지자기 역전의 발견

독서 과학기술 10 | 지자기 역전의 발견 적용 학습 · 과학·기술 과학기술 10 지자기 역전의 발견 과학&middot;기술 — 지구과학(고지자기/지질학) | 설명형 지문읽기 구조분석 문제풀기 연계포인트 지문 분야: 과학&middot;기술(지구과학) | 주제: 고지자기 연구를 통한 지자기 역전의 발견 | 유형: 설명형 (역사적 전개) 1 지구의 과거 자기를 연구하는 고지자기 고지자기(古地磁氣): 과거의 지구 자기장. 암석에 기록된 지질 시대의 자기장 정보. 연구는 1940년대 말 저명한 세상에 널리 이름이 알려진 실험 물리학자인 블래킷 패트릭 블래킷(Patrick Blackett, 1897~1974): 영국의 실험 물리학자. 노벨 물리학상 수상자(1948). 지구 자기장의 기원에 관한 가설을 제기했다. 의 가설 가설(假說): 아직 검증되지 않은 이론적 추측. 관찰된 현상을 설명하기 위해 제시한 잠정적 진술. 에 의해 학계 학계(學界): 학문 연구에 종사하는 사람들의 세계. 의 관심을 끌었다. 블래킷은 지구를 포함해서 모든 회전하는 물체는 그것의 각운동량 각운동량(角運動量): 회전하는 물체의 운동량. 질량×속도×회전반경으로 결정되는 물리량. 에 비례하는 자기장을 주변에 형성한다고 주장하였다. 이 주장이 맞다면 지구의 자전 자전(自轉): 천체가 자기 축을 중심으로 도는 것. 지구의 자전 주기는 약 24시간. 방향이 일정할 경우 지구 자기장의 방향은 바뀔 수가 없다. 지구 자기장의 방향이 바뀌었는지 여부는 암석에 잔류하는 자기, 즉 잔류 지자기 잔류 지자기(殘留地磁氣): 암석이 형성될 때 기록된 과거 지구 자기장의 흔적. 자성 물질이 당시 자기장 방향으로 정렬된 채 남아 있는 것. 의 미약한 미약한: 매우 약한. 힘이나 강도가 작은. 흔적 흔적(痕迹): 남아 있는 자취. 어떤 현상이 지나간 뒤 남은 표시. 을 통해 확인할 수 있었다. 왜냐하면 과거에 용암이나 마그마 마그마(magma): 지하 깊은 곳에서 암석이 녹아 생긴 고온의 액체 상태 물질. 지표로 분출되면 용암이라 한다. 가 굳어서 형성된 바위에는 용암이나 마그마가 식기 전에 그 안의 자성 물질 자성 물질(磁性物質): 자기적 성질을 가진 물질. 자철석(마그네타이트) 등 자기장에 반응하여 자화되는 광물. 이 지구 자기장의 방향을 따라 정렬된 채 남아 있기 때문이다. 측정 결과, 지자기의 방향이 바뀐다는 것이 드러나자 지구의 자전 방향이 바뀔 가능성이 없다는 판단에 따라 블래킷의 가설은 반박 반박(反駁): 남의 주장이나 의견에 반대하여 잘못임을 논리적으로 밝힘. 되었지만 잔류 지자기에 대한 연구자들의 관심은 지속되었다. 2 잔류 지자기의 방향이 지질 시대 지질 시대(地質時代): 지구의 역사를 지층과 화석을 기준으로 구분한 시대. 선캄브리아대·고생대·중생대·신생대 등으로 나뉜다. 의 다른 시점에서 조금씩 다르게 나타나는 현상을 설명하기 위해 대륙은 고정된 상태에서 지구의 자극 자극(磁極): 지구 자기장의 극. 자기 북극과 자기 남극으로, 지리적 극과는 위치가 다르다. 이 이동한다는 가설이 제기되었다. 이 가설이 맞다면 지질 시대의 같은 시점에 형성된 암석은 지구상 어느 곳에 있든지 잔류 지자기가 같은 자극의 위치를 가리켜야 할 것이다. 그런데 인도와 기타 지역에서의 관측 관측(觀測): 자연 현상을 자세히 살펴 관찰하고 측정함. 결과, 지질 시대의 같은 시점에 형성된 암석에서 잔류 지자기가 다른 자극의 위치를 가리키고 있다는 것이 드러났다. 이에 따라 대륙이 움직였다는 가설이 힘을 얻었다. 이미 1910년대에 베게너 알프레트 베게너(Alfred Wegener, 1880~1930): 독일의 기상학자. 1912년 대륙 이동설을 제안하여 대륙들이 원래 하나로 연결되어 있었다고 주장했다. 는 대륙들이 이동했다는 주장을 제기하면서 남아메리카 대륙과 아프리카 대륙이 멀어지고 인도가 북쪽으로 이동해 아시아 대륙과 합쳐졌다고 했지만 그의 대륙 이동설 대륙 이동설(大陸移動說): 대륙이 과거에 하나로 연결되어 있다가 서서히 이동하여 현재의 위치에 도달했다는 학설. 베게너가 1912년 제안. 은 학계에서 인정 인정(認定): 옳다고 여겨 받아들임. 을 받지 못했었다. 그런데 잔류 지자기 증거는 베게너의 주장대로 대륙의 이동을 지지 지지(支持): 찬성하여 뒷받침함. 하는 것으로 보였고, 결국 1960년대 초 영국의 지구 물리학자들은 잊혔던 베게너의 이론을 되살렸다. 3 한편 대륙 이동설과는 별개 별개(別個): 서로 다른 것. 관련이 없는 별도의 것. 로 과학자들의 잔류 지자기에 대한 연구는 또 다른 발견으로 이어졌다. 잔류 지자기의 증거들은 많은 암석에서 지구 자기장의 방향이 단순히 변한 정도가 아니라 완전히 반대 방향을 가리키는 변칙 변칙(變則): 일반적인 규칙에서 벗어난 현상. 여기서는 자기장 방향이 완전히 반대로 나타나는 이례적 현상. 을 포함하고 있었다. 