사전작성:  buf63falo 태양계의 행성(行星) 중 하나로 인류가 살고 있는 천체.
태양으로부터 세번째 궤도를 돌며, 달을 위성(衛星)으로 가지고 있다. 또한 엷은 대기층으로 둘러싸여 있고, 특유한 지구자기(地球磁氣)를 가지고 있다. 지금까지 알려진 바로는 전우주에서 고등생물이 서식하는 유일한 존재이다.
지구의 기원에 대해서는 예로부터 여러 설이 있었다. 그러나 지구의 기원을 생각할 때 태양계 내의 다른 행성들의 기원과 모순되지 않아야 한다는 점, 태양이 포함된 은하계의 물리적 조건에 적합해야 한다는 점 등을 고려하면 타당성이 있는 지구의 기원설은 크게 줄어든다. 대표적인 지구의 성인설(成因說)로는, 지구가 고온의 가스덩어리에서 형성되었다고 한 I.칸트와 P.S.라플라스로부터 근대의 H.O.알벤으로 이어지는 고온기원설(高溫起源說)과, 태양계의 행성이 저온상태의 우주진(宇宙塵)과 가스덩어리에서 발생하였다고 하는 C.F.바이츠제커와 O.Y.슈미트의 저온기원설(低溫起源說) 등이 있다.
20세기의 과학은 이 중에서 고온기원설보다는 저온기원설에 비중을 두고 있다. 고온기원설에 따르면 지구를 형성한 물질은 원래 태양과 마찬가지로 뜨거운 상태에 있었으며, 중력의 작용으로 응집되어 구형(球形)을 이룬다. 시간이 지나면서 무거운 금속인 철 ·니켈은 중심부에 모여 지구의 핵(core)이 되었고, 가벼운 규산염은 맨틀을 만들었으며, 그 후 지구의 온도가 내려가자 지구 표면에서는 그 일부가 냉각 ·고결되어 지각(地殼)이 형성되었다. 그리고 지각은 서서히 수축되어 주름살을 형성하며 바다와 육지가 만들어졌다.
지각의 두께가 불균일한 것은 맨틀의 대류과정에서 불필요한 찌꺼기가 암석의 정출작용(晶出作用)을 통하여 지구표면의 특정지점으로 집중 분출되었기 때문인데, 이로써 대륙이 형성되었다. 이 가설의 최대 난점(難點)은 물과 산소 ·질소 가스 등이 왜 높은 온도에서 외부로 흩어지지 않고 지각 내에 잔류하였는가 하는 것이다. 또 맨틀의 열전도도(熱傳導度)로 보아 지구와 행성계의 나이 45억 년 동안에 어떻게 지구가 수십만 ℃에서 지금의 온도로 냉각되었는가 하는 점이다.
한편, 저온기원설에서는 태양을 둘러싼 두터운 가스와 우주진의 덩어리가 중심에 있는 태양의 중력(引力)과 가스 내부의 마찰과 열의 방출로 점차 냉각되어 태양의 자전면 내로 집중된 원반(圓盤)상태, 말하자면 토성의 고리와 같은 상태를 가정한다. 그 후 이 원반은 몇 개의 고리로 분리되어 보데의 법칙에 따른 분포를 나타내기에 이르렀다. 이중에 태양에서부터 세번째의 고리가 내부의 마찰과 인력에 의하여 한 점으로 집중되어 원시지구를 형성한다.
그리고 점차 그 크기가 커지며 안정된 구형으로 변했다. 지구 내부에서는 중력 또는 압력의 에너지가 열에너지로 변환되고(보일-샤를의 법칙과 비슷한 작용에 의해), 방사성원소의 붕괴로 생긴 열에 의해 내부온도가 점점 올라갔다. 이 때 순수한 철과 니켈은 규산염이나 산화물에 비하면 그 비중이 큰 데다 더 낮은 온도에서 융해되므로, 아직 용해되지 않아 굳은 상태인 규산염 상태의 물질 속으로 낙하하여 지구중심에 모인다.
