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2024-11-22 (금)

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[우주의 속삭임(70)] 달 내부에 녹은 암석층 존재 가능성…중력 측정 분석 결과 뒷받침

달의 지각 아래 내부 구조는 무엇으로 이루어져 있을까. 지구 내부에는 녹은 암석층이 존재하며, 이는 지표면의 지각판 운동을 일으키는 원인으로 알려져 있다. 과학자들은 그동안 달에도 지구처럼 핵과 고체 외층 사이에 녹음 암석층이 존재하는 지에 대한 연구를 진행해왔다. 미 항공우주국(나사·NASA) 고다드 우주 비행 센터와 애리조나 대학의 연구팀은 최근 지구와 태양의 중력에 대한 달의 반응을 분석한 결과, 달 내부의 깊은 곳에 녹은 암석층이 존재할 가능성을 뒷받침하는 새로운 증거를 제시했다. 해당 내용에 대해서는 사이언스얼라트와 스페이스닷컴 등이 보도했다. 이번 연구를 통해 지구의 바닷물이 달과 태양의 중력에 의해 주기적으로 상승하고 하강하는 것처럼, 달도 조석력의 영향을 받는다는 것이 밝혀졌다. 다만, 지구처럼 바다가 없기 때문에 달의 조석 현상은 미묘하지만 모양과 중력의 변화를 통해 확인할 수 있다. 연구 결과 달의 맨틀은 조수처럼 오르락내리락하는 두껍고 끈적끈적한 영역을 갖고 있는 것으로 드러났다. 달의 조석력에 반응하는 방식은 내부 구조와 밀접한 관련이 있다. 연구팀은 지구와 태양에 대한 달의 조석 반응으로 분석하면 표면 아래에 무엇이 있는 지 단서를 얻을 수 있다는 점에 주목했다. 기존 연구에서는 한 달 동안 달의 조석 변화를 측정했지만, 이번 연구에서는 나사의 위성 기반 GRAIL(Gravity Recovery and Interior Laboratory) 미션과 달 정찰 궤도선(Lunar Reconnaissance Orbiter)을 통해 1년 동안의 데이터를 수집했다. 연구팀은 달의 월별 및 연간 형태 변화, 중력장 변화, 평균 밀도 등의 정보를 종합해 내부 구조를 시뮬레이션했다. 그 결과 달의 맨틀 하부에 부드러운 층을 포함했을 때 관측된 중력 측정값을 더 정확하게 재현할 수 있었다. 이는 달 내부 깊은 곳에 점성을 가진 물질 층이 존재할 가능성이 높음을 시사한다. 연구팀은 달 내부의 이러한 녹은 층이 티타늄이 풍부한 광물인 일메나이트(ilmenite)로 구성되었을 것으로 추측하고 있다. 하지만 이 층의 열원이 무엇인지, 정확한 구성 성분은 무엇인지 등이 여전히 풀어야 할 과제로 남아 있다. 해당 연구는 AGU 어드밴시스(AGU Advances)에 게재됐다. 한편, 일메나이트는 티타늄과 철의 산화 광물로 화학식은 FeTiO3이다. 일메나이트는 티타늄의 주요 광석이며, 이산화 티타늄(TiO2) 생산의 주원료다. 이산화 티타늄은 페인트, 잉크, 플라스틱, 종이, 선크림, 식품, 화장품 등 다양한 분야에서 사용된다. 일메나이트는 러시아의 일멘 산맥에서 처음 발견되어, 이름이 붙여졌다. 아폴로 우주선이 가져온 달에서 채취한 암석에서 상당량의 일메나이트가 발견됐다.
- IT/바이오
2024-10-11
[기후의 역습(45)] "남극 대륙이 솟아오르고 있다"…해수면 상승 가속 우려

남극 대륙의 빙하가 녹으면서 무게가 가벼워지고 있다. 수축해 있던 스펀지가 다시 팽창하는 것처럼, 얼음에 눌려 있던 남극 대륙이 융기, 즉 바다에서 솟아오르고 있다고 사이언스얼라트가 경고했다. 이 과정은 빙하 후 융기(post-glacial uplift)라고 불린다. 새로운 연구에 따르면 이것이 미래의 전 세계 해수면 상승에 막대한 영향을 미칠 것으로 보인다. 이는 남극 대륙의 해수면 억제력을 최대 40%까지 줄일 수도 있고, 대기에 열을 가두고 남극의 빙하를 녹이는 화석연료 연소를 얼마나 계속 유지하느냐에 따라 상황은 훨씬 더 악화될 수도 있다는 우려다. 연구팀원인 캐나다 맥길 대학교 빙하학자 나탈리아 고메즈는 "바다에 접한 해안 지역에 사는 인구가 약 7억 명에 달하고, 금세기말까지 해수면 상승으로 인한 비용이 수조 달러에 달할 수 있기 때문에, 남극 빙하가 녹는 데 따르는 도미노 효과를 이해하는 것은 매우 중요하다"라고 말했다. 문제는 지난 몇 년 동안 남극 빙하가 최악으로 낮은 상태를 유지했다는 것. 고메즈와 연구팀은 남극 빙상 아래에 있는 지구의 맨틀을 조사했고, 일부 주요 지역에서 특히 찌그러지고 물렁해져 있는 것을 발견했다. 이곳의 지진 데이터는 높은 수준의 점도가 예상치 못할 정도로 빠르게 땅이 융기하고 있다는 것을 밝혀 냈다. 다른 연구원 오하이오 주립대학 지질학자 테리 윌슨은 "우리가 측정한 결과 남극 빙상의 기초를 형성하는 단단한 땅의 모양이 놀라울 정도로 빠르게 바뀌고 있다"고 말했다. "지표면의 얼음이 줄어들어 땅이 융기하는 것은 수천 년에 걸친 것이 아니라 지난 수십 년 만에 일어나고 있는 현상"이라는 것이다. 연구팀은 3D 모델링을 사용, 다양한 시나리오에서 남극 대륙의 육지 변화로 인한 해수면 상승을 시뮬레이션했다. 온난화 수준이 낮게 유지되면 2500년까지 해수면이 최대 1.7m 상승하지만, 지구 온난화가 계속 증가할 경우 최대 19.5m까지 치솟는다. 이는 빙하가 줄어드는 속도가 융기보다 빠를 때, 더 많은 물이 바다로 방출되기 때문이다. 그러나 우리가 빙하가 녹는 속도를 늦출 수 있다면, 융기하는 육지가 따뜻한 바닷물에서 얼음의 일부를 들어 올려 더 오래 보존할 수 있을 것이다. 매사추세츠 대학교 빙하학자 롭 디콘토는 "이 연구는 기후 변화가 해수면 상승에 미치는 영향을 더 잘 예측하고 효과적인 환경 정책을 수립할 수 있는 획기적인 진전"이라고 평가했다. 지구는 완벽하게 매끄러운 구체가 아니다. 그렇기 때문에 지구의 다른 부분은 중력, 회전 및 지질학적 특성으로 인해 독특한 해수면 영향을 받게 된다. 고메즈와 연구팀은 "이번 연구 결과는 이미 해수면 상승의 영향을 받고 있는 저위도 지역의 섬과 해안 지역이 남극 빙하 손실로 인해 평균보다 높은 해수면 상승을 겪을 것이라는 최근 연구 결과를 뒷받침한다"고 설명했다. 특히 "연구 결과는 해수면 상승에 대한 취약성이 높은 반면 배출량은 적은 국가에 대한 기후 불공평이 심각함을 드러낸다"고 지적했다. 연구팀은 연구 모델에 여전히 많은 불확실성이 있으며, 특히 서남극 대륙의 지진 데이터가 부족하기 때문에 그렇다고 밝혔다. 그리고 이러한 추정치는 그린란드의 빙하와 정상에 얼음을 안고 있는 전 세계 산에서 무슨 일이 일어나고 있는지 고려되지 않았다. 남극 대륙을 벗어나 지구 전체를 감안할 때 실상은 더욱 심각할 것이라는 의미다.
- 포커스온
2024-08-20
[우주의 속삭임(43)] NASA 인사이트 착륙선 데이터 분석, 화성 지하 저수지 증거 발견