이에 대해 잔류 지자기가 암석에서 자체적으로 역전된다는 가설이 제기되었지만 물리적 증거가 전무 전무(全無): 전혀 없음. 하나도 없음. 했다. 이에 지구 자기장이 때때로 역전된다는 가설이 더 많은 연구자들에게 지지를 얻었고 정설 정설(定說): 학계에서 일반적으로 옳다고 인정된 학설이나 견해. 로 받아들여졌다. 그들은 더 많은 관측 결과를 근거로 수백만 년의 간격 간격(間隔): 사이의 거리나 시간의 틈. 을 두고 지구 자기장이 180도 뒤바뀌었으리라고 추론 추론(推論): 알고 있는 것을 바탕으로 모르는 것을 이끌어 냄. 하였다. 그들은 암석의 생성 시기를 확정할 수 있으면 지자기 역전 지자기 역전(地磁氣逆轉): 지구 자기장의 방향이 완전히 반대로 바뀌는 현상. 수백만 년의 간격으로 발생하며, 현재까지 수백 회 발생한 것으로 알려져 있다. 시기들을 알아낼 수 있게 될 것이라고 예상하였다. [A] 4 1959년에 네덜란드의 과학자 뤼턴 뤼턴(Runcorn 등과 구별되는 인물로 지문에 제시된 네덜란드 과학자): 잔류 지자기를 근거로 지자기 역전 시기를 지질 시대와 비교하는 보고서를 제시하였으나 정확한 시간 규모 측정에는 한계가 있었다. 이 잔류 지자기를 근거로 대략적 대략적(大略的): 대충 어림잡은. 정확하지 않고 대략적인. 인 지자기 역전 시기를 지질 시대와 비교하는 보고서 보고서(報告書): 조사하거나 연구한 결과를 정리한 문서. 를 제시하였지만 정확한 시간 규모 규모(規模): 사물의 크기나 범위. 를 측정할 수 없었다는 것이 문제였다. 이 즈음에 미국의 캘리포니아 대학의 과학자들이 ㉠ 포타슘-아르곤 포타슘-아르곤(K-Ar) 연대 측정법: 방사성 포타슘(K-40)이 아르곤(Ar-40)으로 붕괴되는 일정한 비율을 이용하여 암석의 생성 시기를 측정하는 방법. 용암이 굳을 때 아르곤은 기체로 빠져나가므로 초기 아르곤은 0이다. 을 이용한 암석 연대 측정법을 개발하고 있었다. 방사성 방사성(放射性): 원자핵이 불안정하여 방사선을 방출하며 다른 원소로 변환되는 성질. 포타슘 동위 원소 동위 원소(同位元素): 같은 원소이지만 중성자 수가 달라 질량이 다른 원소. 화학적 성질은 같지만 물리적 성질이 다르다. 원자핵은 방사선을 방출하면서 아르곤 원자핵으로 붕괴 붕괴(崩壞, decay): 방사성 원자핵이 방사선을 방출하면서 다른 원자핵으로 변환되는 현상. 되는데 방사성 포타슘이 아르곤으로 변환되는 비율은 어떤 조건에서도 일정하고, 처음에 용암이나 마그마에서 기체 아르곤이 방출되어 없어졌을 것이므로 현재 암석에 함유된 함유된(含有된): 속에 포함되어 들어 있는. 방사성 포타슘과 아르곤의 비율을 알면 암석의 생성 시기를 추정할 수 있었다. 1960년대에 같은 대학의 과학자인 돌, 콕스, 댈림플은 잔류 지자기 연구에 포타슘-아르곤 연대 측정을 도입했고 1963년에 신생대 홍적세 홍적세(洪積世, Pleistocene): 신생대 제4기의 첫 번째 세. 약 258만 년 전~1만 1700년 전. 빙하기와 간빙기가 반복된 시기. 의 지자기 역전 시간표를 대략적으로 제시할 수 있었다. 오스트레일리아의 과학자들은 하와이의 용암 흐름의 연대 측정을 토대로 자신들의 지자기 역전 시간표를 제시하였는데 그것은 캘리포니아 대학 연구 팀의 결과와 차이가 있었고, 그들은 굳은 용암을 채취하는 깊이가 몇 미터만 달라져도 다른 시대의 암석이 채취되므로 엄청난 정도가 매우 크거나 심한 주의가 요구된다는 것을 곧 깨닫게 되었다. 1965년에 콕스와 댈림플은 미국 뉴멕시코주의 하라미요 샛강(Jaramillo Creek) 근처에서 채취한 암석 샘플을 통해 최근의 지자기 역전인 &lsquo;하라미요 역전&rsquo;의 시기를 약 100만 년 전으로 확정하였다. 이들의 연구 결과는 홍적세의 온전한 온전한: 빠지거나 모자람 없이 완전한. 지자기 역전 시간표로서 1966년에 미국의 과학 학술지인 &lsquo;사이언스&rsquo;에 발표되었고 이에 따라 지자기 역전은 과학적 사실로 사실(事實): 실제로 있는 그대로. 널리 받아들여지게 되었다. 어휘 정리 (30개+) 어휘 뜻 고지자기(古地磁氣) 과거의 지구 자기장. 암석에 기록된 지질 시대의 자기장 정보. 잔류 지자기(殘留地磁氣) 암석이 굳을 때 기록된 과거 지구 자기장의 흔적. 각운동량(角運動量) 회전하는 물체의 운동량. 질량·속도·반경에 의해 결정됨. 자전(自轉) 천체가 자기 축을 중심으로 도는 것. 자성 물질(磁性物質) 자기적 성질을 가진 물질. 자철석 등 자기장에 반응하는 광물. 마그마(magma) 지하 깊은 곳에서 암석이 녹아 생긴 고온의 액체 상태 물질. 가설(假說) 아직 검증되지 않은 이론적 추측. 잠정적 설명. 반박(反駁) 남의 주장이 잘못임을 논리적으로 밝힘. 지질 시대(地質時代) 지구 역사를 지층·화석으로 구분한 시대. 자극(磁極) 지구 자기장의 극. 자기 북극·남극. 대륙 이동설(大陸移動說) 대륙이 이동하여 현재 위치에 도달했다는 학설. 베게너 제안. 변칙(變則) 일반적 규칙에서 벗어난 현상. 