지온구배 (Geothermal Gradient)
쉽게 풀면
광산이나 시추공에 들어가면 깊어질수록 더워집니다. 이 온도 상승률이 지온구배입니다. 보통 1km 내려갈 때마다 25~30°C 정도 오르지만, 화산 지대에서는 훨씬 가파르고 오래된 안정 대륙에서는 완만합니다. 다만 이 비율이 지구 중심까지 그대로 이어지지는 않아서, 맨틀에서는 대류가 열을 나르기 때문에 깊이에 따른 온도 증가가 매우 완만해집니다.
왜 중요한가
지온구배는 변성작용의 온도-압력 조건, 석유 생성 창, 지열 에너지 자원 평가, 암석권의 두께와 강도 추정 등 지각 열 구조를 다루는 모든 문제의 기초 변수입니다. 열류량 측정과 함께 지각의 열 상태를 규정하므로 지구물리·석유지질·지열 논문에서 빠지지 않고 등장합니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
시추공에서 깊이별 온도를 재서 구한 온도 상승률이 평균보다 높아 지하에 뜨거운 무언가가 있다고 본 것이다.
차가운 판이 빠르게 가라앉는 섭입대는 깊어져도 온도가 별로 오르지 않아 특수한 변성암이 만들어진다는 뜻이다.
조금 더 깊게 보면
정상 상태에서 지온구배는 열류량 q를 열전도도 k로 나눈 값(dT/dz = q/k)으로 근사되므로 같은 열류량이라도 열전도도가 낮은 퇴적층에서 구배가 가파릅니다. 지각 내 방사성 원소(U, Th, K)의 열 생산이 열류량에 기여하므로 깊이에 따라 구배는 점차 감소하며, 맨틀에서는 단열 온도 구배(약 0.3~0.5°C/km)를 따릅니다. 지표 근처 측정값은 지하수 흐름, 고기후 변화(과거 빙하기의 냉각 신호), 지형 효과로 교란되므로 보정이 필요합니다.
주의할 점
지표 부근의 지온구배를 지구 내부 전체로 외삽하면 핵 온도가 수만 도가 되는 오류가 생긴다. 지온구배는 전도가 지배하는 암석권에서만 가파르고, 대류하는 맨틀에서는 매우 작다는 점을 명심해야 한다.