화성에는 슈퍼 화산이 있다. (영상)

문광주 기자 / 기사승인 : 2021-09-17 21:08:43
  • -
  • +
  • 인쇄
3'50" 읽기 + 1'27" 영상
* 화성 북반구의 타르시스(Tharsis) 화산 맞은편, 지름 100km에 7개의 둥근 함몰부
* 일부 우뚝 솟은 절벽과 분화구 가장자리 층을 탐사선의 스펙트럼 데이터와 이미지 평가
* 화산재 퇴적물은 칼데라 주변 250km 반경 내에서 최대 1km 두께
* 아라비아 테라의 7개 잠재적 슈퍼 화산은 5억 년 동안 수천 번 분출했을 것

화성에는 슈퍼 화산이 있다.
아라비아 테라(Arabia Terra)에 있는 칼데라와 화산재층은 수천 번의 슈퍼 화산 폭발의 증거다.


올림푸스 몬스(Olympus Mons) 그 이상:
화성의 여러 칼데라 분화구와 수백 미터 두께의 화산재층은 화성에 이전에 알려지지 않은 유형의 화산이 있었다는 것을 확인시켜준다. 지하에 숨겨진 슈퍼 화산이다. NASA 탐사선의 데이터가 보여주듯이 그들의 분출은 행성 초기에 수백만 입방킬로미터(㎦)의 화산재와 마그마를 표면으로 가져왔고 분출로 아라비아 테라 지역의 많은 부분을 덮었다. 

▲ 아라비아 테라 지역에 있는 이 분화구는 화성의 슈퍼 화산 폭발의 흔적일 수 있다. © NASA / JPL-Caltech / University of Arizona

화성이 한때 화산 활동을 했다는 사실을 간과할 수 없다.
올림푸스 몬스와 타르시스 지역의 다른 1km 높이의 방패 화산은 그곳에서 지표로 나온 엄청난 양의 용암을 증언한다. 그들은 일부 지역에 거대한 용암 동굴을 남겼고 화성 협곡의 일부를 담당할 수도 있다.

수상한 분화구

지금까지 몇 년 동안 지질학자들은 화성에 눈에 잘 안 띄는 다른 형태의 화산 활동이 있을 수 있다고 의심해 왔다. 그들의 폭발적인 분출은 산불을 만들지 않지만 거대한 분화구를 표면으로 가라앉히고 1천 입방킬로미터 이상의 용암, 화산재 및 기타 화산 물질을 분출할 수 있다.

화성의 슈퍼 화산에 대한 첫 번째 징후는 아라비아 테라(Arabia Terra) 지역의 여러 개의 큰 분화구에서 찾을 수 있다. 화성 북반구의 험준한 고지는 타르시스(Tharsis) 화산 맞은편에 있다.

지름 100km에 달하는 7개의 둥근 함몰부는 오랫동안 충돌 분화구로 여겼다. 하지만 일치하지 않는 일부 기능을 보여준다. 따라서 과거 슈퍼 화산의 칼데라가 아닐지 오랫동안 논의됐왔다.
▲ 이 이미지는 2018년 1월 1일 ESA의 Mars Express의 고해상도 스테레오 카메라로 촬영됐으며 Ismenia Patera라는 분화구를 보여준다. 이 분화구는 한때 상당한 화산 활동이 있었던 것으로 생각되는 화성 표면의 흥미로운 부분인 아라비아 테라 내에 있다. 과학자들은 Ismenia Patera가 어떻게 형성됐는지 정확히 알지 못한다. 운석이 화성 표면에 부딪혀 충돌 분화구를 형성하거나 한때 거대했던 초화산의 붕괴된 잔해의 결과일 수 있다. 이 이미지는 직접 아래쪽을 가리키고 행성 표면에 수직으로 정렬된 시야를 제공하는 HRSC의 최하 채널과 색상 채널의 데이터를 사용하여 생성됐다. 지상 해상도는 약 17m/픽셀이고 이미지는 약 2°E/39°N의 중앙에 있다. 출처: European Space Agency

원시 화산재를 찾아서

최근 이 의혹이 확인됐다.
메릴랜드 대학의 패트릭 웰리와 그의 NASA 동료들은 아라비아 테라에서 수백 미터 두께의 화산재층을 확인했는데, 이 화산재는 이 슈퍼 화산에서 나온 것이 틀림없다. 연구를 위해 그들은 일부 우뚝 솟은 절벽과 분화구 가장자리의 층이 명확하게 보이는 NASA의 화성 정찰 궤도 탐사선의 스펙트럼 데이터와 이미지를 평가했다.

