기본 콘텐츠로 건너뛰기

지구의 물은 맨틀에서 기원했다?



(A new study led by a team of scientists at UCD shows that a reaction betwen silicon dioxide that is found in quartz crystals and fluid hydrogen at high temperatures and pressure, found in the earth's upper mantle, can create water. Credit: flickr-jgsgeology)


 지구는 물의 행성으로 불리고 있습니다. 물론 지구 전체로 봤을 때 물의 양이 절대적으로 많은 것은 아니지만, 표면의 2/3 이상이 물로 덮혀 있어 지구 생태계를 안정적으로 유지할 수 있기 때문이죠. 물이 지구에 미치는 영향 역시 중요하지만, 이렇게 많은 물이 과연 어디서 기원했는지 역시 과학적으로 흥미로운 주제가 아닐 수 없습니다. 


 지구 표면의 물, 즉 바다의 기원을 설명하는 데는 크게 두 가지 가설이 있습니다. 바로 혜성 같은 외부 요인에 의한 것과 지구 내부 맨틀에서 기원 (화산 활동) 했다는 것입니다. 전자의 경우 38-39억 년 전 대폭격기에 지구에 혜성에 대거 충돌했다는 가설에 기반을 두고 있습니다. 따라서 로제타 탐사선이 혜성에 도착했을 때 모은 데이터에 많은 과학자들의 관심이 쏠렸습니다. 결과는 혜성의 얼음과 지구의 물이 좀 다르다는 것이었죠. 




 물론 혜성 한 개만을 관측한 결과이기 때문에 일반화하는 건 성급할 수 있으나 아무튼 바다의 지구 내부 기원설을 지지하는 결과라고 할 수 있습니다. 


 유니버시티 칼리지 더블린 (University College Dublin)의 연구자들은 지구의 상부 맨틀에 존재하는 수소와 이산화규소 (silicon dioxide)가 고온 고압 환경에서 어떤 반응을 보이는지 시뮬레이션을 통해 조사했습니다. 이들이 조사한 것은 지표에서 40-400km 깊이의 상부 맨틀로 2만 기압의 압력과 섭씨 1,400도가 넘는 온도가 지배하는 곳입니다. 그런 만큼 고온 고압 환경에서 물이 형성될 수 있는 것입니다. 


 과학자들은 지구 맨틀에 바다보다 더 많은 물이 존재한다고 생각하고 있습니다. 그리고 이 물이 화산 활동 등을 통해서 지표로 나온다는 것은 실제 화산 분출물을 조사해보면 알 수 있습니다. 이번 연구 결과 역시 이와 같은 가설을 지지하는 것입니다. 


 아마도 바다의 물은 일부는 혜성에서 일부는 지구 내부에서 기원했을 가능성이 커보입니다. 다만 어느쪽이 더 주된 생성 요소인가가 문제인데, 앞으로 연구를 통해서 이 문제에 대한 결정적인 해답이 나오기를 기대합니다. 



 참고 


More information: Zdenek Futera et al. Formation and properties of water from quartz and hydrogen at high pressure and temperature, Earth and Planetary Science Letters (2017). DOI: 10.1016/j.epsl.2016.12.031





댓글

이 블로그의 인기 게시물

100 테슬라급 자기장 도달

 미국의 로스 알라모스 국립 연구소 (Los Alamos National Laboratory) 에서 과학자들이 지금까지 인간이 개발한 가장 강력한 자기장을 발생시키는 장치 개발에 도전하고 있습니다. 자기장의 세기를 나타내는 방법으로 자기력선의 밀도를 나타내기 위해 단위 면적당 자기력선의 수를 표시하는 단위인 테슬라 (T) 가 있습니다. (1T = 1Wb/㎡  웨버 (Wb) 는 자속의 단위)   의료용으로 사용되는 초전도체를 이용한 MRI 의 경우 1.5 - 3 테슬라급의 강력한 자기장으로 인체 내부를 볼 수 있게 만들지만 과학 연구용으로 이보다 더 강력한 자기장이 필요할 수 있습니다. 최근에 등장한 90 테슬라급 자기장에 이어 이번에 로스 알라모스 국립 연구소에서는 100 테슬라급인 100.75 T 를 실현 했다고 합니다.   이를 구현한 것은 18000 파운드 (8.16 톤 정도) 의 코일과 여기에 에너지를 공급할 1200 메가줄 (Megajoule) 급 모터 제네레이터등의 설비입니다.  (   The 1,200-megajoule motor generator that powers the magnetic pulse.  )  이와 같은 연구를 통해 알아내고자 하는 것은  Quantum Phase transitions and new ultra high field magnetic states Electronic Structure determination Topologically protected states of matter  로 요약할 수 있다고 합니다.   아무튼 수 T 급 MRI 만 해도 자기장의 힘이 엄청난데 100 T 라니 엄청난 자기장이네요. 이는 지구 자기장 세기보다 200만배 강력한 (물론 좁은 범위에서 작용하는 자기장이라 지구 전체...

