가장 오래된 지구 암석, 달에서 발견

아폴로 14호가 채취한 월석 분석 결과


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지난 1971년 2월 5일 아폴로 14호가 달에 착륙했다.

이 우주선에 타고 있던 앨런 셰퍼드, 스튜어트 루사, 에드거 미첼 세 우주인은 달의 프라 마우로(Fra Mauro) 충돌구 지역에 착륙해 9시간 22분 동안 42.28 kg 의 월석을 채집하고 돌아왔다.

그리고 5년이 지난 1976년 ‘14321’로 알려진 돌에 행성학자들의 관심이 집중됐다. 이유는 모르지만 이후 이 돌에 대한 연구가 진행됐고 최근 9kg 정도 무게의 이 돌에 대해 그동안 몰랐던 새로운 사실이 밝혀지고 있다.

달에서 채취한 월석 '14321'을 분석한 결과 40억~41억 년 전 지구에서

달에서 채취한 월석 ’14321′을 분석한 결과 40억~41억 년 전 지구에서 생성된 암석임이 밝혀져 행성학자들로부터 큰 관심을 불러일으키고 있다. 사진은 아폴로 12호의 달 탐사 장면. ⓒNASA

월석 분석 결과 지구 암석으로 결론 

30일 ‘사이언스’, ‘스미소니언’ 등에 따르면 최근 과학자들은 월석 ‘14321’이 달에서 형성된 돌이 아니라 40억~41억 년 전 지구에서 형성된 돌이라는 사실을 밝혀냈다.

또한 이 돌이 지금까지 지구에서 발견된 오래된 돌들보다 훨씬 더 오래된 것으로 향후 (지구에서) 더 오래된 돌을 발견하지 않는 한 ‘(달에서 발견한) 지구에서 생성된 가장 오래된 돌’이 될 가능성이 매우 큰 것으로 판단하고 있다.

‘내셔날 지오그래픽’의 필자인 마이클 그레쉬코(Michael Greshko)에 따르면 월석 ‘14321’은 겉으로 보면 지구의 화성암(Igneous Rocks) 같은 모습을 지니고 있다.

전체적으로 검은 색 돌로 군데군데 밝은 부분이 섞여 있었는데 그동안 CLSE(Center for Lunar Science and Exploration), USRA(Universities Space Research Association) 등의 과학자들은 밝은 부분의 무기물(mineral)을 집중적으로 분석해왔다.

과학자들이 분석한 무기물은 놀라울 정도로 탄력이 있는 지르콘(zircon), 그리고 화강암의 주요 구성성분인 장석(feldspar)과 석영(quartz) 등이었다.

‘Space.com’에 따르면 이들 과학자들은 무기물 분석을 통해 월석 ‘14321’의 뿌리를 추적해왔다. 그리고 이 월석이 고압 상태에 있는, 산소가 매우 풍부한 마그마(magma) 속에서 생성됐다는 것을 확인할 수 있었다.

연구팀은 마그마에서 생성된 월석 ‘14321’이 달 표면으로 어떻게 떠올랐는지 그 과정을 추적하기 시작했다.

첫 번째 가능성은 소행성과의 충돌로 인해 발생한 충격으로 인해 지하 깊은 곳 마그마 속에 있던 ‘14321’이 프라 마우로(Fra Mauro) 충돌구로 떠올랐을 경우다.

그러나 달 표면으로부터 70~160km 지하 마그마에 묻혀 있던 ‘14321’이 단 한 번의 소행성과의 충돌로 떠올랐을 가능성은 거의 없었다. 이런 상황에서 두 번째 가능성이 제기됐다. 이 월석이 달이 아닌 지구에서 생성됐다는 것.

지구생성 초기 충돌 과정서 암석 이동 

연구팀은 지구 표면에서 19km 떨어져 있는 마그마 상황이 ‘14321’이 생성됐을 최적의 온도, 압력, 산소 수준(oxygen level)을 갖추고 있다고 판단했다.

40억~41억 년 전 지구가 생성되고 있을 당시 지구 표면은 외부에서 날라 온 소행성과 운석들로 인해 끊임없이 충돌하고 있었다. 그 결과 지하 19km에 묻혀 있던 ‘14321’이 표면으로 떠 올랐다는 것.

이후 화성만한 크기의 천체 테이아(Theia)가 지구와 충돌하는 대사건이 발생하게 된다.

그 결과 지구와 테이아가 합체하는 과정에서 그 일부가 우주 공간으로 날아가 지구 주위를 회전하게 됐고 기체와 먼지 구름을 형성하게 되었는데, 이것이 모여 달을 형성하게 됐고, 그 안에 ‘14321’이 포함돼 있었다는 것.

이 월석이 1971년 2월 5일 달에 착륙한 우주인 앨런 셰퍼드(Al Shepard)에 의해 발견돼 지구로 옮겨졌고, 지금 그 고향이 밝혀지고 있는 중이다.

CLSE의 행성학자 데이비드 크링(David Kring) 박사는 “이번 연구 결과가 초기 지구 생성과정에 있어 다른 행성과의 충돌 및 그 이후의 상황을 설명해줄 수 있는 중요한 단서가 될 수 있다”고 설명했다.

행성학자들에 따르면 38억~41억 년 전 사이 약 3억 년 동안 마치 지구와 달 표면은 마치 음식에 후추 가루를 뿌리는 것처럼 수많은 행성들과 충돌하고 있었다.

행성학자들은 이 시기를 ‘후기 대폭격기 (late heavy bombardment)’로 분류하고 있다. 지구 생성 초기 단계인 이 기간 동안 지구와 달은 테이아 같은 거대한 행성, 그리고 수많은 소행성과 운석 등과 충돌하면서 끊임없이 물질을 서로 교환하게 된다.

특히 충돌 후 지구로부터 떨어져 나간 지구 파편들이 지구 주변을 떠돌다 그 중 일부가 달 생성 초기 달 표면에 합류했다는 주장이 행성학자들로부터 지지를 받고 있었다.

이번 연구 결과는 기존의 이 같은 지구와 달 생성설을 뒷받침하는 것이다. 지구 19km 지하에서 만들어진 월석 ‘14321’이 지구와 달의 초기 생성과정에서 지구로부터 달로 옮겨져 움직임이 없는 진공 상태에서 지금까지 보존돼 오다 우주인들에 의해 발견됐다는 것.

연구 결과에서 이를 뒷받침하는 사실들이 다수 제시되고 있다. 그 중 하나는 호주 잭 힐(Jack Hills)에서 발견되고 있는 광물질 지르콘(zircon)이다.

지르콘은 월석 ‘14321’에서 발견된 것과 동일 물질로 과학자들은 44억년 전에 생성된 것으로 보고 있다.

이번 연구 논문의 수석 저자인 스웨덴 자연사박물관의 지구과학자 예레비 벨루치( Jeremy Bellucci) 박사는 “지르콘이 지구 탄생과 함께 생성된 무기물로 지구는 물론 달에서 장기간 보존될 수 있는 물질”이라고 설명했다.