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The Hotspot That May Not Have Stayed Put
¶1 A sharp bend in a chain of underwater volcanoes running across the Pacific floor has long been read as a kind of frozen compass reading. It is said to record the moment a tectonic plate changed the direction it was sliding. That reading rests on one hidden assumption: that the volcanic source feeding the chain never moves itself. Testing the assumption directly took decades, since the source lies far too deep to observe. When geologists finally found an indirect way to check it, the bend turned out to preserve a more complicated story than a single, sudden turn.
¶2 The chain in question is the Hawaiian-Emperor seamount trail, stretching more than five thousand kilometers across the Pacific floor. The islands nearest Hawaii are youngest; age increases toward the older, more eroded Emperor Seamounts to the northwest. Geologists explain the pattern with the hotspot model, first outlined by Tuzo Wilson in 1963 and developed further by Jason Morgan in 1971. A plume of unusually hot rock stays fixed deep in the mantle while the plate slides past above it, marking the seafloor with volcanoes the way a stationary blowtorch would mark a moving sheet of metal. Under this model, the sharp bend where the younger Hawaiian chain meets the older Emperor chain, dated to around forty-seven million years ago, records nothing about the plume itself; it records only the moment the plate changed course. No one can watch a plume rise through thousands of kilometers of solid rock over tens of millions of years. So in 2001, a research team drilled into two of the oldest seamounts, Detroit and Suiko, to recover cylinders of solidified lava. They wanted to know whether the rock's own magnetism could reveal where the plume had stood when it erupted. Cooling lava locks tiny magnetic minerals into place at the angle of the planet's magnetic field at that instant, called inclination, which converts directly into paleolatitude: the latitude at which the rock formed.
¶3 Two outcomes were possible once the cores came up. If the plume had stayed exactly where it was while only the plate turned, every seamount along the chain, regardless of age, should show close to the same paleolatitude as Hawaii's present location, near nineteen degrees north. If instead the plume itself had drifted, paleolatitude should shift steadily with age, oldest to youngest. The results favored drift. Basalt from Detroit Seamount, eighty-one million years old, had formed at roughly thirty-six degrees north; basalt from Suiko Seamount, twenty million years younger, had formed at roughly twenty-seven degrees north. Rather than holding steady near nineteen degrees, the source had moved south by close to nine degrees of latitude over that span. John Tarduno, the geophysicist who led the analysis, calculated a drift rate of more than forty millimeters a year. A plume moving that fast could no longer be treated as a fixed anchor for reconstructing anything.
¶4 The drift data did not settle the question of what produced the bend. A southward shift of nine degrees of latitude is real, but it unfolds gradually over twenty million years, while the seamount chain itself bends by roughly sixty degrees in compass direction, concentrated in a much shorter stretch. [A] Later studies using computer models of deep mantle flow estimated that the plume drifted no more than about four to nine degrees of latitude over that same span. [B] That gap left room for the older explanation to survive alongside the newer one. [C] A change in the direction the Pacific Plate itself was moving, close to the same forty-seven-million-year mark, still appears necessary to account for the sharpness of the bend. [D] The two processes, a drifting plume and a turning plate, are not mutually exclusive, and most geologists now suspect the bend records some combination of both.
¶5 The stakes reach well beyond one bend in one chain. Geologists have long used hotspots as a fixed grid for reconstructing how the planet's plates have moved relative to one another. If a hotspot can drift, part of that grid has to be redrawn, and no one yet agrees by how much. Comparisons with other hotspot chains crossing the Pacific Plate, which should show a matching bend if a plate-direction change alone explained the pattern, have so far produced only partly consistent results. More than two decades after the first cores came up from Detroit Seamount, geologists still cannot say how much of the Hawaiian-Emperor bend belongs to a plume that wandered and how much belongs to a plate that turned, or why the deep mantle beneath the Pacific pushed the plume south exactly when it did.
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Highlighted: "More than two decades after the first cores came up from Detroit Seamount, geologists still cannot say how much of the Hawaiian-Emperor bend belongs to a plume that wandered and how much belongs to a plate that turned, or why the deep mantle beneath the Pacific pushed the plume south exactly when it did."
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The gap between a few degrees of drift and a sixty-degree bend was too large to close with plume motion alone.
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A sharp bend in the Hawaiian-Emperor seamount chain, once read as a simple record of a change in plate motion, has turned out to be harder to explain than that reading assumed.
