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37억년 전, 화성에도 바다 있었다

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2018년 03월 20일 01:00 프린트하기

지구보다 약 5억년 늦은 40억년 전 탄생한 화성에 물이 있었다는 것은 학계의 공통 의견이다. 하지만 ‘물의 양이 바다를 형성할 정도로 충분했는지’ 그리고 ‘바다가 있었다면 언제 있었는지’를 놓고 논란이 계속돼 왔다.

 

그런데 최근 화성 내 바다의 존재 여부와 생성 시기를 설명하는 새로운 가설이 제시됐다. 화성의 탄생과 동시에 바다도 만들어지기 시작했으며, 약 37억년 전에는 지구처럼 완성된 형태의 바다가 존재했다는 것이 핵심이다.

 

미국 캘리포니아대 버클리캠퍼스 지구및행성과학과 마이클 맨가 교수팀은 19일(현지시각) 화성에서 가장 큰 화산지형인 타르시스 고원이 생길 때 바다도 함께 만들어졌으며, 타르시스 지역이 완성되는 과정에서 그 크기가 축소됐다고 19일 학술지 ‘네이처’ 온라인 판에 발표했다(doi:10.1038/nature26144). 타르시스 지형 생성이 완료된 뒤 바다가 생겼다는 기존 학설보다 형성 시기가 수억년  빨라진 것이다.

 

사실 ‘화성에 바다가 있었느냐’란 물음에 명확한 해답은 제시된 바 없다. 화성에 액체(물)로 이뤄진 바다가 없었다고 주장하는 측은 우주로 날아가 버린 것으로 예측되는 바다의 양과 지각 속 영구 동토층 내 숨겨진 물의 양, 극지방의 만년설을 모두 합해도 바다를 이룰 만큼 충분한 양의 물이 확보되지 않는다고 지적한다.

 

 

화성의 화산지대인 타르시스(Tharsis)지역의 모습이다-NASA
화성의 화산지대인 타르시스(Tharsis)지역의 모습이다-NASA

이에 대응하기 위해 연구팀은 화성 북반구의 대부분을 덮고 있는 거대 화산지형 타르시스(Tharsis) 지역에  주목했다. 타르시스는 높이가 에베레스트산의 2.5배로 태양계에서 가장 높은 올림푸스몬스 화산 등 거대한 순상화산 4개를 포함한 곳으로, 37억년 전 완성된 지름 2500km의 돔 형태 고원이다.

 

맨가 교수는 “타르시스 내 화산에서 뿜어져 나왔던 가스 등의 물질이 과거 화성의 전체 온도를 높여 얼음만 존재했던 화성에 액체 상태의 물이 생길 수 있었다”다며 “북부 평지를 채울 정도의 바다도 이때 함께 만들어 진 것”이라고 설명했다. 강한 화산 활동 작용이 화성의 지각 아래 분포하던 얼음을 녹여 충분한 물이 생성됐으며, 화산이 터질 때 발생한 힘으로 곳곳에서 지형의 틈새가 생겨 지하수가 표면으로 올라오게 됐다는 분석이다.

 

연구팀은 화성의 해안선이 지구처럼 일정하지 않고 1km 안팎으로 높낮이가 들쭉날쭉한 것도 타르시스 지형과 바다가 함께 형성된 증거라고 봤다. 타르시스 지형 생성 초기와 후기 두 가지 형태의 바다가 존재했기 때문이라는 추정이다.

 

 

 

-University of California
화성 탄생 초기 타르시스 지형 형성과 함께 생긴 초기 바다인 아라비아해(왼쪽)와  타르시스 지형이 완성된 약 37억년 전 그보다 절반 이상 줄어든 후기 바다, 듀테로니우스해의 모습이다 -University of California

이에 따르면 40억년 전 화성 탄생과 동시에 타르시스 지형이 만들어지기 시작하면서 물이 모였다. 그 결과 ‘아라비아(Arabia)해’라 불리는 바다가 생겼고, 그 부피는 4억 1000만km3에 달했다. 자전 축이 변할 정도로 화산 폭발이 극심했던 이후 3억 년의 시간을 거치면서 해안선이 지역별로 쉴새없이 뒤틀렸다. 약 37억년 전부터 1억년에 걸쳐 화산 활동이 점차 잠잠해지면서 부피가 절반이하인 1억 2000만km3로 줄어든 후기 바다인 ‘듀테로니우스(Deuteronilus)해’의 형태가 완성됐다는 결론이다.

 

논문 제1 저자인 로버트 시트론 연구원은 “기존 학설보다  바다형성 시기가 수억년 이상 빨리 시작됐던 것”이라며 “늦어도 타르시스가 완성된 약 37억년전에는 이미 바다가 완성됐을 것으로 추정된다”고 말했다.

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