임무가 종료된 나사(NASA) 화성 미션의 데이터를 연구한 결과, 화성 지하 깊은 곳에 저수지가 있었다는 증거가 나왔다고 CNN 등 외신이 보도했다. 이는 나사의 인사이트(InSight) 화성 착륙선이 지진계를 사용해 2018~2022년까지 화성 내부를 탐사한 데이터로부터 발견한 것이다. 연구는 캘리포니아 주립대 샌디에이고 캠퍼스(UC 샌디에이고) 연구팀이 주도했다. 연구팀은 데이터 분석 결과 화성 지각 중앙의 작은 균열과 바위 기공에 갇혀 있는 물이 화성 전체 지표면을 1.6km 깊이까지 덮을 만큼 충분할 수 있다고 추정했다. 이는 화성의 지질학적 역사에 대한 새로운 정보이며, 실제 사실로 규명돼 저수지에 접근할 수 있다면, 이곳이 화성에서 생명체를 찾을 수 있는 새로운 장소임을 시사하는 것이라고 지적했다. 궤도선에서 관찰한 화성의 물에 의해 변형된 호수, 강 하구, 삼각주 및 암석의 증거들에 따르면 고대 화성은 수십억 년 전에는 지금보다 따뜻하고 습한 곳이었을 가능성이 크다. 그러나 화성은 30억 년 전 대기가 사라졌고, 이로 인해 습한 화성의 시대는 사실상 끝났다. 화성이 대기를 잃은 이유에 대해서는 아직 규명되지 않았다. 화성의 물의 역사, 대기의 상실, 물이 화성에서 생명체가 살 수 있는 조건을 만들었는지를 밝히기 위한 수 많은 우주 임무가 실행됐다. 물은 화성의 극지방 빙하에 얼음으로 갇혀 있지만, 전문가들은 그것이 화성의 잃어버린 물을 모두 설명한다고 생각하지 않는다. 일부는 물이 우주로 사라졌다고 추정하거나 화성 지표면 아래의 광물에 흡수되었거나 깊은 지하수층으로 흘러 들었다고 짐작하는 연구도 있었다. 그런 가운데 이번에 화성 탐사선 인사이트 관측 데이터에서 화성 지하에 물을 가둔 저수지 증거가 나온 것이다. 즉, 화성의 물이 화성 지각으로 흘러 들었음을 시사하는 것이다. 이는 인사이트 탐사선의 지진 데이터를 통해서 드러났다. 인사이트는 화성의 지각 두께와 맨틀의 온도, 핵과 대기의 깊이와 구성에 대한 전례 없는 데이터를 수집했다. 착륙선의 지진계는 화성 지진이라고 불리는 최초의 지진도 감지했다. 지진은 지각판이 이동하고 서로 부딪히면서 발생하는데, 화성 지각은 시간이 지남에 따라 계속 수축되고 냉각되어 단층과 균열이 있는 하나의 거대한 판과 같다. 인사이트 착륙선 지진계는 수백, 수천 마일 떨어진 곳에서 1300개가 넘는 화성 지진을 감지했다. 지진파의 속도는 바위의 구성, 균열의 위치, 균열을 채우는 물질에 따라 달라진다. 연구팀은 이 지진 데이터를 지구에서 지하 유전과 지하수 층을 매핑하는 데 사용되는 암석 물리학의 수학적 모델에 적용해 비교 분석했다. 그 결과 인사이트 착륙선이 수집한 데이터는 지구의 액체 상태의 물로 채워진 깊은 화성암 또는 화산암 층과 가장 잘 일치했다. UC 샌디에이고 스크립스 해양학 연구소의 바샨 라이트 교수는 "화성의 물 순환을 이해하는 것은 기후, 표면 및 내부의 진화를 이해하는 데 중요하며, 유용한 시작점은 물이 어디에 있고 얼마나 있는지를 파악하는 것”이라고 말했다. UC 버클리의 지구 및 행성 과학 교수이자 연구 공동 저자인 마이클 만가는 화성에 거대한 물 저장소가 있다는 이론이 확립되면 화성의 기후가 어땠는지 또는 어떨 수 있는지에 대한 정보의 창이 될 수 있다고 말했다. 만가는 "데이터 분석이 과거나 현재의 생명체에 대한 어떤 정보도 밝혀낼 수는 없지만, 만약 화성 지하에 저수지가 존재했다면, 지구의 깊은 지하수가 미생물 생명체에게 적합했던 것과 같이 습한 화성 지각에 생명체가 거주했을 수 있을 수 있다"고 말했다. 코넬 대학교 천문학과의 천체생물학자인 알베르토 페어렌은 화성 표면 아래 깊은 곳에 물이 존재할 수 있다는 생각은 수십 년 전부터 있었지만, 화성 탐사선의 실제 데이터가 이러한 추측을 사실로 확인할 수 있었던 것은 이번이 처음이라고 말했다. 전문가들은 모두 화성과 태양계 내 다른 행성 및 달에 더 많은 지진계를 보내 탐사하는 것에 큰 관심을 표명했다. 지진계 데이터를 화성 전역에 확대 적용시키면 행성 내부의 변화가 드러나고, 다양하고 복잡한 역사를 더 잘 파악할 수 있는 창을 얻게 되는 것이라고 강조했다.
- IT/바이오
2024-08-16
[우주의 속삭임(36)] 수성 표면, 최대 16km 두께의 다이아몬드층 존재 가능성 제기

태양계에서 가장 작은 행성인 수성에 다량의 다이아몬드가 존재한다는 주장이 제기됐다고 스페이스닷컴이 전했다. 벨기에의 뢰번 가톨릭 대학교(KU Leuven) 연구팀은 나사(NASA)의 수성 미션인 메신저(MESSENGER) 우주선의 데이터를 분석, 태양에서 가장 가까운 행성인 수성의 지각 아래에 16km 두께의 다이아몬드 층이 존재할 수 있다는 가능성을 제기했다. 수성은 다른 태양계 행성에서는 보기 어려운 다양한 특성을 갖고 있어 천문학자들의 탐구의 대상이었다. 매우 어두운 표면, 눈에 띄게 밀도가 높은 핵, 조기에 끝난 화산 시대 등이 대표적인 특징이었다. 또한 수성은 표면에 탄소의 일종인 흑연 조각도 포함하고 있다. 천문학자들은 이에 근거해 수성의 형성 초기에 탄소가 풍부한 마그마 바다가 있었다는 이론을 제기했다. 마그마 바다가 표면으로 부상해 흑연 조각과 함께 수성 표면의 어두운 색조를 만들었을 것이라는 추정이었다. 동일한 과정으로 인해 수성 표면 아래에 탄소가 풍부한 층이 형성됐다는 것이 뢰번 연구팀의 주장이다. 팀은 이 탄소 층이 과거에 제기됐던 그래핀이 아니라 다이아몬드로 구성되어 있다고 추정하고 있다. 그래핀은 탄소의 동소체 중 하나로 탄소 원자들이 모여 2차원 평면을 이루고 있는 구조다. 다이아몬드 결정과는 근본적으로 다르다. 연구팀의 올리버 나머 교수는 "우리 팀은 수성이 탄소가 풍부한 행성이라는 것과 수성의 맨틀-핵 경계의 압력에 대한 새로운 추정치를 감안, 맨틀과 핵 사이의 경계면에서 형성되는 탄소 함유 광물이 흑연이 아니라 다이아몬드라고 추정한다"라고 말했다. 메신저 우주선의 영자 표기 MESSENGER는 'Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry, and Ranging'의 머리글에서 따 온 것으로 '수성 표면, 우주 환경, 지구화학 및 거리 측정'을 의미한다. 메신저 우주선은 지난 2004년 8월 발사돼 수성 궤도를 돌며 탐사하는 최초의 우주선이었다. 2015년에 임무를 종료했으며, 수성 극지방의 음영 속에 풍부한 얼음을 발견하고 수성의 지질학과 자기장에 대한 중요한 데이터를 수집하면서 수성 전체 지도를 작성하는 성과를 거두었다.
- IT/바이오
2024-07-26
과학자들 "태양의 영향, 지구 깊숙한 곳까지 미친다"

지금까지의 통설은 화산 폭발이나 지각판 충돌과 같은 지구 내부의 변화가 지구 표면 환경에 영향을 미친다는 것이었다. 약 6600만 년 전의 대량 멸종과 빙하기 등은 주로 이러한 지구 내부의 변형에 의해 주도되는 것이라는 판단이었다. 그런데 태양의 복사열이 지구의 깊은 내부까지 영향을 미칠 수 있다는 새로운 연구 결과가 발표돼 주목된다고 PHYS, 신화통신 등이 전했다. 이는 중국과 루마니아 연구팀이 수행한 것으로, 보고서는 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 발표됐다. 이 연구는 중국과학원, 중국 지질대학교, 부쿠레슈티 대학교의 지질학 및 지구물리학 연구소(IGG) 연구원들이 수행했다. 연구팀에 따르면 태양 복사열은 위도에 따라 달라지며, 해양 생물의 분포에 영향을 미치는 해수면의 온도 구배를 생성한다. 물체 내부를 열전도 할 때, 평행한 양면의 온도가 일정하고 물체 내부가 일정할 경우 물체 내부의 온도 분포는 직선이 되는데, 이 직선을 온도 구배라고 한다. 탄소가 풍부한 유기체는 해양판을 통해 지구 내부로 운반된다. 이 과정은 아크 마그마의 산화환원 상태에 큰 영향을 미친다. 아크 마그마의 산화환원 상태는 화산 아크에서 형성된 마그마 내 환원(산소를 잃거나 전자를 얻는 것)과 산화(산소를 얻거나 전자를 잃는 것) 상태 사이의 균형을 의미한다. 연구팀은 전 세계 지질학자들이 수집한 지구와 바다 깊은 곳의 마그마 샘플을 포함, 수천 개의 마그마 샘플에서 얻은 데이터를 분석했다. 팀은 아크 마그마의 산화환원 상태를 결정하기 위해 감람석 광물과 암석 내의 작은 용융물 함유물을 조사했다. 연구에 따르면 저위도 지역의 마그마는 고위도 지역보다 산화가 덜한 것으로 나타났다. 해저 연구의 추가 증거에 따르면 저위도 지역에서 탄소 퇴적물이 더 많이 감소한 것으로 나타났다. 이 탄소는 황과 상호작용하여 황화물을 형성한 다음 맨틀로 운반되어 관찰된 산화환원 패턴에 영향을 미쳤다. 연구팀원인 IGG 연구원 완 보는 "예상치 못한 이 패턴은 태양 복사열의 영향을 받는 지구 표면 환경과 기후가 맨틀과 같은 지구 깊은 곳에 직접적이고도 중요한 영향을 미친다는 것을 시사한다"라고 말했다. 구리, 주석, 리튬과 같은 많은 금속 광석은 산화환원 조건에 민감하다. 글로벌로 산화환원 상태의 공간적 및 시간적 분포를 이해하는 것은 이러한 중요한 자원의 위치와 가용성을 예측하는 데 중요한 의미를 갖는다. IGG 연구원인 휴 팽양은 "관찰된 패턴은 자원을 탐색하고 다양한 위도에서 지하 환경에 미치는 영향을 이해하는 데 새로운 방향을 제시한다"고 말했다.
- IT/바이오
2024-07-26
[우주의 속삭임(31)] 화성 지진 활동, 운석 충돌과의 연관성 확인

