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지구 핵의 누출로 인해 금, 백금, 그리고 다른 금속들이 암석 속으로 유입됐을 가능성

금 생성에 관한 또 다른 이론, “지구 핵에서 유래했을까?”
지구 핵의 누출로 인해 금, 백금, 그리고 다른 금속들이 암석 속으로 유입됐을 가능성

심층 기원:
지구 금 매장량의 99.99%는 접근 불가능한 지구 핵에 매장되어 있지만, 지구 핵은 밀도가 높지 않다. 따라서 금, 백금, 그리고 다른 금속과 같은 중금속 또한 핵에서 지구 맨틀로 누출되는데, 이는 현재 화산암 분석 결과에서 시사하는 바와 같다. 이러한 귀금속들은 맨틀 플룸을 통해 지구 지각으로 이동한다. 이는 오늘날 지구 지각에 존재하는 귀금속 중 적어도 일부는 지구 내부 가장 깊은 곳에서 유래했을 가능성을 시사한다. 

▲ 오늘날 지구 지각에서 발견되는 금 중 일부는 지구 핵에서 유래했을 가능성이 있다. © 괴팅겐 대학교/ OpenAI

사실, 지구 지각에는 금, 백금, 그리고 다른 중금속이 전혀 존재하지 않아야 한다. 지구 생성 초기에도 이러한 중금속들은 높은 밀도와 철과의 밀접한 결합으로 인해 지구 핵으로 가라앉았을 것이기 때문이다. 규산염이 풍부한 맨틀과 지각에는 가벼운 원소와 광물만 남아 있다는 것이 일반적인 생각이다. 그렇다면 전 세계 여러 광산에서 채굴되는 금은 어디에서 왔을까? 과학자들은 오랫동안 이 질문에 대한 답을 찾으려 노력해 왔다.

한 이론에 따르면, 지구 지각의 금은 지구에서 유래한 것이 아니라, 이후 소행성에 의해 지구로 운반되었다고 한다. 이 덩어리에서 나온 무거운 원소들은 충돌 시 상부 맨틀로 가라앉았지만, 장벽층에 의해 막혔다가 대류에 의해 다시 상승했다. 그러나 오늘날 발견되는 금, 백금, 그리고 다른 광물들의 양을 설명하기에 충분한 충돌이 있었는지 논쟁의 여지가 있다.

하와이 화산암, 심층 지구 내부에서 온 메신저

괴팅겐 대학교의 닐스 메슬링과 그의 동료들의 분석은 이제 다른 설명을 제시했다. 이 이론에 따르면, 금은 우주에서 온 것이 아니라 깊은 내부, 즉 지구 핵에서 온 것이다. 몇 년 전, 지질학자들은 지구 핵의 밀도가 오랫동안 추정되었던 것보다 낮다는 최초의 증거를 발견했다. 그 대신, 철과 다른 금속들이 지구의 액체 핵에서 일부 지역의 맨틀로 스며들어가고 있다.

▲ 하와이 화산은 핵 경계까지 뻗어 있는 맨틀 플룸에 의해 에너지를 공급받는다. © 미국 지질조사국/ M. 패트릭

메슬링과 그의 연구팀은 이제 이 단서를 따라 연구를 진행했다. 연구를 위해 하와이의 화산 현무암 샘플을 조사했다. 이 섬들 아래에서 마그마가 상승류를 타고 하부 맨틀로 확장되기 때문에, 화산암의 일부는 핵-맨틀 경계, 즉 지구 핵 누출대에서 유래했다. 지질학자들은 암석 샘플에 얼마나 많은 루테늄이 포함되어 있는지, 그리고 이 매우 희귀한 은회색 금속의 어떤 동위원소가 존재하는지 분석했다.

메슬링은 "지구의 맨틀에는 루테늄이 거의 없다"고 설명했다. "루테늄은 지구에서 가장 희귀한 원소 중 하나다." 금, 백금, 그리고 다른 원소들처럼 루테늄 또한 지구 형성 직후 지구 핵으로 가라앉았다. 이 암석에는 주로 중루테늄 동위원소 100Ru가 포함되어 있다. 하와이 화산암에 미량의 금속 핵 물질이 포함되어 있다면, 루테늄-100의 비율은 지구 맨틀과 지각의 일반적인 수준보다 높아야 한다.

"말 그대로 금을 발견했군요!"

실제로 분석 결과 하와이 마그마 암석에서 루테늄-100이 상당히 풍부하게 발견되었다. 메슬링은 "첫 결과가 나왔을 때, 우리는 말 그대로 금을 발견했다는 것을 깨달았다!"며 "우리의 데이터는 금과 기타 귀금속을 포함한 지구 핵의 물질이 상부 맨틀로 스며든다는 것을 확인했다"고 말했다. 이러한 금속은 하와이 지하에서처럼 깊은 마그마 용출을 통해 상부 맨틀과 지각에 도달한다.

이러한 거대한 맨틀 플룸은 지구 핵에서 상당한 양의 금속을 지표면 근처로 끌어올릴 수 있다. "수십조 톤에 달하는 매우 뜨거운 맨틀 물질이 핵-맨틀 경계에서 지구 표면으로 솟아올라 하와이와 같은 바다 섬을 형성한다는 것을 증명할 수 있다"고 메슬링의 동료 마티아스 윌볼드는 말했다. 금, 백금, 그리고 다른 금속들도 이러한 맨틀 플룸을 통해 지표면에 도달할 수 있다.

▲ 하와이 화산암(빨간색)의 루테늄-100 값을 서로 다른 연대의 맨틀 암석과 비교한 결과다. 지구 초기 역사의 그린란드에서 발견된 감람암만이 이와 유사하게 높은 값을 나타낸다. © Messling et al./ Nature, CC-by 4.0

우주가 아닌 심층에서?

메슬링과 그의 팀에 따르면, 이는 금, 백금 등과 같은 귀중한 귀금속 중 적어도 일부가 지구의 금속 핵에서 유래되었음을 시사한다. "따라서 우리의 발견은 지구 내부 역학의 발달에 대한 완전히 새로운 관점을 제시한다"고 메슬링은 말했다. 이에 따르면 지구의 내층은 오랫동안 생각했던 것보다 투과성이 더 높고 서로 덜 고립되어 있을 수 있다.

그러나 지구 역사 동안 얼마나 많은 중금속이 지구 핵에서 맨틀로 이동했는지는 아직 불분명하다. 지질학자들은 핵-맨틀 경계의 이러한 누출이 정확히 언제 시작되었는지 아직 알지 못한다. 메슬링은 "오늘날 우리가 관찰하는 과정들이 과거에도 발생했는지는 아직 조사해야 할 문제다"고 말했다.
참고:　Nature, 2025; doi: 10.1038/s41586-025-09003-0
출처: Georg-August-Universität Göttingen

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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