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- 지질학자들, 인도 대륙 뿌리의 암석에서 증거 발견
- 암석에 포함된 화학적 분석과 지르코늄 결정 사용, 이 크라톤의 생성 시기 알아내
- 암석의 동위원소 데이터, 물질의 지구화학적 주기 약 25억 년 전에 급격한 변화를 시사
- 고전적인 판구조론 없이 대륙 생성을 시사

대륙이 더 일찍 생겨났다.
최초의 육지 덩어리는 32억 년 전에 원시 바다에서 나타났을 수 있다.

물의 행성에서 육지로:
지구상의 최초의 대륙은 약 32억 년 전에 원시 바다에서 출현했을 수 있다.
이는 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 빠른 시기다. 지질학자들은 인도 대륙 뿌리의 암석에서 이것의 증거를 발견했다. 이에 따르면 이 크라톤은 수면 위로 돌출될 정도로 부풀어 오르고 두꺼워졌다. 이 과정은 팀이 설명하는 것처럼 고전적인 판 구조론의 영향 없이 여전히 순전히 마그마틱이었다. 

▲ 지구의 첫 번째 육지는 언제 바다에서 나왔을까? © Blue Planet Studio/ Getty images

처음에 우리 지구는 얇은 해양 지각과 큰 육지가 없는 물의 행성이었을 것이다.
잠시 후 지구의 지각은 일부 지역에서 두꺼워졌고 점점 화강암이 되어 지각의 첫 번째 대륙 부분이 나타났다. 조금 후에 첫 번째 육지 덩어리가 바다에서 솟아올랐다.

최초의 육지는 언제 나타났을까?

이 모든 일이 일어났을 시기에 대해서는 논란이 되었다.
오래된 암석의 동위원소 데이터는 물질의 지구화학적 주기가 약 25억 년 전에 급격하게 변화했음을 시사한다. 이것은 그 당시 대륙의 융기를 나타낸다. 그러나 광물학적 데이터는 다른 관점을 갖게 한다. 이에 따르면 지각의 일부는 37억 년 전에 대기 중에 있었고 따라서 바다 밖에 있었음에 틀림없다. 판 구조론이 우리 행성에서 시작된 시기도 불분명하다.

더 명확하게 하기 위해 호주 Monash 대학의 프리야다르쉬 쵸드허리(Priyadarshi Chowdhury)와 그의 동료들은 인도의 싱브훔 크라톤(Singhbhum Craton)에서 28억에서 36억 년 된 암석 샘플을 조사했다. 인도 북동부에 있는 이 그린스톤 지층은 직접 접근할 수 있는 가장 오래된 대륙 뿌리 중 하나다. 연구팀은 암석에 포함된 화학적 분석과 지르코늄 결정을 사용해 이 크라톤이 언제 어떻게 육지가 되었는지 알아냈다.

▲ 이 화강암 지층은 인도 Singhbhum Kraton에 속하며 32억 년 이상 되었다. © Subham Mukherjee

풍화의 초기 징후

분석 결과 확인됨:
Singhbhum 크라톤의 표면은 약 32억 년 전에 대기에 노출되었을 것이다. 이것은 암석이 대기와 직접 접촉할 때만 발생할 수 있는 상부 암석층의 화학적 풍화 흔적에 의해 뒷받침된다. 또한 연구원들은 선사 시대 해안 지역에서 유래한 크라톤의 가장자리 지역에서 퇴적물 패턴과 지르콘을 발견했다.

Chowdhury와 그의 동료들은 "이는 안정적인 대륙의 육지가 33억~31억 년 전에 해수면 위로 상승하기 시작했음을 보여준다. 이는 대부분 모델이 예측하는 것보다 약 7억 년 빠른 것이다"고 말했다. 지질학자들은 이 융기를 추가 암석 분석과 지구물리학적 모델링의 도움으로 알아냈다.

마그마 상향류, 지각이 두꺼워진 후 융기

그들의 시나리오에 따르면, 대륙의 형성은 다음과 같이 진행되었다.
35억 년에서 32억 5천만 년 전, 화학적 조성이 변경된 점점 더 많은 마그마가 지구의 맨틀에서 솟아올랐다. 암석 용해물에는 원래 지각의 바닥에 점점 더 축적되는 화강암 광물의 전구체가 포함돼 있다. 이것은 점차 두꺼워지고 아래쪽 영역의 압력이 증가했다. 이것은 새로운 화강암 유형의 암석을 만들었다.

암석 샘플의 광물학과 동위원소로부터 지질학자들은 이 지역의 지각이 35억 년에서 32억4천만 년 전에 약 32km에서 약 45km로 두꺼워졌음에 틀림없다고 결론지었다.
따라서 Chowdhury와 그의 팀이 설명하는 것처럼 당시 싱브훔(Singhbhum) 크라톤은 대륙의 전형적인 지각 두께와 ​​규산염이 풍부한 구성을 모두 가지고 있었다.

그 후 다음 단계가 뒤따랐다.
대륙 지각은 해양 지각보다 밀도가 낮기 때문에 두께의 증가와 등압 융기의 조합으로 인해 분화구가 주변 지각 너머로 점차 돌출하게 되었다. 마침내 32억 년에서 31억 년 전에 물에서 솟아올랐다.

▲ 이것이 싱품 크라톤의 형성과 융기가 일어날 수 있었던 방법이다. © Chowdhury et al. / PNAS, doi: 10.1073 / pnas.210574611

판구조론 없이 대륙 형성?

연구팀에 따르면 이것은 첫 번째 대륙의 형성과 융기에 대한 새로운 빛을 비춰준다.
지질학자들은 "이 시나리오는 충돌과 섭입이 있는 고전적인 구조론 없이 최초의 대륙의 출현도 가능했음을 시사한다"고 말했다. Singhbhum kraton의 지질학에서 그러한 구조적 과정의 첫 징후는 나중에야 증명될 수 있기 때문이다.

따라서 지각이 해양에서 대륙으로 변하고 두꺼워지는 것은 판 경계 외부에서, 그리고 아마도 판 구조론이 처음 시작되기 전에도 발생했다. 그리고 Singhbhum 크라톤은 고립된 사례가 아니다. Chowdhury와 그의 동료들에 따르면 호주와 남아프리카의 크라톤에서도 이 시나리오의 징후가 있다.
(Proceedings of the National Academy of Sciences, 2021; doi: 10.1073/pnas.2105746118
출처: Proceedings of the National Academy of Sciences

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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