[표지로 읽는 과학] 45억 년 전 원시 지구 '거대한 충돌'의 증거

네이처 제공

국제 학술지 '네이처'는 이번 주 표지로 원시 지구에 충돌하며 거대한 폭발을 일으키는 원시행성 '테이아'의 모습을 담은 일러스트를 실었다. 

테이아는 달의 형성을 설명하는 이론과 관련이 깊다. 약 45억년 전 테이아가 지구에 충돌하며 크고 작은 파편이 튕겨져 나갔고, 그 파편이 뭉쳐 원시 달을 형성했다는 것이다. 그러나 테이아가 존재했다는 직접적인 증거에 대한 실마리를 찾기 어려웠다.   

폴 애시모 미국 캘리포니아공대(칼텍) 지질학·지질화학 교수가 이끌고 첸 위안 박사후연구원이 주도한 연구팀은 1일(현지시간) 지구 외핵과 맨틀의 경계면에 테이아의 충돌 흔적이 남아 있다는 연구 결과를 국제 학술지 '네이처'에 발표했다. 

연구팀은 서아프리카 대륙에서 발생한 지진의 지진파 분석 결과와 약 45억 년 전 지구와 테이아가 충돌했을 당시 발생한 파편의 움직임을 재현한 컴퓨터 시뮬레이션 결과를 비교했다. 

그 결과 지표면 아래 2897km 부근에서 지진파의 속도가 비정상적으로 느려지는 영역이 있음을 확인했다. 지진파는 매질에 따라 속도가 변화하기 때문에 지진파의 속도 변화를 통해 지질 내부에 주변부와 다른 이질적 물질이 있음을 추정할 수 있다. 지진파가 느려진 부분의 밀도는 주변에 비해 약 2.0~3.5% 높은 것으로 나타났다.

연구팀은 이것이 테이아와의 충돌로 인해 녹은 지구 지각층과 맨틀의 일부와 테이아의 파편이 섞인 어떤 물질인 것으로 추측했다. 그러면서 이 물질이 약 45억 년 간 이어진 지구의 역사를 통틀어 살아남은 '테이아 맨틀 물질(TMM)'일 가능성이 높다고 설명했다. 

[박건희 기자 wissen@donga.com]