연구자들이 작은 저어콘 결정을 사용하여 초기 지구의 마그마와 판구조론 활동에 대한 정보를 밝혀냈다. 이 연구는 지구에 생명체가 처음 형성된 것으로 추정되는 42억 년 전에 판구조론이 이미 작동 중이었을 가능성이 높다는 화학적 증거를 제공한다. 이 발견은 다른 행성에서 생명체를 찾는 데 도움이 될 수 있다.

(2023년 4월 4일 사이언스 데일리 기사 번역)

지구는 역동적이고 끊임없이 변화하는 행성이다. 산과 바다의 형성부터 화산 폭발에 이르기까지 지구 표면은 끊임없이 유동적인 상태에 있다. 이러한 변화의 중심에는 지구 지각판의 움직임인 판구조론의 강력한 힘이 자리 잡고 있다. 이 근본적인 과정은 지구의 현재 지형을 형성했으며 미래에도 계속 영향을 미칠 것이다.

그렇다면 초기 지구의 판구조론 활동은 어땠을까? 그리고 생명체가 형성된 것으로 추정되는 시기에도 이러한 과정이 있었을까?

로체스터 대학교의 지구환경과학과 부교수인 더스틴 트레일 연구실의 박사후 연구원 리주 초두리에 따르면 “현대 지구의 역동적인 지각 구조는 오늘날 생명체가 존재하는 이유 중 하나”라고 한다. “초기 지구의 지구역학과 암석학적 다양성을 탐구하면 지구에서 생명체가 어떻게 처음 시작되었는지를 밝혀낼 수 있습니다.”

초두리는 로체스터 연구진이 작은 저어콘 결정을 사용하여 초기 지구의 마그마와 판구조론 활동에 대한 정보를 밝혀낸 방법을 설명하는 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)에 게재된 논문의 제1저자다. 이 연구는 지구에 생명체가 처음 형성된 것으로 추정되는 42억 년 전에 판구조론 활동이 있었을 가능성이 높다는 화학적 증거를 제공한다. 이 발견은 다른 행성에서 생명체를 찾는 데 도움이 될 수 있다.

지구 지각의 생성과 파괴를 주도하는 판구조론

트레일은 현대 지구의 판구조론이 “지각의 생성과 파괴에 있어 지배적인 메커니즘”이기 때문에 “매우 중요하다”고 말한다.

지구는 주기적으로 파괴되고 생성되는 이동성 지각이 있는 유일한 행성이다. 이 과정은 철과 마그네슘과 같은 중요한 원소를 지구 내부에서 표면으로 전달하고 지구의 물과 탄소 순환을 제어한다. 그러나 지질학자들에게 더 중요한 것은 판구조론이 암석을 녹이고 혼합하여 특정한 화학 성분을 가진 마그마를 생성한다는 것인데, 이는 관련된 암석과 ‘파괴’가 발생한 위치에 따라 달라진다. 따라서 마그마의 화학적 구성은 마그마를 생성한 지각의 스타일을 나타낼 수 있다.

작은 타임캡슐과 같은 고대의 결정

초초두리와 그의 동료들은 작은 타임캡슐과 같은 암석 속 작은 결정체인 저어콘을 사용하여 연구를 진행했다. 저어콘에는 미량의 화학 원소가 포함되어 있으며, 결정이 형성된 시점에 그 안에 고정되게 된다. 연구자들은 저어콘의 연대를 측정한 다음 저어콘이 결정화된 모체 마그마의 화학적 구성에 대한 정보를 밝혀내는 역추적 작업을 한다. 그런 다음 연구자들은 마그마에 대한 정보를 사용하여 저어콘이 형성된 시기의 초기 지구의 물리적, 화학적 환경을 재구성하고 판 구조 스타일을 추론한다. 이 경우 저어콘은 약 38억 년에서 42억 년 전의 것이다.

초두리에 따르면 대부분의 연구자들은 저어콘을 사용해 초기 지구에 대한 정보를 추론하고 다양한 지각 시나리오를 제시하는 확률적 모델을 만든다. 초두리와 그의 동료들은 한 걸음 더 나아가 저어콘뿐만 아니라 모체 마그마에 대해서도 설명했다.

“모체 마그마는 근원, 즉 실제 지각 스타일에 더 가깝기 때문에 훨씬 더 직접적이고 신뢰할 수 있습니다.”라고 차우두리는 말한다. “우리 연구는 저어콘의 실리콘과 산소 동위원소 함량과 모체 마그마의 미량 원소 함량을 설명하는데, 이는 이전에 결합되어 제시된 적이 없는 것입니다.”

초두리, 트레일과 그 동료들은 초기 지구 마그마와 캐스케이드 및 알류샨 열도, 또는 일본과 안데스 산맥 지역과 같은 지각 활동성 판 경계에서 생성된 현대 마그마 사이에 화학적 유사성이 있음을 발견했다.

트레일은 “이는 고대부터 현대까지 지각의 연속성을 시사합니다.”라고 말한다. “즉, 수십억 년 전 지구가 오늘날과 비슷하게 작동했을 수 있다는 것을 보여줍니다.”

거주 가능한 행성의 주요 특징

연구진은 판구조론이 시작되었을 때 생명체가 존재했는지 여부는 확인하지 않았다. 초두리에 의하면 “생명체나 판구조론 모두 아직 정확한 시작 날짜가 없”으며, 이 점에 대해 지질학계의 의견은 분분하다고 지적한다. 그러나 새로운 데이터는 판구조론이 42억 년 전에 이미 작동했을 수 있음을 시사하는 화학적 증거를 제공한다.

어떤 경우이든 판구조론은 현재 지구가 온화한 생활 환경을 유지하는 핵심적인 이유이며, 다른 행성에서 거주 가능한 생활 환경을 찾는 데 중요한 요소가 될 수 있다고 그는 설명하고 있다.

“행성에 역동성이 있다면 생명체가 탄생할 수 있는 기회는 더욱 다양해집니다.”라고 그는 말한다.

참고문헌: Wriju Chowdhury, Dustin Trail, Martha Miller, Paul Savage. Eoarchean and Hadean melts reveal arc-like trace element and isotopic signatures. Nature Communications, 2023; 14 (1) DOI: 10.1038/s41467-023-36538-5

(본문은 DeepL 을 이용해 번역하고 편집자가 다듬었습니다.)

카테고리:번역, 사이언스 데일리, 선캄브리아시대, 지질학

태그:마그마 성분, 생명의 출현, 판구조론, 저어콘 결정