英 연구팀 "지구와 같은 판 구조 운동 없어도 복잡한 지각 형성 가능"

(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 화성 내부 깊은 곳에 지구와 유사한 거대한 마그마 시스템이 존재했었다는 증거가 발견됐다.

이는 지구와 같은 판 구조 운동 없이도 지각 내부의 강한 재순환을 통해 복잡한 지각이 형성될 수 있음을 시사한다.

[NASA/JPL-Caltech 제공. 재판매 및 DB 금지]

영국 옥스퍼드대 토버모리 매케이-챔피언 박사팀은 27일 과학 저널 네이처 천문학(Nature Astronomy)에서 미국 항공우주국(NASA) 인사이트(InSight) 탐사선의 화성 지진파 관측 자료를 분석, 지각 내부 깊은 곳에 과거 거대한 마그마 시스템이 존재했음을 보여주는 증거를 확인했다고 밝혔다.

연구팀은 이 발견이 지구와 같은 판 구조 운동이 없는 화성에서도 지각 내부에 거대한 마그마 시스템이 형성될 수 있음을 보여준다며 이는 암석형 행성이 생명체가 존재할 수 있는 환경을 갖추는 과정에 대한 새로운 가능성을 제시한다고 말했다.

화성은 표면이 움직이는 지각판으로 나뉘어 있지 않아 판 구조 운동이 일어나지 않는다. 판 구조 운동은 지구에서 화산활동과 물질 재순환, 대륙 형성의 원동력이기 때문에 화성에서는 지구처럼 복잡한 지각 형성이 어려웠을 것으로 추정돼 왔다.

연구팀은 화성 착륙 지질탐사선 인사이트가 운석 충돌과 화성지진(marsquake)으로 생긴 지진파를 기록한 자료를 이용해 화성 표면 아래 약 24㎞ 깊이에 있는 정체불명의 경계를 조사했다. 이 경계는 이전 연구에서도 확인됐지만 무엇을 의미하는지는 밝혀지지 않았다.

이들은 이 경계가 서로 다른 암석이 만나는 지점이라는 가설을 검증하기 위해 열역학 모델링과 통계 기법을 활용해 수백 가지 가능한 암석 조성과 지진파 자료를 비교 분석했다.

그 결과 24㎞ 경계 아래에 철과 마그네슘 함량이 높고 이산화규소 함량은 낮은 초고철질암(ultramafic rock)이 존재할 때만 관측된 지진파 특성이 일치하는 것으로 나타났다. 반면 경계 위쪽은 상대적으로 이산화규소 함량이 높은 고철질암(mafic rock)의 특성과 더 잘 맞았다.

연구팀은 이 경계 아래의 층이 지하 깊은 곳에 모여 있던 마그마가 오랜 시간 서로 다른 물질로 분리되면서 형성된 것으로 추정했다. 밀도가 높은 결정은 지각 하부에 두꺼운 잔류층으로 남고, 밀도가 낮은 용융물은 위쪽으로 상승했다는 것이다.

매케이-챔피언 박사는 "그동안 화성의 화산 활동은 지구보다 훨씬 단순했을 것으로 여겨졌지만 이 발견은 화성에서도 마그마가 진화하고 지각 전체에서 재순환하는 거대하고 장기간 지속되는 시스템이 존재할 수 있었음을 보여준다"고 말했다.

연구팀은 이 층이 화성 북반구에서 수백~수천㎞에 걸쳐 이어져 있었을 가능성이 있다며, 이는 화성이 과거 개별 화산만 존재했던 것이 아니라 서로 연결된 거대한 마그마 시스템을 갖고 있었음을 시사한다고 말했다.

이어 지금까지 전체 지각에 걸친 마그마 활동은 지구에서만 나타나는 현상으로 여겨져 왔다며 이런 지질학적 과정은 행성의 대기와 바다, 나아가 생명체가 거주할 수 있는 환경 형성과 밀접하게 연결돼 있다고 설명했다.

논문 공동 저자인 존 웨이드 교수는 "이 연구는 화성이 판 구조 운동 없이도 이런 복잡한 지각을 발달시킬 수 있었다면 생명 거주 가능성에 필요한 조건이 생각했던 것보다 훨씬 더 많은 행성에서 형성될 수 있다는 뜻일 수 있다"고 말했다.

◆ 출처 : Nature Astronomy, Tobermory Mackay-Champion et al., 'Seismic evidence for a melt-depleted lower crust and transcrustal magmatism on Mars', http://dx.doi.org/10.1038/s41550-026-02907-5

scitech@yna.co.kr