고대 양서류 이야기 (2) - 악어를 닮은 거대 양서류들

  페름기에는 다양한 양막류가 진화해서 앞서 소개한 육상형 템노스폰딜리는 점차 설 자리를 잃게 됩니다. 하지만 양서류는 본래 자신의 서식지인 물과 습지에서 여전히 번성을 누렸습니다. 당시에는 악어류 같은 대형 양서형 파충류도 없던 시절이었기 때문에 이와 비슷한 생태학적 지위는 여전히 양서류의 몫이었습니다. 이들에 대한 이야기는 제 책인 포식자에서 비교적 간단히 다뤘는데, 오늘은 여기에 대한 보충 설명입니다.  책 정보:  http://book.naver.com/bookdb/book_detail.nhn?bid=13347200 Yes 24:  http://www.yes24.com/24/goods/58772859 11번가:  http://books.11st.co.kr/product/SellerProductDetail.tmall?method=getSellerProductDetail&prdNo=1977867160 알라딘:  http://www.aladin.co.kr/shop/wproduct.aspx?ItemId=134877825 교보문고:  http://www.kyobobook.co.kr/product/detailViewKor.laf?ejkGb=KOR&mallGb=KOR&barcode=9788970447988&orderClick=LAG&Kc= 인터파크 :  http://book.interpark.com/product/BookDisplay.do?_method=detail&sc.prdNo=279593764&sc.saNo=003002003&bid1=search_auto&bid2=detail&bid3=prd_img&bid4=001 영풍문고:  http://www.ypbooks.co.kr/book.yp?bookcd=100843205&gubun=NV ...

이빨이 다시 진화한 개구리

  ( CT scans of Gastrotheca guentheri skulls revealed what appeared to be identical rows of teeth on both the upper and lower jaws, which researchers later confirmed through dissection. Credit: Florida Museum/Daniel Paluh )  개구리는 2억년 전 진화 과정에서 이빨을 잃어버리고 큰 턱과 혀를 이용해 곤충 같은 작은 먹이를 잡아 먹는 방향으로 진화했습니다. 파충류나 포유류 같은 다른 사지류와의 경쟁에서 밀려 양서류가 쇠퇴하고 멸종하던 시기에도 개구리는 여전히 생존할 수 있었던 비결입니다.   이빨이 없는 덕분에 큰 혀를 발사하기 편해졌을지는 모르지만, 이빨이 없으면 종종 불편할 때가 있습니다. 씹는 대신 삼키기 때문에 음식을 씹을 수 없다는 점은 문제되지 않지만, 필사적으로 달아나려는 먹이를 잡기 힘들기 때문입니다. 이런 이유 때문에 일부 개구리는 이빨 같이 보이는 엄니 (fang)을 지니고 있으나 이는 사라진 이빨이 다시 난 것이 아니라 다른 부분이 진화한 것입니다.   이는 돌로의 법칙 ( Dollo's Law )으로 알려져 있습니다. 진화 과정에서 퇴화한 부분이 다시 생겨나지 않으며 대신 필요하면 다른 부분이 진화해 그 역할을 대신한다는 것입니다. 예를 들어 아가미가 사라진 사지 동물은 다시 물에 들어온다고 해도 아가미가 다시 생기진 않습니다. 대신 고래처럼 폐가 커져서 그 기능을 대신하게 됩니다.   하지만 모든 법칙엔 예외가 있기 마련입니다. 남미에서 발견된 멸종 위기 개구리 중 하나인 구엔터 유대류 개구리 ( Gastrotheca guentheri, Guenther's marsupial frog, dentate marsupial frog)는 완전한 형태의 이빨을 지니고 있습니다. 참고로 유대류 개구리라는 명칭은...