이것이 핵(코어)이 되었고, 나머지가 맨틀이 되어, 지구는 물질분포가 균일한 구에서부터 몇 개의 층을 가진 행성으로 진화하였다. 그 동안에도 지구의 내부온도는 더욱 상승하여 규산염물질의 융해점 가까이까지 접근하고, 지구내부압력의 복잡한 분포와 규산염물질의 분포에 의해 이번에는 맨틀상부가 부분적으로 융해된다. 지구가 탄생하여 이 단계에 이르기까지의 시간은 약 1억 년이 걸렸다.
지각과 지구자기자 발생
핵과 맨틀 내에서 비중이 큰 물질이 지구내부를 향해 낙하할 때에 중력퍼텐셜의 에너지는 열에너지로 바뀌어 지구 중심부의 온도를 높이는 역할을 한다. 따라서 하부는 뜨겁고 상부는 차가운 수조(水槽) 속의 온수와 같이 핵과 맨틀의 내부에서는 대류가 생긴다.
맨틀의 대류는 물질의 이동(수 cm/y)과 열전달을 촉진하여 지구내부를 열적 ·중력적 평형상태로 만들고 멈춘다. 이어서 평형상태가 깨지면 다시 대류가 시작되고, 이런 식으로 맨틀의 대류는 몇 회에 걸쳐 단속적으로 일어나고, 그 때마다 맨틀 내에 누적된 비중이 낮은 물질이 지구표면으로 분출되어 지각을 형성한다.
지각의 암석 연대측정(年代測定)에 의하면 이러한 현상은 7억 년에 한번씩 일어난 것으로 추정된다. 지각을 만들 때도 비중이 높은 암석은 해저를 형성하고, 비중이 낮은 암석은 화산분화 등에 의해 지구표면으로 나와(아이소스타시) 대륙을 형성하였다(대륙이동 ·곤드와나대륙). 지각은 맨틀에 비하면 아주 얇고 약해서 맨틀의 지속적인 대류에 의하여 몇 개의 판(대륙괴)으로 부서져 맨틀 위에 떠 있게 되었고, 지각의 열극이나 지각자기(地殼磁氣)가 띠 모양으로 나타나게 되었다.
핵내부의 대류는 그 양상이 명확히 알려져 있지는 않지만, 맨틀과 비슷한 과정을 거치는 것으로 보인다. 핵내부에서는 온도차가 1℃만 되어도 대류가 일어나며, 맨틀로부터의 추정 결과와 지구자기 발생(다이너모이론)을 생각해 볼 때 매우 빠른 속도로 대류하고 있는 것으로 추측할 수 있다.
지구의 대기와 생명
지구표면에서는 대륙의 생성과 함께 해수와 대기층이 만들어졌다. 금성(金星)의 대기성분이나, 우주 속의 물질의 성분비와 화학적 결합강도 등을 고려하면, 지구대기도 처음에는 이산화탄소와 수증기(또는 얼음)가 대부분을 차지했고, 현재와 같이 산소를 20 %나 함유한 대기와는 그 상태가 전혀 달랐다. 게다가 지구의 표면온도는 해수(海水)와 대기가 얼지도 날아가지도 않을 정도이며, 생명체가 발생하기에 꼭 알맞은 －50~100 ℃였다.
생명의 근원인 유기물, 특히 DNA(디옥시리보핵산)와 RNA(리보핵산)가 어떻게 만들어졌는지 알 수 없지만, 유기물이 지구와 같은 행성이면 어디서나 나타난다는 것은 운석(隕石) 중의 유기물로 증명된다. 생물, 그 중에서도 엽록소를 가진 식물의 발생은 지구대기의 성분을 결정적으로 바꾸어 놓았다. 식물은 태양에너지를 빌려 탄소동화작용(炭素同化作用)을 통하여, 그 전까지 대기의 대부분을 차지하던 이산화탄소와 일산화탄소를 산소로 바꾸었다. 해수에서는 이산화탄소가 산소로 바뀌자, 움직이는 생명체(산소를 에너지원으로 사용하는)인 동물군이 발생하였다.
