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아폴로가 가져온 '화산유리'에 달 형성 주요 사건 흔적

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아폴로가 가져온 '화산유리'에 달 형성 주요 사건 흔적

2021.02.26 09:50
황 동위원소 비율에 내핵 형성·용암 결정화 기록 담겨

황 동위원소 비율에 내핵 형성·용암 결정화 기록 담겨

 


달에서 가져온 화산유리
 
[NASA 제공/ 재판매 및 DB 금지]

아폴로 탐사 중에 달에서 가져온 '화산유리'(volcanic glass)가 철로 된 내핵 형성과 마그마 바다의 결정화 등 달 형성 초기의 주요 사건 흔적을 담고 있는 것으로 밝혀졌다.

 

미국 브라운대학에 따르면 이 대학 지질학 교수 알베르토 살 박사 등이 참여한 연구팀은 아폴로 15호와 17호가 달에서 가져온 화산유리 시료를 '2차 이온 질량 분석'(SIMS) 기법으로 분석해 얻은 결과를 과학 저널 '사이언스 어드밴시스'(Science Advances)를 통해 발표했다.

 

연구팀은 마그마 또는 용암이 냉각돼 형성되는 자연 유리인 화산유리 시료의 '황-34'와 '황-32' 동위원소 비율을 분석해 이를 밝혀냈다.

 

달에서 가져온 현무암 시료는 황 동위원소 비율에 거의 변화가 없어 기본적으로 동일한 것으로 여겨져 왔다. 이는 달 시료에서 파악된 다른 원소의 동위원소 비율에 다양한 차이가 존재하는 것과는 대조되는 것이었다.

 

연구팀은 달에서 가져온 67개 화산유리 시료와 이들 시료의 결정(結晶) 안에 갇힌 작은 용암 방울인 '용융 함유물'을 분석해 황의 동위원소 구성 비율에도 차이가 존재하는 것을 확인했으며, 달 형성 초기 주요 사건들과 연관된 것으로 제시했다.

 

용융 함유물은 황과 다른 휘발성 원소들이 가스로 방출되는 '탈기'(degassing) 과정 전의 용암이어서, 원래 그대로의 용암에 관한 정보를 제공해 줄 수 있다.

 

연구팀은 카네기 과학연구소(CIS)의 SIMS 장치를 이용해 순수 용암과 화산유리의 황 동위원소를 측정하고, 이를 활용해 모든 시료의 탈기 과정 모델을 조정함으로써 원래 황 동위원소 구성을 파악했다.


달 표면의 아폴로15호 우주비행사 데이비드 스콧
 
[NASA 제공/ 재판매 및 DB 금지]

그 결과, 용암은 달 내부의 다양한 황 동위원소 비율을 가진 곳에서 형성된 것으로 밝혀졌으며, 시료에 나타난 황 동위원소 비율의 차이는 달 형성 초기 사건들과 관련돼 있는 것으로 제시됐다.

 

예컨대 일부 화산유리 시료에서 나타난 황-32 동위원소의 비율은 달에서 철로 된 내핵이 분리될 때와 일치한다. 용융 상태의 물질에서 철이 분리돼 내핵을 형성할 때 황도 일부 가져가는데, "무거운" 황-34를 주로 가져가는 바람에 황-32가 용암에 남게되는 것으로 연구팀은 설명했다.

 

살 교수는 "일부 화산유리에서 보인 황-32 동위원소 비율은 내핵 분리 과정 모델과 전적으로 일치한다"고 했다.

 

연구팀은 또 달이 형성되고 1억 년가량 표면을 덮고 있던 용암이 식어 결정화하면서 황이 제거되는 과정에서 황-34 동위원소가 남아 일부 화산유리와 현무암 시료에서 나타난 것과 같은 황-34 동위원소 구성 비율을 보이게 됐다고 덧붙였다.

 

연구팀은 "이번 연구 결과는 달에서 가져온 암석 시료가 달 역사에서 중요한 사건을 기록하고 있다는 점을 시사하고 있다"면서 "더 새롭고 향상된 기법으로 시료를 분석하면 새로운 사실을 계속 알아갈 수 있을 것"이라고 밝혔다.

 

연합뉴스

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