화성에서 일어나는 지진이 대부분 화성 지하의 지각운동에 의해 일어나지만, 많은 경우 운석 충돌의 여파로 인해 발생한다는 주장이 국제 천문학 연구팀에 의해 제기됐다고 ARS테크니카가 전했다. 이 연구 논문은 학술지 '네이처'에 발표됐다. 국제 연구팀은 지난 2019년 화성에 도착해 탐사를 이어온 나사(NASA)의 인사이트(InSight) 착륙선 데이터를 분석, 인사이트의 지진계 SEIS가 인근에서 6건의 지진을 감지했음을 발견했다. 특히 이 지진은 운석이 화성 대기를 통과하면서 발생한 음향 신호와 연결되어 있었다. 연구팀은 6개 지진 모두가 VF(초고주파) 신호의 완전히 새로운 종류의 지진임도 확인했다. 화성에서 VF 지진을 야기하는 충돌은 불과 몇 초 안에 발생한다. 이는 지각 활동으로 일어나는 것보다 훨씬 짧은 시간이다. 이 데이터는 화성에 유성이 충돌하면서 발생하는 지진을 이해하는 중요한 지진학 정보다. 지진 데이터를 이용해 운석 충돌에 의한 분화구가 얼마나 많이 생기는지를 파악한 것도 이번 연구가 처음이라고 한다. 연구팀은 화성 표면에 있는 분화구와 운석에 의해 만들어진 달의 분화구를 비교 분석하는 방법을 사용했다. 이를 비교함으로써 화성에서의 대략적인 운석 영향을 추정했다. 달 분화구의 모델은 화성의 조건에 맞게 조정됐다. 운석이 화성에 충돌하면 지각 변동에 의한 지진과 마찬가지로 지진파가 생성되며, 파동은 맨틀과 지각을 통과할 때 지진계로 감지할 수 있다. SEIS 지진계가 포착한 큰 파동의 지진은 폭 150m의 분화구와 연결되었다. 운석 충돌과의 연관성이 확인된 것이다. 인사이트 착륙선의 다른 센서에 의해 감지된 다른 음향 신호와 함께 SEIS는 5개의 화성 지진을 더 감지해 냈다. 데이터를 통해 감지된 6개의 운석 충돌에 의한 지진은 초당 3km 이상의 고속인 운석 하강 속도로 인해 지각 변동에 의한 지진보다 훨씬 빠르게 발생했다. 특히 일반 지진에서 나타나는 고주파(HF) 등급보다 훨씬 더 높은 VF파 지진이었다. 연구팀이 화성 궤도관측선 MRO(Mars Reconnaissance Orbiter)의 카메라(CTX)를 사용해 SEIS가 포착한 지진 위치를 이미지화한 결과 새로운 분화구가 인지됐다. 농구공만한 크기의 작은 운석에 의해 형성된 소규모 지진과 작은 분화구도 있을 것으로 추정됐지만 MRO로 관측하기는 어려웠다. 화성에는 거의 매일 운석이 충돌하지만, 대부분은 크기가 작아 관측선에 기록될 정도의 지진으로 연결되지는 않는다. 연구팀은 SEIS 데이터를 사용해 지진파가 인사이트 우주선에 도달하는 데 걸리는 시간과 VF 지진의 크기에 따라 분화구의 직경을 추정하는 한편 SEIS가 포착한 지진의 빈도도 도출할 수 있었다. 이 결과를 화성 표면 전체에 적용하면 매년 약 280~360회의 VF 지진이 발생하는 것으로 밝혀졌다. 운석 충돌 속도를 파악하면 우주선의 화성 탐사 위험을 방지할 수 있으며, 미래에 이루어질 화성의 유인 탐사와 우주비행사를 보호할 수 있다. 화성에서 운석 충돌이 다소 빈번하게 발생하는 기간이 있으므로, 이 시기를 미션 기간에서 제외하는 것이 가능하다. 지구의 경우 운석은 대부분 대기권에서 타버리기 때문에 그다지 위험하지 않다. 반면 화성은 대기가 지구에 비해 훨씬 얇아 더 많은 운석이 대기권을 통과할 수 있다. 유성우를 피할 수 있는 우산도 없어 운석 충돌에 대비하는 것은 화성 관측에 매우 중요하다.
- IT/바이오
2024-07-19
[우주의 속삭임(23)] 달의 신비한 소용돌이는 '지하 마그마' 때문?

달의 표면은 회색의 여러 반점 모양으로 유명하다. 망원경을 들여다 보면 달의 표면에서는 또한 밝게 보이는 반점도 발견된다. 달 소용돌이로 알려진 이러한 특징적인 반점들이 지난 1600년대에 처음 발견된 이후, 천문학계는 그 기원이 무엇인지를 계속 탐구해 왔다. 학계에 잘 알려진 ‘라이너 감마’ 소용돌이와 같은 밝은색의 반점 영역은 오늘날까지도 수수께끼로 남아 있다. 라이너 감마는 달 표면 밝게 보이는 반점 형상의 평평한 지대다. 그런 가운데 스탠포드 대학교와 세인트루이스 워싱턴 대학교(WUSL) 과학자팀이 반점에 대한 새로운 연구 결과를 내놓아 주목된다고 사이언스얼라트가 전했다. 새로운 이론을 제시한 것이다. 이 연구는 '지구물리학 연구저널: 행성(Journal of Geophysical Research: Planets)'에 게재됐다. 지구와 달리 달은 태양의 하전 입자로부터 자신을 보호하기 위해 자기장을 발생시키지 않는다. 이는 태양풍이 달 표면과 충돌할 때 화학 반응을 일으켜 시간이 지남에 따라 암석이 더 어둡게 만든다. 즉, 달의 일부 반점처럼 보이는 주머니는 작은 자기장에 의해 보호되는 것으로 보인다. 지금까지 학자들이 발견한 모든 밝은 음영의 달 소용돌이는 이 지역의 자기장들 중 하나와 일치한다. 그러나 그 안에 있는 모든 암석이 반사되는 것은 아니며, 달의 모든 자기장이 소용돌이를 포함하는 것도 아니다. 그렇다면 여기에서는 무슨 일이 벌어지고 있는 것일까. 최근 일부 연구에서는 달과 미세 운석의 충돌이 하전된 먼지 입자를 일으킬 수 있으며, 이 입자가 표면에 도달하는 곳마다 국지적인 자기장이 생성되고 이로 인해 태양풍이 반사된다는 주장이 나왔다. 그러나 스탠포드와 WUSL의 연구팀은 그 가설에 대해 이의를 제기했다. 무언가 다른 힘이 달의 소용돌이를 자화시켜 태양풍 입자를 편향시켰다는 것이다. WUSL의 행성 과학자 미하일 크로친스키는 "충돌로 인해 이러한 유형의 자기 이상 현상이 발생할 수 있지만, 충격에 의한 것이라고 확신할 수 없는 모양과 크기의 소용돌이가 있다"고 지적했다. 크로친스키는 이에 대해 "지각 아래로부터의 힘도 작용할 수 있다"고 제안했다. "지하에 용암이 있다는 것이고, 자기장에서 천천히 냉각되면서 자기 이상 현상을 일으켰다"는 것이다. 연구팀은 그 근거로 달 표면 아래에서 한때 암석이 녹아 흐르고 있었던 레이더 영상 증거를 제시했다. 냉각된 마그마의 지하 흐름은 수십억 년 전의 화산 활동 시기를 나타낸다. 연구팀은 이 마그마 냉각 속도 모델을 사용, 달에 풍부하게 존재하고 화산암에서 흔히 발견되는 일메나이트라는 티타늄-산화철 광물이 어떻게 자화 효과를 낼 수 있는지 조사했다. 그들의 실험은 적절한 조건에서 일메나이트의 느린 냉각이 달의 지각과 상부 맨틀 내의 금속 철 및 철-니켈 합금 입자를 자극해 강력한 자기장을 생성할 수 있음을 보여준다. 팀은 "이 효과가 달 소용돌이와 관련된 강한 자기 영역을 설명할 수 있다"고 결론지었다. 이 결론이 입증되기 위해서는 지하 마그마에 티타늄 함량이 충분해야 한다. 그러나 지금까지 달의 국지적 자기장에 대해 알려진 대부분은 공중을 도는 우주선의 레이더를 사용해 얻은 데이터 측정에서 얻어진 것이다. 실제로 정확히 이해하려면 달 표면을 직접 시추해야 한다. 나사(NASA)는 이를 구체적으로 규명하기 위해 2025년 루나 버텍스(Lunar Vertex) 임무의 일환으로 라이너 감마 소용돌이에 탐사선을 직접 보낸다. 향후 수 년 안에 이 수수께끼를 해결할 증거가 수집될 것으로 기대된다.
- IT/바이오
2024-07-05
[우주의 속삭임(20)] 소행성 베누 샘플서 생명체 구성요소인 인산염 발견

미국 항공우주국(나사·NASA)의 소행성 연구 우주 탐사선 오시리스-렉스(OSIRIS-REx)가 소행성 베누(Bennu)로부터 채취한 4.3온스(121.6g)의 샘플을 분석한 결과 생명체의 구성 요소인 인산염이 발견됐다. 나사는 공식 홈페이지에서 "오시리스-렉스 샘플 분석팀은 소행성 베누가 우리 태양계를 형성하는 성분들을 함유하고 있음을 발견했다"고 밝혔다. 베누의 먼지에는 생명체에 필수적인 구성 요소인 탄소와 질소, 유기 화합물이 풍부한 것으로 나타났다는 것. 지구로 가져온 베누 샘플에는 또한 마그네슘-나트륨 인산염이 포함돼 연구팀을 놀라게 했다. 이는 베누 우주선이 수집한 원격탐사 데이터에서는 나타나지 않았었다. 점토 광물, 특히 사문석(뱀 문양의 돌)이 대부분인 이 샘플은 지구 지각 아래층 맨틀 물질이 물과 만나는 지구의 대양 중간 능선에서 발견되는 암석과 유사한 유형이다. 지구로부터 떨어져 나갔을 가능성을 시사하는 대목이다. 이는 점토 형성에 그치지 않고 탄산염, 산화철, 황화철 등 다양한 광물을 만들었다. 그 중에서도 가장 놀라운 발견은 수용성 인산염의 존재였다. 인산염은 오늘날 지구상에 알려진 모든 생명체의 생화학 구성 요소다. 지난 2020년 JAXA(일본우주항공연구개발기구)의 하야부사2 임무에서 채취한 소행성 류구(Ryugu) 샘플에서도 유사한 인산염이 발견됐었다. 그러나 베누 샘플에서 검출된 마그네슘-나트륨 인산염은 어떤 운석 샘플에서도 유례가 없을 정도로 순도가 탁월하다. 연구진은 이것이 베누의 역사에 대한 귀중한 단서를 제공한다고 지적했다. 연구진의 단테 로레타 애리조나 대학 박사는 "베누 샘플에서 나타난 각종 원소, 특히 인산염의 존재와 상태는 과거 소행성에 물이 존재했음을 암시한다"며 “베누는 과거 한때 습한 행성이었을 수 있지만, 이는 추가 조사가 필요하다"고 말했다. 나사의 제이슨 드워킨 박사도 오시리스-렉스가 과거에는 습했으며 질소와 탄소가 풍부했을 것으로 추정되는 원시 소행성 베누 샘플을 가져왔다"고 밝혔다. 베누는 물이 존재한 역사가 있었을 가능성에도 불구하고, 화학적으로 원소 비율이 태양과 매우 유사한 원시 소행성으로 남아 있다. 로레타는 "가져온 샘플의 구성에서 45억 년 이상 전 우리 태양계 초기 모습을 엿볼 수 있다. 이 샘플은 생성된 이래 녹거나 재응고되지 않은 원래의 상태를 유지하면서 고대의 기원을 보여준다"고 의미를 부여했다. 연구진은 샘플을 통해 소행성 베누에 탄소와 질소가 풍부하다는 사실을 확인했다. 이 원소들은 베누의 물질이 탄생한 환경과 함께, 단순한 원소가 복잡한 분자로 변환하는 화학적 과정을 이해하는 데 매우 중요하다. 지구상의 생명체의 기원을 밝히는 기초를 마련할 가능성도 있다. 태양계 형성의 복잡한 과정과 지구에 생명체가 출현한 프리바이오틱 화학을 밝히는 열쇠를 쥐고 있다는 것이다. 향후 수 개월 안에 미국과 전 세계의 연구소가 휴스턴에 있는 나사의 존슨 우주센터로부터 베누 샘플의 일부를 제공받게 된다. 베누 샘플 분석이 활발해지고, 더 많은 연구 결과가 발표될 것이라는 기대다. 2016년 9월 발사된 오시리스-렉스 우주선은 지구 근처 소행성 베누로 이동해 베누 표면에서 암석과 먼지 샘플을 수집했고 2023년 9월 이 샘플을 지구로 가져왔다. 나사의 고다드 우주 비행센터가 오시리스-렉스 임무를 관리했다. 이 임무는 국제적인 협력 아래 이루어졌으며 CSA(캐나다 우주국), JAXA 등이 함께했다.
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2024-06-28
지구 700km 지하에서 해양 전체 부피 3배의 거대한 바다 발견

