이 단원은 지구가 어떻게 만들어졌는지, 그리고 지구 내부와 지표에서 관측되는 중력과 지자기 같은 역장을 어떻게 읽어 내는지를 다룹니다. 원시 지구의 성장과 층상 구조, 지진파 속도로 보는 내부, 중력 이상, 지각 평형, 고지자기 복각을 해석하는 아래 20문항으로 개념을 이해하고 있는지, 계산과 해석에서 어디가 막히는지를 확인합니다.
📝 지구의 형성과 역장 시험지 — 20문항, 정답·해설은 뒤쪽 별지
이름
날짜
점수/100
배점 · 20문항 · 한 문항 5점 · 100점 만점 · 권장 풀이 시간 30분 · 기본·보통·심화가 섞여 나옵니다(정답·해설은 별지).
‘PDF 만들기’를 누르면 화면과 같은 문제로 A4 PDF 파일이 내려받아지고, 폰에서도 됩니다. 같은 학년·같은 과목 문제는 하루에 한 번 만들어지고, 그날은 같은 문제가 다시 나옵니다. 인쇄물 맨 위에 이름·날짜·점수 칸이 함께 찍힙니다.
원장 한마디
이 시험지는 지구가 어떻게 만들어졌는지, 그리고 중력과 지자기 같은 역장을 어떻게 읽는지를 묻는 20문항입니다. 저는 수학학원 원장이라 이 단원의 내용을 풀어 드리지는 못합니다. 대신 시험지를 집에서 어떻게 쓰면 좋을지는 말씀드릴 수 있습니다.
먼저 아이가 혼자 풀게 하세요. 막혀 있어도 옆에서 답을 알려 주지 말고 시간을 주시면 됩니다. 곁에서 거들어야 풀리는 문제는 아직 아이 것이 아니라고 저는 봅니다.
채점은 틀린 번호에 표시만 하는 정도로 충분합니다. 표시한 번호는 해설을 소리 내어 읽게 하고, 몇 주 뒤에 그 번호만 다시 풀어 보게 하세요. 한 장을 이렇게 두세 번 쓰는 쪽이 새 시험지를 계속 푸는 것보다 남습니다. 화면에서 푸는 쪽이 편하면 화면에서 풀고 채점하기를 쓰시면 됩니다.
— 수학의 신호 원장
지구의 형성과 역장, 배우는 흐름
먼저 원시 지구가 미행성체의 충돌로 성장하고, 충돌 에너지와 방사성 원소의 붕괴열로 마그마 바다가 생기는 과정을 배웁니다. 이어서 밀도 차에 따라 철·니켈은 중심으로 가라앉아 핵을 이루고 가벼운 물질은 위쪽에서 맨틀을 이루며, 표면이 식어 지각과 원시 바다가 만들어지는 순서로 이어집니다.
그다음에는 이 층상 구조를 관측으로 확인하는 방법이 이어집니다. 지진파 속도가 깊이에 따라 갑자기 변하는 경계와 S파가 사라지는 구간을 보고 액체와 고체 상태를 추정합니다. 중력 가속도는 중심에서 거리의 제곱에 반비례하고, 중력 이상은 지하 밀도를, 지각 평형은 지각과 맨틀의 밀도 관계를, 고지자기 복각은 대륙의 이동을 알려 줍니다.
시험지에서 뽑아 본 문제
지각을 통과하는 P파의 평균 속도가 6.0 km/s이다. 지표에서 발생시킨 P파가 모호면에서 수직으로 반사되어 되돌아오는 데 10초가 걸렸다면, 이 지점의 모호면까지의 깊이는 몇 km인가?정답 · 30 km — P파는 모호면까지 갔다가 되돌아오므로 왕복 거리는 속도×시간이고, 깊이는 그 절반이다. 따라서 d = (6.0 km/s × 10 s)/2 = 30 km이다.
원시 지구가 층상 구조를 갖추기까지의 과정을 (가)~(라)로 나타냈다. 시간 순서로 옳게 나열한 것은? (가) 지구 표층에 마그마 바다가 형성되었다. (나) 미행성체가 충돌하며 모여 원시 지구가 커졌다. (다) 밀도 차에 의해 철·니켈이 가라앉아 핵과 맨틀이 분리되었다. (라) 표면이 식으며 원시 지각이 형성되었다. ① (가) → (나) → (다) → (라) ② (나) → (가) → (다) → (라) ③ (나) → (다) → (가) → (라) ④ (가) → (다) → (나) → (라)정답 · ② (나) → (가) → (다) → (라) — 미행성체의 집적과 충돌(나)로 지구가 커지면서 발생한 열로 마그마 바다(가)가 만들어졌다. 이후 밀도 차에 의한 핵·맨틀 분리(다)가 일어났고, 표면이 식어 원시 지각(라)이 형성되었다.
