3'50" 읽기
- 미국 와이오밍에서 발견된 2차 분화구는 약 2억 8천만 년 전이며 너비가 50~65km
- 2차 분화구의 전형은 대부분 비대칭 모양, V자 모양의 분출 궤도, 그리고 달 분화구 티코(Tycho)에서 분명히 볼 수 있듯이 분말 분출물에서 형성된 방사형 분출이다.
- 충돌로 인해 반경 60km 정도의 불덩어리, 2차 분화구는 충돌 시 4~8미터 암석으로 형성

지구 최초의 2차 분화구 발견
충돌로 인한 분출에 의해 생성된 최대 70미터 너비의 거대한 분화구 들판

미국의 지질학자들이 지구 최초의 2차 분화구를 발견했다.
이 분화구는 소행성 충돌로 인해 분출된 파편으로 형성된 지름이 최대 70m에 달하는 수십 개의 거대한 분화구다. 와이오밍에서 발견된 2차 분화구 자리는 약 2억 8천만 년 전이며 너비가 50~65km인 아직 발견되지 않은 1차 분화구를 둘러싸고 있다. 지금까지 2차 분화구는 밀도가 높은 대기 때문에 지구에 존재할 수 있는지 여부가 불분명했다. 

▲ 거대한 분화구 필드는 와이오밍 남서부의 Laramie Mountains 근처에 있다. © Wusel007/ CC-by-sa 3.0

분화구들은 달, 화성 및 수성에도 존재한다. 이 천체에 있는 많은 큰 충돌 분화구는 더 작은 분화구로 둘러싸여 있다. 이들은 충돌 시 1차 분화구에서 고속으로 분출된 파편에 의해 형성됐다.
이러한 2차 분화구의 전형은 대부분 비대칭 모양, V자 모양의 분출 궤도, 그리고 달 분화구 티코(Tycho)에서 분명히 볼 수 있듯이 분말 분출물에서 형성된 방사형 제트이다.

지금까지 이러한 2차 분화구가 지구에도 존재할 수 있는지에 대해서는 논란이 있었다.
일반적인 가정에 따르면, 우리 행성의 빽빽한 대기는 분출된 파편의 속도를 너무 느리게 하여 에너지가 더 이상 분화구를 만들기에 충분하지 않기 때문이다. 프라이부르크 대학의 토마스 켄크만(Thomas Kenkmann)과 그의 동료들은 "지금까지 이러한 2차 분화구는 지구나 금성이나 타이탄과 같은 밀도가 높은 대기를 가진 다른 행성 천체에서 발견되지 않았다"고 설명했다.

▲ 와이오밍에서 발견된 이 분화구는 수십 개의 분화구 중 하나로 광대한 고대 2차 분화구 지대를 형성한다. © Kent Sundell / Casper College

거대한 분화구 들판

하지만 이제는 달라졌다. 미국 와이오밍 주에서 지질학자들은 10~70미터 크기의 31개 크레이터와 아직 확인되지 않은 60개 이상의 크레이터로 구성된 거대한 크레이터 필드를 발견했다. 연구원들이 몇 년 전에 이 분화구 중 첫 번째 분화구를 발견했을 때 처음에는 약 2억 8천만 년 전에 공중에 터진 운석의 흩어져 있는 들판이라고 생각했다.

이 첫 번째 발견조차도 지구상에서 가장 크고 오래된 분화구 지대가 될 수 있음을 시사했다. 그러나 그 이후로 과학자들은 주변의 다른 장소에서 다른 분화구를 발견했다. 현재까지 알려진 전체 분화구는 길이가 90km, 너비가 40km 이상이다.

충격 함몰부는 산등성이에 의해 중단된 호를 형성한다. 이러한 발견과 분화구 특징에 대한 보다 자세한 분석은 원래 형성 시나리오에 대한 의구심을 불러일으켰다.

▲ 2차 분화구의 크기는 10~70미터이며, 여기 와이오밍의 양산맥에 있는 드론 이미지이다. © Kent Sundell / Casper College

눈에 띄는 분화구 특징

이유:
대기권에서 터진 소행성의 파편에 의해 발생하는 1차 분화구장과 달리 와이오밍주의 분화구는 약간의 이상을 보인다. Kenkmann과 그의 동료들이 보고한 것처럼 그들 중 일부는 분명히 타원형이며 공통 방향에서 오는 평평한 충격을 나타내는 미세 구조를 보여준다.
또한 눈에 띄는 것은 달과 화성의 2차 분화구에서 관찰되는 방사형 분화구 사슬과 분화구 그룹의 축적이다. "일반적으로 철 운석의 유물은 더 작은 1차 분화구에서도 발견된다"고 연구원들은 설명했다. 그러나 와이오밍주는 그렇지 않다. 그들에 따르면, 운석 잔해가 없다는 것은 이것이 2차 분화구임을 나타내는 것이기도 하다.