미국 일리노이 주 에번스턴에 있는 노스웨스턴 대학 연구팀이 지하 깊은 곳에 존재하는 거대한 바다를 발견해 주목된다고 글로벌 소식을 전하는 위오뉴스(WION)와 WECB등 다수 외신이 전했다. 발견된 지하 바다는 지구 전체 해양 부피의 3배에 달하는 거대한 것이었으며, 지구 각지의 지하수원 역할도 하는 것으로 나타났다. 거대 해양은 무려 지상에서 700km나 깊은 곳에 위치해 있었다. 보도에 따르면 지구에 존재하는 물의 기원을 찾으려는 연구를 통해 연구팀은 지표면 아래로 700km 이상, 지구 맨틀 내에 거대한 바다가 자리잡고 있다는 획기적인 사실을 발견하게 됐다고 한다. 지금까지 숨겨졌던 바다는 지하 깊은 곳 링우다이트(Ringwoodite)로 알려진 푸른 암석 밑에 잠겨 있었다. 연구팀은 이 지하 바다를 통해 지구의 물이 어디서 왔는지를 이해할 수 있다고 밝혔다. 해양의 모든 바닷물 합계의 3배에 달한다는 엄청난 규모가 놀라움을 더한다고 연구팀은 말했다. 새로운 발견은 거대한 규모의 경이로움뿐 아니라, 지구의 물 순환에 대한 새로운 이론이 만들어질 가능성도 있음을 시사한다. 일부 이론이 주장하는 것처럼 혜성 충돌에서 그 기원을 찾는 대신, 지구의 바다가 지하 중심부에서 서서히 스며 나왔을 수 있다는 것이다. 발견 뒤에 숨겨진 과학 연구팀을 이끈 노스웨스턴 대학 스티븐 제이콥슨 박사는 지하 바다의 발견은 지구상의 물이 외부가 아닌 내부에서 유래됐다는 실질적인 증거라고 주장했다. 지하 바다를 발견하기 위해 연구원들은 미국 전역에서 2000개의 지진계를 사용하여 500회 이상의 지진에서 발생하는 지진파를 분석했다. 핵을 포함한 지구의 내부 층을 통과하는 파장은 젖은 암석을 통과할 때 속도가 느려지게 되고, 과학자들은 이 과정에서 광대한 물 퇴적물의 존재를 가정할 수 있었다고 한다. 재해석된 지구의 물 순환 지구 맨틀에 물이 존재하고 암석 알갱이 사이에 수액이 흘렀을 가능성은 지구의 물 순환에 대한 우리의 인식에 근본적 변화를 가져다 준다. 제이콥슨은 이 저수지의 중요성을 강조하면서, 저수지가 없었다면 물은 모두 지구 표면에만 존재할 것이며 눈에 보이는 유일한 땅은 산봉우리뿐일 수 있다고 주장했다. 이러한 혁신적인 발견을 통해 연구팀은 맨틀이 녹는 것이 흔한 일인지 확인하기 위해 전 세계에서 더 많은 지진 데이터를 수집하는 데 열중하고 있다. 그들의 발견은 지구상의 물 순환에 대한 우리의 인식에 혁명을 일으키고, 지구의 가장 근본적인 과정 중 하나에 대한 새로운 가능성을 제공하고 있다.
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2024-04-04
잠자는 대서양 섭입대, 새로운 '불의 고리' 형성하나?

지브롤터 해협 하부에서 소상 상태에 있던 섭입대가 활성화되면 새로운 '불의 고리'를 형성해 대서양을 폐쇄할 수 있다는 연구 결과가 나왔다. '섭입대'는 판 구조론에서, 서로 다른 두 판이 수렴할 때 한쪽 판이 나머지 판 아래로 밀려 들어가는 현상이 일어나는 곳을 말한다. 이 때, 보통 더 무거운 해양 지각이 대륙 지각 아래로 섭입하게 된다. 섭입 과정에서는 많은 지질학적 활동이 발생하는데, 이로 인해 지진이나 화산 활동과 같은 현상이 자주 일어난다. 라이브 사이언스 닷컴은 17일(현지시간) 포르투갈 리스본 대학교 연구팀의 연구 결과 잠자고 있던 지브롤터 섭입대가 깨어나 대서양을 삼키는 새로운 '불의 고리'를 형성할 수 있다고 전했다. 지브롤터호 혹은 해구로 알려진 섭입대(사진속 빨간 화살표 부분)는 현재 포르투갈과 모로코 사이의 좁은 해양 통로에 위치하고 있다. 연구팀에 따르면 지브롤터 섭입대는 약 3000만 년 전 지중해 북부 연안을 따라 형성된 섭입대의 서쪽 이동 현상으로 인해 생성되었지만, 최근 5백만 년 동안 정지 상태에 있었다. 이러한 침체 현상으로 인해 일부 과학자들은 지브롤터 섭입대가 현재도 활동하고 있는지 의문을 제기했다. 지난 2월 13일 저널 지질학(Geology)에 발표된 연구 결과에 따르면 이 섭입대는 단지 휴면 상태에 있을 뿐이다. 이러한 소강 상태는 약 2000만 년 더 지속될 것이며, 그 후 지브롤터 섭입대는 '섭입 침투(subduction invasion)'라는 과정을 통해 다시 활성화되어 대서양으로 진출할 수 있다고 한다. 현재 알려진 대서양에는 카리브해의 소앤틸리스 섭입대와 남극 근처의 스코샤 열도 등 두 개의 섭입대가 존재한다. 리스본 대학교의 지질학자이자 조교수인 주앙 두아르테는 성명에서 "이 섭입대는 수백만 년 전에 대서양을 침범했다"고 말했다. 두아르테 교수는 "지브롤터를 연구하는 것은 지각 변동이 막 일어나고 있는 초기 단계에서 그 과정을 관찰할 수 있기 때문에 귀중한 기회"라고 설명했다. 연구팀은 지브롤터호가 여전히 활성 상태인지 확인하기 위해 올리고세 시대(3400만~2300만년 전)에 섭입대의 탄생과 현재까지의 진화 과정을 시뮬레이션하는 컴퓨터 모델을 구축했다. 연구팀은 500만 년 전 대서양 경계에 가까워지면서 호의 속도가 급격히 감소하는 것을 발견했다. 연구팀은 "이 시점에서 지브롤터 섭입대는 활동하지 않은 것으로 보인다"고 적었다. 연구팀은 이후 4000만 년 동안 섭입대의 운명을 모델링했으며, 현재부터 약 2000만 년 동안 지브롤터 해협을 통해 천천히 전진하는 것으로 나타났다. 연구 결과는 "놀랍게도 이 시점 이후 해구 후퇴 속도가 느려지면서 섭입대가 확장되고 해양 쪽으로 전파된다"고 설명했다. 연구팀은 몇 년 전만 해도 사용할 수 없었던 첨단 도구와 컴퓨터를 활용해 이러한 모델링을 수행했다. 연구팀은 "이를 통해 지브롤터 섭입대의 형성 과정과 먼 미래의 진화 과정을 세밀하게 시뮬레이션할 수 있게 됐다"고 덧붙였다. 연구 발표에 따르면 지브롤터 섭입대가 대서양으로 침범한다면 태평양을 둘러싸고 있는 일련의 섭입대 사슬인 '불의 고리'와 유사한 대서양 섭입대 시스템 형성에 기여할 수 있다. 대서양에서도 유사한 불의 고리 사슬이 형성되면 해양 지각이 대서양 양쪽의 섭입을 통해 맨틀로 재순환되어 점차 대서양을 삼켜 폐쇄할 수 있다. 지난 500만 년 동안 지브롤터 섭입대의 지속적인 진행은 이 지역에서 지진과 화산 활동이 비교적 적은 이유로 거론됐다. 이는 과거 섭입대가 활동하고 있을 수 있다는 가설을 반박하는 주장으로 사용되어 왔다. 새로운 연구 결과 연구팀은 섭입대의 지각 활동 부재는 장기간 정지 상태의 직접적인 결과라고 주장했다. 이 지역에서는 역사상 많은 소규모 지진과 수 차례 거대한 대지진과 쓰나미가 발생했다. 이 지역을 뒤흔든 마지막 대규모 지진은 1755년 리스본 대지진으로, 순간 진도 규모 8.5에서 9.0으로 추정된다. 그밖에 1761년 리스본 지진, 1816년 북대서양 지진, 1941년 글로리아단층 지진, 1969년 포르투갈 지진, 1975년 북대서양 지진 등이 있다. 한편, 환태평양 불의 고리는 지진과 화산 활동이 매우 빈번하게 일어나는 태평양의 특정 지역을 가리킨다. 환태평양 불의 고리는 태평양의 여러 해저 플레이트가 충돌하고, 서로 이동하면서 지구 표면에 지진, 화산 폭발 및 기타 지질 활동을 유발한다. 이 지역은 주로 태평양의 주변에 위치하고 있으며, 이로 인해 아시아, 호주, 북미, 남미 등 여러 지역에서 지진과 화산 활동이 일어난다. 동북아시아에 위치한 한국도 환태평양 불의 고리에 속한다. 한국은 태평양 플레이트와 유라시아 플레이트의 경계 부근에 있다. 이로 인해 한국은 지진 활동이 비교적 빈번하며, 특히 한반도 남부와 서해안 지역에서 자주 발생한다. 한국의 대표적인 화산인 한라산과 백두산 역시 이 환태평양 불의 고리에 위치한 화산 중 하나다. 한국과 같이 환태평양 불의 고리에 속한 일본의 경우 해저 화산 폭발로 새로운 섬이 탄생 하기도 한다. 일본 기상청(JMA)은 지난해 11월 1일, 태평양 오가사와라 제도 이오지마 해역에서 해저 화산 폭발로 새로운 섬이 형성되었다고 발표했다. 이 섬은 일본 수도인 도쿄에서 남쪽으로 약 1200km 떨어진 이오지마 앞바다에서 약 1km 지점에 위치하며 섬의 크기는 가로 약 400m, 세로 약 200m로 추정된다. 도쿄 대학 지진연구소의 나카다 세츠야 명예 교수는 "분출 전부터 표면 아래에 마그마가 축적되어 있었으며, 이 마그마가 분출하면서 섬이 형성된 것으로 보인다"고 설명했다.
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2024-03-18
일본, 달 착륙 도전...'핀포인트 착륙' 성공할까?

