맨틀 (r20190312판)

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1. 행성 내부에 있는 암층
1.1. 지구 맨틀
1.1.1. 내부 구조
1.1.2. 구성 물질
1.1.3. 맨틀 암석의 채취
1.2. 지구 이외의 맨틀
2.1. 맨틀 API를 지원하는 게임 엔진
2.2. 적용된 게임
2.3. 주요 적용 예정 게임

Mantle

1. 행성 내부에 있는 암층


지구의 구조
지 각
모호로비치치 불연속면
맨 틀
구텐베르크-비헤르트 불연속면
외 핵
레만 불연속면
내 핵


파일:QO1Iycb.gif
암석질 행성의 핵을 감싸는 두꺼운 고체층을 가리키는 말이다. 행성의 크기가 어느 정도 존재하여 행성 형성 초기 단계에 부분이나 전체 용융이 발생하면 핵이 분리되는데, 이때 맨틀이 만들어진다. 따라서 행성 구조의 기본은 핵과 맨틀이며, 보통 행성의 대부분의 부피를 둘이서 나누어 갖는다.[1] 지구 역시 그런 분화 과정을 거쳤기 때문에 지구에도 맨틀이 있다.

1.1. 지구 맨틀


고체 지구의 내부 층상 구조를 구분하는 것은 주로 지진파 탐사를 기반으로 이루어진다. 지표로부터 수 ~ 수십 km 아래[2]에는 급작스럽게 지진파 속도가 증가하는 깊이가 있다. 이 경계면은 크로아티아의 지진학자 안드리야 모호로비치치(Andrija Mohorovičić)가 발견하여 모호로비치치 불연속면 혹은 간단히 모호(Moho)면이라 부른다. 한편, 지하 약 2900km 아래에는 S파의 전파가 가로막히고 P파의 급격한 속도 변화 및 반사파가 나타나는 특별한 경계면이 다시 나타난다. 이 깊이가 핵의 가장 바깥면으로, 이는 20세기에 이 경계면을 규명한 베노 구텐베르크의 이름을 따 구텐베르크[3]면이라고 부른다. 맨틀은 모호면으로부터 구텐베르크 불연속면까지 이르는, 2800~2900km 두께의 두터운 암석층으로 정의된다. 지구 반경의 거의 절반 가까이를 차지하는 두께인 데다가 핵에 대해 지구 바깥 부분에 분포하여 지구의 약 84%를 차지하는 가장 커다란 암층이다.
맨틀은 판구조론을 사실상 지배하고 있는 층이기 때문에 예로부터 많은 관심을 받고 있다. 또한 맨틀은 직접적으로 시료를 얻을 수 있는 가장 깊은 층에 해당한다. 뿐만 아니라 맨틀은 화산 활동을 일으키는 마그마 대부분을 만들어내는 곳이며, 행성 진화를 연구할 때 가장 중요한 요소를 간직하고 있다.[4] 지구의 절반 이상이 규산염 암석으로 되어 있고, 지각이 부피면에서 무척이나 작은 부분만을 차지하기 때문에 사실상 맨틀은 고체 지구 연구의 핵심을 이루고 있다.

