3'50" 읽기
- 2015년 7월 화성 탐사선 "큐리오시티(Curiosity)"가 시추공에서 놀라운 발견
- 화성 퇴적물에 유기 분자의 존재를 보여주었으며, 화성의 대기는 한때 산소가 풍부
- 잠재적으로 생명 친화적인 민물 호수가 한때 게일 분화구에 존재했음 시사

"불가능한" 화성 광물의 미스터리 풀렸다

화성 탐사선이 발견한 규산염 광물 트리디마이트, 화성 지질학에 대한 새로운 빛

2015년 7월 화성 탐사선 "큐리오시티(Curiosity)"가 시추공에서 놀라운 발견을 했다. 이 광물은 실제로 화성에 존재해서는 안 되는 광물이다. 이것은 일반적으로 규소가 풍부한 용암이 빠르게 냉각될 때 희귀한 트리디마이트(Tridymite:인규석, 인석영이라고도 불림)가 형성되기 때문이다. 그러나 이들은 Martian Gale 분화구에서 광물이 발견된 현장에는 존재하지 않는다. 연구원들은 이제 어떻게 트리디마이트가 형성될 수 있었는지 해명했다. 

▲ 화성 탐사선 큐리오시티(Curiosity)가 수년 동안 연구자들을 어리둥절하게 했던 게일 분화구(Gale Crater)에서 광물을 발견했다. © NASA/JPL-Caltech

화성 탐사선 큐리오시티(Mars rover Curiosity)는 이미 게일 분화구(Gale Crater)를 탐사하는 동안 화성의 지질학과 초기 진화에 대한 놀라운 통찰력을 제공했다. 그의 측정은 화성 퇴적물에 유기 분자의 존재를 보여주었으며, 화성의 대기는 한때 산소가 풍부했고 잠재적으로 생명 친화적인 민물 호수가 한때 게일 분화구에 존재했음을 시사한다.

놀라운 발견

2015년 7월 30일에 이루어진 발견은 오늘날까지 여전히 수수께끼였다. 큐리오시티 로버는 화성 원시수의 퇴적물에서 샘플을 채취할 때 미세한 회색 분말을 발견했다. 이것의 화학 성분은 학자들은 충분히 놀라게 했다. "buckskin"이라고 불리는 이 샘플에는 약 74%의 이산화규소가 포함되어 있어서, 이는 주로 붉은 행성의 현무암 지각에서 보기 드문 일이다. 더욱 놀라운 사실은 이 규산염 중 거의 16%가 단사정계 트리디마이트이기도 하다는 것이다.

공동 저자인 텍사스 리브 대학의 커스틴 시바흐(Kirsten Siebach)는 "게일 분화구의 퇴적물에서 트리디이마이트를 발견한 것은 큐리오시티 로버가 10년에 걸친 화성 탐사에서 만든 가장 놀라운 발견 중 하나"라고 말했다. Tridymite는 규산염이 먼저 강하게 가열된 다음 빠르게 냉각될 때 형성된다. 석영의 이 고온 변형은 지구상에서 극히 드물며 일본의 두 화산과 그린란드의 한 장소에서만 발견되었다.

▲ 큐리오시티의 드릴링으로 밝혀진 이 회색 물질에는 트리디마이트가 들어 있었다. © NASA/JPL-Caltech/MSSS

트리디마이트는 어떻게 화성의 분화구에 들어갔을까?

화성, 특히 게일 분화구(Gale Crater)에서 지질학자들은 트리디마이트의 고농도를 예상하지 못했을 것이다. 시바흐는 "일반적으로 tridymite는 화성에서 보기 드문 규장질 마그마에서 발생한다"라고 설명한다. 제1저자인 Northern Arizona University의 발레리 파이레(Valrerie Payré)와 그녀의 동료들은 "화성에서 현무암 분출에 대한 충분한 증거가 있지만 이것은 다른 화학 반응이다"라고 말했다. Gale Crater에는 실리카가 풍부한 마그마가 있는 화산의 증거가 없다.

