지질학자들은 물이 있을 것으로는 전혀 생각되지 않는 지표면 아래 1000km 에도 물이 있다고 보고 있다. 높은 압력과 섭씨 1000도 이상의 열을 받은 암석층은 전세계 바닷물을 합친 것보다 5배나 더 많은 물을 담아둘 수 있다는 것이다. 지표면 아래 650-2900km 사이는 맨틀 하부로 이곳의 광물들은 철이 풍부한 지구의 핵을 감싸고 있으며 열과 압력을 받고 있다. 맨틀하부에 있는 이들 광물들은 무게의 0.2%에 달하는 수분을 포함하고 있을 것이라는 주장이 일본 도꾜 공과대학의 M.Murakami 와 동료 연구진에 의해 제기되었다.
지구의 구성물질에 대한 이론들은 수분과 이산화탄소와 같은 쉽게 기화하는 물질을 원래 얼마나 많이 가지고 있는가를 고려한다. 이번 연구결과는 지구가 처음에는 예상보다 더 물기가 많았다는 것을 보여주는 것이다. 암석에 포함된 수분은 맨틀 하부 암석의 녹는 점을 낮추며 점성을 줄여준다. 수백만년 동안 맨틀은 뜨거운 스프처럼 뒤흔들렸고 이에 따라 지각이 이동하고 맨틀의 화학 성분들이 섞이게 되었으며 점성이 낮은 맨틀은 더 빨리 움직였다.
맨틀 하부에 있는 광물 속의 수분은 지각 판이 얼마나 지구 속으로 깊게 가라앉는 가에도 영향을 미친다. 지각이 가라 앉으면서 압력과 열을 받게 되는데 이때 방출되는 수분은 주변의 맨틀을 부드럽게 만들어 지각이 더 쉽게 맨틀 속으로 가라앉게 해준다.
심도 400-650km 부근의 맨틀에 바닷물 보다 다 많은 물이 있을 것이라는 주장은 이미 있었다. 하지만 이 지역은 상부 맨틀과 하부 맨틀 전이대(transition zone)에 관한 이야기이다. Murakami 연구팀은 맨틀 하부의 광물이 상부의 암석에 비해 10% 정도의 수분을 포함할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 하지만 맨틀 하부의 부피가 맨틀 중간지대 보다 훨씬 더 많기 때문에 여기에 포함된 물의 양은 엄청난 것이다.
영국 브리스콜 대학의 지질학자인 B.Wood는 이러한 연구결과가 맨틀 속에 갇혀있는 물의 양에 대한 논쟁을 불러일으킬 것으로 내다보고 있다. 그는 “대부분의 사람들은 맨틀 속에 많은 양의 물이 있지 않을 것이라고 주장할 것이다” 라고 말했다. 2년전에 있었던 비슷한 연구는 그 정도의 심도에서는 많은 물이 없다는 결론을 내렸었다.
Murakami 연구팀은 실험실에서 맨틀 하부의 환경을 모사했다. 이들은 이곳에 있을 것으로 여겨지는 3종류의 주요 광물에 대해 연구했다. 이들 광물은 2종류의 perovskite (한 종류는 마그네슘이 풍부하고 다른 한 종류는 칼슘이 풍부)와 마그네슘과 산화철의 혼합물인 magnesiowustite 이다.
맨틀 하부 환경을 모사하기 위해 연구진은 열과 압력을 가할 수 있는 다중 앤빌 셀 (multi-anvil cell)을 사용했다. 광물을 섭씨 1600도까지 가열하고 대기압의 25만배 까지 가압하면서 질량분석기를 사용해서 암석이 얼마나 많은 수소를 포함하는 가를 측정했다. 이 기술은 물질에 이온 빔을 쏴서 표면에서 흩어지는 이온을 감지한다. 암석에 있는 수소는 물에서 나온 것으로 볼 수 있는데 연구진은 이 실험을 통해 과거의 실험에서 예상되었던 것보다 더 많은 수소를 찾아낼 수 있었다.
출처 : KISTI, 지구과학 등 록 일 2002-03-14 원문출판일 2002년 03월 08일
http://www.nature.com/nsu/020304/020304-10.html 운영자, 다른기사보기기사등록일시 : 2003.07.17 22:21
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