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2014년 12월 20일 토요일

지구의 물은 어디서 왔을까 ?



(대서양의 사진


 지구의 물이 어디에서 기원했는 지는 아주 오래된 논쟁거리 가운데 하나입니다. 과학계에서 진지하게 논의된 다양한 가설들은 아주 크게 보면 두 가지로 압축될 수 있는데 지구 내부에서 기원했다는 것과 지구 밖에서 공급되었다는 것 두 가지입니다. 물론 논리적으로 생각했을 때 이 두 가지 가설 외에 다른 제 3의 가능성은 아마도 생각하기 어려울 것입니다. 아마도 이 두 가지 공급원이 모두 영향을 미쳤겠지만 그 중 어느 것이 주로 큰 영향을 미쳤는지가 결국 핵심이라고 하겠습니다. 
  

 최근 과학계에서는 바다의 물이 아마도 우주에서 공급되었을 것이라는 가설이 힘을 얻었습니다. 좀더 구체적으로 말하면 혜성과 소행성인데, 그 중에서도 혜성은 물의 함량이 높기 때문에 더 유력한 후보였습니다. 지구의 역사 초기에 아마도 원시적인 바다가 형성되었을 가능성이 있지만, 이 바다는 뒤이은 격렬한 소행성 충돌로 제대로 유지되기 힘들었을 것입니다. 

  
 이후 태양계 초기 역사에서 후기 대폭격기 시절 대규모의 혜성과 소행성이 지구에 충돌했고, 바로 여기에서 지구의 바다의 물이 생겼다는 가설이 지금까지 큰 지지를 받고 있었습니다. 여기에는 몇 가지 증거가 있었습니다. 이전 포스트에서 설명했듯이 (  http://jjy0501.blogspot.kr/2014/12/Origin-of-the-water-on-earth.html 참조) 딥 임팩트 (Deep Impact) 탐사선은 EPOXI 연장 임무를 통해서 103P/Hartley 혜성에 700km 까지 근접해 그 구성 물질을 분석했습니다. 


 그 결과는 혜성에서 나오는 물 분자가 지구의 물 분자와 동위원소비가 비슷하다는 것이었습니다. 하지만 이와 같은 관측 결과는 최글 로제타 우주선이 혜성 67P/Churyumov–Gerasimenko 에서 분석한 것과 다른 결과와 부딪히고 있습니다. 과학자들은 이 두 혜성이 모두 카이퍼 벨트에서 기원했다고 보고 있는데 그렇다면 카이퍼 벨트의 소행성들이 서로 다른 기원을 가지고 있던가 아니면 둘 중 하나의 결과가 정확하지 않을 가능성이 있습니다. 


 한편 지구표면의 물의 기원에 있어 다른 설명을 찾는 과학자들도 있습니다. 최근 미지질물리학회 (American Geophysical Union (AGU))에 발표된 내용에 의하면 수십억년 동안 지구 내부에서 표면으로 방출된 물의 양은 바다가 가진 물의 절반 정도에 해당한다는 주장이 제기되었습니다. 이들에 의하면 지구 내부에서 외부로 나온 물의 양이 태평양 바다와 맞먹는 셈입니다. 


 오하이오 주립 대학의 웬디 파네로 교수(Wendy Panero, associate professor of earth sciences at Ohio State)와 그녀의 대학원생 제프 피곳(Jeff Pigott)은 자신들의 실험실에서 지구의 맨틀에 풍부한 다양한 물질들을 고온 고압 환경에서 테스트했습니다. 


 사실 물의 원료가 되는 산소의 경우에는 지구의 지각에도 충분히 존재합니다. 문제는 수소입니다. 수소 자체는 우주에서 가장 흔한 물질이지만 지각 깊숙한 곳에는 그렇지 않습니다. 과거 연구에서 감람석(olivine)의 일종인 브리지머나이트(bridgmanite)는 지구에서 가장 풍부한 광물이지만 수소를 저장하기에는 적합하지 않은 것으로 나타났습니다. 


 대신 연구자들은 더 풍부한 수소와 물의 공급처가 될 수 있는 링우다이트(ringwoodite)라는 광물을 테스트 했습니다. 이 광물은 맨틀의 전이대 (transition zone, 하부 맨틀과 접해 있는 상부 맨틀의 일부)에 풍부하며 대류를 따라 여기서 물이 존재할 가능성이 있다는 연구 결과는 이전부터 제기되곤 했지만 이 주장 역시 지구의 물이 혜성에서 기원했다는 가설 만큼 결정적인 증거는 부족한 상태입니다. 


 아무튼 연구팀은 실험실에서의 테스트 결과 및 컴퓨터 계산을 통해서 아마도 이 링우다이트와 석류석(garnet)의 상호 작용으로 지각내 물의 순환이 이뤄지고 있으며 이것이 바다의 물의 양의 상당 부분을 생성하는데 도움을 준 것으로 보고 있습니다. 그 양이 연구팀이 주장하는 것 처럼 지구 바다의 절반 정도라면 혜성의 물의 동위 원소 비가 지구의 물과 완전히 일치하지 않는 어쩌면 당연할 것입니다. 다만 이를 뒷받침할 결정적인 증거는 아직 모자랍니다.  


 여러가지 흥미로운 이론들이 등장하고 있지만 아무튼 바다의 물이 어디에서 얼마나 기원했는지 밝히는 연구는 아직도 갈길이 먼 것 같습니다. 과학자 대부분이 동의할 수 있는 확실한 결론이 등장하려면 아마도 좀 시간이 더 필요할 것 같다는 느낌입니다.   


 참고 





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