지하에서 암석이 고온으로 가열돼 녹아 있는 것을 마그마(magma)라고 한다.
화산이 폭발할 때 시뻘겋게 빛나는 용암이 흘러내리는 장면을 볼 수 있는데 이는 지구 내부에 엄청난 양의 마그마가 들어 있다는 것을 말해주고 있다.
그러나 지구 형성 초기에는 지금처럼 마그마가 지구 내부에 모여 있지 않았다. 당시 지구 전체가 액체 상태였으며, 지구 표면에는 1100℃ 이상의 용암이 바닷물처럼 부유하고 있었다는 것.
지구 생성 초기 ‘마그마의 바다’ 중심부에서 산소가 대량 유출되면서 지금의 지구핵, 맨틀, 대기권을 형성했다는 연구 결과가 발표됐다. 지구 초기 역사를 쓰는데 큰 영향을 미칠 전망이다. ⓒNASA
금속 철로부터 산소 대량 분출
과학자들은 약 45억 년 전 지구가 만들어질 당시 뜨거웠던 지구의 상태를 ‘마그마의 바다( magma oceans)’라 부른다.
고온에 무거운 물질은 안쪽으로 가라앉고, 가벼운 물질은 위로 떠오르면서 끊임없이 흘러 마치 바다와 같은 장관을 연출하고 있었다.
또한 그 바닷속에는 지금의 마그마보다 훨씬 더 많은 산소가 들어 있어 지금처럼 수많은 생물이 숨을 쉬며 생존할 수 있는 자연환경을 조성할 수 있었다는 것이 과학자들의 판단이다. 그리고 이를 근거로 지구 생성의 역사를 새로 써나가고 있다.
4일 ‘사이언스 뉴스’에 따르면 연구를 진행한 곳은 독일 바이로이트대학 바이에른 지질학 연구소(Bayerisches Geoinstitut)다.
연구진은 논문을 통해 “현재 지구를 덮고 있는 맨틀(mantle) 속에서는 다양한 물질들의 산화와 환원이 이어지는 레독스(redox) 상황이 지속되고 있는데 지구 생성 초기 ‘마그마의 바다’ 속에서 같은 현상이 벌어지고 있었다.”고 설명했다.
레독스란 산소와 결합하는 산화(oxidation)와 산소와 분리되는 환원(reduction), 두 단어를 합성한 말이다.
지금의 대기권이 지구를 둘러싸고 있는 맨틀(mantle) 속 마그마의 레독스 상태에서 비롯된 것이라며, 지구 생성 초기 ‘마그마의 바다’ 역시 마그마의 레독스 상태에 있었으며, 산소를 비롯한 다양한 가스를 대량 분출하고 있었을 것이라고 말했다.
그리고 산소의 대량 분출로 지금의 지구핵, 맨틀, 그리고 대기권이 형성됐다고 설명하고 있다.
그동안 많은 과학자들이 지구 맨틀 안에서 일어나고 있는 화학 작용에 대해 관심을 갖고 연구를 진행해왔지만 뚜렷한 연구 결과를 찾지 못하고 있었다.
그러나 바이로이트대학 연구 결과를 통해 지구 핵과 마그마에 포함돼 있는 물질의 화학반응 결과가 밝혀졌고, 이를 통해 지구 생성 초기 ‘마그마의 바다’ 속에서 무슨 일이 벌어졌는지 근거 있는 추정이 가능해졌다.
산소 유출로 지구핵, 맨틀, 대기권 형성
논문은 대기 형성뿐만 아니라 지구 형성 과정을 구체적으로 설명하고 있다.
지구 역사 초기 이 미완성형 행성은 외부로부터 날라온 미행성체들과 끊임없이 충돌하고 있었다.
이 과정에서 강한 충격으로 온도가 높아져 지구 내부 암석들이 녹기 시작했고 거대한 ‘마그마의 바다’를 형성했다.
연구팀은 이 바다가 산소를 다량 포함한 금속철(metalic iron) 성분으로 이루어져 있었다고 설명하고 있다. 이 성분이 다양한 철로 분리됐으며, 산화가 이루어지지 않은 제1철(ferrous ion)이 지구 중심부에 내려앉아 철 핵(iron core)을 형성했다고 설명하고 있다.
반면 산소가 추가된 산화제2철(Fe3+) 등은 외부로 솟아올라 맨틀을 비롯 지구 대기권을 형성했다고 결론지었다.
연구 결과는 8월 30일 ‘사이언스’ 지에 게재됐다. 논문 제목은 ‘Deep magma ocean formation set the oxidation state of Earth’s mantle’이다.
연구팀은 지구 생성 초기 역사를 재현하기 위해 금속철(metalic iron) 성분에 대한 고강도의 실험을 진행했다고 밝혔다.
특히 관심을 기울인 것은 마그마 깊은 곳에 다량 포함돼 있는 금속철이다. 이 성분은 운석에서 다량 발견되고 있는데 원시태양계 안에서 응축·집적·용융·재결정 등의 여러 과정을 거치는 과정 그 중간단계에 있는 물질을 말한다.
산소가 다량 함유돼 있는 황산제2철에 강한 압력을 가한 결과 금속철이 추가된 황산제3철로 변화하는 결과를 얻었다. 반대로 압력을 줄여 금속철을 제거했을 때 황산제3철이 황산제2철로 변화했다.
