지구의 물, "태양 성운에서 유래"
지구의 물, "태양 성운에서 유래"
  • 함예솔
  • 승인 2018.11.26 14:55
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맨틀-핵 경계 부근
지구 안의 물은 어디서 왔을까? 출처: pixabay
지구 안의 태양 성운에서 왔다? 출처: pixabay

지구의 물은 어떻게 만들어졌을까요? 지구가 스스로 만들어 낸 걸까요? 아니면, 소행성이 충돌하면서 만들어졌을까요? 에 게재된 새로운 연구에 따르면 지구의 물 중 일부는 태양 주변에서 소용돌이치던 가스와 먼지로 이뤄진 구름에서 유래했을 수 있다고 합니다. 바로 태양 성운(solar nebula)에서 말이죠.

 

물은 2개의 수소원자와 1개의 산소원자로 구성돼요. 출처: Wikimedia Commons
물은 2개의 수소 원자와 1개의 산소 원자로 구성돼요. 출처: Wikimedia Commons

물은 2개의 수소 원자와 1개의 산소 원자로 구성돼 있습니다. 지구의 물은 수십억년 전, 바위로 이뤄진 소행성이 지구에 날아와 부딪히면서 운반했을 가능성이 높습니다. 새로운 연구에 따르면, 초기 지구에서 물이 형성될 수 있었던 건 태양 성운(solar nebula) 덕분이었다고 합니다.

 

태양 주변에 성운이 있었대요. 출처: NASA- JPL
태양 주변에 성운이 있었대요. 출처: NASA- JPL

연구에 따르면, 지구에 있는 물분자가 100개라고 가정할 경우 적어도 1개는 태양 성운에서 왔을 것이라고 추측합니다. 초기 태양계에서는 태양이 형성된 후 남은 물질이 성운으로 존재했는데, 이 구름에는 다량의 수소가 포함돼 있었습니다. 지구의 물이 어디서 왔는지 알아내기 위해 과학자들은 수소 동위원소 비율을 조사했습니다. 수소는 중성자 수에 따라 원자 질량이 달라집니다. 

 

일반적으로 지구의 해양에서 수소의 동위원소 비율을 조사해보면, 중수소의 비율이 소행성에서 발견되는 물 안의 수소 동위원소 비율과 일치하는데요. 이러한 결과는 지구의 물 대부분은 소행성에서 유래한 것이라고 말해줍니다. 하지만 지구의 맨틀과 핵 경계 부근에서 추출한 수소의 동위원소 비율은 달랐습니다.

 

지구를 잘라봤어요. 출처:fotolia
지구를 잘라봤어요. 출처: fotolia

맨틀-핵 경계 부근에서는 표면의 해양에서 조사한 수소 동위원소비와 다른 결과가 나온건데요. 맨틀-핵 경계 부근에서는 중수소 비율이 더 적게 나왔습니다. 즉, 맨틀-핵 경계에 있는 곳의 물은 소행성에서 유래된 것이 아니란 얘기입니다. 지구는 수십억년 전 작은 미행성들이 충돌하며 눈뭉치 뭉쳐지듯 현재 크기로 성장했는데요(초기 지구 '마그마 바다 흔적' 찾았다?!).


 

 

지구 형성 초기, 용융된 상태로 있던 지구는 태양 성운으로부터 먼지와 가스를 빨아들였습니다. 그 결과 성운에서 유래한 수소는 마그마 바다에 가라앉으며, 자성을 가진 핵 부근으로 이동하게 됐습니다. 반면, 소행성에서 기인한 수소는 맨틀 부근에 머물게 됐습니다. 소행성은 지구를 계속 폭격했고, 맨틀과 지구 해양에는 계속해서 중수소 비율이 높은 수소가 공급됐습니다. 이때 지구로 공급된 수소가 결국 지구의 해양 대부분을 형성하게 됐습니다.

 

이번 연구 결과를 통해, 지구의 물 일부는 태양 성운에서 왔다는 점이 밝혀진 셈입니다. 과학자들에 따르면, 행성 안쪽에는 우리 생각보다 더 많은 물이 숨겨져 있다고 합니다. 맨틀에는 대략 두 개의 해양, 핵에는 4~5개의 해양이 있을 거라고 하네요. 특히, 이렇게 행성 안쪽에 숨겨져 있는 물이 태양 성운에서 유래했을 가능성이 크다고 합니다. 

 

외계행성에서 물 찾을 수 있을까? 출처: fotolia
외계행성에서 물 찾을 수 있을까? 출처: fotolia

또한, 이번 연구 결과가 중요한 이유는, 외계 행성의 물 형성 가능성에 관한 아이디어를 제공해준 점인데요. 애리조나주립대학교 분자과학 및 우주탐사학과 연구조교수인 Jun Wu는 "충분히 큰 외계 행성이 있는 외계 태양계에서 이와 비슷한 방식으로 물이 형성될 가능성이 있다"고 전했습니다.

 

 

##참고자료##


Wu, Jun, et al. "Origin of Earth's Water: Chondritic Inheritance Plus Nebular Ingassing and Storage of Hydrogen in the Core." Journal of Geophysical Research: Planets (2018).
 

 
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