지구 행성에 물을 전해준 원시 운석들

 

 

 

 

 

      

지구 행성에 물을 전해준 원시 운석들 지구와 환경 / 과학 2014/11/03 09:00 http://blog.naver.com/hansyoo/220168351180 전용뷰어 보기 지구 행성에 물을 전해준 원시 운석들 October 30, 2014, ScienceDaily 출처: 우즈홀 대양 연구소(Woods Hole Oceanographic Institution) 요약: 우리가 사는 지구는 푸른 행성이다. 대양이 있기 때문인데, 지구 표면의 70% 이상을 대양이 덮고 있으며 바다는 생물 다양성의 보고(寶庫)다. 지구상의 생명체에게 물은 필수적이지만, 우리는 두 가지 문제의 답을 찾고 있다. 지구상의 물은 어디로부터 왔는가? 그리고 언제 왔을까? 누군가는 지구 행성이 제 모습을 갖춘 이후 늦게 물이 생겨났다고 가설을 펴는데, 그러나 새로운 연구에 따르면 지구와 태양계 내부에 물이 최초로 생겨난 기원은 그보다 훨씬 이전으로 거슬러 올라가야 한다고 한다. 초기의 원시 태양계 상상도. 흰색 점선 안쪽은 물과 얼음이 불안정한 상태로 있는 뜨거운 내부 태양계이고 바깥쪽은 물과 얼음이 안정된 상태로 있는 차가운 외부 태양계이다. 따라서 점선은 일종의 설선(snow line)이다. 내부 태양계에서 물을 얻게 되는 두 가지 가능한 방법이 있다. 하나는 설선 안쪽에서 먼지 알갱이 내부에 들어붙은 물 분자(그림에 표시)로부터 물을 얻는 것이고, 또 하나는 설선 외부에서 탄소질 콘드라이트(carbonaceous chondrites, 운석)가 원시 목성의 중력에 의해 내부 태양계(의 행성들)에 뿌려지는 경우다. 어느 쪽 시나리오든 물은 태양계 형성 초기 대략 1천만 년 정도 이내에 내부 태양계에 축적되었음에 틀림이 없다. Credit: Illustration by Jack Cook, Woods Hole Oceanographic Institution ​     우리가 사는 지구는 푸른 행성이다. 대양이 있기 때문인데, 지구 표면의 70% 이상을 대양이 덮고 있으며 바다는 생물 다양성의 보고(寶庫)다. 지구상의 생명체에게 물은 필수적이지만, 우리는 두 가지 문제에 답을 찾고 있다. 지구상의 물은 어디로부터 왔는가? 그리고 언제 왔을까?    누군가는 지구 행성이 제 모습을 갖춘 이후에 늦게 물이 생겨났다고 가설을 펴는데, WHOI(Woods Hole Oceanographic Institution, www.whoi.edu) 과학자들의 새로운 연구에 따르면 지구와 태양계 내부에 물이 최초로 생겨난 기원은 그보다 훨씬 이전으로 거슬러 올라가야 한다고 한다. 10월 31일자로 저널 사이언스에 발표된 논문의 저자 아담 사라피안(Adam Sarafian)에 따르면 지구가 제 모습을 갖추기 훨씬 이전에 이미 대양이 있었다고 한다. 그는 MIT/WHOI 공동 프로그램 학생으로 지질학 및 지구물리학과 소속이다.    종래 행성들은 원래 높은 에너지의 충돌이 매우 잦은 행성 형성 과정 때문에 물이 없는 상태로 형성되었다고 생각하고 있었다. 이후에 대부분이 얼음과 가스로 구성된 혜성이나 물이 있는 "젖은" 소행성 같은 곳으로부터 물이 전해졌다는 생각이다.    이번 논문의 공동 저자인 WHOI의 지질학자 호스트 마샬(Horst Marschall)에 따르면, 거대 소행성과 혜성이 충돌하면서 많은 파괴가 있었으며, 그 때문에 어떤 사람들은 행성의 형성 시기에 있었던 모든 물 분자가 증발했거나 혹은 우주 공간으로 날아가 버렸을 것이라고 주장해 왔다고 한다. 따라서 오늘날의 지구 행성 표면에 있는 물은 그보다 훨씬, 아주 훨씬 뒤인 수 억 년 뒤에 전해진 것이 틀림없다고 주장해왔다고 한다.     그러나 논문 저자들은 지구상에 물을 전해준 또 다른 가능성에 주목한다. 탄소질 콘드라이트(carbonaceous chondrites)다. 