1.1.1. 내부 구조


맨틀은 지진파 연구에 따라 층이 세분화되어 있다. 지진파의 증가가 연속적이지 않기 때문인데, 특히 410km 깊이에서의 증가와 660km에서의 증가가 특징적이다. 열역학적 계산과 관측 결과를 종합해볼 때 이 '불연속적인' 변화는 압력이 상승하면서 발생하는 상전이(phase transition) 때문이라고 생각한다. 다시 말해 각각의 깊이를 넘어서면 맨틀의 구성 물질이 더 고압에 안정적인 격자 구조로 변화하여 분포한다는 의미이다. 맨틀은 따라서 이 경계면을 근거로 맨틀은 410km 깊이보다 위에 분포하는 상부 맨틀과 660km 이하에 분포하는 하부 맨틀, 그리고 그 사이의 전이대(transition zone)로 나뉜다.
하부 맨틀은 깊이를 보면 유추할 수 있듯이 사실상 맨틀 대부분을 구성한다. 그러나 하부 맨틀의 자세한 구조는 그 규모에 비해 지진파 탐사의 오차 한계가 커서 아직은 잘 알려져 있지 않다.[5] 최근 수십 년 간의 실험과 관측, 계산에 따르면, 하부 맨틀의 최하부에는 추가적인 층이 있는데, 이를 '디더블프라임'(D")층이라고 부른다. 이는 거의 핵과 맨틀 경계 가까이에 놓여 있는 상대적으로 얇은 층인데, 종종 이 층은 위치에 따라 발견되지 않기도 한다. D"층은 이 구간에서 특별한 조건이 만나 상전이가 한 단계 더 일어나는 곳이라 추측되고 있으며, 맨틀 대류와 D''의 구조가 밀접한 연관이 있다고 알려져 있다.
한편 맨틀은 가만히 놓여 있지 않고 움직이기 때문에, 움직이는 양상에 따라 추가적인 용어가 도입되어 있다. 가장 중요한 움직임은 맨틀의 대류이다. 대류가 주로 일어나는 층은 하부와 상부의 온도 격차가 적은 것이 특징이다. 맨틀 역시 주로 대류하는 유동적인 구간은 온도 격차가 적다. 그러나 대류하는 구간보다 위에 놓여 있는 맨틀은 열의 전달이 주로 전도를 통해 이루어지고, 당연하게 평균 온도 역시 낮으므로 아래 부분보다 단단하게(rigidly) 움직인다. 두 성질 변화의 경계는 위치마다 무척 다른데, 100km 정도가 보통이다. 이 때 이 100km 정도 되는 최상부층을 암석권(lithosphere)이라고 부른다. 이 암석권은 맨틀의 최상부 일부와 그 위를 덮는 지각이 모두 포함되어 있다. 한편, 그보다 아래에서 유동적으로 움직이는 부분을 연약권(asthenosphere)이라고 부른다. 유동학적 혹은 지구화학적 측면에서 보통 연약권이 어디까지 뻗어있는지는 별 관심이 없고 그 경계도 확실하게 정해져 있지 않다.

