달을 만든 원시행성이 지구 깊숙한 곳에 숨어 있을지도 모른다

최근 과학자들은 지구 맨틀에 있는 신비한 덩어리가 45억 년 전, 지구에 충돌한 화성 크기의 우주 암석 덩어리일 수 있다는 사실을 밝혀냈습니다. 연구에 참여한 과학자들은 "지구에 충돌하여 달을 만든 원시행성의 잔해가 아직도 우리 행성의 맨틀 깊숙한 곳에 숨어 있을지도 모른다"라고 발표했습니다. 45억 년 전 막 형성된 지구에 충돌한 이 충돌체는 오랫동안 지구의 과학자들을 당황하게 만들었습니다. 이들의 새로운 연구에 따르면 해당 충돌체는 두 개의 신비한 덩어리로 지구 맨틀에 여전히 존재합니다. 대형 저전단 속도 지역(LLVP)으로 알려진 이 얼룩은 지진파가 맨틀의 나머지 부분보다 더 느리게 움직이는 곳입니다. 이는 온도나 구성 또는 둘 다에 차이가 있음을 시사합니다. 이 얼룩들은 모두 맨틀의 약 4%를 구성하는데 하나는 아프리카 아래에 있고 다른 하나는 태평양 아래에 있습니다. 캘리포니아 공과대학의 지구물리학자인 연구 제1저자 첸 위안은 "달 형성 충돌은 이 두 덩어리의 기원에 대한 매우 가능한 설명일 가능성이 높다"라고 말했습니다.

 

과학 학술지에 발표된 새로운 연구에서 위안은 행성 과학자들과 협력해 달 형성 충격과 그것이 맨틀에 미치는 영향, 충돌한 몸체의 잔해가 맨틀에서 어떻게 순환했는지 시뮬레이션했습니다. 이들은 화성 정도의 크기를 가진 지구 충돌이 맨틀 전체가 녹지 않고 상반부만 녹았을 것이라는 사실을 처음으로 발견했습니다. 위안은 "그 단단한 하부층은 임팩터 맨틀의 10% 이상을 차지할 것"이라고 말했습니다. 이 충돌체 덩어리는 질량과 부피 측면에서 현재 우리가 지구에서 볼 수 있는 두 개의 맨틀 덩어리와 매우 유사했습니다. 맨틀 순환 모델링은 충격기가 점차적으로 지구의 맨틀에 통합될 수 있음을 보여줬습니다. 연구에 참여한 과학자는 "맨틀보다 밀도가 약 2.5% 더 높기 때문에 가라앉고 굳어 결국 맨틀 아래쪽에서 안정되지만, 지구의 핵에 통합되지는 않는다"라고 설명했습니다. 이는 오늘날 맨틀 덩어리에서 볼 수 있는 것과도 일치합니다. 이 덩어리의 깊이는 2,000킬로미터 이상이며, 주변보다 밀도가 약 3% 더 높습니다. 위안은 "밀도가 더 높기 때문에 45억 년 동안 지구 핵-맨틀 경계 위에 머무를 수 있게 될 것"이라고 부연했습니다.

 

최근의 또 다른 연구에서는 거대 충돌이 LLVP를 설명할 수 있다는 가능성이 제기됐습니다. 다만 이 연구는 달 형성 충돌을 암시하지는 않았습니다. 맨틀 순환을 모델링한 해당 연구에서는 오래전 충돌로 인해 지구로 가져온 귀금속이 오늘날 LLVP에 남아 있을 수 있음을 발견했습니다. 위안과 동료들은 새로운 논문에서 "LLVP가 지구 역사 초기에 발생한 여러 충돌의 물질을 포함하고 있을 가능성이 있다"라고 적었습니다. 위안은 "맨틀 덩어리의 경계는 마그마가 주변 지역보다 더 뜨거운 맨틀 기둥과 연관되어 있기 때문에 중요하다"라고 짚었습니다. 여기서 맨틀 기둥은 킴벌라이트라고 불리는 다이아몬드를 운반하는 폭발을 포함해 화산 활동의 핫스팟과 상관관계가 있습니다. 화산 활동은 맨틀 덩어리의 지구화학을 엿볼 수 있는 유일한 방법을 제공합니다. 해당 지역에서는 현무암이라고 불리는 화산암이 분출되는데, 이것은 덩어리에서 나온 마그마의 흔적을 담고 있을 수 있습니다. 달을 형성하는 충돌체의 대부분은 달 자체를 형성하기 때문에 이 암석을 달 암석과 비교할 때 둘이 동일한 근원에서 나온 것을 유추할 수 있습니다. 그러나 이를 위해 연구자들은 달 내부 깊은 곳의 샘플이 필요합니다. 위안은 "이는 달에 대한 유인 아르테미스 임무 계획을 통해 가능할 수도 있다. 결국 향후 달 탐사로 우리의 가설을 테스트할 수 있다는 의미"라고 전했습니다.