고대의 미세한 바닷물 방울 잔해를 통해 지구 진화사 한 쪽이 다시 쓰일 전망이다.

과학자들은 최근 지구 심부 맨틀을 ‘여행한’ 바닷물 방울의 화학적 조성을 분석해 지구의 판구조가 시작된 시기를 재확립해야 한다는 견해를 제시했다.

판구조론(plate tectonics)은 화산이나 지진 등 지구의 지각활동을 설명하는데 흔히 활용된다. 이 이론은 지구 표면이 여러 개의 굳은 판으로 나누어져 있어 이 판이 변형되거나 수평으로 이동하면서 지각운동이 일어난다는 것이다.

지구는 움직인다

판구조는 지구의 거의 모든 기능을 직, 간접적으로 조절하는 필수적이며 특유의 연속적인 재순환 과정으로 인식되고 있다. 대기 조건과 산맥 형성(대륙 형성)을 비롯해 화산이나 지진 같은 자연재해, 광상(鑛床) 형성과 해양의 유지 등이 모두 여기에 포함된다.

우리는 이 판구조론에 따라 지구의 거대한 대륙판이 지속적으로 움직인다는 사실을 알게 됐다. 이런 판구조로 인해 지각은 맨틀로 재순환되었다가 화산 활동 같은 과정을 통해 새로운 층으로 교체된다.

이번 연구를 수행한 국제과학자팀은 판구조론에 따라 지구의 심부 맨틀로 운반됐던 미세한 물방울 잔해를 분석해 이 과정이 지금까지 생각됐던 27억 년 전보다 6억 년 더 빨리 시작됐다는 사실을 밝혀냈다.

판구조가 지구에서 33억 년 전 시작됐다는 이번 연구는 과학저널 ‘네이처’(Nature) 7월 16일 자에 발표됐다.

“판구조 없다면 지구에 거주 불가능”

연구팀의 일원인 남아공 위트워터스랜드대 앨런 윌슨(Allan Wilson) 교수(지구과학)는 “판구조는 끊임없이 지구의 물질을 재순환시키며, 그렇지 않을 경우 지구는 화성처럼 보일 것”이라고 말했다.

그는 “판구조가 33억 년 전에 시작됐다는 사실을 나타내는 이번 연구는 지구에서 생명이 시작된 시기와도 일치한다”며, “이는 지구가 어디에서 와서 어떻게 진화했는지를 말해준다”고 설명했다.

지구는 우리 태양계에서 판구조에 의해 형성되는 유일한 행성으로, 과학자들은 판구조가 없다면 지구에 사람이 살 수 없을 것으로 보고 있다.

연구팀은 이번 연구를 위해 코마타이트(komatiite)라고 불리는 녹은 암석 조각 하나를 분석했다. 이 암석 조각은 남아공 동북부 음푸랑가 바버튼 인근의 코마티 강에서 유래해 그런 이름이 붙었다.

이 조각은 지구 나이의 첫 4분의 1 시기에 해당하는 시생대(Archaean) 때 생성된 가장 뜨거운 마그마의 잔해다.

직경 10미크론 코마타이트에서 힌트 얻어

대부분의 코마타이트는 이후 변화를 겪고 대기에 노출되면서 존재가 가려져 버렸으나 녹은 암석을 함유한 작은 물방울들이 감람석(olivine)에 보존되어 있었다. 연구팀은 이를 이용해 완벽하게 보존된 고대 용암 조각을 연구할 수 있게 되었다.

윌슨 교수는 “직경 10미크론(0.01㎜) 정도 되는 용융물을 조사하고, 물의 함유량과 염소 및 중수소와 수소 비율 등을 분석한 결과, 지구의 재순환 과정은 기존에 생각했던 것보다 약 6억 년 빨리 시작됐다는 사실을 발견했다”고 설명했다.

그는 “바닷물이 맨틀 깊숙이 운반된 다음 지구 핵-맨틀 경계로부터 화산 기둥을 통해 다시 솟아올랐다”고 밝혔다.

이번 연구는 판구조 형성의 첫 단계에 대한 통찰과 함께, 안정된 대륙 지각이 어떻게 시작되었는가를 고찰할 수 있게 해준다는 평가다.

윌슨 교수는 “이번 발견이 바버튼 산맥 지역에서 코마타이트가 발견된 지 50주년에 맞춰 이루어졌다는 점에서 감회가 새롭다”고 소감을 전했다.