지구의 대기
지구를 둘러싼 대기권은 몇 개의 영역으로 나뉘어 있다. 지구대기는 중력에 의하여 지구에 붙들려 있고, 상공으로 올라갈수록 밀도가 낮아지며, 구성성분에서도 가벼운 원자와 분자가 많아진다. 고도 500km에서부터 지구반지름(6,370km)의 10∼15배의 영역을 지구의 외기권(外氣圈)이라 한다. 대류권(對流圈)에서는 상승기류와 하강기류가 대기를 잘 섞어서 구름 ·비 ·눈 ·뇌전(雷電) ·태풍과 같은 독특한 기상현상을 일으킨다. 대류권상공에서는 평균 －55 ℃ 정도의 온도가 대체로 일정한 영역이 35km 정도 계속된다. 이 부분을 성층권(成層圈)이라 하는데, 대류권과 비교하면 대기운동은 활발하지 않지만 동서방향의 대기순환이 나타난다. 성층권에서는 남북 위도 30° 사이의 적도부에서 끊임없이 동풍이 불며, 중위도에서는 거꾸로 서풍이 지배적이다. 고도 40km 이상이 되면 강한 태양자외선이 대기의 원자와 분자를 해리하거나 이온화[電離]한다.
중간권은 성층권 위에서 고도 90 km까지 펼쳐져 있다. 중간권 이상의 대기에서는 태양자외선의 영향을 받아 광화학반응(光化學反應)이 극히 활발하다. 전자밀도(電子密度)가 높은 곳은 전리층(電離層)이라 하며, D층 ·E층 ·F층으로 세분된다. D층은 고도 60km에서 시작하여 80km 부근에서 최대전자밀도 1.5×104개/cm3개/cm3를 가지며, 밤에는 그 값이 104개/cm3로 떨어진다. F1층은 고도 200km 부근에서 최대전자밀도 2.5×105개/cm3를가지며, F2층은 고도 300km 부근에서 최대전자밀도 106개/cm3를 가진다.
전리층은 주로 태양자외선과 태양X선이 대기를 이온화하여 전자를 튀어나오게 함으로써 만들어진다. D층에서는 우주선(宇宙線)의 역할이 크다. 전리층은 지구내에서의 전파통신에 없어서는 안 되는 것이지만 전파의 주파수가 전리층 내의 전자운동에 공명(共鳴)할 정도의 주파수보다 높으면 전파는 전리층을 뚫고 나가버린다. 태양면에서 폭발이 일어나면 며칠 후에는 그 영향이 지구에 나타나 전리층이 교란된다. 이 현상을 전리층폭풍 또는 델린저현상이라고 한다. 이 때문에 때에 따라서는 전파통신을 할 수 없게 되는 일이 생긴다. 고도 100~500km의 영역에서는 고도의 상승에 따라 온도가 급증하는데, 이를 열권(熱圈)이라 한다.
500km 이상의 영역은 외기권(外氣圈)이라 하며, 거의 모든 기체가 이온화되어 있다. 외기권은 전체적으로는 전기적으로 중성이지만 전기전도도가 아주 높아, 플라스마 상태로 되어 있다. 산소나 질소와 같은 무거운 원소는 거의 존재하지 않고 수소와 같은 가벼운 원소만이 존재한다. 이와 같은 상태는 지구반지름의 약 10배의 영역까지 이른다. 이 영역에서는 지표(地表) 부근의 대기와는 달리 휘슬러공전 ·지구자기요란 ·오로라 등과 같은 전자기적 현상이 현저하게 나타난다. 휘슬러공전이란 번개에 의해 생긴 잡음 전파와 같은 것이 지상 수백 km 상공의 자기력선(磁氣力線)을 따라 전파되는 현상이다.