▲ 그림 1. 미국 와이오밍 남동부의 디지털 고도 모델 지도와 캐스퍼 층의 노출을 보여주는 인접 지역 (출처: Fig 1. 관련논문)

지상 2차 분화구의 첫 번째 증거

지질학자에 따르면 이 모든 것은 와이오밍의 분화구가 지구에서 처음으로 발견된 2차 분화구장임을 시사한다. "처음으로 지구에서 2차 분화구가 가능하다는 증거가 있다"고 Kenkmann과 그의 팀이 말했다. "충격기의 궤적은 공통된 기원을 암시하며 이 분화구가 큰 1차 분화구에서 분출된 암석에 의해 형성되었음을 보여준다.“

이것이 확인되면 지구에 다른 2차 분화구가 있을 수도 있다.
이 다소 작은 분화구의 대부분은 침식으로 인해 파괴되었을 수 있다. 지구의 대기는 또한 더 큰 충돌 중에 분출되는 덩어리를 느리게 하기 때문에 명확한 충격 흔적은 광물에서 거의 알아볼 수 없을 것이다.

▲ 그림 4. 와이오밍 분화구 필드의 노두 규모 관측. (A) 전경 아주 약간의 기복을 보여주는 분화구 WR-5. 가장자리를 따라 노출된 부분을 확인. 규모에 대한 사람의 크기. (B) Breccated 토출. 파편은 부분적으로 각이 지고 부분적으로 둥글다(SM-34). (C) 규암 사암으로 구성된 바람에 의해 연마된 분화구 벽은 풍부한 분출물을 보여준다. (PCR-001). (D) 유동 조직과 소포가 있는 처트가 대부분의 분화구(SM-36)에서 매우 풍부하다. (E) 석영 매트릭스(PCR-001)가 있는 브레시아. (F) 잡색의 접촉 캐스퍼 사암과 거위 알 지층의 오페체 구성원에는 몇 가지가 포함되어 있다. (출처: 관련논문 Fig. 4 Secondary cratering on Earth: The Wyoming impact crater field) 충격을 받은 석영 알갱이.

영향 시나리오

연구팀은 지금까지 확인된 2차 분화구의 크기와 방향에서 이미 원래의 영향과 1차 분화구의 위치 및 크기에 대한 초기 표시를 얻었다. 이에 따르면 약 2억 8000만 년 전 오늘날의 와이오밍주와 네브래스카주 접경 지역인 이른바 덴버 분지 일대에 2km 정도 크기의 소행성이 충돌했다고 한다.

이 충돌로 인해 반경 60km 정도의 불덩어리가 생겼을 수 있으며, 그 열은 현재 발견된 2차 분화구 영역까지 도달했다. 뜨겁고 부분적으로 빛나는 분출 구름이 형성돼 150~200km에 걸쳐 퍼졌다. 2차 분화구는 충돌 시 4~8미터의 암석으로 형성되었으며 탄도 궤적을 따라 초당 700~1,000미터의 속도로 지표면으로 떨어졌다.

1차 분화구는 어디에 있을까?

연구원들의 계산에 따르면 이 충돌 동안 형성된 주요 분화구의 크기는 약 50~65km여야 한다. 이후에 지각 융기의 결과로 등장한 2차 분화구와 대조적으로, 아마도 아직 더 젊은 퇴적층 아래 깊숙이 묻혀 있을 것이다. 새로 발견된 분화구 주변에서 다른 2차 분화구를 찾는 것은 그 위치를 더 정확하게 찾는 데 도움이 될 수 있다.

"미래 연구의 가장 중요한 목표는 이제 1차 분화구를 찾는 것이어야 한다"고 Kenkmann과 그의 팀은 말했다. 그들은 고대 충돌 분화구를 찾기 위해 북부 덴버 분지에서 광범위한 지구 물리학 조사와 시추를 제안했다.
(Geological Society of America Bulletin, 2022; doi: 10.1130/B36196.1)
출처: Geological Society of America

[더사이언스플러스=문광주 기자]

[저작권자ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]