애리조나주립대학 지구·우주탐사대학원(SESE)의 스티븐 데쉬(Steven J. Desch) 교수가 이끄는 연구팀이 태양과 행성을 만든 가스와 먼지로 된 태양계 성운(星雲)에서 물의 근원을 찾는 새로운 연구결과를 내놨다.
미국지구물리학연맹이 발행하는 '지구물리연구저널(Journal of Geophysical Research:Planet)’은 ‘Origin of Earth’s Water: Chondritic Inheritance Plus Nebular Ingassing and Storage of Hydrogen in the Core’이라는 제목의 스티븐 데쉬 연구팀의 연구결과를 지난달 9일 게재했다.
연구팀은 “우리는 수소의 운석 물과 성운을 모두 고려한 지구의 물 관한 이론을 위한 새로운 모델을 제시한다(Here we present a new model for theorigin of Earth’s water that considers both chondritic water and nebular ingassing of hydrogen.)”고 밝혔다.
이들은 지구의 물이 어디에서 왔는지를 알려주는 새로운 이론이다. 지금까지는 소행성이 지구에 물을 만들어낸 원천인 것이라는 학설이 지배적이었다. 지구의 물과 소행성에서 발견된 물의 중수소 비율이 비슷하기 때문이다. 물 분자는 수소 원자 2개와 산소 원자 1개로 이뤄져 있는데, 태양계 성운에 무궁무진한 수소가 지구를 구성하고 있는 물질과 결합해 지구 바닷물의 원천이 될 수 있다는 것이다.
하지만 스티븐 데쉬 연구팀은 지구 대양의 D/H 비율(양성자에 더해 중성자까지 갖는 중수소의 비율)이 행성 전체의 D/H 비율을 대변하는 것은 아니라는 최근 연구결과가 소행성 원천설과 다르다는 것에 주목했다.
결국 연구팀은 이를 설명하기 위해 새로운 이론모델을 제시했다.
수십억년 전 소행성은 반복적으로 충돌을 하며 행성 물질을 끌어모아 팽창하면서 행성으로 발전하는 과정을 밟는다. 지구 역시 물을 잔뜩 머금은 소행성에서 충돌 과정을 통해 행성이 된다. 행성의 배아(胚芽)인 소행성의 표면은 충돌의 충격으로 거대한 마그마 바다가 되고 성운의 수소와 불활성기체가 끌려와 초기 대기를 구성한다.
그러나 성운의 수소는 원래 소행성에 있던 수소보다 중수소가 적고 가벼워 마그마 바다의 철에 용해되고, 동위원소 분별 작용에 의해 수소는 철에 붙어 핵으로 옮겨가고 중수소만 마그마에 남아있다가 식어 맨틀을 구성하게 된다.
이 모델을 통해 불활성기체가 맨틀에서 발견되고 핵의 D/H 비율이 맨틀이나 대양보다 낮은 점이 설명된다.
논문 주저자인 준우(Jun Wu) SESE 부교수는 “이 모델을 통해 성운 수소의 기여분을 분석한 결과 지구의 물 분자 100개당 1~2개는 태양계 성운에서 온 것으로 나타났다”며 “지구는 대양 7~8개분의 수소를 갖고 있고, 지표면의 대양에 녹아있는 것 이외에 맨틀에 대양 2개분, 핵에 대양 4~5개분의 수소를 숨겨놓고 있다”고 했다.
연구팀은 이번 연구가 다른 행성도 항성의 성운을 통해 자체적으로 물을 확보할 수 있다는 점을 시사해주는 것이라면서 다른 항성계와 행성의 진화와 생명체 존재 가능성에 대한 새로운 시각을 제공하는 것이라고 했다.
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