이 공전의 성질을 조사함으로써 외기권의 전자밀도를 추정할 수 있다. 많은 관측결과에 의하면, 고도가 지구반지름의 몇 배에 달하는 상공에서의 전자밀도는 102∼103개/cm3 인 것으로 추정된다. 성분으로 보면 외기권은 행성간공간과 연결되어 있지만, 점이적(漸移的)인 연결이 아니고 명확한 경계가 있는 것이 인공위성관측에 의하여 확인되었다. 중성인 기체를 전파하는 파동에 음파(音波)가 있지만, 외기권과 같은 플라스마 상태의 전도성매질(電導性媒質) 내를 전파하는 파동으로서는 알벤파(波)가 있다.
이 파동은 자기력선이 현진동(弦振動)에 대한 현과 같은 역할을 하며 플라스마운동에 수반되어 움직인다. 그리고 그 자기력선의 움직임은 자기력선을 따라 전파된다. 잘 알려진 바와 같이 지구자기장은 쌍극자자기장으로 근사하게 표현되지만, 지구반지름의 10배쯤 되는 곳에서는 쌍극자자기장에서 크게 벗어나 자기장의 흐트러짐이 관측된다.
태양으로부터는 항상 전도성이 강한 플라스마의 흐름이 사방으로 퍼져 나가고, 지구자기장은 그 안에 갇혀 있다. 그 때문에 지구자기장은 태양을 향한 쪽의 부분은 압축되고, 그와 반대되는 쪽에서는 꼬리를 늘어뜨리고 있다. 태양에서부터 뿜어내는 플라스마는 행성공간의 알벤파의 속도보다 빠르고, 초음속으로 지구에 불어닥치며, 지구자기장과 충돌하여 일종의 충격파를 발생시켜 자기장의 혼란을 가져온다. 이 자기장이 혼란된 장소를 경계영역이라고 한다.
외기권의 내부를 세밀히 관찰하면 결코 균일한 구조를 가진 것이 아니고, 지구반지름의 1.5배와 3.5∼4배의 범위에서는 고에너지의 하전입자(荷電粒子)들에 의하여 구성된 밴앨런복사대가 있다. 그 중 지구반지름의 1.5배 되는 부분은 내대(內帶), 3.5∼4배의 부분은 외대(外帶)라고 한다. 그러나 이 구별이 확실한 것은 아니다. 외대에서는 내대보다 입자군의 에너지가 작다. 내대와 외대가 명확하게 구별되는 것은 지구폭풍 때이며, 내대에서는 큰 변동이 없으나 외대에서는 격렬한 변동을 나타낸다. 아직은 충분히 구명되지 않았지만, 외대에 전자(電子)가 많은 듯하다.
밴앨런복사대의 성인에 관해서는 몇 가지 이론이 있으나, 모두 약점이 있고 확실하지 않다. 그러나 내대와 외대는 서로 다른 원인에 의하여 형성되었다고 생각된다. 내대의 성인에 관해서는 우주선이 대기 중에 입사하여 원자 ·분자와 핵반응을 일으켜 발생시킨 중성자가 지구자기장의 영향을 받지 않고 밖으로 날아가서 11.7분간의 수명으로 전자와 양성자 및 중성미자로 변환하는데, 이 β붕괴에 의하여 생긴 양성자와 전자가 지구자기장에 포착된다는 생각이 유력하다.
외대에 관해서는 태양활동에 대응하여 격렬하게 활동하는 사실로부터 외대의 성인도 태양활동의 영향을 강하게 받고 있다고 생각된다. 성인에 관해서는 태양플라스마 중의 고에너지 입자가 경계층 부근의 자기장의 흐트러짐에 의하여 외기권 내에 스며든다는 설, 외부의 저에너지 입자가 자기장의 흐트러짐에 의하여 가속화되어 안쪽으로 들어와 외기권 내에 축적된다는 설, 다시 자기권 경계층의 남북 양극 부근의 자기중성점(磁氣中性點)에서부터 플라스마가 들어와 경계층에서 생기고 있는 전자기유체파(電磁氣流體波)에 의해 가속된다는 설 등이 있다. 초고층에서는 광학적 현상이 나타난다. 극지대에서 볼 수 있는 극광(極光)이나, 빛이 약하여 사람의 눈에는 보이지 않는 대기광(大氣光)이 그 예이다.
