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- 지르콘 입자에서 무거운 18O와 가벼운 16O라는 두 가지 다른 산소 동위원소 발견
- 증발, 구름, 강수의 전 지구적 순환은 적어도 40억 년 전에 존재
- 행성 출현 후 6억 년도 채 안 된 기간에 최초의 생명체가 형성될 수 있는 조건 시사

지구상에 언제부터 비가 왔나요?
지구의 물 순환은 예상보다 5억 년 일찍 시작됐다.

생각보다 오래됨:
새로운 암석 분석에 따르면 지구의 물 순환은 이전에 생각했던 것보다 약 5억 년 더 오래됐다. 따라서 증발, 구름, 강수의 전 지구적 순환은 적어도 40억 년 전에 존재했다. 최초의 연못, 강, 호수는 이 시기에 선사 시대 지구에 출현했을 수 있으며, 따라서 지구과학자들이 "자연 지구과학(Nature Geoscience)"에서 보고한 것처럼 최초의 생명체가 탄생할 수 있는 장소일 수도 있다. 

▲ 구름과 비의 물 순환은 예상보다 약 5억년 일찍 발생했다. pixabay

우리 행성의 담수는 대기와 지구 사이를 연속적으로 순환하며 이동한다. 과학이 300년 동안 알고 있듯이 담수는 증발해 수증기로 대기에 들어갔다가 강수로 다시 떨어진다. 이로 인해 물은 일정한 주기로 지구 시스템을 통해 이동하게 된다. 오직 이것만이 신선한 물을 육지로 가져오고 강, 호수, 지하수에 공급한다. 이는 지구상의 생태계와 생명체에게 매우 중요하다.

그러나 지구 역사의 과정에서 정확히 언제 이 물 순환이 발달했는지는 아직 명확하지 않다. 대륙 퇴적물에서 단세포 유기체의 화석 발견은 그것이 적어도 35억 년 전에 존재했음이 틀림없다는 것을 보여준다. 이것이 바로 물이 선사시대 육지에 도달해 그곳에서 생명체가 살 수 있게 만든 유일한 방법이었다.

언제부터 물이 지구 주위를 순환해 왔나?

지구 물 순환의 시작점을 보다 정확하게 좁히기 위해 아부다비 칼리파 대학의 Hamed Gamaleldien이 이끄는 지구과학자들은 이제 초기 지구 지각의 구성을 더 자세히 조사했다. 이를 위해 그들은 32억~42억 년 전 고대 대륙에 존재했던 일부 암석층에서 오늘날에도 여전히 발견될 수 있는 지르콘 광물에 산소 함유 여부를 확인했다.

분석을 위해 연구자들은 서호주 잭 힐스(Jack Hills)의 암석 샘플에서 작은 지르콘 결정을 사용하고 질량 분석기를 사용하여 화학적으로 평가했다. 그런 다음 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 측정 데이터를 해석했다.

지구의 초기를 엿볼 수 있는 산소 함유물

결과:
지구과학자들은 지르콘 입자에서 무거운 18O와 가벼운 16O라는 두 가지 다른 산소 동위원소를 발견했다. 이것은 한때 지구 내부의 뜨겁고 녹은 마그마가 수중 화산에서 물과 접촉했을 때 형성되었다. 녹은 암석이 냉각되고 광물이 결정화되었다. 그들은 주변 환경의 작은 함유물에 산소 동위원소의 비율을 보존했다.

▲ 공동 저자인 Hugo Olierook는 분석된 지르콘 결정이 포함된 서호주 Jack Hills의 암석을 가지고 있다. © Curtin University

잭 힐스(Jack Hills)의 지르콘에 보존된 다양한 산소 동위원소의 비율은 그곳의 고대 마그마가 짠 바닷물뿐만 아니라 담수(지구 표면 몇 킬로미터 아래)에서도 만났다는 것을 암시한다. Gamaleldien은 “지구 내부 깊은 곳에 담수가 있다는 증거는 지구가 40억 년 전에 완전히 바다로 덮여 있었다는 기존 이론에 도전한다”고 설명했다.

적어도 40억 년 전에 비

연구자들은 측정 데이터를 통해 지르콘 결정이 최소 40억 년 전에 형성되었을 때 바다뿐만 아니라 담수와 대륙 대륙도 이미 지구에 존재했다는 결론을 내렸다. 따라서 그 당시 이미 담수가 강수되고 이 빗물이 하층토로 침투하는 물 순환이 있었음에 틀림없다.

Gamaleldien은 “이를 통해 우리는 수문학 순환의 기원에 대한 연대를 알 수 있었다”고 말했다. 지구과학자들이 보고한 바에 따르면, 증발, 구름, 비의 물 순환은 예상보다 약 5억 년 일찍 발생했다.

생명은 처음에 육지에서 시작되었는가?

“이 발견은 지구의 초기 역사를 밝힐 뿐만 아니라 육지와 담수가 상대적으로 짧은 시간, 즉 행성 출현 후 6억 년도 채 안 된 기간에 최초의 생명체가 형성될 수 있는 조건을 만들었다는 것을 시사한다.” 공동 저자인 퍼스의 커틴 대학(Curtin University)의 Hugo Olierook의 말이다.

그러나 최초의 육상생물이 유래한 서식지는 여전히 논란의 여지가 있다. 일부 시나리오에서는 심해의 뜨거운 열수 분출구를 '생명의 요람'으로 선호하는 반면, 다른 시나리오에서는 육지의 웅덩이나 암석의 미세공극을 첫 번째 세포의 기원이 될 수 있는 장소로 본다. 물 순환의 초기 시작은 이제 육지에서 생명이 유래했다는 가설을 강화한다.
(Nature Geoscience, 2024; doi: 10.1038/s41561-024-01450-0)
출처: Nature, Curtin University

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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