일본의 달 탐사선 '슬림(SLIM, 달 탐사 스마트 랜더)'이 최초의 달 착륙을 불과 8시간 앞두고 있다. 19일 일본 매체 니케이 보도에 따르면, 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)의 소형 탐사선 '슬림'은 20일 오전 0시 무렵 달에 착륙 강하를 시작할 예정이다. 이 탐사선은 목표 지점에 대한 오차범위를 100미터 이내로 줄이는 정확한 '핀포인트 착륙'을 목표로 하고 있다. 슬림은 2023년 9월 7일 일본의 대형 로켓 'H2A'를 통해 다네가시마 우주센터에서 발사되었으며, 이후 약 38만km 떨어진 달로의 여정을 시작했다.이후 작년 10월 지구 궤도를 벗어나 달로 향하기 시작했고, 작년 12월 25일 달 궤도에 진입했다. 이번 착륙 시도가 성공한다면 일본 달 탐사선으로는 첫 착륙으로, 일본의 달 탐사 역량 강화에 크게 기여할 것으로 기대된다. 이 로켓은 600km의 계획된 고도에 근접하고 있으며, 1월 19일 오후 10시 40분에는 약 15km까지 낮춰 최종 준비 단계에 들어간다. 달 착륙은 20일 오전 0시 20분로 예정되어 있다. 20일 오전 0시 현재 슬림은 시속 약 6400km로 제트기보다 몇 배 빠른 속도로 항행할 예정이다. 엔진의 역분사로 속도를 줄여 20분 후 착륙 목표 지점인 약 800km 떨어진 곳으로 항행한다. 일본 지역으로 비유하면 히로시마현 상공에서 감속을 시작해 도쿄돔 지붕에 딱 떨어지는 정확도가 요구된다. 착륙 마지막 단계의 이 과정은 매우 정밀하며, JAXA 기술진은 이를 '마의 20분'이라고 부른다. 이 시간 동안 슬림은 자동으로 항행하여 목표 지점에 도달하게 된다. 고정밀 착륙을 위해서는 지상에서 판단하는 것만으로는 제어를 따라잡을 수 없기 때문이다. 일본이 2007년 발사한 달 궤도 위성 '카구야'가 제공한 달 표면의 고정밀 지도가 슬림 착륙에 도움이 되는 것으로 알려졌다. 슬림은 지도와 카메라로 촬영한 달 표면 이미지를 대조해 자신의 세부 위치를 파악하고 자세와 속도를 조정한다. 목표 지점 바로 위에서는 기체 자세를 수직으로 가깝게 하고, 도중에 장애물인 암석 등이 있으면 수평으로 움직여 회피할 수 있다. 착륙 직전, JAXA는 세계적으로 드문 두 대의 소형 로봇 '레브1'과 '레브2'(통칭 SORA-Q=소라큐)를 발사할 예정이다. 스프링이 장착된 '레브1'은 중앙대, 도쿄농공대와 공동 개발한 약 2kg 무게의 로봇으로, 달 표면에 착륙한 후 반동을 이용해 튀어 오르며 이동한다. '레브2'는 다카라토미와 공동 개발한 야구공 크기의 로봇으로, 중앙에 카메라를 장착하고 바퀴가 달린 외피로 주행한다. 이 로봇들은 슬림과 달 표면의 영상을 촬영하여 데이터 중계 역할을 하는 '레브1'을 통해 지상으로 전송한다. 이들 로봇의 기술은 향후 달 지하 탐사나 경사진 지형 탐사에 유용하게 활용될 수 있다. 레브1에서 쌓은 기술을 활용하면 향후 달 지하에 있는 동굴로 방출해 뛰어다니며 탐사할 수 있다. 레브2의 기술은 가파른 경사가 있는 달 분화구를 오르내리는 등 일반 탐사 차량이 진입하기 어려운 곳을 탐사하는 데 도움이 될 수 있다. 두 로봇이 이번에 계획대로 움직일 수 있을지 주목된다. 슬림, 달 지면에 비스듬히 착륙 슬림의 착륙 방식은 독특하다. 전통적인 수직 착륙 방식이 아닌, 스스로 쓰러지면서 착륙하는 방법을 채택하고 있다. 이 방식은 험준한 절벽이나 경사면에서도 안전한 착륙을 가능하게 한다. 착륙 지점은 '시오리'라 불리는 분화구 근처로, 여기서 탐사선은 적외선 카메라를 사용해 달의 맨틀 성분을 관측하며 지구와의 차이점을 연구할 계획이다. 달이 탄생한 기원과 달과 지구와의 관계에 대한 데이터를 확보하는 것이 목표다. 이번 임무가 성공한다면 일본은 달 탐사 경쟁에 중요한 이정표를 세우게 된다. 과거 냉전 시대에 미국과 소련이 주도했던 달 탐사는 이제 전 세계적인 경쟁으로 확대되고 있다. 미국은 아폴로 프로그램을 통해 여러 차례 유인 달 착륙을 성공적으로 수행했다. 최초의 달 탐사 성공 국가인 미국은 무인 탐사선을 여러 차례 달에 착륙시켰다. 러시아는 작년 8월 달 탐사선을 쏘아올렸으나 착륙에 실패했다. 러시아는 1976년 달 탐사선인 루나 24 이후 47년 동안 어떤 우주선도 달 궤도에 재진입하지 못했다. 현재 달 탐사 분야를 주도하는 중국은 2013년 미국과 소련에 이어 세 번째로 달 착륙에 성공한 국가로, 지금까지 3회의 연속 착륙 성공을 기록했다. 중국은 창어 프로그램을 통해 무인 탐사선을 달에 착륙시켰으며, 유인 달 착륙을 계획하고 있다. 인도는 무인 탐사선 '찬드라얀' 프로그램을 통해 달 탐사를 시도하하고 있다. 작년 8월 달 탐사선 찬드라얀 3호가 달 남극에 무사히 착륙했다. 중국에 대항하기 위해 미국은 현재 아폴로 계획 이후 유인 달 착륙을 목표로 하는 '아르테미스 계획'을 세웠고, 일본도 참여한다. 미국과 중국은 달에서 채굴한 물과 광물 등 자원을 활용해 거주 가능한 달 기지 건설을 구상하고 있다. 한편, JAXA는 20일 새벽 슬림의 달 착륙 결과를 판단해 발표할 예정이다. 성공하면 약 1~2주 후 카메라와 로봇으로 촬영한 달의 이미지를 공개한다. 핀포인트 착륙의 성패를 알 수 있는 것은 약 한 달 후가 될 전망이다.
- 산업
2024-01-19
지구의 자전축 이동, 지하수 고갈이 원인

지하수 고갈이 지구 자전축 이동의 원인이라는 새로운 연구 결과가 나왔다. 미국 매체 인디100(indy100)은 본질적으로 지구의 기울기는 시간이 지남에 따라 변하고 있으며, 몇 년 전 과학자들은 이를 지구 온난화와 극지방의 만년설이 녹는 현상으로 분류했다고 지적했다. 그러나 과학자들은 최근 연구에서 지구 자전축의 이동이 기존에 알려진 원인 이외에 다른 요소로 인해 발생하고 있다는 사실을 발견했다. 이 새로운 연구는 지하수 고갈이 지구의 물리적 균형에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 이해를 넓히는데 중요한 역할을 하며, 기후 변화 및 지구 시스템에 대한 우리의 이해를 더욱 심화시킬 것으로 기대된다. 이는 지구의 물 순환 및 환경 관리에 대한 새로운 관점을 제공할 수 있다. 지구의 극은 빙상이 녹는 현상으로 움직일 수 있는 것으로 알려졌지만, 관개로 인한 지하수의 고갈도 같은 일이 일어날 수 있다는 것이다. 북극은 현재 점차 영국 방향으로 느린 속도로 이동하고 있으며, 이론적으로 이러한 극의 이동은 시간이 지나면서 지구의 계절 변화에 영향을 미칠 수 있는 능력을 가지고 있다. 가장 우려되는 점은 최근 '지구물리학 연구 학술지(Geophysical Research Letters)'에 게재된 연구에서 밝혀진 것으로, 지구 천연자원의 소비 방식, 특히 탈수된 땅에서 사용되는 염수와 관련한 연구 결과들이다. 이 연구에 공동으로 참여한 서울대학교 지구과학교육과 서기원 교수는 "지구의 회전 극은 실제로 큰 변화를 겪고 있으며, 우리 연구에 따르면 지하수의 재분배가 지구의 회전 극의 표류에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다"고 우려했다. 서기원 교수가 이끄는 연구팀은 1993년부터 2010년까지 인류가 사용한 지하수의 양이 약 2조 1500톤에 달하며, 이로 인해 해수면이 약 6mm 상승하고, 지구의 자전축이 약 80cm 이동했다고 주장했다. 이 연구는 인간 활동이 해수면 상승에 중요한 영향을 미치고 있음을 시사한다. 지하수 사용이 증가함에 따라 육지의 물은 감소하고, 대신 바닷물이 증가하여 지구의 물질량 분포와 자전축의 위치에 변화를 가져왔다. 이 연구 결과는 물이 지표면에서 천천히 지하로 새어 나가는 현상을 발견한 최근의 과학적 발견에 이어 나온 것이다. 연구에 따르면, 액체는 지각판 아래로 하강하여 약 2900km 이동한 후 지구의 코어에 도달한다. 이 과정은 느리지만 수십억 년에 걸쳐 지구의 외핵 용융 금속과 맨틀 사이에 새로운 표면이 형성되었다. 이러한 발견은 지구과학에서의 중요한 이정표로, 인간 활동이 지구의 물리적 균형과 환경에 미치는 영향을 이해하는 데 중요한 기여를 한다. 지구의 자전축이 변하면 각 지역이 태양에 노출되는 정도에 변화가 생겨, 이로 인해 심각한 기후 변화가 발생할 수 있다. 특히 해수면 상승은 해발고도가 낮은 섬나라와 해안 도시들에게 큰 위협이 되며, 한국도 이러한 위험에서 자유롭지 못하다. 한국 해양수산부의 자료에 따르면, 1991년부터 2020년까지 한국의 평균 해수면은 매년 3.03mm씩 상승하여 총 9.1cm 높아진 것으로 나타났다. 국립해양조사원과 서울대학교의 연구에 따르면, 2100년까지 한국의 해수면은 최대 82cm까지 상승할 것으로 예측되며, 이는 2021년 발표된 예측치보다 10cm 높은 수치다. 전 세계적으로 해수면이 1미터 상승한다면 약 4억 명의 인구가 피해를 입을 것으로 추정된다. 이러한 상황은 우리가 탄소 배출을 줄여야 하는 중요한 이유를 제시한다.
- 생활경제
2023-12-09
美 칼텍, "지구 내부 '덩어리'는 다른 행성의 '흔적'"