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해석 & 답지
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제자리를 지키지 않았을지도 모르는 열점
태평양 해저를 가로지르는 해저 화산 사슬에 나 있는 날카로운 굴절은 오랫동안 얼어붙은 나침반 같은 것으로 읽혀왔다. 판이 움직이던 방향을 바꾼 순간을 기록한 것이라는 해석이다. 이 해석은 한 가지 감춰진 전제 위에 서 있다. 그 사슬을 만들어내는 화산의 근원 자체는 결코 움직이지 않는다는 전제다. 이 전제를 직접 검증하는 데는 수십 년이 걸렸다. 근원이 너무 깊은 곳에 있어 직접 관측할 수 없었기 때문이다. 지질학자들이 마침내 간접적으로 이를 확인할 방법을 찾아냈을 때, 이 굴절은 단순한 한 번의 갑작스러운 방향 전환보다 훨씬 복잡한 이야기를 담고 있는 것으로 드러났다.
문제의 사슬은 하와이-천황(Hawaiian-Emperor) 해산 열도로, 태평양 해저를 가로질러 오천 킬로미터 넘게 뻗어 있다. 하와이에 가장 가까운 섬일수록 가장 젊고, 나이는 북서쪽으로 갈수록 늘어나 더 오래되고 더 많이 깎인 천황 해산군에 이른다. 지질학자들은 이 패턴을 열점(hotspot) 모델로 설명한다. 이 모델은 1963년 투조 윌슨(Tuzo Wilson)이 처음 제시했고 1971년 제이슨 모건(Jason Morgan)이 더 발전시켰다. 맨틀 깊은 곳에서 솟아오르는 유난히 뜨거운 암석 기둥이 한자리에 고정된 채 머무는 동안, 그 위로 판이 미끄러져 지나가면서 마치 고정된 용접 토치가 움직이는 금속판 위에 자국을 남기듯 해저에 화산의 흔적을 새긴다. 이 모델에 따르면, 더 젊은 하와이 열도와 더 오래된 천황 열도가 만나는 지점에 있는, 약 4,700만 년 전으로 추정되는 날카로운 굴절은 열점 자체에 대해서는 아무것도 말해주지 않는다. 그것은 오직 판이 방향을 바꾼 순간만을 기록할 뿐이다. 수천만 년에 걸쳐 수천 킬로미터의 단단한 암석을 뚫고 솟아오르는 기둥을 직접 지켜볼 수 있는 사람은 없다. 그래서 2001년, 한 연구팀이 가장 오래된 해산 두 곳인 디트로이트(Detroit)와 스이코(Suiko) 해산을 시추해 굳어진 용암 원통형 시료를 회수했다. 이들은 암석 자체에 남은 자성이 열점이 분출할 당시 어디에 서 있었는지를 알려줄 수 있는지 알고 싶었다. 식어가는 용암은 그 순간 지구 자기장의 각도, 즉 복각(inclination)이라 불리는 각도로 미세한 자성 광물을 그대로 굳혀 고정시키는데, 이 복각은 곧바로 고생위도(paleolatitude), 즉 그 암석이 형성될 당시의 위도로 환산된다.
시료가 올라온 뒤에는 두 가지 결과가 가능했다. 만약 열점이 제자리에 그대로 머물고 판만 방향을 바꾸었다면, 사슬을 따라 놓인 모든 해산은 나이와 상관없이 오늘날 하와이가 있는 위치, 즉 북위 약 19도와 비슷한 고생위도를 보여야 한다. 반대로 열점 자체가 이동했다면, 고생위도는 나이가 오래될수록 꾸준히 달라져야 한다. 결과는 이동 쪽의 손을 들어주었다. 8,100만 년 전에 형성된 디트로이트 해산의 현무암은 북위 약 36도에서 만들어졌고, 그보다 2,000만 년 젊은 스이코 해산의 현무암은 북위 약 27도에서 만들어졌다. 북위 19도 부근에 계속 머무는 대신, 근원은 그 기간 동안 남쪽으로 위도 약 9도만큼 이동한 것이다. 이 분석을 이끈 지구물리학자 존 타르두노(John Tarduno)는 이동 속도를 연간 40밀리미터 이상으로 계산했다. 그 정도 속도로 움직이는 기둥이라면 더 이상 고정된 기준점으로 취급할 수 없었다.
