(An artist's rendering of Earth during the Archean eon, with a hazy atmosphere, few landmasses and a global ocean. Credit: Alec Brenner, Harvard University)
지구는 지금도 표면의 70% 이상이 바다인 물의 행성이지만, 지구 역사 초기에는 더 많은 물이 있었다는 연구 결과가 발표됐습니다. 하버드 대학의 미네랄 물리학자인 준지에 동 (Junjie Dong, a mineral physicist at Harvard University)과 그 동료들은 초기 지구 맨틀이 저장할 수 있는 물의 양을 계산해서 이와 같은 주장을 저널 AGU Advances에 발표했습니다.
지구의 물은 사실 표면에만 있는 것이 아닙니다. 물은 다른 광물과 결합한 상태로 맨틀 속에 더 많이 존재합니다. 그리고 지질 활동에 의해 지구 전체에서 끊임없이 순환합니다. 지금 우리가 마시고 있는 물도 사실 수십 억년 전에는 지구 깊숙한 맨틀에서 올라온 것일 수 있습니다. 그런데 지구의 맨틀이 얼마나 많은 물을 저장할 수 있는지는 온도와 관계가 깊습니다.
연구팀에 따르면 지구 역사 초기인 32-40억년 전에는 지구 내부가 지금보다 더 뜨거웠습니다. 이 때는 지구가 탄생한 지 얼마 되지 않은 시점으로 지질 활동도 더 활발했을 것입니다. 이 시기 맨틀으 온도는 1900-3000K로 현재의 1600-2600K보다 더 뜨거웠습니다. 연구팀은 23가지 광물의 온도에 따른 물 저장 능력을 평가해 이 시기 지구 맨틀의 물 저장 능력이 지금의 30-80% 수준에 불과했다고 추정했습니다. 그렇다면 지구 표면에는 지금보다 훨씬 많은 물이 있었을 것입니다. 한마디로 바다만 있는 물의 행성이었을지도 모른다는 이야기입니다.
다만 다세포 동물의 대폭발이 발생한 캄브리아기 시기 이후 (5억 4100만년 전부터 지금까지) 지구 맨틀과 표면의 물의 양은 거의 비슷하게 안정적으로 유지되었던 것으로 보입니다. 활발한 지질 활동과 함께 판구조에 의해 대륙이 형성되어 생명체가 살 수 있는 넓은 육지가 존재했습니다. 만약 이 조건이 갖춰지지 않았다면 인류를 포함한 육지 생명체는 존재하지 않았을 것입니다.
이번 연구는 지구 이외의 다른 행성의 진화를 이해하는데도 시사하는 바가 적지 않습니다. 예를 들어 화성의 경우에도 초기에는 맨틀의 저장 능력이 약해 표면에 더 많은 물이 있었을 수 있습니다. 하지만 시간이 지나면서 지구보다 더 빠른 속도로 내부가 식어 내부의 물 흡수 능력이 더 커졌을 것입니다. 이것이 화성이 건조한 행성이 된 이유인지는 확실치 않지만, 앞으로 검증해야할 흥미로운 가설임에는 틀림없습니다.
참고
Junjie Dong et al, Constraining the Volume of Earth's Early Oceans With a Temperature‐Dependent Mantle Water Storage Capacity Model, AGU Advances (2021). DOI:
https://phys.org/news/2021-03-early-earth-hot-mantle-archean.html
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