원시 지구에서 핵이 형성된 과정에 대한 설명으로 옳은 것은? ① 지각이 먼저 굳은 뒤 가벼운 물질이 중심부로 모여 핵이 되었다. ② 미행성체 충돌로 지구가 크게 가열되어 마그마 바다가 형성되었고, 밀도가 큰 철과 니켈 등이 중심부로 가라앉아 핵이 되었다. ③ 지구가 완전히 식은 뒤 외부에서 떨어진 철 운석이 중심부에 쌓여 핵이 되었다. ④ 마그마 바다에서 밀도가 작은 물질이 중심부로 이동하고 밀도가 큰 물질은 표면에 남아 핵이 되었다.정답 · ② 미행성체 충돌로 지구가 크게 가열되어 마그마 바다가 형성되었고, 밀도가 큰 철과 니켈 등이 중심부로 가라앉아 핵이 되었다. — 미행성체의 충돌 에너지 등으로 원시 지구 표층이 녹아 마그마 바다가 만들어졌다. 이때 밀도 차에 의해 철과 니켈 같은 무거운 물질이 가라앉아 핵이, 가벼운 물질은 위에 남아 맨틀과 지각이 되는 층 분화가 일어났다.
현재 북위 36°에 있는 지역의 약 1억 년 전 형성된 화성암에서 잔류 자화를 측정했더니 복각이 +30°였다. 쌍극자 자기장(tan I = 2 tan λ)을 가정하고 자기 위도가 지리 위도와 같으며 이 지역이 남북 방향으로만 일정한 속도로 이동했다고 할 때, 이동 속도는 약 얼마인가? (단, 위도 1°는 111 km이고 tan 30° = 0.58, tan 16° = 0.29로 계산한다.) ① 약 0.22 cm/년 ② 약 2.2 cm/년 ③ 약 5.5 cm/년 ④ 약 22 cm/년정답 · ② 약 2.2 cm/년 — tan λ = tan 30° / 2 = 0.29이므로 암석 생성 당시 위도는 약 16°이다. 북쪽으로 36° − 16° = 20° 이동했고 거리는 20 × 111 km = 2,220 km = 2.22×10⁸ cm이므
시험지는 같은 단원의 기본·보통·심화 문항을 섞어 20개로 냅니다. 위 문제는 그 가운데 몇 개를 옮겨 놓은 것입니다.
지구의 형성과 역장에서 헷갈리는 곳
형성 순서의 배열 미행성체 충돌, 마그마 바다, 핵 분리, 지각과 원시 바다 순서는 원인과 결과로 이어집니다. 핵 분리는 마그마 바다 상태여야 가능하다는 점을 놓치면 순서가 뒤바뀝니다.
거리는 중심에서 잰다 지표에서 R만큼 올라가면 중심에서는 2R이고, 0.5R만큼 올라가면 1.5R입니다. 높이가 아니라 중심으로부터의 거리를 제곱해 나눠야 2.45나 4.4 같은 값이 나옵니다.
복각, 위도, 이동 방향 복각이 0°이면 자기 적도에서 자화된 것이고, 현재 복각이 더 크면 고위도 쪽으로 이동했다고 해석합니다. tan I = 2 tan λ에서 복각을 위도로 바꾸는 계산도 자주 틀립니다.
지구의 형성과 역장 시험지에 나오는 문항 모양
개념 확인
선다
단답
계산
모식도 해석
choice
지구의 형성과 역장, 집에서 공부하는 순서
먼저 원시 지구의 형성 순서를 네 단계로 소리 내어 말해 보는 데 하루 10분 정도를 씁니다. 그다음 지진파 속도가 갑자기 커지거나 작아지는 깊이에서 액체와 고체를 구분하는 연습으로 넘어가고, 중력 이상의 부호가 밀도와 어떻게 이어지는지 한 문장으로 정리합니다.
계산 문항은 개념 정리 뒤에 하루 20분 안팎으로 합니다. 중력 가속도는 거리의 비를 먼저 쓰고, 지각 평형은 뿌리 깊이 r를 구한 뒤 평지 지각 두께에 산의 높이와 뿌리 깊이 r를 더하며, 고지자기는 복각에서 위도를 구해 이동 거리와 속도로 바꾸는 순서를 식으로 적어 반복합니다.