대기광은 극지역에 한정되지 않고 모든 장소에서 관측되며, 발광메커니즘도 각양각색이다. 주된 것은 ① 원자 ·분자에 의한 태양광의 공명산란(共鳴散亂), ② 해리 ·이온화에 따라 생기는 들뜬원자[勵起原子] ·분자가 발광하고, ③ 화학반응으로 생기는 들뜬원자 ·분자가 발광하는 것 등이다. 낮에는 태양자외선이 다량으로 대기에 주입되므로 원자 ·분자의 이온화와 해리가 심하고, ②에 의한 발광현상을 많이 볼 수 있다. Li, Na, K 등 알칼리금속, 산소원자의 금지선과 N2+의 분자띠 등은 유명하다. 외기권의 수소원자에서 나오는 라이만 α선의 측정이 실시되기도 한다. ③에 의한 것은 야간에 볼 수 있다. 특히 들뜬산소원자가 에너지준위가 낮은 들뜬상태로 전이하는 경우에 발하는 파장 557.7 nm의 휘선(輝線)은 100년 정도 이전부터 알려져 있고, 1930년대에 와서 이론적 연구가 행하여겼다. 아마도 O+O+O → O*+O2**(O는 산소원자, *와 **는 들뜬상태를 가리킨다)라는 산소원자의 삼체충돌(三體衝突)로 높은 들뜬상태의 산소원자를 볼 수 있다고 생각된다.
이 빛은 고도 100km 부근에서 대략 10∼15km의 두께를 가진 발광층을 형성한다. 그 빛의 세기는 위도 또는 계절에 따라 변화하는 데서 고도 100km 이상의 대기대순환의 영향을 받고 있다고 생각된다. 이 이외에도 들뜬산소원자에서 나오는 630nm선과 질소에서 나오는 519.9nm선 등이 유명하다. 관측기술의 발달로 자외선역 ·적외선역의 파장에 대해서도 로켓관측이 행하여진다.
같은 광학현상이라도 오로라인 경우에는 극지역에만 나타나고, 빛의 세기가 대기광에 비해 훨씬 크다. 이것은 발광메커니즘이 대기광과는 전연 달라 하중입자가 자기력선을 따라 전파되어 극지역에 쏟아지고 대기 중의 원자 ·분자와 충돌함으로써 들뜬원자 ·분자가 생기기 때문이다. 오로라활동은 태양활동과 밀접한 관계를 가지고 있고 태양활동이 활발할 때에는 자주 오로라를 볼 수 있으며, 경우에 따라서는 상당히 저위도인 곳에서도 관측된다. 극광 중에는 대기광에서 볼 수 있는 산소의 557.7nm선과 630nm선이 유명하다.
또한 질소원자나 그 이온화된 N+, 또 O+에서 나오는 빛도 관측된다. 또 수소원자에서 나오는 Hα선(파장 656.3 nm), Hβ(파장 486.1nm)와 Hγ(파장 434nm)가 관측되고 있는데, 그 휘선의 발광메커니즘은 지구물리학적으로 매우 중요하다. 이들 선의 도플러효과를 조사하여 고속입자가 지구를 향하여 쏟아지는 사실이 발견되었다. 하전입자는 자기력선에 붙어 자기력선이 집중되어 있는 극지역에 쏟아진다.
분자에서 발하는 빛으로는 질소분자에서 발하는 분자띠와 이온화된 질소분자에서 발하는 분자띠가 잘 알려져 있다. 산소에서 발하는 것은 질소분자의 경우와 비교하면 빛의 강도가 약하다. 오로라는 다양한 형태를 취하며, 띠 모양인 것, 호상(弧狀)인 것, 방사상(放射狀)인 것, 또는 넓은 지역에 균일하게 나타나는 것도 있다. 오로라가 출현하는 고도는 그 하단이 90km 정도이고, 상단이 700km 정도이다. 오로라와 태양활동과의 관계는 아직 충분히 알려져 있지 않다. 그러나 강한 오로라가 관측되는 것은 태양면에 큰 흑점군(黑點群)이 나타나는 태양활동이 활발할 때이고, 따라서 오로라와 태양활동과의 연관성이 크다는 것을 알 수 있다.