가장 원시적인 운석인 탄소질 콘드라이트는 46억 년 전 태양을 만든 것과 같은 먼지, 모래, 얼음, 그리고 가스의 소용돌이 속에서 형성되었다. 태양계의 행성들이 형성되기 훨씬 전이었다.    WHOI의 지질학자이자 논문 공동저자인 수니 니엘슨(Sune Nielsen)은 이들 원시 운석들은 벌크 태양계 구성 성분과 닮았다고 말했다. 그 안에 대단히 많은 양의 물을 갖고 있는데, 지구상의 물의 기원이 될지 모르는 후보로 생각되어 왔었다고 한다.     과연 어디로부터 물이 전해졌는가를 알아내기 위해서 과학자들은 두 가지 안정된 수소 동위원소들의 상대 비율을 측정했다. 중수소와 수소의 비율이다. 태양계에는 그 위치에 따라 이 비율이 서로 매우 다르다. 탄소질 콘드라이트의 수소 동위원소 비율을 알고 있으므로 과학자들은 지구에 물이 한창 축적되던 시기에 결정화된 물질(광물)들과 비교하면 그것을 통해서 물이 언제 지구에 나타났는가를 알게 될 것으로 추론하였다.     이것을 테스트하기 위해서 뉴멕시코 대학 운석연구소의 프란시스 맥큐빈(Francis McCubin)과 WHIO의 브라이언 몬텔레온(Brian Monteleone)을 포함한 연구팀은 NASA로부터 얻은 혜성 4-베스타(4-Vesta)의 운석 샘플을 이용했다. 혜성 4-베스타는 태양계 내에서 지구와 같은 위치에서 형성되었는데, 그 표면은 용암이 굳은 현무암(basaltic rock)으로 되어 있다. 4-베스타 혜성에서 나온 현무암 운석은 반려암의 일종인 유크라이트(eucrites)로 알려졌는데, 태양계에서 가장 오래된 수소 저장고 중 하나에 해당하는 독특한 특징을 지녔다. 태양계가 형성되고 나서 약 1400만년 정도에 생긴 것으로 추정되는데, 지구 행성이 본격적으로 형성되던 시기에 내부 태양계 물의 근원을 알기 위해서는 이상적이다. 연구원들은 NENIMF(Northeast National Ion Microprobe Facility, 노스이스트 국립 이온현미경 시설)에서 서로 다른 다섯 가지 샘플을 분석했다. NENIMF는 WHOI에 있는 최신 이온현미경으로 이차이온질량분석기(또는 분광기)를 사용한다. 유크라이트 운석에서 수소 동위원소가 측정된 것으로는 최초다. * 이차이온질량분석기란 물질에 이온을 1차적으로 조사하고 2차적으로 방출되는 이온을 분석하기 때문에 '이차'라고 이름을 붙인 것인데, 그렇게 하면 미량 함유 물질에 대한 고감도 측정이 가능해진다.    측정 결과 4-베스타 혜성의 성분이 지구상의 탄소질 콘드라이트와 같은 것으로 나타났다. 이로써 질소 동위원소 데이터와 함께 탄소질 콘드라이트가 지구에 있는 물의 보편적인 근원일 가능성이 매우 높다는 것을 지적한다.     마샬은 이번 연구 결과로 지구의 물이 유크라이트와 같은 시대에 축적되었을 가능성이 가장 높으며, 그리고 지구 행성은 표면에 물이 덮인 '젖은' 행성으로 형성되었음을 보여준다고 말했다.     이후에도 지구상에 물이 추가되었을 가능성을 배제하는 것은 아니지만, 그러나 지구 행성의 아주 초창기에 물이 이미 있었다는 것이다.     연구 결과가 말해주는 바는 지구상에 생명체가 매우 일찍부터 시작되었다는 점이다. 내부 태양계에 물이 일찍부터 있었다는 사실은 같은 내부 태양계의 다른 행성들도 '젖은' 상태였으므로 오늘날처럼 황량하게 되기 전에는 생명체가 진화했을 것이라고 니엘슨은 말한다. Journal Reference: 1.A. R. Sarafian, S. G. Nielsen, H. R. Marschall, F. M. McCubbin, B. D. Monteleone. Early accretion of water in the inner solar system from a carbonaceous chondrite-like source. Science, 2014; 346 (6209): 623 DOI: 10.1126/science.1256717        - 네이버 블로그 <Physics of Dream>  hansyoo 님의 글 중에서 전재..