1.1.2. 구성 물질


흔히 화산의 뿌리를 묘사하는 과장 섞인 그림 때문에, 시뻘건 액상층일 거라고 생각하기도 한다. 그러나 마그마의 설명에서도 명시하듯, 마그마는 특정 조건하에서 용융된 암석이지 맨틀 그 자체는 아니다. 맨틀은 엄연한 고체이며 암석으로 구성되어 있다.
맨틀 최상부는 대부분 뚫기 어려운 지각에 덮여 있지만, 사실 구성 암석은 직접 채취 가능하다. 맨틀은 규산염 성분이 상당히 적고(약 무게비 45%) 마그네슘 등이 풍부한 초고철질암으로 구성되어 있다. 특히 감람석휘석이 대부분을 차지하는 감람암이 대부분을 차지하고 있다. 이들은 고압 각섬석이 소량 포함되어 있거나 마그마 형성에 관여하면서 만들어지는 소량의 휘석암(pyroxenite)맥이 섞여 있다. 이들은 모두 짙은 녹색 내지는 연녹색을 띠는 암석이기 때문에, 사실 맨틀은 녹색이라고 생각해볼 수 있다. 물론 대단히 높은 온도 때문에 시뻘겋게 달아올라 있을 것이다.
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상부 맨틀을 구성하는 감람암의 한 예. 연두색은 감람석, 짙은 녹색과 검은색은 휘석이다.
맨틀이 마그마 형성에 단 한 번도 관여하지 않은 이상적인 경우, 이를 원시 맨틀(primitive mantle)이라고 부른다. 맨틀이 용융을 겪으면 잘 녹아 없어지는 휘석양이 줄어들고 마그마에 잘 녹아들어가는 원소들이 도망가기 때문에 잔류 암석의 성분 변화가 극심하게 일어나기 때문이다. 원시 맨틀에 가까운 감람암은 러졸라이트(lherzolite)에 해당하는데, 보통 감람석이 부피비로 따졌을 때 60% 정도를 차지하고 휘석이 약 30%를 차지한다. 맨틀에도 어느 정도의 알루미늄이 포함되어 있지만 휘석과 감람석은 모두 알루미늄을 잘 받아들이지 않아 알루미늄은 제3의 광물을 만들어낸다. 이 알루미늄이 풍부한 광물이 나머지 10%를 가져가게 된다. 최상부의 저압 환경에서는 장석이 그 역할을 수행하지만 압력이 올라가면서 첨정석이라는 광물이 장석을 대체한다. 그러나 약 100km만 내려가도 첨정석은 더 이상 안정하지 않기 때문에 그 이하에서는 석류석이 그 자리를 차지하게 된다. 맨틀 입장에서 지하 100km는 거의 표피나 다름없기 때문에 사실 맨틀은 감람석, 휘석 그리고 석류석 세 가지 광물로 되어 있다고 보고 있다.
한편, 40억 년의 긴 역사에서 맨틀은 곳곳에서 용융 과정이 일어났기 때문에 휘석의 함량이 줄어들어 있는 감람암도 곧잘 섞여 있다. 이러한 암석에는 하즈버가이트(harzburgite)가 섞여 있고, 간혹 마그마에서 침전된 다량의 감람석이 쌓이면서 만들어지는 더나이트(dunite)가 함께 나타나기도 한다. 또한, 해양 지각이 섭입하여 맨틀로 섞여들어가기 때문에 해양 지각, 즉 현무암이 극도의 압력에 놓여 변성된 결과물인 에클로자이트 역시 맨틀 속에 혼재되어 있다.
지하 깊은 곳으로 내려가면 압력이 너무 높기 때문에 감람석이 더 이상 안정하지 않다. 이 때문에 감람석(알파감람석)은 410km, 550km 깊이에서 각각 상전이를 일으켜 왓셀라이트(베타감람석), 링우다이트(감마감람석)로 변한다. 670km에서는 고압상의 감람석마저도 더 이상 안정하지 못하므로, 감람석은 두 개의 상으로 쪼개지며 마그네슘-위스타이트와 마그네슘-페롭스카이트 두 가지 상으로 변하게 된다. 이 시점이 되면 휘석도 더 이상 안정하지 못하여 칼슘으로 된 페롭스카이트상이 형성된다고 본다. 이 상전이에 따른 광물 분포가 바로 위에서 말한 전이대의 정체이다. 페롭스카이트 구조가 맨틀 최하부의 열과 압력에 노출되어 포스트-페롭스카이트(PPV)로 변화할 수 있다고 생각되는데, 이 고압층이 앞서 말한 D"층이다.

