“달 만든 행성 ‘테이아’ 지구 맨틀 깊은 곳에 존재”

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수정 2021-03-25 13:27

입력 2021-03-25 13:27

“달 만든 행성 ‘테이아’ 지구 맨틀 깊은 곳에 존재”(사진=NASA/JPL-Caltech, Public domain, via Wikimedia Commons)

지구 곳곳 깊숙이 숨겨져 있는 기묘한 암석 덩어리들은 몇십억 년 전 우리 세상과 충돌한 행성 ‘테이아’의 파편일 수 있다는 이론을 미국 과학자들이 제시했다. 테이아는 태양계 진화 초기 지구와 충돌해 달이 형성되는데 영향을 준 화성 크기의 원시행성으로 알려졌다.

미국 애리조나주립대 연구진은 이른바 ‘대형 저속 전단파 지역’(LLSVP)으로 불리는 이들 지역이 아주 오래 전 파괴된 테이아의 일부분일 수도 있다고 생각한다.

이들 LLSVP 중 한 곳은 아프리카 밑, 다른 곳은 태평양 깊숙이 묻혀 있는데 두 지역 모두 너무 커 지구의 자기장이 약해지는 현상과 관계가 있다.

애리조나주립대(ASU) 연구진이 제시한 LLSVP 테이아 기원설의 개념도.(사진=ASU)

이론을 제시한 연구 주저자인 첸 위안 박사과정 연구원은 “헤드폰처럼 지구의 핵을 걸친 이들 덩어리는 밀도가 높아 주위의 암석과는 화학적으로 다르다”고 말했다.(사진=ASU)

새로운 이론을 제시한 연구 주저자인 첸 위안 박사과정 연구원은 “헤드폰처럼 지구의 핵을 걸친 이들 덩어리는 밀도가 높아 주위의 암석과는 화학적으로 다르다”면서 “테이아의 맨틀은 지구의 맨틀보다 밀도가 높아서 우리 세계 깊숙이 가라앉았다”고 설명했다. 맨틀은 지구의 지각과 핵 사이의 부을 말하며, 깊이 약 30㎞에서 약 2900㎞까지 존재하고 지구 전체의 84%를 차지한다.

위안 연구원의 이론은 LLSVP로 불리는 암석 덩어리가 지구와 테이아가 충돌한 증거임을 시사한다.

위안 연구원은 “이들 덩어리는 높이 1000㎞, 폭 몇천㎞로 지구 맨틀 안에서 가장 큰 단일 물체를 구성한다”고 밝혔다. 그는 또 “이들 덩어리는 철분이 풍부하므로 밀도 높은 테이아의 맨틀이 합쳐졌을 때 지구 자체의 맨틀에 가라앉았다”면서 “우리의 연구는 테아아의 맨틀이 지구의 맨틀보다 몇% 더 밀도가 높을 수 있다는 점을 입증한다”고 말했다.

연구진의 컴퓨터 모델은 테이아의 암석이 지구 맨틀에 있는 것보다 최대 3.5% 더 밀도가 높아 점성이 있는 맨틀을 통해 가라앉았을 수 있다는 것을 보여줬다. 게다가 이는 테이아의 맨틀 물질이 지구 맨틀의 최하부로 가라앉아 LLSVP로 관측되는 열화학적 더미로 축적될 수 있게 했다.

화성 크기의 원시행성 테이아는 태양계 진화 초기 지구와 충돌해 달이 형성되는데 영향을 준 것으로 여겨진다.(사진=NASA/ASU)

기존 연구는 LLSVP로부터 나오는 화학적 특징이 적어도 태양계 초기까지 거슬러 올라가는 테이아의 충돌 시기와 같을 정도로 원시적임을 보여줬다. 따라서 테이아의 잔해는 LLSVP에서 나온 것일 수 있는데 LLSVP가 대충돌 당시보다 오래된 테이아 맨틀 잔해를 보존하고 있다면 이를 충분히 설명할 수 있다고 위안 연구원은 덧붙였다.

LLSVP는 과학자들이 크기와 밀도를 파악할 수 있게 해주는 지진파를 모니터링해야만 감지할 수 있다. 지진파는 주변 물질과 일치하지 않는 작고 밀집된 암석 덩어리를 발견할 수 있게 해서 암석에 포함된 물질의 종류를 예측하도록 해준다. 이는 또 만일 테이아가 정말 지구 맨틀의 바닥에 있다면 이뿐만이 아닐 수도 있다는 점을 시사한다. 이보다 먼저 젊은 지구에 충돌했던 다른 원시행성의 잔해도 묻혀 있을 수도 있다는 것이다.

이에 대해 영국 더럼대 지진학자 제니퍼 젠킨스 박사는 “테이아는 사실 행성 공동묘지(지구)에 있는 하나의 무덤(잔해)에 불과할 수도 있다”고 말했다.

자세한 연구 결과는 온라인으로 열린 제52차 달·행성 과학회의(LPSC)에서 발표됐다.

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr