제04강. 지층 만들기

제04강. 지층 만들기

교과명: 지구영역 탐구

이면우(춘천교육대학교)

제04강. 지질 영역 탐구(2): 지층 만들기

01. 수업 목표

지층의 특징을 알아보고, 모형 실험을 통해 지층이 만들어지는 과정을 설명할 수 있다.

02. 대표 탐구활동

지층 만들기(식빵 이용) 03. 탐구활동 정리

탐구활동의 편의성, 안정성, 오개념 지도에 유의할 것 04. 과학 개념의 이해

지층, 퇴적암.

05. 생각 넓히기

허튼의 부정합. 근대 지질학 이론

01. 수업 목표

1. 수업 목표

지층의 특징을 알아보고, 모형 실험을 통해 지층이 만들어지는 과정을 설명할 수 있다.

2. 현행 초등 과학 교육과정(2015)

⑹ 지층과 화석: 4-1학기

이 단원에서는 여러 가지 지층과 화석을 이해하게 함으로써 과거에서 현재까지 지구의 모습과 생명체의 변화에 대한 흥미와 호기심을 갖도록 한다. 퇴적물이 쌓여 굳어지면 다양한 형태의 지층이 만들어지고, 지층을 이루는 암석이 퇴적암이며, 알갱이의 크기에 따라 퇴적 암을 구분할 수 있음을 인식하도록 한다. 또한 퇴적암에서 나올 수 있는 여러 가지 화석을 관찰하여 지층 속 화석의 생성 과정과 화석화 된 생물이 살아 있을 때의 모습을 추리할 수 있도록 하고 화석의 가치를 인식하도록 한다.

• [4과06-01] 여러 가지 지층을 관찰하고 지층의 형성 과정을 모형을 통해 설명할 수 있다.

• [4과06-02] 퇴적암을 알갱이의 크기에 따라 구분하고 퇴적암이 만들어지는 과정을 모형을 통해 설명할 수 있다.

• [4과06-03] 화석의 생성 과정을 이해하고 화석을 관찰하여 지구의 과거 생물과 환경을 추리할 수 있다.

[탐구 활동]

• 지층이 쌓이는 순서 실험하기

• 퇴적암 관찰하기

• 화석을 관찰하고 화석 모형 만들기

㈎ 학습 요소

• 지층, 지층의 형성과 특성, 퇴적암, 화석, 화석의 생성, 과거 생물과 환경

㈏ 성취 기준 해설

• [4과06-01] 지층의 두께나 색 등을 다루고, 지층이 휘어지거나 끊어진 모습을 소개하되 생성 원리는 다루지 않는다. 지층의 특징을 다 루되, 습곡과 단층이라는 용어는 도입하지 않는다.

• [4과06-02] 퇴적암은 이암, 사암, 역암만 다룬다.

• [4과06-03] 화석의 표본은 동물과 식물의 특징이 분명하게 드러나는 것을 사용한다.

01. 수업 목표

㈐ 교수·학습 방법 및 유의 사항

• 지층과 화석이라는 소재가 학생의 흥미와 호기심의 대상이므로 주로 관찰을 중심으로 수업을 계획하여 전개하도록 한다.

• 이 단원에서는 여러 가지 지층, 퇴적암, 화석 등을 살펴서 그 특징을 찾아내고 추리할 수 있는 능력을 형성할 수 있는 활동이 필요하 다. 이때, 학생들이 직접 조사한 자료를 활용할 수 있다. 학생들이 박물관에서 찍은 사진이나 가족과 여행지에서 찍은 사진을 이용하 여 관련 특징을 설명하면 학습 효과를 높일 수 있을 것이다.

• 이 단원은 초등학교 3-4학년군의 ‘지표의 변화’, ‘화산과 지진’, 중학교 1-3학년군의 ‘지권의 변화’와 연계된다.

• ㈑ 평가 방법 및 유의 사항

• 지층, 퇴적암, 화석에 대한 관찰 결과를 바탕으로 분류 기준을 정하여 다양하게 분류하는 활동이 가능하므로 학생이 분류하는 과정이 나 그 결과물에 대해 관찰 평가할 수 있다.

• 화석을 관찰한 결과를 토대로 옛날에 살았던 생물의 모양과 특징을 추리하거나 화석이 발견되는 지역의 환경을 추리하는 발표 결과 물로 평가할 수 있다.

출처: 2015 교육과정(교육부, 2015)

[교육과정 비틀기]

 1. 퇴적암에서 석회암을 다루지 않도록 규정하고 있다. 이에 대한 자신의 생각을 정리해 보자.

- 석회암(탄산염암)이 반드시 포함되어야 하는 이유와 근거는?

- 석회암을 제외한 것에 대한 이유와 근거는?

 2. 이암과 셰일을 구분하는 이유는 무엇인가?

- 2015 교육과정에서는 왜 셰일을 따로 구분하지 않았을까?

- 과학교육에서 사용하는 용어의 한계는 무엇일까?