지구의 표면
대기층 아래의 암석권과 해수층으로 되어 있는 지구표면에서는 생명현상을 수반한 각종 물질의 순환이 일어나고 있다. 먼저 지구표면을 분할하는 것은 7대양(지구표면의 3/4을 점유한다)과 5대륙이다. 해양과 대륙은 단지 오목한 곳에 물이 고여 나뉘었다는 것만이 아니고, 본래의 생성원인이 다르며 서로 상보적(相補的)으로 항상 변화를 반복하고 있다. 조산(造山) ·해퇴(海退) ·해침(海浸) ·호상열도(弧狀列島) ·화산 ·지진 ·해분(海盆) ·대륙이동 등이 지구상에서의 변혁을 나타내고 있다.
또 하나 지구상에서의 변화의 주요 원인은 한대에서부터 열대에 이르는 기후대이다. 기후대는 물론 육지와 바다의 존재에 의해서도 영향을 받지만, 앞서 말한 바와 같이 주원인은 대기 ·행성간공간 ·태양 간의 상호작용이다. 따라서 지구표면에 관하여 말할 때는 지형과 기후대는 서로 독립된 존재로 생각해야 한다. 이들의 현상은 지진원(地震源)과 같이 드물게는 지각내부의 600km 깊이의 맨틀에 달하는 경우도 있으나, 대부분은 지각에서 생기는 특유한 것들이다.
지각은 대략 5∼50km의 두께를 가지며, 지구 전체에서 생각하면 아주 얇은 표층에 해당되는데, 내부와는 밀접한 관계가 있다.주로 대륙을 형성하는 지각물질은 지구내부의 맨틀과 핵에서 분출된 타다 남은 석탄재와 같은 것으로 가볍고 부서지기 쉽다. 그런 의미에서 형태와 물질적 성질은 다르지만 해수와 대기 역시 핵과 맨틀이 지각성 물질를 방출할 때 함께 방출한 것으로 암석권의 일부라고 생각해도 된다.
대기 ·해양 ·지각의 관계를 보면, 지표물질은 생명체를 포함하여 이들 삼자간을 순환하고, 바다는 대기, 그리고 육지(지각)는 바다의 근원이 되며, 동시에 완충체(緩衝體)로서 작용한다. 물질의 근원이며 완충체라는 것은 아주 긴 시간(1000만~1억 년)에 걸친 일이다. 예를 들어 탄소를 보면, 우주에서 지구가 발생하여 지금의 모양을 이루었을 때에 지구는 두꺼운 이산화탄소의 대기층으로 둘러싸여 있었고, 물도 얼음도 이산화탄소로 충만해 있었다. 그 후 바다가 생기고 지구의 온도가 상승하여 생물이 발생하자 생명체는 탄소를 취하고 죽어서는 지각 내로 흡수된다.
석탄 ·석유는 그 대표적인 예이다. 생명체가 증가하여 대기 중의 탄소가 부족하면, 이산화탄소 분압(分壓)의 감소에 따라 탄소는 가스로 되어 해수 중에서부터 서서히 방출되어 지표의 필요량이 유지된다. 다시 그 후에 풍우(風雨)에 의하여 지각이 침식되고 지표물질은 바다로 유입됨과 동시에 생물이 취한 탄소는 시체와 함께 바다로 환원된다.또 비는 빗방울 속에 이산화탄소를 함유하고 역시 바다로 돌아간다. 이와 같은 순환은 인류가 출현하여, 산업혁명을 일으키고, 원자폭탄과 수소폭탄을 사용하게 되자 다소간 평형이 무너졌으나 본질적인 양식은 영구히 변하지 않을 것이다.
