매사추세츠 공과대학(MIT)의 과학자들은 지구 형성 초기 단계의 '원시 지구' 물질이 여전히 지구 내부 깊숙이 보존되어 있을 수 있다는 사실을 발견했습니다. 과학자들은 지구의 전체 구성이 고대 운석의 물질 혼합과 정확히 일치하지 않는 이유에 대해 오랫동안 의아해 해왔습니다. 한 가지 가설은 "원시 지구" 기간(즉, 달이 형성되기 전 초기 단계) 동안 지구에 흡수된 물질이 거대 충돌 후에 얻은 물질과 동일하지 않다는 것입니다.
이러한 관점을 검증하기 위해 MIT 팀은 여러 연구 기관과 협력하여 열 이온화 질량 분석기를 사용하여 다양한 시간과 깊이에서 토양 암석에 있는 칼륨-40 및 기타 동위원소를 정확하게 측정했습니다. 연구에 따르면 지구 탄생 초기에 지구는 뜨겁고 바위가 많은 행성이었는데, 그 후 큰 충돌이 일어났습니다. 화성 크기의 물체가 젊은 지구와 격렬하게 충돌했습니다. 그 충격은 너무나 강력해서 지구 내부를 완전히 녹이고 화학적 조성을 변화시켰습니다. 충돌은 오랫동안 과학계에서 지구 원래 존재의 모든 흔적을 지워버렸다고 널리 믿어져 왔습니다.
그러나 MIT의 최신 연구는 다른 답을 제시합니다. 과학자들은 현대 지구 물질과 현저히 다른 칼륨 동위원소 조합을 가진 고대 깊은 암석에서 독특한 화학적 단서를 발견했습니다. 후속 우주 충돌이나 현재의 지질학적 활동 모두 이러한 불균형을 설명할 수 없습니다. 이 특징은 원래의 파괴적인 충격의 동화와 재작성을 기적적으로 피한 원시 지구 시대의 잔재일 가능성이 가장 높은 것으로 추측됩니다.
MIT의 니콜 니(Nicole Nie) 박사는 "이것은 원래의 지구 물질이 보존되었다는 최초의 직접적인 확인일 수 있습니다. 우리는 거대 충돌 이전의 극도로 오래된 지구 '조각'을 볼 수 있습니다. 이론상으로 이 최초의 지구 특징은 오랜 진화에 걸쳐 점차 사라져야 하기 때문에 이는 놀라운 일입니다."라고 말했습니다.
2023년, 니에 박사팀은 전 세계의 운석을 연구했습니다. 이 운석은 태양계의 여러 부분에서 형성되었으며 태양계의 화학적 진화의 핵심을 기록했습니다. 과학자들은 칼륨에 세 가지 동위원소(39, 40, 41)가 있다는 사실을 발견했습니다. 지구상에서는 39번과 41번이 우세하고, 40번은 극히 드물다. 그러나 운석의 칼륨 동위원소 비율은 다릅니다. 이 "칼륨 이상"은 지구가 형성되기 전에 원시 물질을 포함하고 있음을 의미합니다.
이 연구는 그린란드, 캐나다, 하와이의 시생 고철질 암석과 현대 해양 섬 현무암을 포함한 지구 샘플에 대한 심층 분석을 수행했습니다. 그들은 암석 샘플을 산에 용해시켜 칼륨을 추출하고 질량 분석기를 사용하여 동위원소 비율을 정확하게 측정했습니다. 결과는 이 고대 암석이 비정상적으로 낮은 수준의 칼륨-40을 가지고 있다는 것을 보여줍니다. 이는 지구상의 다른 곳보다 더 부족하며 해변의 노란색 입자 사이에 있는 갈색 모래처럼 거의 볼 수 없습니다.
또한 팀은 시뮬레이션을 사용하여 지구 형성부터 후속 충격, 가열 및 혼합까지 지구 진화 과정에서 칼륨-40의 변화 추세를 분석했습니다. 모델에 따르면 대규모 충격이나 후속 지질학적 과정으로 인해 칼륨-40 수준이 일반적으로 약간 증가하지만, 이 고대 샘플은 비정상적으로 낮은 수준을 유지하며 초기 지구의 희귀하고 변경되지 않은 잔재로 간주됩니다.
연구에서는 칼륨-40 함량이 비정상적으로 낮은 암석이 실제로 '원시 지구'에서 남겨진 것일 수 있으며 그 화학적 특성이 기존 운석 샘플과 여전히 다르다는 점을 지적했습니다. 니에 박사는 “과학자들은 다양한 유형의 운석 구성을 통해 지구의 원래 화학 구조를 추론하려고 노력해 왔으며, 우리의 연구에 따르면 기존 운석 목록은 완전하지 않으며, 지구의 기원 이야기에 대해 아직 발견할 것이 많다는 것을 보여줍니다.”라고 말했습니다.
관련 논문은 Nature Geoscience 저널에 게재되었습니다.