1.1.3. 맨틀 암석의 채취


맨틀, 그중에서 상부 맨틀은 인류가 직접 채취 가능한 가장 깊은 지구 내부 층이다. 크게 세 가지의 현상에 의해 채취 가능하다.
(1) 맨틀 포획암(mantle xenolith): 화산 분출을 일으키는 거의 모든 마그마나 유체는 맨틀 깊이에서 유래한다. 그래서 화산 분출이 일어날 때 그 분출물 중에는 맨틀 암석이 뜯겨져 섞여 나오는 경우가 있다. 이를 맨틀 포획암이라고 부르며, 마그마가 만들어지고 상승하면서 지나간 맨틀의 시료를 채취할 수 있는 좋은 경로를 제공해주는 셈이다.
(2) 오피올라이트(ophiolite): 종종 섭입대나 발산 경계가 압축력을 받으면서 한쪽 판이 다른 판 위로 얹어질 때가 있다. 이 때 지표에 드러나 있는 두꺼운 암층을 오피올라이트라고 하는데, 이 때 오피올라이트의 대부분은 판이 올라타면서 얹어놓은 맨틀 암석으로 구성되어 있다. 즉, 지각 아래의 구조가 지표에 그대로 보존되어 있는 셈이다. 오피올라이트가 노출된 곳에 가서 암석을 뜯어 오면 그것이 곧 맨틀 시료를 채취하는 셈이다.
(3) 해령 코어 컴플렉스(mid-oceanic ridge core complex): 천천히 발산하는 발산 경계에서는 화성 활동이 왕성하지 못해서 커다란 정단층에 의해 발산이 이뤄지는 구간이 나타난다. 이 때 정단층이 저각으로 강하게 벌어지면서 지각 없이 곧바로 맨틀이 지표와 맞닿아 있는 구간이 만들어진다. 즉, 이 지역은 문자 그대로 지표에 맨틀이 노출되어 있다. 이곳의 암석을 긁어오면 그것이 곧 맨틀 시료를 채취하는 셈이다.
맨틀 암석에 대한 직접적인 분석 연구의 대부분은 위 구조로부터 채취한 시료를 기반으로 한다. 그렇지만 지각으로부터 맨틀에 이르는 수직 구조를 직접 눈으로 보고 싶은 연구자들의 욕망과 도전 정신, 그리고 무엇보다 광산 발굴에 이끌려 땅을 파들어가는 프로젝트가 여러 번 진행되어 왔다. 1957년부터 1966년까지 미국에서는 '모홀 프로젝트'라는 이름으로 시추가 진행되었으나, 자금 사정으로 인해 결국 폐기되었다. 이후 1970년부터 1994년까지 소련의 콜라반도의 페첸스키 구('콜라 초깊이 시추공' #)에서도 시추 작업을 진행했는데, 12262m 정도 내려갔을 때(1989년) 급격한 온도 상승 탓에 프로젝트를 중단했던 적이 있다. # 2008년에는 카타르에서 12289m를, 2011년에는 러시아 사할린 섬에서 12345m를 시추하면서 현재 최고 기록이다.[6] 참고로 맨틀의 두께는 2,900km에 달한다. 즉, 인간은 지구의 1%도 파보지 못한 셈(...)

1.2. 지구 이외의 맨틀


태양계 천체들 중, 지구형 행성들은 모두 저마다 맨틀을 가지고 있다. 그 두께는 행성마다 제각각이지만 일단 지구형 행성은 암석으로 되어 있으므로 주성분은 규산염이라는 공통점을 가지고 있으리라 생각되고 있다. 한편, 행성뿐만 아니라 제법 크기가 큰 위성들 역시 각자의 사정으로 맨틀을 보유하고 있기도 하다. 대표적인 예는 , 이오, 유로파가 있다. 특이한 맨틀의 예로는 타이탄의 것이 있는데, 이 위성은 대부분이 물로 되어 있는 만큼, 맨틀 역시 고체 얼음(고압구조)으로 되어 있다고 추측하고 있다. 또 다른 특이한 예는 소행성 베스타인데, 이토록 '작은' 천체에 핵과 맨틀 구조가 있으리라 생각되는 것이 특이하기 때문이다.