"화산재의 퇴적은 스펙트럼 데이터에 의해 다른 암석과 쉽게 구별될 수 있는 독특한 광물 앙상블을 남긴다"고 연구자들은 설명한다. 이러한 화산재층에 대한 전형적인 것은 무엇보다도 몬모릴로나이트, 이모골라이트(Imogolite) 및 알로판(Allophan)과 같은 알루미늄 함유 필로실리케이트다. 팀은 이러한 퇴적물의 두께를 결정하고 이러한 재의 분포를 보여주는 이 측정 데이터로부터 모델을 만들었다.



수백 미터 두께의 퇴적물

결과:
아라비아 테라의 넓은 지역에서 수백 미터 두께의 이전 화산재층이 발견될 수 있다. 그들은 화성 초기에 수많은 대규모 분화 과정에서 퇴적되었을 것이다. "수정된 화산재 퇴적물은 칼데라 주변 250km 반경 내에서 최대 1km 두께다"고 Welley와 그의 동료들은 보고한다. "그러나 잠재적 화산에서 최대 3,400km 떨어진 곳에서도 이러한 층의 두께는 최소 100m이다.“

이 화산재층의 두께와 분포에서 연구자들은 아라비아 테라 서쪽의 슈퍼 화산이 750만에서 1500만 입방 킬로미터의 화산재 및 기타 화산 물질을 던졌다고 결론지었다. Welley와 그의 팀은 "이 화산들은 화성 초기에 올림푸스 몬스만큼 많은 마그마를 지표로 가져왔을 것이다"고 기술했다.

지구에서 이러한 추출 속도는 시베리아 트랩(Siberian Trapp)과 같은 원시 현무암 분출의 속도와 가장 유사하다. 약 2억 5000만 년 전에 용암, 가스 및 화산 물질이 너무 많이 분출되어 오늘날에도 약 170만㎦의 부피가 보존돼 있다.

<화성에서 수천 번의 슈퍼 화산 폭발에 대한 증거 © NASA / GSFC>


화성 초기에 수천 번의 분화

 

이것은 과거에 붉은 행성에 올림푸스 몬스(Olympus Mons)와 그 이웃과 같은 큰 방패 화산뿐만 아니라 칼데라를 생성한 슈퍼 화산이 있었음을 분명히 한다. 아라비아 테라의 7개 잠재적 슈퍼 화산은 5억 년 동안 수천 번 분출했을 수 있으며, 이러한 분출은 각각 엄청난 양의 화산재와 화산 물질을 지형에 흩뿌렸다.

Whelley는 "이러한 발발은 기후에도 상당한 영향을 미쳤을 것이다"고 설명한다. "방출된 가스는 화성의 대기를 더 조밀하게 만들고, 태양을 가려서 기후를 냉각시켰을 가능성이 있다."

화산 폭발을 통한 이러한 냉각은 지구에서도 여러 번 보여졌다.
7만4000년 전 도바 슈퍼 화산의 폭발은 수년 동안 화산 겨울을 일으키고 지구의 오존층을 손상시켰을 수 있다.

"이제 슈퍼 화산이 행성의 기후에 미친 영향을 이해하기 위해 화성 기후를 모델링하는 데 몇 가지 작업이 필요하다"고 Welley는 말했다.
(Geophysical Research Letters, 2021; doi: 10.1029 / 2021GL094109)
출처: NASA

[더사이언스플러스=문광주 기자]

[저작권자ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]

  • 글자크기
  • +
  • -
  • 인쇄
뉴스댓글 >

주요기사

+

많이 본 기사

Basic Science

+

Technology

+

Photos

+