그 지식의 대부분은 간접적이며 지구물리학적 방법에 기초를 둔 추론에 의존하고 있다. 고밀도의 암석을 뚫고 들어가 깊은 지하에 있는 물질을 직접 관찰하는 일은 쉽지 않기 때문이다. 지구 내부까지도 포함한 통일적 지구관을 얻기 위하여 해야 할 일은 아직도 많이 남아 있다. 지구의 미래 지구의 미래가 어떻게 전개될 것인가에 대해서는 과거의 자료를 토대로 예측할 때 가장 믿을 만한 답을 도출해낼 수 있을 것이다. 이들 가운데서 인류 활동에 깊이 관계되는 것은 기후 변동이다. 고기후의 연구에 의해 선캄브리아대 말부터 현재까지 몇 차례의 빙하기가 있었음이 밝혀졌다. 지구의 표면온도는 백악기에는 현재보다 높아 온난한 기후에서 육상식물이 번식했으며 대형 파충류인 공룡이 지상을 지배하고 있었다. 그 뒤 대기 속의 이산화탄소가 감소하여 지표가 한랭화되기 시작, 신생대 제4기에 들어서 빙하기가 찾아왔고 현재는 간빙기에 해당된다. 100만 년의 시간척도로 보면 이산화탄소의 감소로 지표의 온도는 점차 내려가는 추세에 있다. 이산화탄소의 감소가 이대로 계속되면 지표의 온도는 계속 내려가 지표의 상당 부분이 설빙으로 덮이게 될 것이다. 그러나 근대문명의 급격한 발달은 이러한 경향을 크게 바꾸어 놓았다. 인류의 경제활동에 의해 소비되는 화석에너지에서 방출되는 이산화탄소의 급증은 지구의 환경에 큰 영향을 미쳤다. 이산화탄소의 증가는 지표의 온도를 증가시키고 적도와 극지의 온도차를 줄여 대기의 대순환에 영향을 주며 결과적으로 중위도지역의 사막화를 불러올 것으로 예상된다. 또한 개발도상국에서는 삼림의 남벌로 인한 하천 유역의 황폐화나 토양 유출로 인하여 생태계의 파괴가 계속되고 있다. 이러한 지표환경의 변화는 지구의 반사도(albedo)를 변화시키기 때문에 이산화탄소의 증가와 함께 지구의 사막화를 촉진하게 된다. 한편 운석의 낙하나 화산의 대폭발과 같은 돌발적인 사건 또한 지구의 역사를 크게 바꾸어온 것으로 짐작된다. 근년에 백악기말 공룡이 전멸한 원인을 거대한 운석의 충돌 때문이라고 보는 미국 캘리포니아대학의 W.앨바레즈 등의 설이 널리 주목받고 있다. 지름 10㎞의 거대한 운석이 지구와 충돌하여 지표에 화구가 형성됨과 동시에 지구내부의 유동형태, 지구표층의 열수지, 대기의 열구조나 조성에 중대한 변화가 찾아와 공룡이 사멸했다고 보는 것이다. 생물종의 절멸은 각 시대 말에 급격하게 일어나고 있다. 이들 중 몇 가지는 거대한 운석의 낙하와 관계가 있다고 하는 증거가 발표되고 있다. 거대한 운석의 낙하 확률은 약 1000만 년에 하나 정도라고 생각되지만 장차 이러한 사건이 다시 발생하지 않는다고는 단언할 수 없다. 10∼100년의 가까운 미래에는 역시 인구의 폭발적인 증가와 인류의 경제활동의 활발화에 따른 환경파괴가 전지구적인 규모로 진행될 것이다. 삼림파괴, 대기와 연안해역의 오염으로 앞으로 수십년 안에 지상의 생물종 가운데 약 20%가 절멸할 것이라는 지적도 있다. 이것은 지질시대를 통해서도 유례가 없는 급격한 생물종의 절멸률로, 지상 생물의 유전자 자원은 고갈위기에 직면해 있다. 인류의 활동에 의한 환경파괴는 비가역 과정이기 때문에, 일단 오염이나 파괴가 이루어지면 원래의 상태로 돌이킬 수 없고, 또 가능하다고 해도 수천년 이상의 긴 시간을 요하는 것이 적지 않다. 이제 지구 전체를 하나의 생태계로 보는 인식에 입각하여 지구를 어떻게 보전할 것인가 하는 문제가 국제적인 해결과제로 부각되고 있다.