02. 대표 탐구활동: 지층 만들기(식빵 이용)

• 어떤 모형을 만들까?

- 수평층, 수직층, 경사층, 단층, 습곡, 부정합, 시추 방법. 기타 지질구조 등

• 실험 후 처리방안을 고민해보자.

- 위생문제, 환경오염 등

• 관련하여 모형 실험의 장단점을 생각해보고 토론해보자.

[유의사항] 조별, 한 개의 보고서 작성. 카페 제출할 것.

제7차 교육과정 교과서 실험

2007 교육과정 교과서 실험

03. 탐구활동 정리: 지층 모형 실험(대체 활동)

초등 과학. 4-1. 지층과 화석, 26쪽. 28쪽. (2015 교육과정)

• 퇴적물은 그 위에 쌓이는 퇴적물이 누르는 힘 때문에 알갱이 사이의 공간이 좁아집니 다. 그리고 녹아 있는 여러 가지 물질이 알 갱이들을 서로 붙여 단단한 퇴적암이 됩니 다. 퇴적암이 만들어지는 데에는 오랜 시간 이 걸립니다.

초등 과학. 4-1. 지층과 화석, 33쪽. (2015 교육과정)

03. 탐구활동 정리: 지층 모형 실험(대체 활동)

03. 탐구활동 정리: 옛 교과서 탐색(2007 교육과정)

초등 과학. 4-2-2. 지층과 화석, 60-62쪽. (2007 교육과정)

• 석회암 실험을 넣었다.

• 셰일과 이암을 구분했다.

 그 이유는 무엇일까?

03. 탐구활동 정리: 옛 교과서 탐색(7차 교육과정: 1992-1997)

초등 과학. 3-2. 여러 가지 돌과 흙, 60-61쪽. (제7차 교육과정)

• 암석의 이름이나 성인 등을 교수하 는 내용이 아니다. 당시로서는 획 기적인 접근이었다.

• 암석을 가지고 분류 활동을 하는 내용이다. 다음 내용을 더 살펴보 자.

03. 탐구활동 정리: 옛 교과서 탐색(7차 교육과정: 1992-1997)

초등 과학. 3-2. 여러 가지 돌과 흙, 62-63쪽. (제7차 교육과정)

• 관찰 활동만 하는 것이 아니다.

• 실제로 관찰한 내용을 토대로 보고 서를 작성하고 발표를 하도록 한 것이다.

• 일종의 프로젝트 학습이라 할 수 있다.

• 더욱이 개념도의 개념이 살짝 도입 되었다.

03. 탐구활동 정리: 옛 교과서 탐색(5차 교육과정: 1987-1992)

자연. 4-2. 지층과 화석, 46-48쪽. (제5차 교육과정)

• 그림으로만

암석을 구분

할 수 있는가?

• 고무 찰흙

03. 탐구활동 정리: 고무 찰흙의 위험성

 자료: 어린이용 점토 안전실태 조사(2016.12.) 한국소비자원 소비자안전국, 생활안전팀. 보고서

• 새로운 실험을 구안해보자(사레).

• [제출 방법]

가능한 우리가 쉽게 구하는 재료를 이용하여 수행할 수 있는 실험을 구안하자.

먹을 거리를 활용하면 더욱 재미있을 것이다.

마그마의 관입 실험(화성암)

부정합 모양의 케익

출처: http://www.nvcc.edu/home/cbentley/geoblog/labels/humor.html

03. 탐구활동 정리: 실생활 소재를 이용한 탐구활동

04. 기본 개념(1): 지층

• 지층 (地層, foliated rocks, stratum, bed) : 퇴적물이 층층이 쌓인 후 굳어져 만들어진 층

• 층서학: 지층이나 암석의 3차원 공간적 시간적 관계를 연구하는 학문((stratigraphy)

• 지층 누중의 법칙 (Principle of Superposition):

"변형이 되지 않은 지층 들에서 아래쪽 지층이 위쪽 지층보다 오래되었다“(Nicolaus Steno, 1638-1686)

• 지층 수평성의 법칙 (Principle of Original Horizontality) 대부분의 지층들은 원래 거의 수평하게 퇴적된다라는 원리.

• 동일 과정설 (Principle of Uniformitarianism)

"현재는 과거의 열쇠다 (The present is the key to the past)“

(James Hutton, 1726-1797)

근대 지질학의 아버지로 칭송 받는 사람.

• 층리( 層理, stratification) 수평성의 원리 – 층리가 생김.

지각변동에 의한 변화 –습곡, 단층, 경사층 등이 생김  지질구조 지층 누중의 법칙

퇴적암의 특징

• 엽리(葉理, foliation ): 쪼개짐, 편리, 편마리

압력 또는 열이나 압력에 의하여 변성: 재조직, 재결정, 변성암의 특징

04. 기본 개념(2): 층리와 엽리

엽리(葉理, foliation)은 변성암이나 변형암에서 나타나는 모든 반복되는 면 구조를 이르는 용어이다. 그 어원은 라틴어로 잎을 의미하는 folium에서 유래하였다

• 퇴적암(堆積岩, sedimentary rock): 유수, 지하수, 해수, 빙하, 바람에 의해서 퇴적물이 쌓여서 돌이 된 것.

