지구 핵과 가까운 하부 맨틀에 엄청난 양의 물 있다는 증거 찾아

물이 암석을 약하게 하거나 녹여 맨틀의 대류 촉진시키는 역할


프랑스의 공상과학(SF) 소설가 쥘 베른은 1864년 '지구 속 여행'이란 책을 발표했다. 주인공들은 지구 한가운데에 있는 바다를 뗏목을 타고 여행했다. 작가의 생각이 완전히 허구는 아닌 것으로 밝혀졌다. 지하 1000㎞ 맨틀에 지구의 모든 바다를 합친 것만큼의 물이 있는 것으로 밝혀졌기 때문이다. 맨틀은 지각 바로 아래에 있으면서 외핵을 둘러싸고 있는 두꺼운 암석층이다. 지하 100~2925㎞에 걸쳐 있다.

미국 노스웨스턴대 스티브 제이컵슨 교수는 지난해 11월 국제학술지 '암석(Lithos)'에 "지구 핵에 가까운 하부 맨틀에 엄청난 양의 물이 있다는 증거를 찾았다"고 밝혔다.

자료= 미국 앨버타대

연구진이 제시한 증거는 브라질 상루이스강(江) 근처에서 발견한 다이아몬드다. 9000만년 전 화산폭발과 함께 지상에 나온 것으로 추정된다. 이 다이아몬드에는 링우다이트(ringwoodite)란 광물이 들어있다. 여기에 수소와 산소가 연결된 수산기(水酸基, OH-)가 있었다. 수산기는 물에서 수소를 하나 떼어낸 것이다. 그렇다면 어디선가 물이 있는 곳에서 다이아몬드가 만들어졌다고 볼 수 있다.

연구진은 다이아몬드에 들어있는 철이나 산화마그네슘, 티타늄 등의 다른 금속을 볼 때 다이아몬드는 지하 1000㎞ 하부 맨틀의 엄청난 고온과 고압 환경에서 형성됐을 것으로 추정됐다. 수산기가 그때 다이아몬드에 들어갔으니 하부 맨틀에 엄청난 양의 물이 있다는 것이다. 제이컵슨 교수는 2014년 '사이언스'지에 브라질에서 발견한 다이아몬드를 통해 지하 700㎞ 하부 맨틀에 바다가 있다고 발표한 바 있다. 당시 다이아몬드에 들어있는 링우다이트와 똑같은 물질을 실험실에서 합성했는데 그 조건이 지하 700㎞의 온도와 압력과 일치했다. 이번에는 지하 바다를 더 깊은 곳으로 끌고 내려간 셈이다.

미국 플로리다주립대와 영국 에든버러대 연구진은 같은 시기 '미국립과학원회보(PNAS)'에 발표한 논문에서 맨틀에 있는 수산기 함유 광물은 질량의 1.5%가 물로 볼 수 있다고 밝혔다. 이를 맨틀 전체로 환산하면 지구 표면의 바다 전체에 맞먹는 양의 물이 지구 한가운데에 있는 것이라고 연구진은 밝혔다.

PNAS 논문의 저자인 매이낙 무커지 플로리다주립대 교수는 "지구 깊은 곳의 물은 맨틀의 대류에 결정적인 역할을 하는 것으로 보인다"고 밝혔다. 맨틀의 대류는 암석층이 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 것을 말한다. 이때 물이 맨틀의 암석을 약하게 하거나 녹여 대류를 촉진한다는 것이다.

맨틀의 대류에 따라 지각의 이동도 일어난다. 제이컵슨 교수는 "이번 연구의 의미는 지구의 물 순환이 생각한 것보다 훨씬 거대하다는 것"이라며 "결국 지구 심층부의 물이 지각활동의 윤활유 역할을 한다"고 밝혔다. 지각활동이 없으면 화산활동도 없고, 생명체를 탄생시키는 화학반응도 일어날 수도 없다. 물은 어디에 있든 생명과 직결되는 셈이다.

[이영완 과학전문기자 ywlee@chosun.com]

조선일보