거대 운석은 지구 표면을 움푹 찌그러뜨리는 것이 아니라 위로 부상하게 했다는....
호주 커틴대(Curtin University)에서 진행된 연구에 따르면, 지구상에 존재하는 대륙의 가장 오래된 부분이 거대 운석의 충돌로 형성된 증거가 발견됐다고 한다.
대륙의 핵이 되는 부분이 화산 등 지구 내부의 힘에 의해 만들어졌는지, 운석 등 지구 외부의 힘에 의해 만들어졌는지는 오랫동안 뜨거운 논의가 오갔으나 이번 연구를 통해 외부로 부터의 힘이라는 결정적인 증거가 제시되었다.
하지만 단순하게 생각하면, 거대 운석이 명중한 곳은 움푹들어가버려 바다 밑으로 가라앉을 것 같은데, 왜 거꾸로 솟아올라 대륙이 되었을까?
자세한 연구 내용은 2022년 8월 10일 "Nature"에 게재되었다.
■ 거대 운석의 충돌이 대륙을 만든 것으로 판명
한때 지구의 표면은 거의 완전히 물로 덮여 있었는데, 지금으로부터 39억 년 ~ 35억 년 전에 이르러서는 그 후 대륙의 핵이 되는, 비중이 가벼운 암석으로 이루어진 부분이 형성되게 되었다고 알려져 있다.
대륙핵은 주위의 암석에 비해 가볍기 때문에, 지구의 맨 표면에 떠올라 육지가 되어 얼굴을 내밀 수 있었던 것.
흥미롭게도, 지구상에 대륙핵이 출현하는 시긴(39억년 ~ 35억년 전)는 지구상에 대량의 운석이 쏟아졌던 중폭격기(41억년~38억년 전)의 끝자락과 일치한다.
그래서 대륙핵의 기원으로, 화산 등 지구 내부의 힘에 의해 만들어졌다는 기존의 설과 더불어 운석 등 지구 외부의 힘에 의해 만들어졌다는 설도 존재하고 있었다.
하지만, 대륙핵이 쏟아지는 운석에 의해 만들어졌다는 직접적 인 증거는 부족해서 별로 인기있는 가설이 아니었고, 그래서 이번에 커틴대 연구자들은 호주 서부에 존재하는 가장 오래된 대륙핵(필바라 크래톤)을 조사하기로 했다.
조사에 있어서는, 지각의 지르콘 결정에 포함되는 산소 동위체(산소 18과 산소 16)의 비율이 조사되었는데, 지르콘은 암석이 녹아 굳어지는 과정으로 구성되는 작은 결정으로 화산 폭발이나 운석의 충돌에 의해서도 생성되는 흔한 광물로 지르콘에 포함된 산소 동위체의 비율을 조사함으로써 암석이 몇 번으로 형성되는지 알아낼 수 있게 된다.
연구자들이 분석한 결과, 대륙핵(필바라 크래톤)이 운석의 충돌에서 비롯되는 세 가지 다른 단계에 의해 형성된 것으로 나타났다.
1단계에서는 먼저, 운석의 충돌로 인한 열과 충격으로 지각의 융해가 일어나 지르콘 결정이 형성되는 것으로 시작, 낙하 지점에는 거대한 크레이터가 형성됨과 동시에 거대 쓰나미가 발생한다.
물이 가득한 콘크리트 수영장에 철구를 넣으면, 수영장 바닥에 구멍이 생겨 물보라가 일어나는 것과 같은 현상이라고 할 수 있다.
하지만 지구는 수영장 바닥과는 달리 탄력성이 뛰어나기 때문에, 운석의 낙하에 의해 표면 부분이 벗겨지면 그 부분이 억제하고 있던 압력이 해방되어 지구 내부에서 맨틀 상승이 일어난다.
보통 맨틀은 압력에 의해 다져져 고체 형태를 띠지만, 지구 표면에 가까워져 주위의 압력이 떨어지면 녹아 마그마가 되고 지각 바닥에 달라붙어 다시 냉각되어 간다.
이 과정이 반복되면서 지각의 일부가 상하좌우로 확대되면서 거대한 지각 덩어리가 만들어졌다.
맨틀의 상승세가 꺾이면 지각 덩어리의 성장은 일단락되고 다음 단계로 접어든다.
시뮬에이션에 따르면, 지름 30km의 운석이 초속 20km의 속도로 지구에 충돌할 경우, 지름 약 600km, 두께 150km의 지각 덩어리가 형성되는 것으로 나타났다.
이 지각 덩어리가 다음 제2 제3 스테이지를 거쳐 대륙 핵이 될 것....
2단계에서는 이 지각 덩어리가 주역이 되는데, 맨틀 상승이라는 큰 흐름이 끝나면 핵 속에서 무거운 암석이 서서히 가라앉기 시작한다.
하지만 표면에는 거대한 뚜껑이 되어 압력이 유지되기 때문에 침체를 일으킨 만큼 압력을 유지하려면 다른 것이 떠올라야 한다.
떠오르는 대상은 지각과 맨틀 사이에 부분적으로 융해됐던 화강암 등(TG)이 있고 지각 내부에는 주머니 모양으로 쌓이기 시작.
그 결과, 지각 덩어리는 전체적으로 비중이 가벼워지고 단독으로 떠오르기 시작한다.
3단계는 주로 지각 내부에서 융해와 화강암 형성 시기이며, 떠오르기 시작한 지각 덩어리가 대륙핵으로 기능하기 시작하면서 서서히 주위에 육지가 형성되어 나가는데, 이상을 자쿠리라고 간단히 말하면, 운석 낙하에 의해서 생긴 지각의 구멍을 메워 보았지만, 매립한 부분의 밀도가 저하해 버려, 떠오른것이 대륙핵이 될 것이라는....
■ 대규모 운석 낙하와 대륙 핵이 생명 탄생의 조건이 되었을지도 모른다
이번 연구를 통해, 대륙의 핵이되는 부분이 운석 충돌의 부산물로 형성된 것으로 나타났다.
연구자들은 대륙핵이 탄생한 시기가 대규모 운석 낙하가 이어졌던 후기 중폭격기의 끝 시기와 겹친 것은 우연이 아니라고 말하고, 대규모 운석 낙하는 지각을 너덜너덜하게 만들기 때문에 중폭격 중에는 정상적인 대륙핵 발달이 방해되었을지도 모른다.
또 연구자들은 후기 중폭격과 대륙핵 형성에 전후한 형태로 생명이 탄생했을 가능성이 있다고 말하고, 운석은 지구의 바닷물에 아미노산 등 생명의 재료를 전달할 뿐만 아니라, 대륙핵 형성을 통해 지각과 맨틀 성분을 교반해 생명 탄생의 조건을 갖추고 있었을지도 모른다.
연구자들은 앞으로, 다른 대륙핵으로 조사의 손길을 넓혀 갈 것이라고 하고, 현재까지 운석과 대륙핵의 관계가 나타난 것은 한 경우뿐이지만, 연구자들의 예측이 맞다면 다른 대륙핵에서도 비슷한 운석과의 관계를 발견할 수 있을 것이다.