달을 생성한 것으로 추정되는 원시 행성의 흔적이 지구 내부에서 발견되어 큰 관심을 끌고 있다. 최근의 이 발견은 지구와 달의 기원에 대한 이론에 중요한 증거가 될 수 있다. 영국의 과학 전문 매체 사이키(phys.org)는 미국 캘리포니아 공대(칼텍, Caltech) 과학자들이 '네이처' 학술지에 발표한 논문을 인용해 지구 내부에서 원시 지구와 충돌한 행성의 흔적을 발견했다고 보도했다. 이 연구는 두 가지 중요한 과학적 미스터리를 해결할 수 있는 가능성을 제시한다. 하나는 수천 년 동안 인류를 매혹시켜온 달의 기원에 관한 것이고, 다른 하나는 그 충돌이 지구 내부에 어떤 영향을 미쳤는지에 관한 것이다. 주된 이론은 약 45억 년 전, 화성 크기의 행성이 아직 형성 중이던 지구와 충돌하여 달이 생성되었다는 것이다. 수천 년 동안, 달의 기원은 과학자부터 호기심 많은 어린이까지 모두를 매혹시켜왔다. 가장 널리 받아들여지는 이론은 약 45억 년 전, 지구가 형성되는 과정에서 화성 크기의 행성인 '테이아(Theia)'와의 거대한 충돌로 인해 달이 생성되었다는 것이다. 당시 지구는 현재 크기의 약 85%에 불과했으며, 이 충돌로 인한 엄청난 양의 잔해가 우주로 튕겨져 나가 달을 형성했다. 이 이론에도 불구하고, 수십 년 동안 테이아의 존재를 뒷받침할 명확한 증거는 발견되지 않았다. 그러나 최근 네이처에 발표된 미국 연구팀의 새로운 연구 결과는 우리가 테이아에 대해 이해하는 방식에 대해 새로운 관점을 제시할 수 있음을 나타낸다. 이 연구는 과학자들이 테이아의 흔적을 찾는 방식에 대해 재고할 필요가 있음을 시사하고 있다. '원시지구' 충돌 행성 흔적 2곳 추정 1980년대에 지진파를 통해 발견된 지구 표면 아래 약 2900킬로미터(1800마일) 깊이에 위치한 두 개의 거대한 '덩어리'는 지질학자들에게 오랫동안 의문을 제기해왔다. 이 대륙 크기의 물질 덩어리는 지구의 암석 맨틀의 바닥, 즉 녹아 있는 핵 근처에 걸쳐 있다. 하나는 아프리카 아래, 다른 하나는 태평양 아래에 위치해 있다. 과학자들은 이 덩어리들이 주변 암석에 비해 훨씬 더 뜨겁고 밀도가 높다는 것을 발견했다. 그러나 이 덩어리들의 정확한 성질과 기원에 대해서는 여전히 많은 것이 불확실하다. 최근 연구에 따르면, 이 덩어리들은 지구 형성 당시 테이아라는 원시 행성과의 충돌로 지구 내부로 들어온 ‘매장된 유물'일 수 있다. 이 충돌로 인해 테이아의 잔해가 지구의 깊은 내부에 숨겨져 있었을 가능성이 제시되고 있다. 연구팀은 달을 형성시킨 테이아와의 충돌이 지구가 생명을 유지할 수 있는 독특한 행성으로 발전하는 데 중요한 역할을 했을 것이라고 주장했다. 캘리포니아 공과대학의 지구역학 연구원이자 이번 연구의 주 저자인 첸 위안(Qian Yuan)은 AFP와의 인터뷰에서 테이아 충돌의 증거가 아직 발견되지 않은 것이 "매우, 매우 이상하다"고 언급했다. 위안에 따르면, 테이아는 원시 지구와 충돌할 때 초당 10km(약 6마일) 이상의 속도로 이동하고 있었으며, 이 속도로 인해 일부 잔해가 지구의 하부 맨틀까지 침투할 수 있었다고 한다. 맨틀은 지각과 외핵 사이의 암석층을 의미한다. 철분 함량 높아 지구 멘틀에 축적 연구팀이 개발한 시뮬레이션 동영상은 테이아의 맨틀 덩어리가 지구 내부에서 어떻게 움직이는지 보여주고 있다. 이 덩어리들은 수십 킬로미터에 이르는 너비를 가지고 있으며, 지구 내부를 소용돌이치며 이동하고 있다. 과학자들은 녹은 테이아 물질이 냉각되고 굳어지면서, 높은 철분 함량으로 인해 지구 맨틀과 핵의 경계에까지 가라앉았다고 설명했다. 이 물질들은 오랜 시간에 걸쳐 대규모저속지역(LLVP)으로 알려진 별도의 두 개의 덩어리로 축적되었으며, 현재는 각각 달보다 더 큰 크기에 이르렀다. 첸 위안은 이러한 발견에 대해 "지구의 깊은 내부에 대한 이론을 검증하는 것은 매우 어렵고, 모델링이 100% 확실할 수 없다"고 말했다. 이는 지질학적 연구에서 자주 마주치는 복잡성과 불확실성을 반영하는 발언이다. 이 이론이 만약 사실이라면 그 의미는 중대할 수 있다. 지구는 현재까지 알려진 바에 의하면 우주에서 생명이 존재할 수 있는 유일한 행성이다. 첸 위안은 테이아와의 충돌이 지구의 구성을 단 24시간 만에 극적으로 변화시켰을 수 있다고 말했다. 위안은 초기 조건이 지구를 독특하게 만드는 중요한 요소, 즉 다른 암석 행성과 구별되는 이유라고 주장했다. 이전 연구들은 테이아가 생명의 핵심 성분인 물을 지구에 가져왔을 가능성을 제시했다. 또한, 이 덩어리가 맨틀 기둥(마그마 기둥)을 형성하여 지구 표면에 영향을 미치고 초대륙의 진화와도 연관이 있을 수 있다는 관찰이 있었다. 위안은 "테이아는 지구에 중요한 무언가를 남겼고, 이는 지난 45억 년 동안 지구의 진화에 중요한 역할을 했다"고 강조했다. 스코틀랜드 스털링 대학교의 지구 과학 및 행성 탐사 전문가 크리스티안 슈뢰더는 이 이론이 다양한 증거와 일치한다며, 이것이 매우 중요하고 흥미로운 발견임을 강조했다. 슈뢰더는 달의 형성에 대한 미스터리가 여전히 완전히 해결되지 않았다고 언급하면서도, 이번 연구가 테이아 충돌 이론에 무게를 두고 있으며 핵과 맨틀의 경계에서 관찰되는 이상 현상에 대한 신뢰할 수 있는 설명을 제공한다고 말했다. 이처럼 지구 내부에 보존될 가능성이 있는 테이아의 잔해가 오늘날 지구상에서 진행되는 중요한 과정들에 영향을 미쳤을 수 있다는 의견에 힘이 실리고 있다.
- 생활경제
2023-11-16
극한의 고온에서만 녹는 초이온성 얼음

매우 뜨거운 온도에서만 녹는 '초이온성 얼음'이 발견됐다. 과학 전문 매체 '사이언스 얼럿'은 지난 15일(현지 시간) 초이온성 얼음이라고 알려진, 극한의 고온에서만 녹는 특별한 얼음이 발견됐다고 보도했다. 초이온성 얼음은 5년 전 과학자들에 의해 처음으로 실험실에서 재현되어 세상에 소개됐다. 이듬해인 4년 전에는 그 존재와 결정 구조가 확인됐다. 이후 미국 여러 대학과 캘리포니아의 스탠포드 선형 가속기 센터(SLAC) 연구소의 과학자들은 지난해 이 초이온성 얼음의 새로운 단계를 발견했다. 과학자들은 이번 발견은 천왕성과 해왕성이 보유하고 있는 특이한 다극자 자기장의 형성 원인에 대한 이해를 높여줄 것으로 기대하고 있다. 지구의 주변 환경에서 물은 일반적으로 하나의 산소 원자에 두 개의 수소 원자가 연결된 단순한 분자 구조를 가지고 있다고 여겨진다. 그러나 초이온성 얼음은 천왕성과 해왕성뿐만 아니라 유사한 다른 외계 행성의 내부에서도 발견될 수 있으며, 우주에서 가장 일반적으로 발견되는 물의 형태 중 하나로 추정된다. 이들 행성은 지구 대기보다 200만 배 더 높은 엄청난 압력과 내부 온도가 태양 표면만큼이나 뜨겁다. 이런 극한의 환경 속에서 물은 우리가 흔히 알고 있는 방식과는 다른 특이한 형태로 존재하게 된다. 1988년 물리학자들이 예측한 초이온성 얼음의 구조는 산소 원자들이 단단한 입방 격자 구조에 갇혀 있으며 이온화된 수소 원자들은 전자가 금속을 통과하듯 격자 속을 자유롭게 움직이는 구조로 이루어져 있었다. 이 구조는 2019년 과학자들이 확인했다. 초온성 얼음은 이러한 구조 덕분에 전기 전도율이 비교적 높은 전도성을 가지며, 녹는점도 상당히 높아져 극한의 고온에서도 얼음이 견고하게 유지된다. 스탠포드 대학의 물리학자 아리아나 글리슨과 그녀의 연구팀은 초이온성 얼음을 연구하기 위해 두 층의 다이아몬드 사이에 끼인 얇은 물 조각에 매우 강력한 레이저를 발사했다. 이렇게 생성된 연속적인 충격파는 압력을 200GPa(2백만 기압)까지, 온도를 약 5000K(8500°F, 4704℃)까지 상승시켰다. 이는 2019년 실험의 조건에 비해 온도는 높지만 압력은 낮게 유지됐다. 글리슨의 팀은 2022년 1월에 발간한 논문에서 "최근에 발견된 물이 풍부한 해왕성과 유사한 외계 행성들 때문에, 행성 내부의 압력-온도 조건에서 물의 상태에 대해 더욱 심도 있게 이해할 필요가 있다"고 밝혔다. 당시 연구에서 X-선 회절은 압력과 온도 조건이 몇 분의 1초 동안만 유지되었음에도 불구하고 뜨겁고 밀도가 높은 얼음의 결정 구조를 밝혀냈다. 그 결과, 회절 패턴을 통해 확인된 얼음의 결정 구조는 2019년에 관찰된 초이온성 얼음과는 다른 새로운 형태였다. 이 새롭게 발견된 초이온성 얼음인 '아이스 XIX'는 중심이 입방체 구조를 가지고 있으며, 2019년에 발견된 '아이스 XVIII'보다 전도도가 향상됐다. 전도도의 중요성은 하전 입자의 움직임이 자기장을 생성하기 때문이다. 이 원리는 다이너모 이론의 기초로, 지구의 맨틀이나 다른 천체의 내부에서 전도성 유체가 어떻게 자기장을 생성하는지를 설명한다. '다이너모 이론(dynamo theory)'은 물리학 용어로 1920년 조지프 라모어가 태양 자기장을 설명하기 위해 처음 제창한 가설을 기초로 지구 자기장을 설명한 이론이다. 만약 해왕성과 같은 얼음 거인 행성의 내부가 소용돌이치는 액체보다는 부드러운 고체로 더 많이 구성되어 있다면, 생성되는 자기장의 특성이 변할 것이다. 글리슨과 그녀의 팀은, 만약 행성의 중심부에 전도도가 서로 다른 두 종류의 초이온 층이 존재한다면, 외부 액체 층에서 생성된 자기장이 각 층과 복잡하게 상호작용하면서 더 복잡한 현상을 초래할 것이라고 제안했다. 글리슨의 연구팀은 아이스 XIX와 같은 향상된 전도도를 가진 초이온성 얼음 층이, 해왕성과 천왕성에서 관측된 불안정한 다극자 자기장을 생성하는데 기여했을 것이라고 분석했다.
- 산업
2023-10-17
지구 내부 핵 신비 밝히다

