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[와우! 과학] 지구 지각 이동은 32억 년 전부터 시작…호주 암석서 증거 발견

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▲ 지구 지각 이동은 32억 년 전부터 시작…호주 암석서 증거 발견

지구 표면의 가장 바깥쪽을 차지하는 토양과 암석으로 이뤄진 지각이 적어도 32억 년 전부터 움직이기 시작했다는 분석 결과가 나왔다. 이는 기존 이론들보다 최대 13억 년 빨라진 것이다. 지각은 7개의 주요 지각판과 여러 작은 지각판으로 나뉘는 데 1년에 최소 1㎝부터 최대 16㎝씩 움직인다.

미국 하버드대 등 공동연구팀은 지각의 이동은 지구 역사에서 얼마나 일찍 발생했는지 알아내기 위해 이 연구를 수행했다. 연구에서는 가장 오래된 지각 조각에 속하는 서호주의 암석들에서 32억 년 전부터 지각이 매년 약 2.5㎝씩 이동했다는 증거가 나왔다.

지각 활동이 언제 시작됐는지에 대해서는 여러 이론이 있는데 지금까지는 최소 10억 년 전에서 최대 30억 년 전까지였다. 따라서 이 연구는 최대 추정치보다 2억 년 일찍 지각이 움직이기 시작했음을 보여주는 것이다.

▲ 30~40억 년 전 지구 지각의 형성을 보여주는 이미지. 이 시기 판의 이동에 관한 유무는 과학 논쟁의 주제가 된다.(사진=앨릭 브레너/하버드대)

연구팀에 따르면, 가장 이른 지각 활동의 단서들은 30억 년 이상 된 호주 암석들에서 나왔다. 이들 연구자는 지각 이동이 생각보다 빨라서 오늘날과 비슷한 판의 이동이 일어났다는 가장 오래된 증거를 발견했다고 믿는다. 이들은 또 이 연구가 당시 지구가 오늘날 세계와 구조가 매우 비슷했다는 점을 보여준다고 생각한다.

연구팀이 분석한 암석들은 호주 서부 필바라의 암석권에서 나온 것이다. 암석권은 암석으로 구성돼 있는 지각 표층부로, 이곳은 대륙지각과 해양지각이 붙어있다.

▲ 연구 공동저자인 로저 푸 조교수가 호주 서부 필바라 크레이톤의 꿀빨이새 현무암의 외곽에서 포즈를 취하고 있는 모습. 사진 속 암석은 연구자들에게 약 32억 년 전 지각 이동의 증거를 보여줬다.(사진=앨릭 브레너/하버드대)

연구를 이끈 앨릭 브레너 하버드대 박사과정 학생은 “이번 결과는 기본적으로 지구의 판 이동이 시작한 시기가 훨씬 더 오래됐다는 것을 보여주는 지질학적 증거”라고 설명했다.

여러 지각판의 상대적 움직임에 의해 다양한 지질 현상이 일어나는 것을 판 구조론이라고 하는데 이는 생명의 진화와 행성의 발전에 관한 열쇠가 된다. 지표에는 모두 15개의 지각판이 맨틀 위를 떠돈다. 이들 판의 움직임이 대륙의 위치를 정하고 산맥 등 지형 형성에 도움을 준다. 이는 또 새로운 암석을 지표 위로 노출하게 해 수십억 년에 걸쳐 지구의 표면 온도를 안정화하는 화학적 반응으로 이어졌다. 이로 인한 안정된 기후는 생명 진화에 결정적 요인이 된다고 이들 연구자는 말한다. 게다가 최초의 지각 이동이 발생한 시기는 오랫동안 지질학계에서 논쟁의 쟁점이 돼 왔기에 이를 밝히기 위한 모든 정보는 가치가 있다.

지구의 날인 22일 발표된 이 연구는 지금까지 이론에서 부족한 부분을 채우는 데 도움을 주며 기존 생각보다 좀 더 온화한 환경에서 최초의 생명이 발달했음을 제시한다.

연구에 참여한 로저 푸 조교수는 “우리는 지구를 움직이는 지구물리학적 원리를 이해하려고 애쓰고 있다”고 말했다. 푸 조교수는 또 판의 이동은 생명체에 필요한 요소들을 지구로 들이고 내보내는 역할을 한다고 말했다. 이는 태양계의 다른 행성들과 외계행성들에 관한 이해에도 도움을 주는 과정이다.

▲ 호주 서부 필바라 크레이톤의 지질 지도. 사진 속 노출 암석은 25억~35억 년 된 것들로, 이는 지구의 오랜 과거에 관한 잘 보존된 증거를 제공한다.(사진=앨릭 브레너/하버드대)

이들 연구자는 이 연구를 위해 필바라 크레이톤으로 조사 여정을 떠났었다. 우리 말로 강괴를 뜻하는 크레이톤은 대륙괴나 안정지괴로도 불리는 지각의 원초적이고 두꺼우며 매우 안정된 부분을 말한다. 보통 크레이톤은 지각판의 중앙부에서 발견되며 고대 대륙들의 중심부였다. 이런 특징은 크레이톤을 지구과학적 연구를 하기에 좋은 천연 장소로 만든다. 필바라 크레이톤은 길이가 약 480㎞에 달한다. 이는 미국의 펜실베이니아주(州)와 대략 같은 크기다.



2017년 푸 조교수와 브레너는 꿀빨이새 현무암(Honeyeater Basalt)으로 불리는 암석에 구멍을 뚫어 폭 2.5㎝ 정도의 중심부 표본을 채취했다. 특히 이들 연구자의 연구는 기존 대다수의 연구와 다르다. 왜냐하면 두 사람은 시간이 지남에 따라 암석의 위치를 측정하는 부분에 초점을 맞췄지만, 다른 연구는 지각의 움직임을 시사하는 암석의 화학 구조에 초점을 맞춘 경향이 있기 때문이다.

연구팀은 최신 양자 다이아몬드 현미경을 사용해 이번 발견을 확인했다. 하버드대와 매사추세츠공대(MIT)의 공동연구팀이 개발한 이 현미경은 암석 표본의 자기장과 입자를 이미지화한다.

연구팀은 논문에서 진극배회(眞極徘徊·True Polar Wander)로 불리는 현상을 배제할 수 없었다고 지적했다. 이 현상 역시 지구의 표면을 움직일 수 있다. 이런 지질학적 움직임의 시간 간격 때문에 이번 결과는 판구조론 쪽으로 더욱더 기운다.

자세한 연구 성과는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 최신호에 실렸다.

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

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