지구는 지각판이 움직이며 안팎으로 다양한 지질학적 변화를 일으키지만 화성에서는 이런 지각판이 없어 지난 30억 년간 거의 변화가 일어나지 않은 '죽은' 행성으로 여겨져 왔다.

하지만 이런 인식과 달리 화성 내부의 용암이 원통형으로 솟아오르는 거대한 '맨틀 융기'(mantle plume)가 지표면을 위로 밀어 올리고 지진과 화산 분화를 유발하는 것으로 나타났다.

지질학적으로 죽은 듯 변화가 없는 지표면 아래에 역동적인 지질 활동이 숨겨져 있다는 것이다.

미국 애리조나대학에 따르면 이 대학 '달·행성연구소'(LPL)의 아드리엔 브로케 박사 등이 참여한 연구팀은 화성에서 활성 맨틀 융기를 발견한 결과를 과학 저널 '네이처 천문학'(Nature Astronomy)에 발표했다.

맨틀융기는 행성의 깊은 내부에서 중간층인 맨틀을 뚫고 지각 밑까지 도달한 원통형의 용암으로 지진과 단층 작용, 화산 폭발 등을 유발한다.

하와이 제도도 태평양 지각판이 맨틀융기 위로 떠다니며 형성된 것으로 분석돼 있다.

연구팀은 화성 북부 저지대 중 적도에 근접한 '엘리시움 평원'(Elysium Planitia)에서 맨틀융기 흔적을 찾아냈다.

엘리시움 평원은 수십억 년 간 이렇다 할 활동이 없는 다른 화산 지역과 달리 지난 2억 년 사이에 대형 분화 활동이 진행됐다. 가장 최근에는 약 5만3천 년 전 분화로 화산재를 뿜어낸 흔적이 확인되는 등 화성에서는 가장 젊은 화산지대로 꼽힌다.

엘리시움 평원의 화산 활동은 약 1천300㎞에 걸쳐 형성된 균열(틈)인 '케르베루스 포사이'(Cerberus Fossae)에서 이뤄지는데, 미국의 화성 지질탐사선 '인사이트'(InSight)호가 포착한 화성의 지진인 화진(火震·marsquake)도 대부분 이 지역에서 발생한 것으로 나타났다.

지구에서는 이런 지질 활동이 지각판 이동이나 맨틀융기와 관련된 것으로 분석돼 있었지만 화성에서는 어떤 힘이 이를 유발했는지 밝혀지지 않았다.

연구팀은 화성에 지각판이 없는 점을 고려해 맨틀융기가 케르베루스의 화진과 화산 활동을 유발했을 것으로 보고 이를 입증할 증거를 집중적으로 찾았다.

그 결과, 맨틀융기는 지표면 가까이 올라오면서 지각을 들어 올리고 분출된 용암은 현무암으로 된 평지를 만드는데 엘리시움 평원에서도 비슷한 지형이 확인됐다.

지표면이 1마일(1.6㎞) 이상 솟아올라 광활한 북부 저지대 중에서는 가장 높은 지역을 형성한 것으로 나타났다. 중력장의 미세 변화를 분석한 결과, 이런 융기 지역은 행성 깊은 곳에서부터 지탱되고 있어 맨틀융기와 일치했다.

이와 함께 충돌구 바닥도 맨틀융기 방향으로 기울어진 것으로 나타나 충돌구가 형성된 이후 무언가가 표면을 밀어 올린 것으로 분석됐다.

또 지질구조 모델을 적용한 결과, 약 4천㎞에 걸친 거대한 맨틀융기만 케르베루스 포사이 형성을 설명할 수 있는 것으로 나타났다.

브로케 박사는 "엘리시움 평원은 활성 맨틀융기로 기대할 수 있는 모든 것을 갖추고 있다"면서 이번 연구 결과는 행성 내부 열의 진화를 연구하는 데 이용돼온 모델에 도전을 제기하는 것이라고 했다.

연구팀은 인사이트호가 지질학적으로 따분한 곳일 수 있는 화성의 저지대 평원에 착륙한 것으로 여겨왔지만 이번 연구를 통해 활성 맨틀융기 바로 위에 착륙했다는 것을 확인하게 됐다고 밝혔다.

이는 인사이트호가 기록한 화진 자료 해석은 물론 생명체 존재와 관련한 연구에도 영향을 미치는 것으로 연구팀은 밝혔다.

논문 공동 저자인 LPL 행성학 교수 제프 앤드루스-한나는 화산과 화진 활동을 일으키는 맨틀융기의 열이 얼음을 녹여 홍수를 일으키고 지하에서 생명체를 지탱할 수 있는 화학작용을 일으킬 수 있다면서 "지구에서는 이런 환경에서 미생물이 번창했는데 화성에서도 마찬가지일 수 있다"고 했다.

그는 맨틀융기의 발견이 수수께끼 같은 지진과 화산활동에 대한 설명을 넘어서는 것이라면서 "앞으로 더 많은 놀라운 결과가 있을 것으로 확신한다"고 했다.