(An artist's interpretation of an ice-covered river sourced from meltwater beneath Mars’ south polar cap. Credit: Peter Buhler/PSI)
화성은 아주 오래전에는 액체 상태의 물이 흐를 만큼 따뜻하고 두꺼운 대기를 지녔습니다. 하지만 상대적으로 약한 중력과 자기장으로 인해 대기를 대부분 잃고 온도가 떨어지면서 그나마 있던 이산화탄소들도 드라이아이스 형태로 얼어버려 더 기온이 떨어지는 악순환을 겪으면서 지금처럼 춥고 건조한 행성이 된 것으로 보입니다.
다만 추운 시기에도 화성 표면에는 주기적으로 많은 물이 흘렀던 흔적이 보여 주기적으로 따뜻해진 것이 아닐까 하는 추정도 있습니다. 그러나 행성 과학 연구소의 피터 부흘러 (Planetary Science Institute Research Scientist Peter Buhler)가 이끄는 연구팀은 사실 이미 추운 상황에서도 지중해를 채울 정도의 물이 화성 표면을 흐를 수 있다는 주장을 내놓았습니다.
연구팀은 현재 화성에서 순환되는 이산화탄소에 대한 모델을 만들었습니다. 화성 대기의 대부분은 지금도 이산화탄소인데, 이 이산화탄소는 극지방에 쌓인 드라이아이스와 화성의 모래 입자인 레골리스 사이에서 균형을 맞추면서 순환하고 있습니다.
연구팀은 이 순환 모델을 36억 년 전까지 확장해 고대 화성에서 어떤 일이 일어났는지 조사했습니다. 연구팀에 따르면 고대 화성이 추워지면서 이산화탄소가 얼어붙어 극지방에 최대 560m 두께의 드라이아이스 층을 만들었습니다. 그런데 당시에는 지금보다 화성 표면에 물이 많았기 때문에 그 아래에는 4km 두께의 방하가 존재했습니다.
드라이아이스층이 단열층 역할을 하고 지질 활동이 지금보다 활발했던 화성의 지열에 의해 내부의 얼음이 녹으면 내부에는 거대한 빙하 호수가 형성됩니다. 그리고 뚝이 터지는 것처럼 이 빙하 한쪽이 붕괴되면 얼음물이 터져 나와 거대한 홍수가 휩쓸게 되는 것입니다.
연구팀은 그 근거로 극지방에서 볼 수 있는 빙하 지형인 에스커 (esker, 빙하 아래 물의 흐름으로 인해 만들어진 제방 같은 지형)와 계곡들을 들었습니다. 이때 나온 물은 아지레 (Argyre) 분지 같은 저지대를 채웠는데, 그 양은 지중해를 채울 정도였던 것으로 보입니다.
대략 10만 화성년 주기로 화성도 지구처럼 자전축이 흔들리기 때문에 이런 일이 주기적으로 진행되면서 극지방의 얼음은 더 줄어들고 화성은 점점 더 춥고 건조한 행성이 됐을 것입니다. 이 주장이 옳다면 화성의 극지방 근처에 증거가 더 남아 있을 것이기 때문에 여기에도 로버를 보내봐야 하지 않을까 생각합니다.
참고
https://phys.org/news/2024-11-carbon-dioxide-collapse-icy-mars.html
P. B. Buhler, Massive Ice Sheet Basal Melting Triggered by Atmospheric Collapse on Mars, Leading to Formation of an Overtopped, Ice‐Covered Argyre Basin Paleolake Fed by 1,000-km Rivers, Journal of Geophysical Research: Planets (2024). DOI: 10.1029/2024JE008608
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