지구는 여러 층으로 구성되어 있으며, 이는 바깥층의 지각에서 시작해 상부 맨틀, 하부 맨틀, 외부 핵, 그리고 내부 핵으로 이어진다. 기존의 연구에서는 지구의 내부 핵은 엄청난 온도와 압력 때문에 매우 단단하다고 여겨졌다. 그러나 독일 매체 프랑크푸르트 런스차우(Frankfurter Rundschau)에 따르면, 이러한 견해는 부분적으로만 옳다는 새로운 사실이 발견됐다. 지구 어디에서도 내부 핵만큼의 극단적인 온도와 압력을 찾아볼 수 없다. 이러한 강한 압력은 철 원자를 굳게 압축하여 지구의 내부 핵을 형성하게 한다. 미국과 중국의 연구원들이 지구 중심부의 철 원자 일부가 놀랄 만큼 빠르게 이동할 수 있다는 사실을 발견했다. 이들 원자는 기본 금속 구조를 유지하면서도 단 몇 초 만에 위치를 바꿀 수 있다. 이런 현상은 '집단 운동'이라고 알려져 있으며, 새 떼나 동물 무리의 움직임에서 볼 수 있다. 지구 코어 원자의 빠른 이동 연구원들은 지구 내부 핵의 고온과 고압 때문에 직접 조사할 수 없다고 말했다. 그러나 실험실 실험과 이론 모델을 통해, 연구원은 지구 중심부의 원자들이 기존에 생각했던 것보다 훨씬 더 활발하게 움직이고 있음을 발견했다. 이러한 발견은 지구의 자기장 형성 등, 지구 핵에 관한 수많은 신비를 이해하는데 도움이 될 것으로 보인다. 텍사스 대학교의 주 연구원 정-후 린은 "이제 우리는 지구 내부의 동적 과정과 발전을 이해하는데 도움이 될 기본적인 메커니즘을 파악했다"고 말했다. 이 연구 결과는 미국 국립과학원 회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 발표됐다. 지구 핵의 축소판 재현 미국과 중국 연구팀은 지구 핵의 미니 버전을 실험실에서 재현하여 철 원자의 집합적 움직임을 관찰했다. 연구팀은 먼저 빠르게 움직이는 발사체를 가진 작은 철판을 사용했으며, 여기서 온도, 압력, 속도와 관련된 데이터를 획득했다. 이 데이터는 기계 학습에 사용되어 지구 내부 원자의 시뮬레이션을 위한 컴퓨터 모델을 구축하는데 적용됐다. 연구팀은 인공지능(AI)을 활용하여 약 3만 개의 원자로 구성된 '슈퍼 셀'을 생성하고, 이를 통해 원자의 행동을 보다 정확하게 예측할 수 있었다. 예상보다 더 유연한 코어 이번 연구 결과로 인해 지구의 내부 핵이 예상보다 더 부드럽고 유연하다는 사실이 밝혀졌다. 연구팀은 이러한 철 원자의 놀라운 움직임이 지구의 내부 핵의 지진 측정값이 고압 상태에서 예상보다 더 부드러움과 유연함을 보이는 이유를 설명할 수 있을 것이라고 말했다. 이 연구의 공동저자인 장유준(Suchan University) 교수는 "지구 깊은 곳의 철이 놀라울 정도로 부드럽게 움직이는 것이 가장 큰 발견이다. 원자가 우리가 상상했던 것보다 훨씬 더 활발하게 움직이기 때문이다. 이런 활발한 움직임은 내부 핵을 덜 단단하게 만들어 전단력에 대해 더 약하게 만든다"라고 설명했다. 이번 연구는 지구 내부 핵에 대한 이해를 한 단계 더 발전시키는 결과를 가져왔으며, 지구의 자기장 형성과 내부 구조 및 작동 방식에 중요한 영향을 미치는 핵심 요소로 평가되고 있다. 이번 연구는 지구 내부 핵에 대한 이해를 크게 발전시킨 것으로 평가된다. 지구 내부 핵은 지구의 자기장을 형성하고, 지구의 내부 구조와 작동 방식에 중요한 역할을 미치는 핵심 부분이다. 이로써 지구의 자기장 변화와 지구의 내부 구조 변화를 더 잘 예측할 수 있을 것으로 기대된다.
- 산업
2023-10-12
신비한 핑크 다이아몬드, 희귀한 이유는?

누구나 한 번쯤은 사랑하는 연인이나 결혼 기념일 또는 특별한 순간을 기념하기 위해 다이아몬드를 선물하거나, 혹은 선물 받고 싶다는 생각을 한다. 다이아몬드는 그 자체로 귀중한 보석으로 알려져 있지만, 그 중에서도 핑크 다이아몬드는 특별한 가치를 지닌다. 최근 프랑스의 매체 푸투라(FUTURA)는 이 희귀한 핑크 다이아몬드의 신비한 기원에 대한 연구결과를 보도했다. 다이아몬드의 희소성은 그것이 형성되는 극도의 환경 때문이다. 이런 보석은 지구 내부 약 140~190km 깊이에서 극도의 온도와 압력 속에서 수십억 년 동안 천천히 형성된다. 푸투라에 따르면, 이러한 고유한 형성 과정이 다이아몬드의 가치를 높여준다. 특히, 핑크 다이아몬드는 10만 개의 다이아몬드 중 단 하나만이 가지는 독특한 색상으로, 그것만으로도 특별한 보석임을 확인시켜 준다. 핑크 다이아몬드는 전 세계 몇 안 되는 광산에서만 발견되며, 그 중 호주의 아가일 광산은 시장에 공급되는 핑크 다이아몬드의 약 90%를 생산하고 있다. 호주에 위치한 이 고대 화산에는 특별한 특징이 있다. 이 광산은 일반적인 경우처럼 킴벌라이트[반상조직의 초고철질(ultramafic) 화성암으로 칼륨의 함량이 매우 높다]가 아니라 램프로이트(150km를 초과하는 깊이에서 부분적으로 녹은 맨틀에서 형성되는 암석) 화산 도관에서 채취된 것이다. 이 화산암이 형성된 지질과정은 아직 미스터리한 채로 남아 있다. 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 등재된 연구 결과에 따르면, 아가일 램프로이트는 약 13억년 전 형성됐을 것으로 추정된다. 이는 이전까지 추정되던 시기보다 1억년 앞선 것이며, 바로 이 점이 광산의 형성 이해에 큰 영향을 미칠 것으로 보인다. 아가일이 위치한 지구상에서 가장 오래된 대륙 중 하나인 킴벌리 대륙과 북부 오스트레일리아 대륙의 접합 지대는 오래전부터 알려진 지역이다. 이 지점은 약 18억년 전, 세계에서 가장 고대의 대륙 중 하나인 누나(Nuna) 형성 과정에서 생겨났다. 핑크 다이아몬드의 형성에는 극도의 지각압이 필요하다고 여겨진다. 이러한 조건은 아가일 지역에서 충족됐을 것이다. 그렇지만, 이 귀한 다이아몬드가 어떻게 지표면까지 올라왔는지는 아직 풀리지 않았다. 최근 연구에 따르면, 아가일 램프로이트는 대략 13억년 전에 형성되었을 것으로 추정되며, 이는 초대륙 분열의 시작과 일치한다. 그러나 아가일 지역의 분열은 완전히 이루어지지는 않았다. 지각이 매우 얇아진 결과로 마그마가 지표로 상승했고, 이 과정에서 지구 깊은 곳에서 형성된 핑크 다이아몬드가 표면으로 올라 온 것으로 추정된다. 이런 지리적 특징은 앞으로 전 세계에서 새로운 광산 위치를 파악하는 데 중요한 단서가 될 수 있다. 한편, 다이아몬드 산업은 광업에서 더 넓은 제조업 영역으로 확장되고 있다. 금속 촉매제인 철과 니켈을 탄소 파우더에 첨가하여 고온 및 고압에서 다이아몬드 '씨앗'을 합성하는 방법이 개발됐다. 이 합성 다이아몬드 제조 기술을 보유한 국가로는 인도, 중국, 한국 등 총 8개국이 있다. '랩그로운 다이아몬드'라는 이름으로 알려진 이 인공 다이아몬드는 천연 다이아몬드보다 가격이 경제적이다. 환경에 미치는 영향도 크게 줄일 수 있어서 인공 다이아몬드에 대한 수요가 크게 증가하고 있다.
- 생활경제
2023-10-05
지구 자전축, 80cm 또 기울어진 이유는?