전무(全無) 전혀 없음. 정설(定說) 학계에서 옳다고 인정된 학설. 지자기 역전(地磁氣逆轉) 지구 자기장의 방향이 180도 반대로 바뀌는 현상. 추론(推論) 알고 있는 것을 바탕으로 모르는 것을 이끌어 냄. 방사성(放射性) 원자핵이 방사선을 방출하며 다른 원소로 변환되는 성질. 동위 원소(同位元素) 같은 원소이지만 중성자 수가 달라 질량이 다른 원소. 붕괴(崩壞) 방사성 원자핵이 방사선을 방출하며 다른 핵으로 변환되는 현상. 함유된(含有된) 속에 포함되어 들어 있는. 홍적세(洪積世) 신생대 제4기 첫 번째 세. 약 258만~1만 1700년 전. 온전한 빠지거나 모자람 없이 완전한. 대략적(大略的) 대충 어림잡은. 정확하지 않고 대강의. 보고서(報告書) 조사·연구 결과를 정리한 문서. 규모(規模) 사물의 크기나 범위. 저명한 세상에 널리 이름이 알려진. 학계(學界) 학문 연구에 종사하는 사람들의 세계. 인정(認定) 옳다고 여겨 받아들임. 지지(支持) 찬성하여 뒷받침함. 별개(別個) 서로 관련 없는 별도의 것. 간격(間隔) 사이의 거리나 시간의 틈. 미약한 매우 약한. 흔적(痕迹) 어떤 현상이 지나간 뒤 남은 표시. 배경지식 — 펼치기 &#9660; 잔류 자기와 열잔류자기(TRM) 암석이 형성될 때, 특히 용암이 냉각되어 굳을 때 그 안의 자성 광물(자철석·티타노마그네타이트 등)이 당시 지구 자기장 방향으로 정렬된다. 암석이 완전히 굳은 후에도 이 정렬 상태가 유지되는 것을 열잔류자기(TRM, Thermoremanent Magnetization)라 한다. 이를 통해 수백만 년 전의 지구 자기장 방향을 알 수 있으며, 고지자기 연구의 핵심 자료가 된다. 퀴리점(Curie point) 이하로 냉각될 때 자성 물질이 자기장 방향으로 고정되는 원리이다. 지자기장과 쌍극자 모형 지구 자기장은 지구 내부 외핵의 유동하는 철·니켈 액체에서 생기는 전류에 의해 만들어진다(다이나모 이론). 현재는 자기 북극이 지리적 북극 근처에 있어 나침반이 북쪽을 가리키지만, 지질 역사상 수백 회에 걸쳐 자기 남극과 북극이 뒤바뀌었다. 가장 최근의 역전(마투야마-브루네스 역전)은 약 78만 년 전에 일어났다. 판구조론과 해저 확장설 베게너의 대륙 이동설은 1950~60년대 고지자기 연구와 해저 탐사에 의해 부활하였다. 해저 산맥인 해령에서 마그마가 분출하여 새로운 해저 지각이 만들어지고, 지자기 역전에 따른 줄무늬 패턴이 해령 양쪽에 대칭으로 나타난다. 이를 해저 확장설이라 하며, 판구조론의 핵심 증거가 되었다. 해령에서 멀수록 암석이 오래된 것도 해저 확장을 뒷받침한다. 방사성 연대 측정법의 원리 방사성 동위 원소는 일정한 속도(반감기)로 다른 원소로 붕괴된다. 포타슘-아르곤(K-Ar) 측정법은 방사성 K-40이 Ar-40으로 붕괴되는 비율을 이용한다. 용암이 식으면 기체인 아르곤이 모두 빠져나가 아르곤이 0인 상태에서 시작하므로, 현재 K-40과 Ar-40의 비율을 측정하면 암석의 나이를 계산할 수 있다. 시간이 지날수록 K-40은 줄고 Ar-40은 늘어나므로, Ar-40의 상대 비율이 클수록 오래된 암석이다. 핵심 구조: 이 지문은 &lsquo;블래킷 가설 → 잔류 지자기 연구 → 대륙 이동설 부활 → 지자기 역전 발견 → K-Ar 연대 측정으로 시간표 확정&rsquo;의 역사적 전개를 따른다. 각 단계에서 가설 제기 → 경험적 증거에 의한 판정 의 패턴이 반복된다. &#9998; 구조 분석 지문 유형 유형 설명형 — 고지자기 연구의 역사적 전개 과정을 시간 순서에 따라 설명하며, 가설의 제기와 검증 과정을 중심으로 서술한다. 주제 고지자기 연구를 통한 지자기 역전의 발견 — 잔류 지자기 연구가 대륙 이동설 부활과 지자기 역전 사실 확정으로 이어진 역사적 과정 해제 이 글은 지자기 역전의 발견이 이루어진 과정을 역사적으로 살피고 있다. 물리학자 블래킷의 가설이 잔류 지자기 연구를 촉발하였고, 이는 베게너의 대륙 이동설을 부활시켰다. 이후 잔류 지자기 연구로 지자기 역전이 발견되었으며, 포타슘-아르곤 방사성 연대 측정법으로 역전 시기를 정확히 측정함으로써 과학적 사실로 확립되었다. 문단별 중심 내용 문단 핵심 내용 역할 ① 블래킷의 가설 제기와 잔류 지자기 연구의 시작 — 회전체 자기장 가설 → 반박, 그러나 잔류 지자기 연구 지속 화제 도입 ② 잔류 지자기 연구가 대륙 이동설을 부활시킴 — 자극 이동 가설 반박 → 대륙 이동 가설 지지 → 베게너 이론 되살림 전개 1 ③ 지자기 역전 가설의 대두와 수용 — 잔류 지자기의 변칙 발견 → 경쟁 가설 → 지자기 역전설 정설화 [A] 전개 2 ④ K-Ar 연대 측정법으로 지자기 역전 시간표 확정 — 뤼턴 → K-Ar 측정법 개발 → 하라미요 역전 확정 → 과학적 사실 인정 심화 + 마무리 논리 흐름도 ① 블래킷 가설 (1940년대) &rarr; 반박됨, 잔류 지자기 연구 촉발 &darr; ② 잔류 지자기 + 대륙 이동 &rarr; 베게너의 대륙 이동설 부활 (1960년대 초) &darr; ③ 지자기 역전 발견 &rarr; 경쟁 가설 중 지자기 역전설 채택, 정설화 &darr; ④ K-Ar 연대 측정 &rarr; 하라미요 역전 확정 (1965), 사이언스 발표 (1966) 핵심 포인트 5선 Key 1. 