"우리는 원시 호수 바닥에서 이 광물을 발견했다"라고 Siebach는 말했다. 근원이 되는 암석은 마그마가 기원이 아니라 주로 오래된 퇴적물로 구성되어 있다. 어떻게 tridymite가 이 환경에 들어갈 수 있었는지 알아내기 위해 팀은 생각할 수 있는 모든 형성 시나리오를 살펴보고 이를 Gale Crater의 데이터와 비교했다.

▲ 그림 1. (a) Bradbury Landing 및 Maria's Pass 웨이포인트가 표시된 큐리오시티 횡단. 붉은 별은 Buckskin 이암 샘플의 위치를 나타내며 Bradbury 및 Murray 지층은 참고용으로 표시. 오른쪽 하단에 Maria's Pass가 삽입되어 있다. 크레딧: NASA/JPL-Caltech/Univ. 애리조나. (b-c) 큐리오시티 로버에 탑재된 화성 핸드 렌즈 이미저의 이미지 (b) 적층을 보여주는 Murray 지층 내 Buckskin에 인접한 로컬 플로트 블록인 Lamoose 및 (c) Buckskin. (출처: 관련논문)

마그마 챔버에서 호수로

트리디마이트(tridymite)의 기원은 아마도 더 멀리 떨어진 화성의 화산일 것이다. 이 화산의 마그마는 마그마 챔버에서 평소보다 더 오래 머물렀고 그 과정에서 부분적으로 냉각되었다. 그 결과, 일부는 이미 결정화되어 있던 더 무거운 성분이 바닥으로 가라앉고 더 가볍고 규산염이 풍부한 마그마 성분이 위로 올라갔다. 화산이 폭발할 때 규산염이 풍부하고 용암과 재의 형태로 녹은 암석에 일부 포함돼 분출되었다.

▲ 이 분광 분석의 피크는 삼백석의 존재를 나타낸다. © NASA/JPL-Caltech/MSSS

"게일 분화구의 관측에 따르면 35억 년-30억 년 전 사이에 헤스페리아 시대에 화성에서 적어도 한 번은 폭발적인 규산질 화산 활동이 있었음에 틀림없다"고 Payré와 그녀의 동료들은 기술했다. 이 분화로 인한 화산재는 바람에 의해 게일 분화구로 날아갔고 그곳에서 호수와 지류 위로 떨어진 후 점차 바닥에 가라앉아 부유했다.

Siebach는 "이 광물은 이 한 층에서만 고농도로 발견되었기 때문에 화산이 호수가 존재했던 시기에 분출했을 것이다"라고 말한다. "분석은 또한 화산재가 화학적으로 풍화되어 물에 의해 분류되었음을 나타낸다." 이것은 호수에 화산재가 퇴적되었음을 의미한다.

▲ 그림 5. Buckskin 샘플 형성에 대해 구상된 각 시나리오의 주요 장단점 요약. 연관된 자연 환경의 관찰이 Buckskin의 특성과 일치하면 상자가 선택됐다. 'X'는 관련된 자연 환경에서의 관찰이 Buckskin의 특성과 일치하지 않음을 의미. '?'는 불확실성. (출처: 관련논문 Tridymite in a lacustrine mudstone in Gale Crater, Mars: Evidence for an explosive silicic eruption during the Hesperian / Earth and Planetary Science Letters Volume 594, 15 September 2022, 117694)

"순전히 현무암 세계가 아니다“

연구팀에 따르면 이러한 결과는 붉은 행성의 화산 활동이 이전에 생각했던 것보다 더 다양하고 복잡했을 수 있음을 시사한다. 과학자들은 "현재와 미래의 임무는 지질학적으로 진화한 화산 활동과 그 기간에 대한 추가 증거를 찾아야 한다"고 말했다. "화성은 순수한 현무암 세계가 아니다."
(Earth and Planetary Science Letters, 2022; doi:10.1016/j.epsl.2022.117694)
출처: 라이스 대학교[더사이언스플러스]

[저작권자ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]