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지구에는 왜 아연 성분이 적을까

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2017년 10월 01일 21:00 프린트하기

[표지로 읽는 과학] 네이처
    
네이처 제공
네이처 제공

이번 주 ‘네이처’ 표지는 생성 초기의 뜨거운 지구에 가까이 접근하고 있는 운석이 장식했다. 지구를 포함한 태양계 행성들은 수많은 미(微)행성체들이 모여 형성된 것으로 알려져 있다. 미행성체는 행성의 전구체로 여겨지는 작은 크기의 천체다.
 
렘코 힌 영국 브리스톨대 교수팀과 버나드 우드 영국 옥스퍼드대 교수팀은 지구, 화성 등 태양계의 암석형 행성이 형성될 때 강한 충돌로 인해 용해된 미행성체들의 일부 암석 성분이 증발한 것으로 나타났다고 ‘네이처’ 9월 28일자에 각각 발표했다. 지구의 화학적 성분을 바탕으로 추적 조사한 결과다.
 
그동안 학계에서는 감람석, 사방휘석 등으로 이뤄진 석질운석(콘드라이트)이 초기 태양계를 구성했고, 이런 석질운석이 쌓여 지구가 됐을 것으로 추정해 왔다. 하지만 지구를 비롯한 암석형 행성의 화학적 구성성분이 석질운석과는 다르다는 점에 계속 의문이 제기됐다. 이런 성분 차이를 설명할 수 있는 다른 학설도 나왔지만, 이 역시 설명할 수 없는 문제들이 있어 학자들을 고민에 빠뜨렸다. 
 
연구진은 미행성체들이 서로 충돌하거나 합쳐지는 과정에서 용해된 암석 성분이 증발하면서 성분 차이가 생겼다고 분석했다. 이런 가정 하에 이론적으로 시뮬레이션 하면, 지구와 석질운석 간에 나타나는 마그네슘, 알루미늄 등의 동위원소 비율 차이를 설명할 수 있었다. 석질운석에서는 풍부한 아연, 인듐 등의 성분이 지구에서는 부족한 이유도 설명이 가능하다.
 
연구진은 이론적인 결과를 바탕으로 현무암을 용광로에 녹이는 방식으로 지구의 형성 과정을 재현했다. 그 결과, 시간에 따른 구성 성분의 감소 패턴이 시뮬레이션상의 초기 지구에서 나타난 것과 일치했다. 마그네슘-25가 증발해 사라지면서 마그네슘-24의 비중이 높아졌다. 또 은이나 게르마늄에 비해 아연과 인듐 성분이 더 잘 휘발돼 날아갔다.

 

이번 연구 결과는 태양계 암석형 행성뿐만 아니라 달의 형성 과정을 연구하는 데도 도움이 될 전망이다. 힌 교수는 “이 연구는 작은 미행성체가 높은 에너지로 충돌했을 때 발생할 수 있는 상황에 대한 것”이라며 ”천체의 화학적 성분이 어떻게 구성되는지 밝히는 중요한 단서가 될 것”이라고 밝혔다.

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