지구 형성의 비밀 - 달의 기원과 지구 충돌의 흔적

An artistic illustration about Theia impacting the proto-Earth. Artwork by Hernan Canellas. 출처 : image courtesy of ASU

 

 

지구와 달 사이의 관계와 달의 기원에 대한 가설 중 가장 확실한 것 중 하나는 '거대 충돌 가설'입니다. 이 가설에 따르면 약 45억 년 전, 현재의 화성 크기와 같은 원시 행성 '테이아'가 원시 지구와 충돌한 결과로서 달이 형성되었다는 것입니다. 그러나 이 가설을 뒷받침할 결정적인 증거는 지금까지 없었습니다.

 

하지만 미국 캘리포니아 공대의 연구진은 이러한 가설을 뒷받침할 중요한 발견을 했습니다. 연구진들은 지구의 맨틀과 핵 경계 부근에 위치한 두 개의 거대한 이질적 암석층이 테이아 충돌의 잔해로 해석될 수 있다고 밝혔습니다.

 

이번 연구는 논문의 제1저자인 첸 위안 박사후 연구원이 2019년 애리조나 주립대에서 진행한 행성 지구화학 세미나에 참석한 것이 연구의 계기가 되었습니다. 그 당시 교수가 "충돌체 테이아는 지금 어디에 있을까요?"라는 질문을 던지면서 이 아이디어가 떠올랐습니다.

Parts of the Theia materials sink to and accumulate at the bottom of Earth’s mantle, forming the large low-velocity provinces (LLVP) blobs. Artwork by Hernan Canellas. 출처 : image courtesy of ASU

 

테이아 충돌 후에 달의 기원은 일부는 달이 되고 일부는 지구에 남아 있을 것으로 예상됩니다. 그리고 지구에 남은 테이아 일부는 녹아버리고 일부는 지구의 광물과 섞여있을 것입니다. 그러나 연구진은 테이아의 일부가 거의 온전한 상태로 남아 있을 수 있다고 생각했습니다.

 

연구진은 테이아와 지구가 충돌한 후 이들 파편이 어떻게 움직이는지를 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 연구했으며, 결과적으로 테이아 충돌로 인해 지구 맨틀 상부와 지각이 녹아가면서 테이아의 일부가 지구의 맨틀과 혼합되고, 나머지는 우주로 튕겨져 달이 형성되었다는 것이 밝혀졌습니다.

 

연구진은 이질적 암석층이 테이아 충돌의 결과물인 것으로 주장하며, 이 암석층은 현재 지구 맨틀과 핵 경계 부근에 위치하고 있는데, 이 암석층은 지진 파동이 느리게 통과하는 특징을 보이며, 그 구성물에는 철분 함량이 높은 것으로 나타납니다.

 

그러나 이 연구는 아직 확실한 증거는 아니라는 의견도 있음에도 불구하고, 이러한 가설은 지구 형성 과정과 지구 내부 역학에 대한 우리의 이해를 더 발전시키는 중요한 역할을 할 것입니다.

 

지구와 테이아의 충돌은 우리 행성의 역사 중에서 가장 중요한 사건 중 하나로, 우리의 대기, 지각, 맨틀, 핵을 형성하는 데 큰 역할을 했을 것입니다. 이러한 연구 결과는 달의 기원뿐만 아니라 지구의 역사와 지질학적 이해에도 새로운 방향를 제시할 것입니다.

 

이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처'에 발표되었습니다.  

 

참고 자료: 'Moon-forming impactor as a source of Earth’s basal mantle anomalies. Nature(2023).'