2. API


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AMD가 개발한 API로, 이름의 유래는 (1)이지만 별 연관성은 없다.[7] DirectXOpenGL와는 달리, 하드웨어와 직접 통신하는 구조를 지향한다.[8] 콘솔 게임기의 그래픽 구현에 일반적으로 사용되는 구조이다. 개발이 초기에 중단되어서 DX3D에 비해 적용 게임이 많지는 않으나, 프로스트바이트 엔진크라이엔진 등 유명한 게임 엔진들과 그 엔진을 기반으로 한 몇몇 대작이 맨틀을 지원했기 때문에 게임 성능 향상에 대해 많은 기대감을 모았었다.
과거 3dfx의 독점 API로 나온 글라이드를 연상하는 사람이 많으나, 맨틀은 오픈 소스가 될 예정이었다는 차이가 있다. AMD 외의 그래픽 장치로도 사용할 수 있다는 것. 다만 NVIDIA는 경쟁사에서 주력으로 밀고 있는 게 영 탐탁찮은지 지원 계획이 있는지에 대해 일절 언급하지 않고 무시로 일관했다. 인텔은 자사의 GPU에 맨틀을 적용하기 위해 AMD에 기술 요청을 하였으나 AMD는 맨틀이 아직 완성되지 않은 베타버전이라는 이유로 거절했다. 물론 독점 API가 아니므로 이후 인텔과 기술협력을 할 가능성이 높았다.
한편 맨틀의 경쟁 상대가 되는 DirectX 쪽은 12버전에서 맨틀처럼 저수준 제어를 지원한다고 한다. 그리고 OpenGL 또한 OpenGL NG[9]부터 저수준 제어를 지원하는데(현재 공식 명칭은 Vulkan), AMD에서 OpenGL를 개발하는 크로노스 재단에 맨틀 관련 문서를 무제한 개방한 터라 맨틀의 향기가 진하게 묻어있을 가능성이 크다. 실제로 OpenGL측에서도 맨틀이 도움이 되었다는 언급이 있는 편이고, DX12도 직접적인 언급은 AMD의 자료 뿐이지만, 원래 DX가 NVIDIA, ATI(현 AMD 그래픽스) 등 VGA 개발사와 협력해서 만들었다는 점을 생각해 보면 정황상 영향을 줬을 가능성은 높다.[10]
이러한 API가 AMD만의 고유 발상은 아니고, 게임기에서는 당연시 되었고 PC에서도 필요성에 대한 공감대는 진작 형성되어 있었으나[11], 단일 사양에 전용 OS를 돌리는 게임기와는 판이하게 다른 PC 환경으로 인해 개발이 힘들었을 뿐이다. 그걸 마침 전세대의 Wii, 엑스박스 360에 이어 Wii U, 엑원PS4까지 자사 GPU#s-2 (또는 APU#s-2)를 채택시키는데 성공한 AMD가 선구현에 유리해진 상황을 이용해 빠르게 도입한 것이다.[12] 아무래도 콘솔과 맨틀은 AMD GPU를 제어하는 로우레벨 API라는 유사점이 있기 때문에 DX11에서 직접 포팅하는 것보다는 유사하고 쉬울 가능성이 매우 높다.[13]
게다가 DX12는 윈도우 10 이전 버전의 윈도우즈를 지원하지 않기 때문에 윈도우 7~8.1에서도 사용가능한 맨틀은 설령 DX12에 의해 대체되더라도, 윈도우 7~8.1 게이밍 시장에서 독자적인 지분을 유지할 수 있을 가능성이 매우 높았다.
그러나
2014년 안에 베타 과정을 마치고 SDK가 출시될 예정... 이었으나 연기 끝에 결국 취소되었다.
2015년 3월, AMD에서 대놓고 맨틀 1.0에서 DirectX나 새로운 OpenGL인 Vulkan으로 이동하기를 권했다. 링크.
2015년 7월, AMD가 맨틀API에 대한 최적화를 중단했다. 다만 맨틀은 DirectX 12와 Vulkan의 전신이라고 할 만큼 큰 영향을 끼쳤고, Vulkan을 준 공식 후속 API로 삼았으니 더 이상 AMD 내에서 개발할 필요가 없다. 실제로 배틀필드 4에서 맨틀 사용을 통해 상당한 성능 개선이 가능함을 실증했으며, 이것이 많은 유저와 개발자들에게 저수준 제어와 오버헤드 감소가 필요함을 알린 것만으로도 충분한 역할을 해낸 것. 다만 이건 어디까지나 AMD 입장을 대변하는 분석에 가깝다. 애초에 저런 핑계 이유들은 맨틀이 처음 발표되던 당시부터 예측된 것들 뿐이다. 그럼에도 불구하고 까이는 이유는 AMD가 맨틀은 DirectX 12와 Vulkan으로 가는 과도기가 아니며 계속 지원될 것이라고 했기 때문이다. 하지만 현실은? 당장 RX480만 봐도 이 문제로 맨틀 최초 지원작인 배틀필드 4가 가장 대표적인 친 엔비디아 게임 취급 받는 게 현실이다.
여튼, 현재 맨틀은 불칸에 자발적으로 계승된 상태라고 보는 것이 정확한 상태이다. OpenGL/불칸을 만드는 크로노스 그룹의 관련 인터뷰에서도 확인사살 하고 있다. 첫 줄부터 맨틀에 기반하여, 표준화 & 대체하고 있다고 명시하고 있다. 인터뷰 전문 (영어). 여담으로, 해당 인터뷰에서 프로스트바이트 엔진의 맨틀 렌더러를 불칸으로 바꿀 것이라고 했는데, 16년 8월 현재에는 안 바뀌었다. 차후에 실제로 바뀐다면 수정 바람.