잔류 지자기(殘留地磁氣)의 역할 용암·마그마가 식을 때 자성 물질이 당시 지구 자기장 방향으로 정렬되어 고체화된다. 이 잔류 지자기가 (1) 블래킷 가설 반박, (2) 대륙 이동설 부활, (3) 지자기 역전 발견의 핵심 증거로 세 번 작동한다는 점을 파악해야 한다. Key 2. 고지자기학의 두 가설 경쟁 구도 2문단: 자극 이동설 vs. 대륙 이동설 → 인도·기타 지역 관측으로 대륙 이동 가설 채택. 3문단: 암석 자체 역전 가설 vs. 지구 자기장 역전 가설 → 물리적 증거 부재 vs. 관측 지지로 지자기 역전설 채택. 두 경쟁 구도 모두 경험적 증거에 의해 판정된다. Key 3. 포타슘-아르곤 연대 측정법의 전제와 원리 ① 변환 비율 일정성(어떤 조건에서도) ② 초기 아르곤 부재(용암 냉각 시 기체 아르곤 방출) ③ 역변환 없음(Ar→K 불가 가정) ④ 외부 공급 없음. 이 네 가지 전제 하에, K:Ar 비율로 생성 시기를 추정한다. Ar 비율이 높을수록(K 비율이 낮을수록) 오래된 암석이다. Key 4. 베게너의 대륙 이동설과 잔류 지자기의 선후 관계 베게너(1910년대)는 잔류 지자기에 근거하지 않고 대륙 이동설을 주장했다. 잔류 지자기 증거가 나중에(1960년대 초) 베게너의 주장을 뒷받침했다. 인과 관계를 역방향으로 이해하면 오답에 걸린다. &lsquo;주장 근거 → 나중에 지지&rsquo; 구조를 정확히 파악하라. Key 5. 용암 채취 깊이와 연대 측정의 주의 오스트레일리아 과학자들의 사례: 용암을 채취하는 깊이가 몇 미터만 달라져도 다른 시대 암석이 채취된다. 이는 깊이에 따라 분출 시기가 달라질 수 있음을 보여 주며, 연대 측정 시 &lsquo;엄청난 주의&rsquo;가 필요하다는 것이지 시간표 확정이 &lsquo;불가능&rsquo;하다는 뜻이 아니다. 핵심 개념 사전 (12개) 잔류 지자기(殘留地磁氣, Remanent Magnetism) 암석이 형성될 때 기록된 과거 지구 자기장의 흔적. 용암·마그마가 식을 때 자성 물질(자철석 등)이 당시 자기장 방향으로 정렬되어 남는다. 과거 지구 자기장의 방향·세기를 알 수 있는 핵심 자료이며, 대륙 이동과 지자기 역전을 증명하는 증거이다. 블래킷의 가설(Blackett hypothesis) 모든 회전하는 물체는 각운동량에 비례하는 자기장을 형성한다는 가설. 이에 따르면 지구의 자전 방향이 일정하면 지구 자기장의 방향도 바뀔 수 없어야 한다. 그러나 잔류 지자기 측정 결과 지자기 방향이 바뀐다는 것이 드러나 반박되었다. 고지자기학(古地磁氣學, Paleomagnetism) 지구의 과거 자기를 연구하는 학문. 암석에 기록된 잔류 지자기를 분석하여 과거 지구 자기장의 방향·세기를 밝히는 분야. 대륙 이동설 부활과 지자기 역전 발견에 결정적으로 기여했다. 대륙 이동설(大陸移動說) 베게너(1912)가 제안한 학설. 대륙들이 과거에 하나로 연결되어 있다가 이동하여 현재 위치에 도달했다는 주장. 당시 이동 원동력을 설명하지 못해 인정받지 못했으나, 잔류 지자기 증거로 1960년대에 부활, 판구조론의 기초가 되었다. 자극 이동설 vs. 대륙 이동설 잔류 지자기가 시대에 따라 다르게 나타나는 현상을 설명하는 경쟁 가설. 자극 이동설은 대륙 고정, 지자기 극이 이동한다고 봄. 같은 시점 암석의 잔류 지자기가 지역마다 다른 자극을 가리키는 관측 결과로 자극 이동설이 반박되고 대륙 이동설이 채택되었다. 지자기 역전(地磁氣逆轉, Geomagnetic Reversal) 지구 자기장의 방향이 180도 완전히 반대로 바뀌는 현상. 수백만 년의 간격으로 발생하며, 암석의 잔류 지자기에서 반대 방향을 가리키는 변칙으로 발견되었다. 전 지구적 현상이므로, 특정 지역에서 확정된 역전 시기는 다른 지역에도 동일하게 적용된다. 암석 자체 역전 가설 잔류 지자기가 전 지구적 자기장 역전이 아니라 암석 내부에서 자체적으로 역전된다는 가설. 이에 대한 물리적 증거가 전무하여 지지를 얻지 못하고, 지구 자기장이 역전된다는 가설이 정설로 수용되었다. 포타슘-아르곤(K-Ar) 연대 측정법 방사성 K-40이 Ar-40으로 붕괴되는 일정한 비율을 이용하여 암석의 생성 시기를 측정하는 방법. 용암이 굳을 때 기체 아르곤이 방출되어 초기 아르곤은 0이므로, 현재 K:Ar 비율로 경과 시간을 계산한다. Ar 비율이 클수록 오래된 암석이다. 하라미요 역전(Jaramillo Event) 콕스와 댈림플이 1965년 미국 뉴멕시코주 하라미요 샛강 근처 암석 샘플로 확정한 지자기 역전 사건. 시기는 약 100만 년 전. 이 연구 결과가 1966년 『사이언스』에 발표되면서 지자기 역전이 과학적 사실로 널리 받아들여졌다. 