이 이동 자료만으로는 굴절의 원인이 완전히 밝혀지지 않았다. 위도 9도만큼의 남향 이동은 실재하지만, 그것은 2,000만 년에 걸쳐 서서히 일어난 일이다. 반면 해산 사슬 자체는 훨씬 짧은 구간에 몰려 나침반 방향으로 무려 약 60도나 꺾여 있다. [A] 훗날 심부 맨틀 흐름을 컴퓨터로 모형화한 연구들은 같은 기간 동안 열점이 이동한 거리를 위도 4도에서 9도 사이로 추정했다. [B] 그 간극은 예전 설명이 새 설명과 나란히 살아남을 여지를 남겼다. [C] 같은 4,700만 년 전 무렵 태평양판 자체가 이동 방향을 바꾸었다는 설명이 여전히 이 날카로운 굴절을 설명하는 데 필요해 보인다. [D] 이동하는 열점과 방향을 바꾸는 판, 이 두 과정은 서로 배타적이지 않으며, 오늘날 대다수 지질학자는 이 굴절이 두 원인이 어느 정도씩 결합한 결과라고 본다.
이 문제가 걸려 있는 판돈은 사슬 하나의 굴절 하나를 훨씬 넘어선다. 지질학자들은 오랫동안 열점을 지구의 판들이 서로에 대해 어떻게 움직여왔는지를 재구성하는 고정된 좌표망으로 써왔다. 열점이 이동할 수 있다면 그 좌표망의 일부를 다시 그려야 하는데, 아직 아무도 얼마나 다시 그려야 하는지에 동의하지 못하고 있다. 태평양판을 가로지르는 다른 열점 열도들과 비교해 보면, 만약 판 방향 전환만으로 이 굴절 패턴이 다 설명된다면 그 열도들도 같은 시기에 비슷하게 꺾여 있어야 하지만, 지금까지의 비교 결과는 부분적으로만 일치할 뿐이다. 디트로이트 해산에서 첫 시료가 올라온 지 20년이 넘도록, 지질학자들은 하와이-천황 굴절 중 얼마만큼이 방황한 열점 탓이고 얼마만큼이 방향을 바꾼 판 탓인지, 또는 태평양 아래 깊은 맨틀이 왜 하필 그때 열점을 남쪽으로 밀어냈는지조차 여전히 말하지 못하고 있다.
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Vocabulary — 바로 앞 절 '더 복잡한 이야기를 담고 있는 것으로 드러났다'와 짝지으면, preserve는 그 이야기를 그대로 간직하고 있다는 뜻임이 드러난다.
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Reference — 시추 작업을 진행한 주체가 바로 앞 문장에 나온 연구팀이라는 점에서 확인된다.
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Essential Term — 콜론 뒤에 바로 이어지는 정의구가 핵심이다.
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Factual — 고정 열점 모델대로라면 나이와 상관없이 모든 해산의 고생위도가 오늘날 하와이 위치와 비슷해야 한다는 조건문이 근거다.
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Negative Fact — 지문은 오히려 아무도 열점 기둥을 직접 지켜볼 수 없다고 명시한다. 나머지 세 보기는 2단락에 그대로 나온다.
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Sentence Simplification — (B)(C)(D)는 원문의 '여전히 모른다'는 어조를 단정으로 바꾸거나, 원문에 없는 시간 순서를 만들거나, 원문과 반대로 말한다.
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Inference — 위도 9도 이동이라는 측정값과 사슬 자체가 60도나 꺾여 있다는 사실을 겹쳐 보면 나온다.
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Rhetorical Purpose — 이 비유는 열점 모델을 처음 소개하는 대목에서 등장해, 고정된 열원이 화산 사슬을 만드는 원리를 그림으로 그려볼 수 있게 돕는다.
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Paragraph Relation — 4단락은 3단락의 이동 증거가 굴절의 원인을 완전히 밝히지는 못했다고 밝히며 그 한계를 보여주는 새 증거를 제시한다.
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Insert Text — '4~9도'라는 작은 이동량이 막 제시된 직후, 뒤 문장이 '그 간극'으로 자연스럽게 받는 자리가 가장 자연스럽다.
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Prose Summary — (A) 2~3단락 / (C) 4단락 / (E) 5단락.