지구의 내부구조
지구는 구형(球形)에 가까운 고체이며, 그 중심은 작열하는 노(爐)이다. 지구의 평균반지름은 6,371km이지만, 엄격히는 극반지름이 6,356km, 적도반지름은 6,378km로, 적도쪽이 20km 정도 더 긴 회전타원체(편평률 0.00337)이다. 이 사실은 중력분포(重力分布:지오이드)의 측정이라든가, 측지선(測地線)의 관측결과로 밝혀졌다. 그리고 1960년대 미 ·소의 인공위성에 의한 관측결과로부터 지구의 모습은 북극방향에서는 16km 정도 돌출되고, 남극방향으로는 반대로 16km 정도 움푹 들어간, 서양배 모양인 사실이 알려졌다. 이는 지구가 완전한 강체(剛體)가 아니고 강성(剛性) ·탄성 이외에도 변형을 일으키는 점성(粘性)을 함께 가진 점탄성체(粘彈性體)임을 보여준다.
지구가 점탄성을 가지는 것은 지구의 영구적 변형이나 지구조석(地球潮汐)에 의한 변형 이외에도 많은 실례가 있다. 가장 잘 알려진 것은 지진파의 감쇄와 분산이며, 이 사실은 일반적인 표면파(레일리파와 러브파)의 관측뿐 아니라 1952년 11월 캄차카 앞바다의 지진과, 1960년 5월 칠레 앞바다의 지진에 수반된 지구의 자유진동의 관측에서도 증명되었다. 또 스칸디나비아반도의 빙하 위치의 상승속도, 북아메리카대륙의 대염호(大鹽湖)의 상승운동이라든가, 암염괴(岩鹽塊)의 충상운동(衝上運動) 등은 지구의 각 부분이 점성유동을 하고 있음을 나타낸다. 가장 현저한 유동은 대륙이동이나 해저확장운동에서 볼 수 있는 것인데, 이러한 경우에는 지구를 점탄성체로 보기보다는 단순히 점성유체(粘性流體)로 생각하는 것이 좋다. 지구의 점성률은 이상과 같은 관측을 기초로 측정되며 단시간(100년 단위)의 변화에 대해서는 1021 P(푸아즈:poīse)이고, 장시간(1000만∼1억년 단위) 변화에 관해서는 1026 P가 된다. 실험실내에서 500℃의 암석은 1016 P를, 용암은 101∼1010 P를 가지는 것을 보아 관측시간에 큰 차가 있으나 지구의 변형이 얼마나 느린가 상상할 수 있다.
지구의 내부구조는 주로 지진파의 반사 ·감쇠 ·분산을 관측함으로써 상세하게 판명되었다. 중심부의 내핵(內核)은 고온이지만 고압 때문에 용해되지 않은 고체상태를 유지하며, 바깥쪽의 외핵(外核)은 고온이지만 용해된 상태로 되어 있다. 운석과 운철의 관찰에서 볼 때, 두 핵의 구성성분은 80%의 철과 20%의 니켈로 구성되어 있으며, 전기전도도가 높을 것으로 보인다. 이 값은 지구자기의 장주기변동으로부터 추정된다. 내핵과 외핵은 지구 전체의 평균 회전속도에 비하여 다소 느린데, 이 사실로부터 지구자기장(地球磁氣場:雙極子磁氣場)이 핵 내의 흐름의 변형에 그 원인이 있다고 하는 다이너모이론이 성립될 수 있다.
또한 핵 내에는 중심부로부터 바깥쪽을 향하여 온도기울기가 있고, 그 때문에 유속에 방사선 방향의 성분을 가지는 물질의 대류가 일어나고 그 대류에서 생기는 소용돌이가 지구자기의 장주기변동(1∼100년)을 유발하게 된다(지구자기의 西方移動). 내핵을 둘러싼 외핵과 맨틀의 경계는 극히 좁고, 위치는 중심으로부터 약 3,470km(지하 2,900km)이며, 지진파의 조사에 의하면 그 폭이 5km라고 추정된다. 이 곳에서는 거의 완전한 금속상태의 물질로부터 갑자기 규산염을 주성분으로 하는 산화물층(酸化物層)으로 바뀐다.