뤼턴의 보고서(1959) 네덜란드 과학자 뤼턴이 잔류 지자기를 근거로 대략적인 지자기 역전 시기를 지질 시대와 비교하여 제시한 보고서. 정확한 시간 규모를 측정할 수 없다는 한계가 있었으며, 이후 K-Ar 연대 측정법의 도입으로 극복되었다. 홍적세(洪積世, Pleistocene) 신생대 제4기의 첫 번째 세. 약 258만 년 전~1만 1700년 전. 빙하기와 간빙기가 반복된 시기. 콕스, 돌, 댈림플이 이 시기의 지자기 역전 시간표를 연구했다. 경험적 증거에 의한 가설 판정 이 지문에서 가설 판정의 핵심 방식. 블래킷 가설 반박, 자극 이동 vs. 대륙 이동, 암석 자체 역전 vs. 지자기 역전 모두 논리적 연역이나 권위가 아닌, 후속하는 경험적 관측 증거에 의해 판정이 이루어졌다. <보기> 문제(3번)의 핵심 개념. 가설 경쟁 과정 비교 문단 가설 A (탈락) 가설 B (채택) 판정 근거 1문단 블래킷: 회전체 → 자기장 불변 지자기 방향 바뀜 (관측) 잔류 지자기 측정 2문단 대륙 고정 + 자극 이동 대륙 이동 같은 시점 암석의 잔류 지자기가 지역마다 다른 자극 가리킴 3문단 암석 자체 역전 지구 자기장 역전 물리적 증거 전무 vs. 더 많은 관측 지지 Tip 세 경쟁 구도 모두 경험적 증거(관측)에 의해 판정되었다. 수능 <보기> 문제에서 ⓓ(후속하는 경험적 증거에 의한 판정)에 해당한다. 학습 팁 Tip 1. K:Ar 비율 해석 포타슘:아르곤 비율에서 아르곤이 상대적으로 많을수록(K:Ar 값이 작을수록) 더 오래된 암석이다. 200:1보다 50:1이 Ar 비율이 높으므로 50:1인 암석이 더 오래된 것이다. 비율 방향을 헷갈리지 말 것. Tip 2. [A] 구간 특정 [A]는 3문단 전체다. 두 경쟁 가설(암석 자체 역전 vs. 지자기 역전), 판정 방식(경험적 관측), 암석 생성 시기 확정 시 역전 시기 파악 가능 예상 — 이 세 가지가 [A]의 핵심이다. 문제에서 [A]의 범위를 반드시 확인하라. Tip 3. 베게너와 잔류 지자기 — 시간 순서 베게너 주장(1910년대) → 학계 무시 → 잔류 지자기 증거 나옴 → 베게너 이론 부활(1960년대 초). 베게너가 잔류 지자기를 근거로 주장한 것이 절대 아니다. 시간적 선후를 반드시 기억하라. &#10004; 문제풀기 내 점수 0 / 0 OX 확인 문제 (20문항) 1. 블래킷은 지구를 포함한 모든 회전하는 물체는 각운동량에 비례하는 자기장을 형성한다고 주장했다. basic O X 2. 블래킷의 가설에 따르면, 지구의 자전 방향이 일정하면 지구 자기장의 방향도 바뀔 수 없다. basic O X 3. 용암이나 마그마가 식기 전에 그 안의 자성 물질이 지구 자기장의 방향을 따라 정렬된 채 남아 있기 때문에 잔류 지자기가 형성된다. basic O X 4. 잔류 지자기 증거는 베게너의 대륙 이동설을 지지하는 것으로 보였고, 이미 1910년대에 제기되었다가 인정받지 못했던 베게너의 주장이 부활하게 되었다. basic O X 5. 잔류 지자기가 암석에서 자체적으로 역전된다는 가설은 물리적 증거가 전무했다. basic O X 6. 방사성 포타슘이 아르곤으로 변환되는 비율은 어떤 조건에서도 일정하다. basic O X 7. 콕스와 댈림플은 하라미요 역전의 시기를 약 100만 년 전으로 확정하였다. basic O X 8. 자극 이동 가설이 맞다면, 지질 시대의 같은 시점에 형성된 암석은 어느 곳에 있든 잔류 지자기가 같은 자극의 위치를 가리켜야 한다. intermediate O X 9. 블래킷의 가설은 반박되었지만, 잔류 지자기에 대한 연구자들의 관심은 지속되었다. intermediate O X 10. 뤼턴은 1959년에 잔류 지자기를 근거로 지자기 역전 시기를 지질 시대와 비교하는 보고서를 제시했으나 정확한 시간 규모를 측정하지 못했다. intermediate O X 11. 처음에 용암이나 마그마에서 기체 아르곤이 방출되어 없어졌으므로, 현재 암석에 함유된 방사성 포타슘과 아르곤의 비율로 암석의 생성 시기를 추정할 수 있다. intermediate O X 12. 오스트레일리아의 과학자들은 하와이 용암 흐름 연대 측정을 토대로 지자기 역전 시간표를 제시하였는데, 그 결과는 캘리포니아 대학 연구 팀의 결과와 차이가 있었다. intermediate O X 13. 돌, 콕스, 댈림플은 1963년에 신생대 홍적세의 지자기 역전 시간표를 대략적으로 제시하였다. intermediate O X 14. 지자기 역전은 대륙 이동설과 별개로, 잔류 지자기 연구에서 지구 자기장이 완전히 반대 방향을 가리키는 변칙이 발견되면서 추론되었다. intermediate O X 15. 방사성 포타슘과 아르곤의 비율이 200:1인 암석은 50:1인 암석보다 더 오래되었다고 판정해야 한다. hard O X 16. 잔류 지자기 역전이 발견된 지역에서만 지자기 역전이 일어났다고 볼 수 있다. hard O X 17. 