“물의 기원은 혜성 아니다…지구가 처음 만들어질 때 유입됐을 것”

지구의 모습(사진= Apollo 17 / Public domain )

지구 표면의 70%를 덮고 있는 물은 우리가 아는 모든 생명체가 살아가는 데 꼭 필요한 요소지만, 어떻게 지구에 왔는지는 오랫동안 과학계에서 논쟁의 쟁점이 돼 왔다.

이와 관련해 프랑스 로렌대 암석·지구화학연구센터( CRPG ) 연구진은 어떤 우주 암석이 지구에 물을 공급한 역할을 했는지를 시사하는 연구 논문을 발표해 그 비밀을 푸는 데 한 걸음 더 다가갈 수 있게 됐다.

CRPG 우주화학자 로레트 피아니 박사(사진=프랑스 로렌대 제공)

연구를 주도한 CRPG 우주화학자 로레트 피아니 박사는 AFP 에 “이 연구 결과는 멀리 떨어진 혜성이나 소행성에 의해 물이 건조한 초기 지구에 유입됐다는 일반적인 이론과 모순이 된다”고 밝혔다.

태양계 형성에 관한 초기 모델에 따르면, 태양 주위를 빙빙 돌다가 결국 수성과 금성, 지구 그리고 화성이라는 내행성들을 형성한 가스와 먼지로 이뤄진 거대한 원반들은 너무 뜨거웠기에 얼음이 존재할 수 없었다. 이는 수성과 금성 그리고 화성이라는 나머지 세 행성의 척박한 환경으로 설명할 수 있지만, 광활한 바다와 습한 대기 그리고 수분이 풍부한 지질 환경을 갖춘 우리의 푸른 행성인 지구를 설명할 수는 없다.

따라서 과학자들은 물은 지구가 형성되고 나서 어디선가 유래했다는 가설을 세웠고 유력한 후보는 수소를 함유한 미네랄이 풍부한 ‘카보네이셔스 콘드라이트’( C- 콘드라이트)라는 운석이었다. 하지만 C- 콘드라이트의 화학적 조성은 지구의 암석과 일치하지 않는다는 문제가 있다. 게다가 이들 운석은 혜왕성 너머 외태양계에서 형성됐기에 초기 지구에 도달했을 가능성은 적다.

반면 엔스터타이트 콘드라이트( E- 콘드라이트)라는 또 다른 운석군은 산소와 티타늄 그리고 칼슘의 유사한 동위원소(유형)을 함유해 지구의 암석들과 화학적으로 훨씬 더 가깝다. 이는 E- 콘드라이트가 내행성들이 처음 만들어질 때 사용된 물질 중 일부였음을 시사한다. 하지만 이들 운석은 태양에서 가까운 곳에서 형성됐기에 지구의 풍부한 물을 설명하기에는 너무 건조한 것으로 여겨졌다.

이번 연구에 쓰인 엔스터타이트 콘드라이트( E- 콘드라이트)의 모습.(사진=로레트 피아니 제공)

이 가설이 정말 사실인지 시험하기 위해 로레트 피아니 박사와 동료 연구자들은 질량분석법( mass spectrometry )이라는 기술을 이용, E- 콘드라이트 13점의 수소 함량을 측정했다.

그 결과 이들 운석은 오늘날 해양의 3배 이상의 물을 지구에 공급하기에 충분한 수소 구성을 갖고 있는 것으로 나타났다.

연구진은 또 E- 콘드라이트에서 두 수소동위원소를 측정했다. 이는 이들 동위원소의 상대적 비율이 천체마다 상이하기 때문이다. 그 결과 해양의 동위원소 조성은 E- 콘드라이트의 물을 함유한 혼합물과 95% 일치하는 것으로 밝혀졌다. 이는 이들 운석이 지구의 물 대부분에 기여했다는 또 하나의 증거가 된다.

연구진은 E- 콘드라이트의 질소동위원소들은 지구의 것과 유사하다는 것을 발견하고 이들 운석에 있는 것이 지구의 대기에서 가장 풍부한 성분이기도 한 질소의 기원일 수도 있다고 제안했다.

이와 함께 피아니 박사는 “혜성과 같이 태양계 밖에서 물이 추가로 공급됐다는 점을 배제하지 않지만 E- 콘드라이트는 지구가 형성될 당시 공급된 물에 크게 기여했다는 것을 보여준다”고 덧붙였다.

E- 콘드라이트에 관한 새로운 분석에서는 물은 주로 지구를 형성한 물질로부터 획득됐을 가능성이 있는 것으로 나타났다. 그러고나서 혜성과 외곽 소행성대에서 나온 수분이 풍부한 물질에 의해 지구의 초기 해양과 대기에 물이 추가적으로 공급됐다는 것이다.(사진=사이언스)

이번 연구를 살펴본 미국항공우주국( NASA ) 소속 앤 페슬리어 박사는 사설에서 “이는 물의 기원이라는 퍼즐에 중요하고 우아한 조각을 끼워맞춘 것”이라고 명시했다.

자세한 연구 결과는 세계적 학술지 ‘사이언스’ 최신호(8월 27일자)에 실렸다.

https://news.naver.com/main/read.nhn?mode=LSD&mid=shm&sid1=105&oid=081&aid=0003119499