사상 처음으로 과학자들이 지구의 내핵(inner core)이 실제로 단단하다는 사실을 확인했다.

이는 지진파의 ‘부드러운 속삭임과 같은’ 미세한 파동을 감지하는 새로운 방식이 개발됐기에 가능한 일이다.

호주국립대학(The Australian National University)의 트칼치치(Hrvoje Tkalčić)교수와 탄-손 팜(Than-Son Phạm)박사는 이를 통해 지진파를 분석, 지구의 가장 깊은 층인 내핵의 중요한 특성을 파악하는데 성공했다.

이들은 그 결과 지구 내부가 단단하다는 직접적인 증거를 발견했다고 과학저널 사이언스(Science)에 발표했다.

지진이 일어나면 지구 표면에 진동이 일어나고, 진동이 아주 심하면 엄청난 인명피해가 발생한다. 그런데 지진에 의해 발생하는 또 다른 파장은 잔물결을 이루면서 지구 내부로 들어간다.

이 지구 내부로 들어가는 파장은 여러 가지 형태를 갖는다. 어떤 파장은 기차 차량처럼 앞뒤로 출렁이면서 지구를 통과하지만, 전단파(shear wave)라고 부르는 다른 파장은 마치 바다 표면에서 서퍼들이 즐기는 파도처럼 아래위로 출렁인다.

이러한 전단파의 다양한 변화를 측정하면 그 파장이 지나가는 물질의 특성을 파악할 수 있다.

탐지 불가능하던 J전단파 측정

이 전단파의 한 종류인 J 전단파는 지구 내핵을 통과하기 때문에 지구 내부의 특징을 반영한다.

문제는 이 파장이 너무나 조용하고 미약해서 사실상 탐지하기가 불가능하다는 점이었다. 지진학계에서는 이 파장을 측정하는 것은 일종의 ‘성배’ 같은 것으로 생각되어 왔다.

그런데 마침내 호주국립대학 과학자들이 이 희미한 파장을 분명하게 듣는 새로운 방식을 개발했다. 그리고 새로운 방법으로 지진파를 분석한 결과 지구 내핵이 단단하다는 사실을 처음으로 확인한 것이다.

연구자들은 지구의 내핵이 정말로 단단하다는 것을 발견했지만, 그 전에 생각했던 것 보다는 부드럽다는 사실도 발견했다고 발표했다.

내핵의 전단파는 아주 작고 미약하기 때문에 직접적으로는 관찰될 수 없다. 그래서 과학자들은 창의적인 접근이 필요했다.

호주 연구팀이 사용한 방법은 2개의 지진파 수신기에서 수집한 자료를 비교하는 것이다.

‘상관 파장법’이라 불리는 이 방식의 핵심은 지진파 탐지기에서 받은 신호 사이의 유사성을 파악하는 것이다. 연구팀은 이런 방법으로 이미 남극 얼음의 두께를 측정하는데 성공했다.

자신감을 얻은 연구팀은 큰 지진이 발생한 다음에 기록된 처음 3시간의 진동기록은 버리고, 대신 3시간에서 10시간 사이의 진동기록을 분석했다. 이들은 전세계  지진탐사 네트워크에서 수집한 신호들을 아주 다양하게 조합해서 진동기록 사이의 유사성을 측정했다.

이러한 유사성에서부터 연구진은 일종의 지구의 지문인 ‘자기 상관 함수 도표’ (correlogram)을 구축했다.

트칼치치 교수는 “지금으로서는 내핵의 정확한 온도가 몇 도인지, 내핵의 나이가 얼마나 되는지, 내핵이 어느 정도의 속도로 고체화됐는 지 모른다. 그러나 지진학의 발전을 통해 우리들은 조금씩 나아가고 있다”고 말했다.

과학자들은 1세기 전까지는 지구는 표면이 단단한 것으로 둘러싸여 있고, 그 안에는 물같이 물렁한 금속으로 채워져 있다고 생각했다.

그런데 이 가정은 1930년대 들어 완전히 달라졌다. 뉴질랜드에서 일어난 거대한 지진을 분석해보니 내부가 물렁한 것만은 아니라는 점이 드러난 것이다.

덴마크 지진학자인 인지 레만(Inge Lehmann)은 당시 탐지한 지진파를 근거로 지구 내핵은 단단하다는 가설을 주장했다. 지진파 분석 결과, 무엇인가 단단한 것에 부딪혀서 반사된 지진파가 감지된 것이다.

이때부터 지구 가장 안쪽의 내핵이 단단하다는 가설이 등장했다. 그 뒤 추가 연구를 통해  지구 가장 안쪽에 내핵이 있다는 사실이 정설로 여겨졌다.

금-백금 같은 탄력성도 갖춰

이번에 내핵이 단단하다는 결정적 증거가 발견됨으로써, 과학자들이 추정한 것이 다시 한 번 확인된 것이다.

또한 내핵이 지금까지 생각했던 것 보다는 조금 부드럽다는 점도 최초로 알려졌다.

과학자들은 지금까지 내핵이 철과 니켈로 구성되어 있다고 생각했다. 그러나 이번 분석결과에 의하면 내핵에서 금과 백금의 수준의 탄력성도 일부 발견됐다.

트칼치치 교수는 “내핵은 지구의 타임캡슐과 같다. 지구 내핵을 잘 이해한다면, 우리들은 지구가 어떻게 형성되었으며 현재 어떻게 진화하는지 알 수 있다”고 말했다.