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2016년 5월 10일 화요일

고대 지구 대기압은 지금의 절반 수준 ?



(One of the lava flows analyzed in the study, from the shore of Australia's Beasley River. Gas bubbles that formed as the lava cooled, 2.7 billion years ago, have since filled with calcite and other minerals. The bubbles now look like white spots. Researchers compared bubble sizes from the top and bottom of the lava flows to measure the ancient air pressure. Credit: Sanjoy Som/University of Washington )​

 지구 초기의 환경은 지금과는 ​많이 달랐습니다. 생성된지 얼마 되지 않은 태양은 지금보다 어두웠고 대기에는 산소가 거의 없었습니다. 대신 이산화탄소나 메탄 같은 온실 가스로 인해 따뜻한 물이 존재할 만큼의 기온은 유지할 수 있었습니다. 그리고 아마도 지금보다 대기가 더 두터웠을 것으로 생각되어 왔습니다.
 하지만 최근 발견된 새로운 증거는 고대 지구의 대기가 지금보다 더 밀도가 높았을 것으로 보는 학설에 반기를 들고 있습니다. 워싱턴 대학의 연구자들은 호주에서 발견된 27억년 전의 암석 샘플 연구 결과를 바탕으로 당시 지구 대기의 밀도가 지금의 절반 수준에 불과했다는 주장을 저널 Nature Geoscience에 발표했습니다.
 사실 당시의 대기 샘플을 구한다는 것은 불가능에 가까운 일입니다. 연구팀이 구한 것은 용암이 형성될 때 생성된 기포입니다. 이 기포에 갖힌 공기는 당시의 대기압을 반영하기 때문입니다. 하지만 정확하게 해수면 위에서 빠르게 식은 용암에서 형성된 암석을 찾는 일은 쉽지 않은 과제였습니다.
  연구팀은 어렵게 찾은 27억년 전의 암석 샘플에서 마침내 단서를 찾아냈습니다. 이 기포에 담긴 가스의 압력은 놀랍게도 당시 지구 대기 압력이 지금의 절반 수준에 불과하다는 것을 시사하고 있습니다.


(추가: 이 부분은 약간 잘못된 내용입니다. 실제로는 공간의 크기를 재서 압력을 역으로 추산하는 방법을 사용했다고 합니다. 정정합니다)
 이미 매우 놀라운 일로 왜 이렇게 당시 대기압이 낮았는지는 설명하기 어렵지만, 과거 지구 대기를 설명하는 이론들에 대해서 다시 생각해봐야 한다는 사실을 보여주고 있습니다. 물론 실제로 당시 대기압이 이렇게 낮았는지에 대해서 학계에서 논쟁이 벌어질 것으로 예상됩니다.
 아무튼 27억년 전 지구의 환경은 지금과는 판이하게 달랐습니다. 태양의 밝기는 지금보다 20% 낮았고 대기 역시 산소는 별로 없는 환경이었습니다. 이와 같은 환경에 대기 압력까지 낮았다면 당시 단순한 박테리아 이외에는 다른 생명체가 진화하지 못했던 이유를 설명할 수 있을 것입니다.
 어쩌면 지금 지구는 거대한 다세포 생물이 살기에 적합한 좋은 시절을 지나고 있는 것일지도 모릅니다. 다시 십 수억년이 흐르면 태양이 너무 뜨거워져 지구는 생명체가 살기에 적합하지 않은 행성이 될 것입니다.
 물론 우리는 그보다 훨씬 전에 사라지겠지만, 지구와 태양의 환경이 이렇게 시간에 따라 변한다는 사실은 외계 생명체를 찾는 연구에서도 시사하는 바가 적지 않을 것 같습니다. 현재는 생명체가 사는데 적합하지 않은 행성이라도 과거나 미래에는 적합했을 수 있기 때문이죠. 
 참고
    ​ Sanjoy M. Som et al, Earth's air pressure 2.7 billion years ago constrained to less than half of modern levels, Nature Geoscience (2016). DOI: 10.1038/NGEO2713                                         

  http://phys.org/news/2016-05-early-earth-air-today-atmosphere.html#jCp

댓글 2개:

  1. 늘 너무 잘 보고 있습니다. 그런데 약간 오해가 있는 것 같네요.

    용암이 형성될 때 생기는 기포는 대기가 아니라, 용암 속의 가스인데 대기와 무슨 상관인지,
    어떻게 암석 속 기포의 압력을 재었는지, 깜짝 놀라 밑에 써주신 링크로 들어가보니 내용이 다릅니다.
    연구팀이 잰 것은 그 빈 곳에 든 압력이 아니고, 빈 공간(거품) 크기입니다.

    용암의 상승을 조사하던 방법을 거꾸로 이용했다는데, 용암이 땅속에서 위로 올라갈수록 압력 감소로 기포의 크기가 커지게 되는 것을 이용한 것입니다.
    용암이 해변 가까이에서 분출하면 해수에 닿으면서 찬물에 식어 바로 굳어지는데, 동글동글한 덩어리가 됩니다. 덩어리 안쪽은 기포가 작고 표면쪽으로 나온 기포는 압력 감소로 크기가 큽니다. 해수면에서는 이때 용암에 작용하는 압력이 대기압일 것이므로, 이 크기 변화를 재면 대기압을 알 수 있다는 것입니다.

    해변에서 생긴 동글동글한 암석만 찾으면 해수면이라는건 확실하게 알 수가 있습니다.

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    1. 사실 제 전공하고는 달라서 잘 이해하지 못한 부분이 있었는데 이렇게 지적해 주시니 감사합니다.

      워낙 여러 분야를 다루다보니 실수하는 경우도 종종 있는데, 이렇게 도와주신다면 저는 물론이고 다른 독자들에게도 큰 도움 될 것 같습니다.

      감사합니다.

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