다지는 작용(compaction)과 교결작용 (cementation)

 고화 작용(固化作用, lithification)

• 퇴적암의 종류: 성인에 따라

- 쇄설성 퇴적암: 이암, 셰일, 사암, 역암, 응회암, 집괴암.

- 화학적 퇴적암: 석회암, 경석고, 쳐트

- 유기적(생물학적) 퇴적암: 석회암, 쳐트 : ‘화학적 풍화’와 반대되는 개념

04. 기본 개념(3): 퇴적암

Mudstones and shales are made of silt- and clay-sized particles that are too small to see.

The only difference between mudstone and shale is that mudstones break into blocky pieces whereas shales break into thin chips with roughly parallel tops and bottoms.

Both are made of ancient mud.

04. 기본 개념(4): 셰일과 이암의 구분

초등 과학. 4-2. 지층과 화석, 63쪽. (2007 교육과정)

• 석회암은 지구에만 유일하게 존재한다: 바다 기원, 생명 기원

• 석회암은 지구 표면에 엄청나게 많다. 또한 우리 생활에 아주 많이 이용된 다.

• 석회암은 쉽게 화학변화를 보여줄 수 있다.(신기하다)

• 석회암과 편마암을 어떻게 구분할까? 묽은염산 반응 실험 CaCO

+2HCl  H

O+CO

+CaCl

04. 기본 개념(5): 석회암(탄산염암)

초등 과학. 4-2. 지층과 화석, 61쪽. (2007 교육과정)

05. 생각 넓히기: 부정합에 대한 허튼의 탐구

지표의 침식· 퇴적· 융기의 결정적인 증거 수집은 1788 년 시카 포인트(Siccar Point)를 발견함으로써 이루어졌 다. 시카 포인트 탐사에는 수학교수 존 플레이페어 (John Playfair, FRS, FRSE 1748~1819) 교수와 지질학자 제임스 홀(Sir James Hall of Dunglass, 4th Baronet FRS, FRSE 1761~1832)이 함께했다

05. 생각 넓히기: 부정합에 대한 허튼의 탐구

Caption

Hutton's unconformity at Jedburgh. Artwork of rock strata forming a structure known as an unconformity, observed in 1787 at Jedburgh, Scotland, by the Scottish geologist James Hutton (1726-1797). An unconformity is a discontinuity in the geological record. Here, vertical strata (bottom) fail to conform with younger, overlying horizontal strata (centre). Recognising this type of structure was an important step in

understanding the history of the Earth. This 1787 artwork by John Clerk of Eldin was published in Hutton's 'Theory of the Earth'. This was first published in 1785, but was added to in subsequent editions.

• 층서학의 가장 기본적인 법칙 중의 하나가 바로 17세기에 니콜라스 스테노 (Nicolas Steno)가 제안한 "수평 퇴적의 법칙 (law of Original Horizontality)"이다. 이 법칙을 간단히 언급하면, "퇴적물은 수평으로 퇴적된다"는 것이다.

• 제임스 허튼 (James Hutton)은 1780년 스코트랜드 Siccar Point 해변에서 경사부정합을 관찰하였다. 이 경사부정합면 주위 의 퇴적층들을 살펴본 결과, 부정합면위의 퇴적층들은 스테노의 법칙에 따라 수평으로 쌓였지만, 그 밑의 층들은 이 수평층에 큰 각도로 경사진 채 만나고 있었다. 허튼은 이로부터 다음과 같은 순서의 지질 작용을 추론하였다:

1. 밑의 층들은 원래 수중에서 수평으로 퇴적되었다.

2. 이렇게 쌓인 층들이 조륙 운동으로 말미암아 수면위로 융기하고 기울어 졌다.

3. 기울어진 층들은 침식에 의해 수평으로 깍였다.

4. 이렇게 침식 당한 지층은 다시 침강하여 물에 잠기게 되었다.

5. 기울어진 지층의 침식면위에 새로 일련의 수평층이 쌓였다.

6. 기울어진 층들 위에 수평층이 쌓인 복잡한 덩어리는 다시 융기하여 우리가 관찰할 수 있도록 드러나게 되었다.

05. 생각 넓히기: 부정합에 대한 허튼의 탐구

 다음 글을 읽고 이와 비슷한 지질구조의 사진을 찾아서 설명해보자!

05. 생각 넓히기: 2007 교과정 과학 교과서 내용=운석 이야기

초등 과학. 4-2-2. 지층과 화석, 64-65쪽. (2007 교육과정) 운석 이야기

- 가장 비싸다? 가치가 있다?

- 운석을 탐구하는 이유는?

 초등 교과서에서 처음으로 운석을 다루었다. 읽을 거리로 다루었지만 이 견이 많았다.

 여러분이 교사라면 운석을 어느 단원에서 교수하겠는가? 그 이유를 생각해 보자.