‘물 속에 빠져 있던 지구’ 증거 재확인

수십억 년 동안 맨틀이 서서히 흡수

생명체가 출현하기 전 초기 지구는 어떤 모습이었을까? 특히 지구 표면에서 바다의 크기와 바닷물에서 드러난 땅의 크기가 얼마나 되었는지를 밝히는 것은 매우 중요하다.

수십억 년 전 지구에 얼마나 많은 물이 모여 있었을지를 알아내는 것은 쉬운 일이 아니다.

그런데 지질학자들이 수십억 년 전 초기 지구에 얼마나 많은 물이 표면을 덮었을 것인지에 대한 과학적 증거를 발견하고 그 결과를 미국지질물리학회(AGU)에서 발행하는 ‘AGU 어드밴시스’ 저널에 3월 9일 발표했다.

지구 역사에서 맨틀의 특징에 대한 새로운 분석에 따르면, 모든 지구는 한때 땅이 거의 없거나 전혀 없는 광대한 바다에 잠겨 있었고 지구는 물속에 잠긴 축축한 우주 암석이었다고 한다.

암석이 서서히 식으면서 물 빨아들여

그렇다면 그 많은 물은 지금 어디로 갔을까? 하버드 대학의 행성 과학자 전지에 동(Junjie Dong) 연구팀에 따르면, 맨틀 깊숙한 곳의 광물들이 수십억 년에 걸쳐 천천히 고대 지구의 대양을 들이마셨다.

초기 지구는 물 속에 완전히 잠겨 있었다. © 픽사베이

연구팀은 “지구 고체 맨틀에 있는 저수량을 맨틀 온도의 함수로서 계산했다”고 AGU 저널에 게재한 논문에서 밝혔다.

과학자들은 뜨거운 초기 맨틀의 저수량이 현재 지구 맨틀이 보유한 물의 양보다 작았을 수 있다는 것을 발견했다. 따라서 현재 맨틀이 머금은 물은 초기 지구 표면에 위치했을 것이고, 따라서 더 큰 바다를 형성했을 것이라고 발표했다.

이런 연구결과는 과거 지구 역사에서 지구 표면 바다의 부피가 거의 일정하게 유지되었다는 오래된 가정을 재평가할 필요가 있음을 시사한다.

지하 깊은 곳에서 많은 양의 물이 산소와 수소 원자로 구성된 수산기(水酸基) 화합물의 형태로 저장된 것으로 과학자들은 추정했다. 특히 물은 화산작용에 의해 만들어진 감람석이 고압을 받아 생성된 수성 와즐리이트(wadsleyite), 링우드라이트(ringwoodite)에 저장됐다고 연구팀은 발표했다.

지금까지 나온 두 광물에 관한 연구는 두 광물의 물 저장 용량을 파악하기 위해, 현재 지구 맨틀의 높은 압력과 온도를 적용했다. 그러나 이번 논문을 발표한 연구팀은 새로운 방식을 적용했다. 이용 가능한 모든 광물 물리학 데이터를 수집하고, 더 넓은 범위의 온도에서 와즐리이트와 링우드라이트의 저수량을 정량화했다.

그랬더니 두 광물은 더 높은 온도에서 물 저장 용량이 낮다는 것을 보여주었다. 45억 4,000만 년 전 형성된 지구는 내부적으로는 지금보다 훨씬 뜨거웠다. 지구 내부 열은 매우 느리게 외부 기후와 무관하게 계속 감소했다. 이것은 현재 맨틀의 저수량이 예전보다 높다는 뜻이다. 게다가 지구 마그마가 식으면서 생성된 감람석이 늘어남에 따라, 지구 맨틀의 수분 저장 능력도 같이 증가했다.

현재 바닷물의 1.86~4.41배 맨틀이 저장

보수적으로 계산했어도 맨틀의 저수량 차이는 상당하다고 연구팀은 밝혔다. 지구 고체 맨틀의 전체 물 저장 용량은 온도 의존적인 저장 용량 때문에 냉각의 영향을 크게 받았다. 결론적으로 연구팀은 현재 맨틀의 저수량은 현재 지구 해양의 1.86배에서 4.41배이며 중간값은 2.29배라고 밝혔다.

만약 오늘날 맨틀에 저장된 물이 25억 년에서 40억 년 전의 시생대 시대 저장 용량보다 더 크다면, 당시 지구는 상당 부분이 물에 잠기고 많은 대륙이 물 밑에 있다는 것을 말한다.

암석의 온도와 저수량의 관계를 보여주는 그래프 ⓒAGU

이번 발견은 초기 해양의 지질학적 기록에 보존된 풍부한 산소 동위 원소에 기초해 32억 년 전 지구가 현재보다 훨씬 적은 땅을 가지고 있다는 이전의 연구결과와 일치한다.

이번 연구를 적용하면, 35억 년 전쯤 지구에서 생명체가 어디에서 출현했느냐와 같은 매우 관심이 집중된 질문에 해답을 찾는데 도움이 될 수 있을 것이라고 연구팀은 주장했다. 과학자들은 지구에서 생명체가 처음 생성된 곳이 소금기 있는 바다냐, 혹은 육지나 혹은 담수 연못이냐를 놓고 매우 뜨거운 논쟁을 벌이고 있다. 그런데 만약 지구 전체가 바다에 잠겨있었다면, 이 수수께끼를 쉽게 해결할 수 있다.

연구팀은 이번 발견이 동시에 외계 생명체를 찾는데 도움을 줄 수 있을 것으로 기대했다. 우주에는 해양 세계가 풍부하다고 과학자들은 암시한다. 해양 바다로 둘러싸인 행성은 잠재적으로 인간이 거주할 수 있는 곳이 될 수 있다.

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