굳은 용암을 채취하는 깊이가 달라져도 같은 시대의 암석이 채취되므로 지자기 역전 시기 측정에는 특별한 주의가 필요 없다. hard O X 18. 암석에서 자체적으로 일어난 잔류 지자기 역전을 근거로 전 지구적 지자기 역전이 일어났음을 인정할 수 있다. hard O X 19. [A]에서 가설 판정이 이루어진 방식은 <보기>의 ⓐ(정립된 이론이 한쪽 가설을 지지하여 논쟁 종식)에 해당한다. hard O X 20. 지자기 역전이 과학적 사실로 발표된 학술지 『사이언스』 게재는 1963년의 일이다. hard O X 함정특강 1. 비율 해석 역전 함정 포타슘(K):아르곤(Ar) 비율에서 시간이 지날수록 K는 줄고 Ar은 늘어난다. 따라서 K:Ar 비율 값이 작을수록(Ar이 상대적으로 많을수록) 더 오래된 암석이다. 200:1보다 50:1이 Ar 비율이 높으므로 50:1인 암석이 더 오래된 것이다. '비율이 크면 오래됐다'고 착각하지 말 것. 함정특강 2. 베게너와 잔류 지자기의 인과 관계 전도 베게너(1910년대)는 잔류 지자기 증거를 가지고 대륙 이동설을 주장한 것이 아니다. 잔류 지자기 연구는 베게너 이후에 이루어졌고, 그 결과가 베게너의 주장을 뒷받침한 것이다. '근거 → 주장'이 아니라 '주장 → 나중에 근거 확보'의 순서를 기억하라. 함정특강 3. '엄청난 주의' ≠ '불가능' 오스트레일리아 과학자들이 용암 채취 깊이에 따라 다른 시대 암석이 나온다는 것을 깨달았을 때, 이는 '엄청난 주의가 요구된다'는 뜻이지 연대 측정이 불가능하다는 뜻이 아니다. 실제로 콕스와 댈림플은 이후 하라미요 역전 시기를 성공적으로 확정하였다. 수능특강 문제 (1~5번) 1 윗글의 내용과 부합하지 않는 것은? ① 블래킷은 지구의 자전 때문에 지구 자기장이 형성된다고 주장했다. ② 베게너는 암석의 잔류 지자기 증거에 근거하여 대륙 이동설을 주장했다. ③ 뤼턴은 잔류 지자기를 근거로 지자기 역전 시기를 지질 시대와 관련지어 제시했다. ④ 돌은 동료들과 함께 포타슘-아르곤 연대 측정을 사용해서 지자기 역전 시기를 탐구했다. ⑤ 콕스와 댈림플은 샘플을 근거로 최근의 지자기 역전 시기를 약 100만 년 전으로 확정했다. 출제 의도 세부 내용 파악 — 각 과학자의 연구 내용을 정확히 이해하는지 변별한다. 선지 분석 ① 적절 — 1문단: 블래킷은 모든 회전하는 물체는 각운동량에 비례하는 자기장을 형성한다고 주장하였으므로, 지구의 자전 때문에 자기장이 형성된다고 볼 수 있다. ② 부합하지 않음 (정답) — 2문단: 베게너는 1910년대에 대륙 이동설을 주장했으나, 잔류 지자기 증거가 나중에 베게너의 주장을 뒷받침한 것이다. 베게너가 잔류 지자기에 근거하여 주장한 것이 아니다. ③ 적절 — 4문단: 뤼턴이 잔류 지자기를 근거로 대략적인 지자기 역전 시기를 지질 시대와 비교하는 보고서를 제시하였다. ④ 적절 — 4문단: 돌, 콕스, 댈림플은 잔류 지자기 연구에 포타슘-아르곤 연대 측정을 도입했다. ⑤ 적절 — 4문단: 콕스와 댈림플은 하라미요 샛강 근처 암석 샘플로 하라미요 역전 시기를 약 100만 년 전으로 확정했다. 함정 해부 [인과 관계 전도] 잔류 지자기 증거가 베게너의 주장을 뒷받침한 것이지, 베게너가 잔류 지자기에 근거하여 주장한 것이 아니다. 시간적 선후 관계에 주의. 2 윗글을 읽고 추론한 내용으로 가장 적절한 것은? ① 지자기 역전은 잔류 지자기가 검출되기 전에 발견되었다. ② 약 100만 년 전에 하라미요 샛강 이외의 지역에서도 지자기 역전이 일어났다. ③ 대륙이 움직인 경우 잔류 지자기 검출을 통해 지자기 역전이 일어남을 설명할 수 없다. ④ 깊이에 따라 분출 시기가 다른 용암이 채취된 경우 지자기 역전 시기의 확정이 불가능하다. ⑤ 암석에서 자체적으로 일어난 잔류 지자기 역전을 근거로 전 지구적 지자기 역전이 일어남을 인정할 수 있다. 출제 의도 생략된 내용 추론 — 지자기 역전이 전 지구적 현상임을 추론할 수 있는지 변별한다. 선지 분석 ① 부적절 — 3문단: 잔류 지자기를 연구하다가 지자기 역전이 발견되었으므로, 잔류 지자기 검출 이전에 발견된 것이 아니다. ② 가장 적절 (정답) — 3문단: 지자기 역전은 수백만 년 간격으로 지구 자기장이 180도 뒤바뀌는 전 지구적 현상이므로, 하라미요 샛강뿐 아니라 같은 시기 다른 지역에서도 역전이 일어났음을 추론할 수 있다. ③ 부적절 — 대륙 이동과 별개로 잔류 지자기 검출을 통해 지자기 역전을 확인할 수 있다고 서술되어 있다. ④ 부적절 — 4문단: 주의가 요구되지만 불가능하지는 않다. 연구자들은 실제로 시간표를 확정하였다. ⑤ 부적절 — 3문단: 암석 자체 역전과 전 지구적 역전은 상반된 가설이므로, 전자를 근거로 후자를 인정할 수 없다. 