연구팀은 이 실험 결과를 토대로 지구 형성 초기 ‘마그마의 바다’로부터 황산제3철이 분리되면서 아래쪽 지구 중심부에 철 핵이 형성됐으며, 철 핵이 형성되는 이 분리 과정에서 산소 등 가스가 다량 분출돼 철 핵 위쪽에 있는 맨틀의 산화 과정을 증가시켰다고 설명했다.
또한 이 과정을 통해 지구 외부로 산소를 포함한 가스를 대량 분출하면서 지금의 산성화된 대기를 형성할 수 있었다고 설명했다.
(20814)
로그인후 이용 가능합니다.
2024년 이후 국제우주정거장(ISS) 프로젝트 탈퇴를 선언한 러시아가 독자적으로 건설할 우주정거장의 실물 모형을 공개했다고 15일(현지시간) 로이터통신, 영국 일간 가디언 등이 보도했다. 러시아 연방우주공사(로스코스모스)는 이날 모스크바 외곽에서 열린 한 군사 산업 전시회에서 새로운 우주정거장 모형을 선보였다. 러시아 국영매체는 이 모형을 '로스'(Ross)라고 불렀다. 새로운 우주정거장은 2단계로 발사될 예정이다.
울산과학기술원(UNIST) 연구진이 남극 앞바다의 기후 변화가 태평양 수온과 열대 지역 비구름에 미치는 효과를 규명했다. 16일 UNIST에 따르면 도시환경공학과 강사라 교수 연구팀은 기후 모델(Climate Mode) 실험으로 남극 앞바다의 냉각이 적도 태평양의 수온을 낮춘다는 내용을 입증했다. 특히 남극 앞바다의 온도와 열대강우(비구름) 사이의 상관관계를 명확히 밝혔다. 남극 앞바다가 차가워지면 열대 동태평양의 수온이 낮아지고, 그 영향으로 열대강우가 북쪽으로 이동하는 현상이 나타난다는 것이다.
기온이 같아도 습도가 높으면 더 덥고 불쾌하게 느껴지는데, 상대습도를 반영해 산정하는 체감온도인 '열파 지수'(HI)가 최근 잦아진 극단적인 기온에서 실제 인체가 느끼는 온도를 반영하지 못하고 있다는 연구 결과가 나왔다. 미국 국립기상청(NWS)을 비롯한 많은 나라가 열파 지수를 토대로 여름철 위험 경보를 발령하는데 인체가 느끼는 온도와 많게는 20℉ 이상 차이가 나는 것으로 제시됐다. 버클리 캘리포니아대학에 따르면 이 대학 기후학자 데이비드 롬프스 교수가 이끄는 연구팀은 NWS가 이용해온 기존 열파 지수의 한계를 보완한 연구 결과를 학술지 '환경연구 회보'(Environmental Research Letters)에 발표했다.
음식물에 들어 있는 글루코스(포도당)는 우리 몸이 필요한 에너지를 만드는 데 쓰인다. 암세포도 자기 복제를 하는 데 엄청난 양의 포도당이 필요하다. 종양이 성장하려면 암세포의 복제에 필요한 여러 가지 합성 작용이 빠르게 이뤄져야 한다. 지금까지 과학자들은 암세포가 포도당을 효율적으로 이용하지 않는다고 생각했다. 암세포가 흡수한 포도당에서 가능한 한 많은 에너지를 뽑아내지 않고 대부분 폐기물로 반출한다고 여겼다.
한국과학기술원(KAIST)은 기계공학과 배중면·이강택 교수와 한국에너지기술연구원(KIER) 이찬우 박사 공동 연구팀이 상용 디젤에서 수소를 생산할 수 있는 개질(Reforming) 촉매를 개발했다고 16일 밝혔다. 디젤은 수소 저장 밀도가 높고 운반·저장이 쉬워, 개질을 통한 수소 공급 장치를 트럭 보조전원장치 등 모바일 연료전지 시스템에 적용하려는 연구가 지속돼왔다. 연구팀은 촉매 입자 내부의 금속 나노입자가 표면으로 올라오는 용출 현상을 통해 합금 나노입자를 형성해 촉매 성능을 향상하도록 촉매를 설계했다.
광도(밝기)가 급격히 떨어졌던 오리온자리의 가장 밝은 α별인 적색초거성 '베텔게우스'가 별의 표면인 광구(光球)의 일부가 대형 폭발로 날아가는 '표면질량분출'(SME)을 겪고 서서히 회복 중이라는 연구 결과가 나왔다. 베텔게우스의 SME는 태양의 바깥 대기에서 플라스마를 대량 방출하는 '코로나질량분출'(CME)의 약 4천억 배에 달하는 관측 사상 전례가 없는 것으로 제시됐다.
한국과학기술원(KAIST)은 생명과학과 김세윤 교수 연구팀이 가족성 고콜레스테롤혈증 체료제인 '로미타피드'가 항암 효과까지 있음을 확인했다고 12일 밝혔다. 연구팀은 인공지능에 기반한 약물 가상 스크리닝 기술을 이용해 이런 성과를 냈다. 기존 약물의 새로운 적응증을 찾는 약물 재창출은 신약 개발에 투입되는 시간과 비용을 크게 줄이지만, 모든 약물을 실험적으로 검증하기에는 시간과 비용이 많이 드는 어려움이 있다.