지구의 자전축 기울기가 약 80cm(약 31.5인치)나 또 어긋난 것으로 밝혀졌다. 최근에 '지구의 기울기'가 다시 화제가 되고 있는 가운데, 과학자들의 조사에 따르면 지구의 기울기 변동이 가속화되어 31.5인치(약 80 센치)나 변경된 것으로 확인됐다. 이 데이터는 2023년 6월 지구과학 저널 「지구물리학 연구 레터(Geophysical Research Letters)」에 게재된 연구에 따른 것으로, '지하수의 과도한 채취'가 지구 기울기의 주요 원인으로 보고됐다. 또한 이 연구에서는 "지구의 기울기 변화와 전 세계적인 해수면 상승(약 0.24인치 또는 약 6mm) 간에 연관성이 있다"고 지적했다 지구 자전축의 변화가 세계 해수면에 어떤 영향을 미치는지, 그리고 지하수 채취가 왜 자전축의 기울기에 영향을 주는지, 그리고 자전축의 기울기가 31.5인치로 커진 것이 실제로 얼마나 큰 문제인지에 대해 정리했다. 먼저 자전축의 기울기는 지구에 어떤 영향을 미칠까. 자전축의 기울기는 지구를 특징짓는 특징 중 하나다. 자전축이 기울어져 있기 때문에 지구에는 봄, 여름, 가을, 겨울과 같은 계절이 발생하는 지역이 있으며, 북극과 남극에서는 궁극적으로 극야(위도 66.55도 이상인 극지방에서 겨울철에 해가 뜨지 않고 밤만 계속되는 기간)와 극주야(?)/백야(해가 지지 않아 밤에 어두워지지 않는 현상)가 존재한다. 이 현상을 놀이기구를 떠올리면 쉽게 이해할 수 있다. 자전축이 공전 궤도에 수직이라면, '틸트 어 휠(Tilt-a-Whirl)' 놀이기구처럼 어느 북반구나 남반구에서도 일년 내내 일정한 일조 시간을 가지며, 태양의 궤도 위치가 항상 같아 시간의 흐름에 따른 변화가 없을 것이다. 이와 같은 상황은 북극점과 남극점에서도 동일한 상황이 지속될 것이다. 하지만, 지구는 기울어져 있기 때문에 '틸트 어 휠' 내부에 있는 것처럼 중심(태양)이나 수평선에 가까워질 때도 있고 멀어질 때도 있다. 우리가 평소에 단단하다고 느끼는 지구의 안정성은 실제로는 그렇지 않다. 지구의 지각은 주로 단단한 암석으로 구성되어 있으며, 대부분의 지역에서는 약 40킬로미터(약 25마일)의 깊이에 이른다. 1 평방피트(약 930㎠) 크기의 지표면 아래 40킬로미터 깊이의 지각 부분은 부피로 따지면 대략 1만1000톤으로 추정된다. 이것은 2012년 티레니아 해에서 전복된 호화 여객선 코스타 콘코르디아(약 11만4000톤)의 무게와 거의 비슷하며, 이 배를 원래의 상태로 세울 수 있는 무게와 동일하다. 그러나 태양계 내에서 밀도가 가장 높은 행성인 지구에서도 40킬로미터 두께의 지각은 지구 지름의 0.33% 정도에 불과하며, 1만1000톤은 지구의 총 질량인 5.972 ×10²⁴kg에 비하면 미미하다. 지구를 M&M 초콜릿 한 알로 비유하면, 얇은 설탕 코팅 부분이 지각에 해당한다. 그렇다면 과도한 지하수 채취는 어떤 문제를 야기할까. 지각 위에는 바다가 있고, 지각 바로 아래에는 광대한 지하 담수층이 있다. 그 아래에는 유동성 있는 암석을 포함한 맨틀이 있으며, 외피 아래의 외부 핵은 액체이다. 현재 지구의 내부 핵은 고체라는 주장이 유력하다. 최근 발표된 지하수 관련 논문에서는 특정 현상에 대한 조사가 진행되고 있다. "지하수를 얻기 위해 지하 또는 지각 내에 저장된 물을 얻으려고 구멍을 뚫으면 갑자기 지구 외부의 일부 무게가 크게 가벼워지며, 지구 전체의 균형 유지에 매우 간단한 형태로 영향을 미치게 된다"는 설명이다. 볼링 공이나 회전하는 스피너 외부에만 구멍을 뚫는다면 어떤 변화가 일어나는지 상상해보자. 볼링공은 여전히 회전은 가능하겠지만, 원래의 회전과는 달리 불규칙한 방식으로 회전할 것이다. 게다가 지구에는 대량의 물과 용해된 금속이 있으므로, 이러한 물질들이 새로운 회전 방향에 영향을 받아 추가적인 회전 특성을 나타낼 수도 있다. 지구의 기울기는 '자전축 기울기'라고도 하며, 약 4만 1000년마다 22.1도에서 24.5도 사이로 변동한다. 지구의 위도 1도당 거리는 대략 111.11킬로미터(약 69마일)이기 때문에, 80cm의 변화는 사실상 크게 중요하지 않다고 볼 수 있다. 이 논문은 지구의 기울기에 영향을 미치는 특정 요인에 집중하고 있다. 중요한 것은 이 변화가 자연적인 변동이 아닌 인간의 활동에 의한 결과라는 점이다. 인류는 약 4만 1000년 전부터 존재했지만, 그 당시 인간은 지하수를 채취하기 위해 지각을 깊게 파지 않았다. 반면, 정화된 물을 위한 우물의 역사를 살펴보면, 약 9000년 전 신석기 시대의 시리아 텔 사비 아비아드(Tell Seker al-Aheimar) 유적에서 발견된 것이 가장 오래된 것으로 기록되어 있다. 과도한 지하수 채취 문제는? 미국 지질 조사국(USGS)에 따르면 지표면 아래의 수층은 세계의 강과 호수의 수백 배 이상의 물량을 포함하고 있다. 여기서수층은 지하수를 저장하는 암석과 퇴적층을 의미한다. 이 지하수는 지구의 다양한 지역(사막 포함)에서 볼 수 있지만, 접근이 어렵거나 정화 처리가 필요한 경우가 많다. 지하수는 지표면 근처에 위치하며, 단지 몇 시간 정도만 축적되었을 수도 있고, 지하의 매우 깊은 곳에서 몇 천 년 동안 존재했을 수도 있다. 미국 과학·공학·의학 아카데미와 애리조나 주립 대학교의 '과학과 기술의 이슈(Issues in Science and Technology)' 간행물에 따르면, 호수와 강의 담수 부족 때문에 인간은 지하수를 채취하기 시작했다. 이러한 지하수는 음용, 관개, 그리고 광물 채굴 등 여러 목적으로 사용되고 있다. 그렇지만 지하수의 과도한 채취는 자연 환경과 습지에 큰 피해를 준다. 이는 땅이 건조해지는 것뿐만 아니라 토양의 붕괴, 야생동물과 물고기, 나무에 대한 부정적 영향, 그리고 일부 종의 멸종 위험을 가져온다. 더욱이, 최근의 연구에서는 지하수 채취가 지구의 기울기에도 영향을 주고 있음이 밝혀졌다. 지구 기울기가 변한 다른 요인 지구는 완벽한 균형을 가진 공이나 볼링 공처럼 완벽하게 균형 잡힌 상태를 유지할 필요가 없다. 사실, 과학자들은 '테이아(Theia)'라는 천체가 원시 지구와의 충돌로 인해 지구가 기울게 되어 자전하게 되었다는 가설을 제기하고 있다. 이 충돌에 의해 원시 지구에서 분리된 부분이 달이 되었다고 추측하고 있다. 당시 충돌로 인해 원시 지구의 한 쪽에는 커다란 스위스 치즈 같은 크레이터가 생겨나, 그 결과 회전 축이 변화했다고 본다. 그 이후로 지구의 자전축이 다시 원래대로 돌아온 적은 없다. 지구와 같은 행성은 자전으로 인해 시간이 지남에 따라 점차적으로 거의 완벽한 구형에 가까운 형태로 변화한다. 이 개념은 '정적압력 균형'이라고 불린다. 사실, 거의 완벽한 구형에 가까운 형태는 행성이나 천체의 기본적인 특성 중 하나이다. 이를 고려하면 '테이아'라는 천체의 충돌 이전의 울퉁불퉁한 지구는 자전 활동이 회복되기 전까지 '행성'으로 간주되지 않았을 수도 있다. 지구의 자전축 기울기는 지구의 구 형태를 유지하는 데 영향을 미치지 않는다고 여겨진다. 지구의 정적압력 균형은 이러한 기울기와 상관없이 각 행성의 자전 현상에 의해 결정되기 때문이다. 미국 항공우주국(NASA)은 2018년 "20세기에 지구의 기울기 변화를 초래한 3가지 주요 원인을 확인했다"고 보고했다. 나사에서 파악한 원인은 '그린란드의 얼음 해빙', 빙하의 이동 또는 해빙으로 인해 얼음의 무게가 사라져 지각이 서서히 상승하는 '빙하성 반동', 그리고 '맨틀 대류'이다. 맨틀 대류는 지각 아래에 있는 유동성 있는 암석 성분이 가열되어 상층으로 이동하고 표면 근처에서 냉각되어 밀어내는 운동이다. 온도가 다른 암석의 밀도가 서로 다르기 때문에 중심을 뒤흔드는 것. 한편, 과학자들은 지구의 기울기가 많은 다른 요인에 의해 변동된다는 사실을 알고 있지만, 이러한 요인을 동시에 연구하는 단계는 아직 확립되지 않았다고 말했다. 2020년 논문에서 과학자들은 "지구는 내부에서부터 외부로 이르기까지 다양한 시간 스케일에서 연속적인 변화가 진행 중이기 때문에 이러한 동적 매개변수는 모두 안정된 값을 갖지 않으며 시간이 지남에 따라 변화한다"고 지적했다. 또한 "이러한 변동은 상대적으로 작기 때문에 최근까지 관측하기 어려웠다"면서 "앞으로 몇 년 안에 지구의 기울기 변화가 특정 요인에 의해 크게 변할 것이라는 뉴스를 자주 접할 가능성은 낮을 것으로 생각된다"고 밝혔다.
- 산업
2023-09-26