새로운 연구가 달에 독특한 암석이 형성되는 중요한 과정을 해독했습니다. 이번 발견은 달 표면의 특징적인 구성과 존재를 설명하면서 오랫동안 과학자들을 당황하게 했던 미스터리를 풀어냈습니다. 1월 15일 Nature Geoscience 저널에 발표된 이 연구는 이러한 독특한 마그마 형성의 핵심 단계를 보여줍니다.

사진은 1972년 NASA의 아폴로 17호 임무 중 우주 비행사이자 지질학자인 해리슨 H. 슈미트(Harrison H. Schmitt)가 거대한 달 바위 옆에 서 있는 모습을 보여줍니다. 이 연구의 과학자들은 이 아폴로 임무에서 나온 암석 샘플을 사용했습니다. 출처: NASA/GeneCernan

달 샘플의 정교한 동위원소 분석과 용암을 사용한 고온 실험실 실험을 통해 구성을 제어하는 ​​주요 반응이 확인되었습니다.

이미지는 이 연구에서 분석된 샘플과 유사한 아폴로 17호 임무에서 나온 달 암석(고티타늄 현무암으로 알려짐) 샘플을 보여줍니다. 출처: NASA

핵심 반응

약 35억년 전 달 내부 깊은 곳에서 발생한 이 반응은 마그마의 철(Fe) 원소가 주변 암석의 마그네슘(Mg) 원소와 교환되어 용융물의 화학적, 물리적 특성을 변화시키는 것과 관련이 있습니다.

공동 제1저자인 브리스톨 대학교 지구과학과 교수인 팀 엘리엇(Tim Elliott)은 이렇게 말했습니다. "화산 월석의 기원은 원시 마그마 바다가 냉각되면서 생성된 불안정한 행성 규모의 결정 더미의 '눈사태'와 관련된 매혹적인 이야기입니다.

"이 장대한 역사의 중심에는 달에 고유한 일종의 마그마가 존재한다는 사실이 있습니다. 하지만 이 마그마가 어떻게 달 표면에 도달하고 우주 임무를 통해 샘플링되었는지 설명하는 것은 까다로운 문제였습니다. 이 퍼즐을 풀 수 있게 되어 기쁩니다."

NASA의 클레멘타인 우주선이 획득한 달 표면의 티타늄 풍부도를 보여주는 이미지. 빨간색 부분은 육지 암석에 비해 농도가 매우 높음을 나타냅니다. 이미지 출처: 달 및 행성 연구소

고티타늄 현무암에 대해 알아보세요

1960년대와 1970년대에 NASA의 아폴로 임무는 달 지각에서 굳어진 고대 용암 샘플을 성공적으로 회수했으며, 그 이후로 달 표면의 일부에는 티타늄(Ti) 원소의 농도가 놀라울 정도로 높다는 사실이 알려졌습니다. 최근 궤도를 도는 위성 매핑을 통해 "고티타늄 현무암"으로 알려진 이러한 마그마가 달에 널리 퍼져 있음을 알 수 있습니다.

"지금까지 모델은 티타늄 함량이 높은 현무암의 근본적인 화학적, 물리적 특성과 일치하는 마그마 구성을 재현할 수 없었습니다.공동 제1저자인 뮌스터 대학 광물학 연구소 연구원인 마르틴 클라버(Martijn Klaver) 박사는 "약 35억년 전에 화산 폭발을 가능하게 했던 저밀도를 설명하는 것이 특히 어려운 것으로 입증됐다"고 덧붙였다."

이번 연구 실험의 전자현미경 이미지. 용융물(갈색)은 주변 결정(녹색)과 반응하여 철 함량이 낮은 용융물이 생성됩니다. 출처: 브리스톨 대학교/뮌스터 대학교

영국 브리스톨 대학교와 독일 뮌스터 대학교가 이끄는 국제 과학자 팀은 고온 실험을 통해 실험실에서 고티타늄 현무암의 형성 과정을 성공적으로 시뮬레이션했습니다. 또한 고티타늄 현무암 측정을 통해 실험에서 재현된 반응에 대한 지문을 제공하는 독특한 동위원소 구성이 밝혀졌습니다.

두 결과 모두 이러한 독특한 마그마의 형성을 이해하는 데 용융 응고 반응이 필수적이라는 것을 분명히 보여줍니다.