2.1. 맨틀 API를 지원하는 게임 엔진


  • 프로스트바이트 3[14]
  • 크라이엔진
  • 판타레이 엔진[15]
  • Nitrous 엔진

2.2. 적용된 게임



2.3. 주요 적용 예정 게임


[1] 맨틀(mantle)이라는 단어는 본래 망토나 겉 껍질, 덮개 등 무언가를 감싸거나 덮는 것을 가리키는 말이다. 따라서 핵과 맨틀이라는 쌍은 자연스러운 단어 조합이다.[2] 지각의 구조에 따라 이 깊이는 무척 다양하다.[3] 비록 성은 같으나 요하네스 구텐베르크와는 관련이 없다.[4] 예컨대 수소, 아르곤, , 이산화탄소, 네온 등 휘발성 물질은 행성 진화에 있어 중요한 요소 중 하나이며, 이들의 저장고 역할을 하는 맨틀이 중요하지 않을 수 없다.[5] 지진파 탐사는 다른 여러 탐사법이 그렇듯이 거리 혹은 깊이가 멀어지면 변수가 많아지고 파동의 에너지가 많이 줄어들면서 오차가 커지기 마련이다.[6] 21세기에 진행된 카타르러시아의 시추 작업은 순수한 연구 목적이 아니라 석유 시추를 목적으로 한 작업이었다.[7] 당시 AMD 그래픽카드의 코드네임이 화산섬 이름인 것과 관계 있을지도...[8] 단, DirectX11까지. DirectX12부터는 하드웨어와 직접 통신을 지원.[9] Next Generation의 준말.[10] DX12도 비슷하거나 앞선 시기부터 개발이 시작되었다곤 하지만, 맨틀이 몇 년 먼저 나왔으므로 개발 중 선구현 사례로 참고했을 가능성은 상식적으로 조금만 생각해봐도 매우 개연성 있는 추측이다. 보통 선구현 사례를 피해서 다르게 만드는 이유가 특허 문제 때문이라는 점을 생각해본다면, 선구현 사례를 무료로 가져다 참고해서 쓸 수 있는데도 마다할 이유는 없다.[11] DX12의 저수준 제어 기능도 맨틀과 비슷하거나 앞선 시기부터 개발이 시작되었다.[12] 맨틀을 개발한 이유 중 하나가 EA 다이스에서 콘솔과 유사한 로우레벨 API를 쓸 수 없느냐 해서 만든 거라는 얘기가 있다[13] 이로 인해 사실상 동일 API라는 얘기까지 나왔지만, 공식적으로 부정되어서 낭설로 판명되었다. 어디까지나 DX11에서 포팅하는 것보다는 유사하다는 수준에 불과하다.[14] 애초에 맨틀 API가 DICE와의 협력을 통해 만들어졌다. 프로스트바이트 3를 사용하는 모든 게임들이 맨틀을 지원할 예정이다.[15] 캡콤의 차세대 게임 엔진. PS4로 독점 출시되는 Deep Down이 이 엔진을 사용했다. 근데 맨틀이 지원된다고 선언된 바이오하자드 레벌레이션스 2는 구세대 MT 프레임워크 엔진을 사용한다. 어?