원시 행성 테이아(Theia)의 잔재가 맨틀에 있을까?

문광주 기자 / 기사승인 : 2021-04-06 22:14:03
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(3분 50초 읽기)
- 테이아(Theia)잔재는 땅속 거대한 단층대에 있을 것이다.
- 서아프리카와 태평양 아래에, 몇 년 전 지진파 분석에서 밝혀져
- 매우 뜨겁고 밀도가 높은 마그마가 특징

지구의 맨틀에 있는 원시 행성의 잔해?
두 개의 거대한 단층대는 원시 행성 테이아(Theia)의 잔재로 구성됐을 수 있다.

행성 충돌의 유물 :
원시 행성 테이아의 잔해는 한때 지구와 충돌해 달을 만든 물체인 지구의 맨틀 깊숙이 숨겨져있을 수 있다. 연구자들은 서아프리카와 태평양 아래 맨틀의 두 가지 거대한 변칙 현상에서 이것의 증거를 봤다. 마그마는 정상보다 더 뜨겁고 밀도가 높으며 아마도 외계 기원일 가능성이 있다. 

▲ 젊은 지구와 충돌한 후 원시 행성 테이아의 잔해는 어디에 있었을까?(유사한 충돌에 대한 아티스트의 상상도)

© NASA / JPL-Caltech


약 45억 년 전, 젊은 지구는 화성 크기의 원형 행성 테이아와 충돌해 극적인 결과를 가져 왔다. 두 천체에서 나온 물질의 대부분이 증발하고 일부 파편으로 지구의 달이 형성됐다.
Theia의 유해는 어디로 갔을까? 일반적인 가정에 따르면 원시 행성의 핵심에서 나오는 무거운 원소는 주로 달의 핵심에서 수집됐을 수 있다. Theia 코트가 머물렀던 곳은 논쟁의 문제
다.

* 테이아는 달 형성의 충돌 이론에 따르면 약 45억 년 전에 지구와 충돌한 가상의 원시 행성입니다. Theia 자신은 이 충돌로 파괴됐다. 충격에 의해 생성된 파편들이 지구 궤도에 모였다. 더 나아가서 달이 그것으로부터 형성됐다. 이 이론에 따르면 테이아는 화성 정도의 크기였다. 이 모델 중 하나에 따르면 Theia는 지구-태양 시스템의 Lagrangian 지점 L4에서 형성됐다. 충돌이 발생하기 전에 오랫동안 지구를 "트로이 목마"로 따랐다.
가상 임팩터의 이름 Theia는 작품 ‘2000년(A. N. Halliday)’에서 처음 사용됐으며 그리스 신화에서 유래됐다. 이 신화에 따르면 달의 여신 셀레네는 타이탄 테이아에 의해 태어났다.

지구 맨틀의 뜨거운 변칙

현재 Tempe에 있는 아리조나 주립대학교(Arizona State University)의 키안 유안(Qian Yuan)과 함께 일하는 연구원들이 가능한 대답을 제공했다.
그녀에 따르면, Theia의 일부는 여전히 지구 내부에서-맨틀 아래에 두 개의 거대한 변칙의 형태로 감지 될 수 있기 때문이다.

이 두 지역은 서아프리카와 태평양 아래에 있으며, 몇 년 전에 지진파 분석에서 밝혀진 바와 같이 매우 뜨겁고 밀도가 높은 마그마가 특징이다.
"이 지역은 지구 맨틀에서 가장 큰 구조물"이라고 Yuan은 말한다. 동시에 수백 킬로미터 높이와 수천 킬로미터 너비의 이러한 이상 현상은 주변 재킷 소재에서 현저한 화학적 및 물리적 편차를 보여준다. 그들의 더 높은 밀도와 온도는 연구자들이 설명하는 것처럼 이 구역이 지구 맨틀의 전형적인 것보다 더 무거운 원소와 무엇보다도 철을 포함하고 있음을 시사한다.

먼저 혼합한 다음 물에 가라앉아

그것은 바로 Theia와의 연결이 제공하는 것이다.
아폴로 임무에서 달의 암석을 분석한 결과 이 원시 행성은 철이 더 풍부하고 따라서 젊은 지구보다 다소 밀도가 높은 맨틀을 가지고 있음을 시사한다.
시뮬레이션의 도움으로 Yuan과 그의 팀은 이것이 혼합에 미칠 수 있는 결과와 Theia에서 나온 파편의 나중에 운명을 재구성했다.

▲ 이 모델은 두 개의 주요 맨틀 이상 (LLSVP)의 위치와 범위를 보여준다.

© Sanne.cottaar / CC-by-sa 4.0


Theia의 맨틀 재료와 지구가 충돌에 섞였을 때, 둘 다 처음에 함께 새로운 지구 맨틀을 형성했다. 그러나 구성 요소가 균등하게 배포되지 않았다. 이 모델에 따르면 1.5~3.5%의 밀도 차이는 지구 역사 과정에서 분리를 유발하기에 충분했을 것이다. 테이아의 더 빽빽한 유적은 중력에 의해 점차 당겨졌다.

연구진은 "우리의 지구 역학적 시뮬레이션은 Theia 재료가 코어 맨틀 경계로 가라앉는 것을
지속적으로 보여준다"고 보고했다. "이 물질은 지구 맨틀의 나머지 부분보다 밀도가 높으면 맨틀 대류에서도 살아남는다.“
맨틀 하단에서 이 물질은 확장된 지진 이상이라는 두 개의 넓은 영역에 모인다.

Theia의 유해는 여전히 보존돼 있다.

연구팀에 따르면 이 시나리오는 테이아의 맨틀 재료가 어디로 갔는지 뿐만 아니라 거대한 맨틀 변칙의 원인도 설명할 수 있다고 한다. Yuan과 그의 동료들은 "우리의 시뮬레이션은 Theia 맨틀의 적어도 일부가 지구의 맨틀에서 온전한 지구 역사에서 살아남을 수 있음을 시사 한다"고 말했다.

이 시나리오는 아직 입증되지 않았다.
깊은 맨틀 기둥 저수지에서 펌핑된 용암에는 화학적 이상이 있기 때문이다.
그러나 변하지 않은 마그마는 달이나 지구에서 더 깊은 맨틀 층에서 나온다.
Theia의 외투가 정말로 더 두껍고 철분이 더 풍부했는지, 그리고 달과 지구에 아직도 그것의 잔재가 남아 있는지는 당분간 열려 있다.
(Lunar and Planetary Science Conference 2021, abstr. 1980)
출처 : LPSC

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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