맨틀 내부는 지각구조 못지 않게 복잡하며 그 성분과 물리적 성질을 고려하여 B층(깊이 33∼413km), C층(413∼984km) 및 D층(984∼2,900km)으로 나뉜다(A층은 지각이다). 여기서 D층은 맨틀을 고체로 생각하며, 정역학 및 열역학 방정식으로 추정되는 물리량(밀도 ·두께 ·압력 ·온도 ·지진파속도)이 대체로 관측량과 일치하기 때문에 물리적 ·화학적 평형이 유지되는 균일상태에 있다고 본다. 그러나 B층과 C층, 특히 C층은 균일상태로 가정하기에는 아무래도 불가사의한 현상들이 많다. K.E.불렌은 맨틀 내부의 C층에 해당하는 부분은 물리적 ·화학적으로 불안정하고 전이층(轉移層)에 해당된다고 말하여(1950년대), 그 후 C층 연구의 단서가 되었다.
물리량 이상이란, 깊이 100km 정도에서 지진파의 속도가 극소가 되고, 400∼1,000km에서 급격히 증가하는 것과, 400km에서 전기전도도의 이상 비약 등으로 대표된다. 이러한 이상은 저속도층에 대해서는 그 근처에서 전적으로 맨틀의 온도가 물질의 융해점에 접근해 있든가, 부분적으로 융해점에 달했기 때문에 물질이 유연하게 되어 지진파 속도가 늦어지는 것으로 설명된다. 또 400km에서의 이상은 맨틀의 주성분인 규산염의 하나인 MgSiO3가 압력에 의하여 부피가 작은Mg2SiO4와 SiO2로 분해되고, 깊이가 더욱 증가함에 따라 압력이 증대되면 Mg2SiO4의 결정은 더욱 치밀해져(올리빈-스피넬轉移), MgSiO3의 치밀한 형태와 MgO로 분해되고, MgSiO3는 다시 MgO＋SiO2로 분해되는 복잡한 상전이(相轉移)를 일으키기 때문이다.
즉, 물질과 결정형이 압력과 온도의 함수로 변화하므로 지진파와 전기전도도에 급격한 변화가 나타나는 것이다. 또 지각의 열극, 해구(海溝), 호상열도, 그리고 해저의 지구자기 줄무늬의 이상 등은 맨틀대류와 해저확장설에 의해 통일적으로 설명될 수 있다. 태평양 지역을 예로 들면, 맨틀은 미국 서해안 앞바다 밑에서 솟아올라 샌앤드레이어스단층 밑에서 동진(東進)하여 캄차카 ·일본 ·중국해를 연결하는 연안 밑에서 침강한다. 솟아오르는 곳에서는 지각이 양쪽으로 뻗어가는 것처럼 갈라지고, 따라서 천발지진(淺發地震)이 많고 지각의 열류량도 많다. 맨틀과 함께 솟아올라 서진(西進)하는 지각은 지표로 나와 냉각됨과 동시에 지구자기장의 잔류자기(殘留磁氣)를 얻고, 시대에 따라 지구자기장의 방향이 정반대로 바뀜에 따라 자기화의 방향이 변하여 지구자기 줄무늬 이상을 나타낸다.
하와이제도는 북서방향으로 연대가 오래되었고, 동쪽의 섬들로부터 순차적으로 서쪽으로 이동한 것을 나타내고 있다. 아시아대륙과 부딪쳐 만나는 곳에서는 지각이 맨틀에 의하여 지구내부로 끌려들어가 해구가 만들어지고, 이 때의 마찰과 변형에 의하여 지진이나 열극이 생기며, 화산이 만들어진다. 이러한 화산들은 전체적으로 연결되어 호상열도군을 형성한다. 또한 이러한 곳에서는 지각의 물질 중 용해되기 쉽고 가벼운 물질이 지각상부로 분출되어 대륙지괴를 형성하는데, 이에 따라서 대륙은 점차 확장되어간다. 이와 같은 현상은 대서양 등에서도 나타나고 있다.
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