[아하! 우주] 지구의 바다는 외계 소행성이 가져왔다

당신이 오늘 아침에도 마시고 세수한 그 물이 얼마나 오래된 것인지 아는가? 물은 지구나 태양보다 더 전에 만들어진 것이며, 지구의 바다는 최소한 지구 역사에 버금가는 40억 년이 넘는 역사를 가진 것이라는 학설이 최근에 발표되어 학계의 이목을 끌고 있다.

사실 지구의 바다는 최대 미스터리 중의 하나다. 지구 행성의 지표 면적 중 70%를 넘게 차지하고 있는 바다는 지구상의 모든 생명을 보듬고 있는 어머니 같은 존재다. 지구가 푸른 행성으로 불리는 것도 바다 때문이다.

하지만 지금까지 우리는 지구상 언제 물이 생겨났는지, 어떻게 바다가 만들어졌는지에 대해 아는 것이 별로 없다. 이제 과학자들은 그 답을 알아냈다고 생각하고 있다. 물은 혜성이 가져온 게 아니라, 소행성들이 가져왔으며, 그 시기는 지구에 막 암석층이 형성될 무렵이었다고 믿고 있다.

"사람들은 보통 언제나처럼 있는 것이라고 생각하고 있죠"라고 우즈홀 해양학 연구소 소속으로 논문의 주저자인 애덤 새러피언 박사가 '사이언스'지에서 밝혔다.

지구가 형성되고 한참 뒤에 물이 지구상에 왔다고 보는 기존의 가설과는 달리, 이번 학설은 지구와 내부 태양계에 물이 나타난 증거는 훨씬 시간을 거슬러올라간다는 것이다.

"원시 지구는 행성 형성기의 높은 에너지로 인해 아주 메마른 상태였죠"라고 밝히는 새러피언 박사는 이렇게 덧붙였다. "물은 훨씬 뒤에 왔죠. 혜성이라든가 아주 물기 많은 소행성들이 가져온 거죠. 소행성이 얼음과 가스 덩어리거든요"

"엄청나게 큰 소행성과 혜성들의 충돌로 지구는 격변의 시기를 겪었답니다" 논문의 공동저자인 지질학자 호스트 마셜이 설명했다. "연구자들은 원시 지구가 형성될 때 있었던 물 분자들은 모두 증발하여 우주 공간으로 날아가버렸다고 보고, 지금 지구상을 덮고 있는 물은 훨씬 뒤에 온 것이라고 추정하고 있죠"

논문 저자들은 이 문제를 풀기 위해 지구 바다의 또 다른 잠재적인 근원을 연구하고 있다. 가장 원초적인 물질로 알려진 소행성은 탄소질의 콘드라이트로서, 행성들이 형성되기 훨씬 이전, 그러니까 46억 년 전 태양계의 성운이 막 태양을 잉태하려고 회전할 무렵 소용돌이 안에서 만들어진 것이다.

"원시 소행성은 원시 태양계 구성물질과 아주 흡사하죠"라고 우즈홀 해양학 연구소 지질학자인 수네 닐센 공동저자가 밝혔다. "소행성은 물이 아주 많아요. 지구 바다의 근원 물질 후보로 생각되고 있죠"



원시 태양계를 묘사한 위의 그림(사진 2)에서 보이는 흰 점선은 설선(雪線)이다. 이 선의 안쪽은 따뜻한 내부 태양계로, 외부 태양계에 대해 얼음이 안정되지 않은 상태로 있는 데 반해, 푸른색의 외부 태양계는 얼음이 안정된 상태다.

내부 태양계가 물을 수용할 수 있는 방법은 두 가지로, 하나는 설선 안에서 물 분자가 먼지 입자에 들러붙는 것이고(말풍선 그림), 다른 하나는 원시 목성의 중력 영향으로 탄소질 콘드라이트가 내부 태양계로 밀어넣어지는 것이다.

이 두 가지 요인에 의해 태양계가 형성된 지 1억 년 안에 물이 내부 태양계에서 만들어진 것으로 보인다. 지구 바다의 근원을 결정짓기 위해 과학자들은 수소와 그 동위원소인 중수소의 비율을 측정했다. 중수소란 수소 원자핵에 중성자 하나가 더 있는 수소를 말한다.

그 결과, 지구 바다의 물과 운석이나 혜성의 샘플이 공히 태양계가 형성되기 전에 물이 생겨났음을 보여주는 화학적 지문을 갖고 있는 것으로 밝혀졌다.

물은 다 같이 비슷한 수준의 중수소를 갖고 있다. 이 중수소는 성간 우주에서밖에는 만들어지지 않는 물질이다. 이러한 사실은 적어도 지구와 태양계 내 물의 일부는 태양보다도 더 전에 만들어진 것임을 뜻한다.

이 연구는 지구의 물이 지구의 암석과 같은 시기에 생성되었음을 강력하게 시사한다고 호스트 마셜은 강조하면서 "지구는 이런 경로를 거쳐 물의 행성이 되었다"고 밝혔다.

"이 같은 상황은 지구상에 생명체가 기존에 생각햇던 것보다 훨씬 빨리 나타났을 수도 있다는 추론도 가능하다"고 닐센이 덧붙였다. 그는 "이처럼 물이 내부 태양계에 일찍 생겨난 것을 고려해볼 때, 다른 내부 행성들 역시 초창기에는 물을 갖고 있어, 오늘날처럼 환경이 가혹하게 되기 전엔 생명체가 존재했을 가능성을 배제할 수 없다"고 힘주어 말했다.

이광식 통신원 joand999@naver.com