함정 해부 [범위 혼동] ④는 '주의가 요구됨'을 '불가능'으로 과장한 오답이다. '엄청난 주의가 요구된다'는 표현은 불가능을 의미하지 않는다. 3 <보기>의 &#9398;~&#9402; 중 [A]에서 찾을 수 있는 것은? < 보 기 > 과학 탐구 과정에서 하나의 관찰된 현상을 설명하기 위하여 경쟁하는 가설들이 제시되면 가설을 판가름하는 과정에서 다양한 상황이 전개될 수 있다. &#9398;경쟁하는 가설들이 상충할 경우에 하나의 정립된 이론이 한쪽의 가설만을 지지함으로써 논쟁을 종식하는 경우가 있다. 또는 &#9399;어느 쪽 가설이 더 철저한 논리로 논증을 뒷받침할 수 있는가가 관건이 되기도 한다. 어떤 경우는 &#9400;다수의 과학자가 지지하는 가설이 소수의 과학자가 지지하는 가설을 이기지 못하는 경우도 있다. 흔히는 &#9401;후속하는 경험적 증거들이 한쪽 가설을 지지하고 다른 가설은 지지하지 않음으로써 판정이 이루어진다. 또는 &#9402;확정된 이론으로부터 수학적 연역을 통해 특정 가설만을 지지함으로써 가설 판정이 이루어지는 경우도 있다. ① &#9398; ② &#9399; ③ &#9400; ④ &#9401; ⑤ &#9402; 출제 의도 세부 내용 파악 — [A] 부분의 가설 판정 유형을 보기와 대응시킬 수 있는지 변별한다. 선지 분석 ① 부적절 — [A]에는 정립된 이론이 한쪽 가설을 지지하여 논쟁을 종식한 사례가 없다. ② 부적절 — [A]의 가설 판정은 논리적 논증이 아니라 더 많은 관측 결과(경험적 증거)에 의한 것이다. ③ 부적절 — [A]에서 더 많은 연구자가 지지하는 가설(지자기 역전)이 정설이 되었으므로, 다수가 소수에 진 사례가 아니다. ④ 정답 — [A]에서 암석 자체 역전 가설은 물리적 증거가 전무했고, 지구 자기장 역전 가설이 더 많은 관측 결과(경험적 증거)에 의해 지지를 받아 정설로 수용되었다. ⑤ 부적절 — [A]에는 수학적 연역을 통한 가설 판정 사례가 없다. 함정 해부 [유사 개념 혼동] &#9399;(논리적 논증)과 &#9401;(경험적 증거)를 구분해야 한다. [A]의 판정 근거는 '더 많은 관측 결과'이므로 경험적 증거(ⓓ)에 해당한다. 4 ㉠에 대한 이해로 적절하지 않은 것은? ① 방사성 포타슘 동위 원소 원자핵은 방사선을 방출하면서 원자핵이 변환된다. ② 아르곤 원자핵은 방사성 포타슘 원자핵으로 변환할 가능성이 없다고 가정한다. ③ 제3의 물질이 조사 대상인 암석에 방사성 포타슘을 공급해 주지 않는 것으로 가정한다. ④ 방사성 포타슘과 아르곤의 비율이 200:1인 암석이 50:1인 암석보다 더 오래되었다고 판정한다. ⑤ 용암의 초기 온도가 달라진다고 하더라도 방사성 포타슘 원자핵의 변환 속도는 일정하다고 가정한다. 출제 의도 생략된 내용 추론 — 포타슘-아르곤 연대 측정법의 원리와 가정을 정확히 이해하는지 변별한다. 선지 분석 ① 적절 — 4문단: 방사성 포타슘 동위 원소 원자핵은 방사선을 방출하면서 아르곤 원자핵으로 붕괴된다. ② 적절 — 아르곤이 포타슘으로 역변환되면 비율로 시간을 측정할 수 없게 되므로, 역변환이 없다고 가정해야 한다. ③ 적절 — 외부에서 포타슘이 공급되면 비율이 변하여 정확한 측정이 불가능하므로, 외부 공급이 없다고 가정해야 한다. ④ 적절하지 않음 (정답) — 시간이 지나면 포타슘은 줄고 아르곤은 늘어난다. 200:1보다 50:1일 때 아르곤의 상대적 비율이 더 크므로 50:1인 암석이 더 오래된 것이다. 200:1인 암석이 더 오래되었다는 판정은 잘못이다. ⑤ 적절 — 4문단: 변환 비율은 어떤 조건에서도 일정하므로 온도가 달라져도 속도는 일정하다. 함정 해부 [비율 해석 오류] 포타슘:아르곤 비율에서 아르곤이 상대적으로 많을수록(비율 값이 작을수록) 더 오래된 암석이다. 200:1은 아르곤이 적어 젊은 암석이다. 5 윗글을 참고하여 <보기>를 이해한 내용으로 적절하지 않은 것은? < 보 기 > 1950년대에 배 뒤에 매달아 끌고 다니는 자기계로 해저 지각의 잔류 지자기를 측정할 수 있는 기술이 실용화되었다. 미국의 해양 탐사 팀은 이 기술을 활용하여 해저 잔류 지자기 탐사를 진행하였는데 그 결과로 뜻하지 않게 중대한 발견이 이루어졌다. 탐사에 따르면 많은 해저 지역이 균일하게 용암이 굳어 형성된 현무암으로 이루어져 있었고 해저 암석은 육상 암석에 비해 연대가 오래되지 않았다. 특히 해저 산맥인 해령은 가장 젊은 현무암으로 이루어져 있었다. 해령 근처의 해저 잔류 지자기의 패턴은 해령을 사이에 두고 대칭적으로 나타났다. 즉 해령에서 시작하여 멀어지면서 규칙적으로 지자기 정상 구역과 지자기 역전 구역이 띠 모양으로 번갈아 평행하게 분포한다. 이것은 해령에서 생긴 해저 지각이 해령에서 멀어지는 방향으로 이동하고 있다는 증거였다. 이후 더 많은 증거로부터 해저가 해령에서 생성되어 확장되고 있음이 사실로 받아들여졌다. ① 지자기 역전은 육상 암석뿐 아니라 해저 암석에서도 잔류 지자기로 확인된다. ② 지자기 역전 개념은 해령으로부터 해저 지각이 확장된다는 것을 발견하는 근거가 되었다. ③ 해령에서 용암이 솟구쳐 해저에서 현무암이 형성될 때 가장 늦게 형성된 현무암은 지자기 역전 구역에 해당할 것이다. ④ 탐사 팀은 해저 암석에 남아 있는 자성 물질이 배열된 방향을 조사하여 해저 잔류 지자기의 정상 구역과 역전 구역의 띠를 찾을 수 있었을 것이다. ⑤ 해저 지각의 샘플들에 포타슘-아르곤을 이용한 암석 연대 측정법을 적용한다면 해령에서 먼 곳의 현무암이 가까운 곳의 현무암보다 방사성 포타슘에 대한 아르곤의 비율이 더 높을 것이다. 출제 의도 구체적 사례 적용 — 지문의 개념을 보기의 해저 탐사 사례에 적용할 수 있는지 변별한다. 선지 분석 ① 적절 — 보기에서 해저 암석에서도 잔류 지자기 정상/역전 구역이 나타나므로, 해저에서도 지자기 역전이 확인된다. ② 적절 — 보기에서 지자기 정상/역전 구역의 대칭 패턴이 해저 확장의 증거가 되었으므로, 지자기 역전 개념이 근거가 되었다. ③ 적절하지 않음 (정답) — 보기에서 해령은 가장 젊은 현무암으로 이루어져 있다. 가장 늦게 형성된 현무암은 해령 근처에 있으며, 이는 현재 지자기 방향(정상)으로 형성된 것이므로 지자기 정상 구역에 해당한다. ④ 적절 — 1문단에서 자성 물질의 정렬 방향으로 지자기 방향을 확인할 수 있다고 했으므로, 탐사 팀도 같은 방법으로 구역을 구분했을 것이다. ⑤ 적절 — 해령에서 먼 곳의 현무암이 더 오래되었으므로, 포타슘 대비 아르곤의 비율이 더 높을 것이다. 함정 해부 [시간 순서 혼동] '가장 늦게 형성된 현무암' = 해령 근처 = 가장 젊음 = 현재 자기장 방향 = 정상 구역이다. '역전 구역'으로 착각하게 유도하는 함정. &#9733; 연계 포인트 수능 출제 핵심 포인트 Point 1. 가설의 경쟁과 경험적 판정 과정 이 지문의 핵심은 과학적 가설이 경험적 증거에 의해 판정되는 과정이다. 블래킷의 가설 반박, 자극 이동 vs. 대륙 이동, 암석 자체 역전 vs. 지자기 역전 등 매 문단마다 가설 경쟁 구도가 나타나며, 판정 근거가 무엇인지 정확히 파악하는 것이 핵심이다. 수능 <보기> 문제에서 직접 출제되는 구조이다. Point 2. 포타슘-아르곤 연대 측정법의 원리와 전제 가정 변환 비율의 일정성, 초기 아르곤 부재 가정, 역변환 없음 가정, 외부 공급 없음 가정 등 측정법의 전제 조건을 정확히 이해해야 한다. 특히 포타슘:아르곤 비율과 암석 연대의 관계에서 비율 해석을 혼동하지 않도록 주의한다. 4번 문제 유형에서 직접 출제된다. Point 3. 베게너의 대륙 이동설과 잔류 지자기의 선후 관계 베게너가 잔류 지자기에 근거하여 주장한 것이 아니라, 잔류 지자기 증거가 나중에 베게너의 주장을 뒷받침한 것이다. 인과 관계의 시간적 선후를 정확히 구분하는 문제가 빈출한다. 1번 문제의 정답 근거. Point 4. 해저 확장설과 지자기 역전의 연계 <보기> 5번 문제에서 해저 확장설 내용이 제시되었다. 해령 = 가장 젊은 암석 = 정상 구역, 해령에서 멀수록 오래된 암석이라는 관계를 이해하고, 지자기 역전 개념을 해저 지각에 적용하는 능력이 필요하다. Point 5. 과학사 지문의 역사적 전개 흐름 파악 연대 순서: 블래킷(1940년대) → 베게너 이론 부활(1960년대 초) → 지자기 역전 정설화 → 뤼턴 보고서(1959) → K-Ar 측정법 도입 → 홍적세 시간표(1963) → 하라미요 역전 확정(1965) → 사이언스 발표(1966). 각 사건의 순서와 인과 관계를 정확히 파악하라. 학습 팁 모음 Tip A. 이 지문의 3가지 경쟁 가설 구도 ① 블래킷(불변) vs. 관측(변함) → 관측 승리 / ② 자극 이동 vs. 대륙 이동 → 대륙 이동 승리 / ③ 암석 자체 역전 vs. 지자기 역전 → 지자기 역전 승리. 세 구도 모두 경험적 증거에 의한 판정임을 기억하라. Tip B. 잔류 지자기의 세 가지 기능 (1) 블래킷 가설 반박의 증거 / (2) 자극 이동 vs. 대륙 이동 판정의 증거 / (3) 지자기 역전 발견의 증거 → 하나의 개념이 세 차례 다른 맥락에서 사용된다. Tip C. 수능 연계 독해 전략 역사적 서술 지문에서는 '누가 → 언제 → 무엇을 주장/발견 → 어떻게 판정'의 4단계 정보를 표로 정리하면서 읽어라. 특히 인물 간 관계(뒤이어 증명해준 관계, 반박 관계)를 놓치지 말 것. 기출 매칭 및 연계 &#128218; 판구조론 / 해저 확장설 연계 대륙 이동설 → 해저 확장설 → 판구조론의 흐름. 잔류 지자기와 방사성 연대 측정이 결합된 논증 구조. 5번 <보기>가 해저 확장설 내용을 다룬다. &#128218; 과학사 지문 — 가설 검증 과정 패턴 가설 제기 → 반박/지지 → 새로운 가설 → 경험적 증거에 의한 판정의 구조는 수능 과학 지문의 전형적 패턴이다. 3번 <보기> 문제가 이 패턴을 직접 묻는다. &#9881; 방사성 연대 측정법 연계 개념 탄소-14 연대 측정법(고고학·생명과학 연계), 우라늄-납 측정법(지질학 연계) 등 다양한 방사성 연대 측정법과 원리를 비교하여 이해하라. K-Ar법의 적용 범위는 수백만~수십억 년이다.