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- 화성에 있는 9천만 개의 충돌 분화구 데이터 평가
- 일명 "검은 어름다움" 운석 NWA 7034에는 이미 45억 년 된 광물이 포함돼
- 과학자들은 최대 44억 8천만 년 전의 지르콘과 기타 광물 발견
- TCTS 고지대 탐험, 화성과 다른 지구형 행성 형성과 진화의 초기 단계 밝히는 데 도움

화성에서 가장 오래된 지각은?
고대 화성 운석의 기원 지역에는 45억 년 된 지각 암석이 있을 수 있다.

원시 지각:
화성 적도 남쪽의 작은 분화구에서 태양계에서 가장 오래된 행성 암석이 노출될 수 있다. 연구원들이 결정한 것처럼 가장 오래된 화성 운석 중 하나가 이 카라타 분화구에서 나오기 때문이다. 운석 NWA 7034에는 이미 45억 년 된 광물이 포함돼 있다. 따라서 현재 확인된 기원 지점의 고대 지각은 화성과 지구의 초기에 대한 귀중한 통찰력을 제공할 수 있다. 

▲ 이 화성의 지질학적 지구에서 빨간색 원은 화성 운석 NWA 7034의 기원 지역을 표시한다. © Lagain et al./ Nature Communications

태양계 초기의 암석과 광물은 행성이 어떻게 형성되고 성장했는지에 대한 귀중한 정보를 제공한다. 그러나 지구에서 판 구조론은 최초의 지각 암석을 지구의 맨틀 깊숙이 끌어당긴 지 오래다. 그러므로 지구 표면에 이 원시 지각의 변하지 않은 유물은 더 이상 없다. 화성의 차이점: 붉은 행성에는 활성 판 구조가 없기 때문에 원시 지각 부분이 여전히 보존될 수 있다.

거의 45억년 된 광물을 함유한 운석

사하라 사막의 마지막 몇 년 동안 발견된 일부 화성 운석은 화성에 그러한 고대 지각이 존재했음을 증언한다. 충돌에 의해 붉은 행성의 표면에서 방출되어 지구를 향해 던져진 이 덩어리에는 행성이 형성될 때까지 거슬러 올라가는 광물이 들어 있다. 이 화성 덩어리의 가장 오래된 대표자는 "검은 아름다움"이라고도 알려진 운석 NWA 7034다. 과학자들은 최대 44억 8천만 년 전의 지르콘과 기타 광물을 발견했다.

▲ 화성 운석 NWA 7034(Black Beauty)의 파편. ©NASA

이것은 다음을 의미한다.
이 운석이 화성 표면에서 한 번 분출된 곳에서는 초기 화성 지각의 일부가 여전히 보존될 수 있었으며 따라서 태양계에서 가장 오래된 행성 암석도 일부 보존될 수 있었다. "그러나 이 독특한 운석의 기원 지역과 지질학적 맥락은 알려지지 않았으며, 따라서 지구상에서 가장 오래된 지질학적 유물이 나타나는 지역이기도 하다"라고 호주 Curtin 대학의 Anthony Lagain과 그의 동료들은 설명했다.

기원 분화구 추적

이제 연구팀은 이 화성 운석이 어디에서 왔는지 알아냈다. 그 구성은 이전에 청크가 두 번의 충격을 경험했음에 틀림없다는 것을 나타낸다. 약 15억 년 전의 첫 번째 충돌은 암석을 표면에 더 가깝게 만들었고, 500만년 전의 두 번째 충돌은 운석을 우주로 던졌다. 이 사건의 위치를 ​​찾기 위해 팀은 적응 알고리즘을 사용하여 화성에 있는 9천만 개의 충돌 분화구 데이터를 평가했다.

분화구 겹침을 기반으로 시스템은 대략적인 나이를 결정했다. 정확한 나이의 분화구 후보 중 지질학적 특징이 NWA 7034의 조성과 일치하는 분화구만 발원지로 간주됐다. 따라서 분화구는 오래되고 거의 변화가 없는 지역에 있어야 하며 토륨과 칼륨 농도가 높고 초기 자화의 증거가 있는 암석이 있어야 한다.

▲ 분화구 탐색을 위해 연구자들은 여러 화성 탐사선의 데이터를 평가했다. © Lagain et al./ Nature Communications

고대 고원의 젊은 분화구

검색은 성공적이었다. "오직 하나의 분화구 후보만이 운석의 특징과 일치하는 특징을 가지고 있다"라고 Lagain과 그의 동료들은 보고했다. "Karratha 분화구의 지질학적 맥락은 NWA 7034 운석 그룹의 연대기, 암석학 및 자기 및 화학적 특징에 맞다."
운석의 "집"은 화성 적도 남쪽과 Terra Cimeria Sirenum Plateau(TCTS) 북동쪽 가장자리에 있는 큰 Tharsis 화산 서쪽에 있다. "이 TCTS 지역은 행성에서 가장 높은 지각 두께를 특징으로 한다"라고 연구원들은 보고했다. 그들에 따르면, 이 고지대의 높은 잔류 자화와 원소 조성은 이 지역의 표면 물질이 더 젊은 암석과 과정에 의해 거의 변하지 않았음을 나타낸다. 따라서 화성 지각의 아주 오래된 부분임에 틀림없다.

▲ 수치 모델링 시뮬레이션에서 해석된 투시도(컨텍스트 카메라 모자이크21) 및 SW-NE 축을 따라 Karratha를 통한 횡단면(보충 그림 5b). 색상 음영은 임팩트를 나타낸다(충격 용해 및 원위치 breccia, 이젝타 및 폴백 breccia). b 레골리스 breccia의 호스트 지형에서 경험한 연대기적 사건의 개략도. (출처: 관련논문 Fig 3 Early crustal processes revealed by the ejection site of the oldest martian meteorite / nature communications)

이 고원에 화성 운석을 할당한 것은 이제 이를 확인시켜준다. "이 독특한 화성 운석의 기원으로 확인된 지역은 따라서 화성의 초기 조건에 대한 통찰력을 제공한다"라고 팀은 설명했다. "TCTS 고지대를 탐험하는 것은 화성과 다른 모든 지구형 행성의 형성과 진화의 초기 단계를 밝히는 데 도움이 될 수 있다.“

▲ Karratha 분화구는 이 화성 정찰 궤도선 이미지에서 오래된 충돌 계곡에 있는 더 작은 내부 분화구다. © NASA/MRO

미래의 화성 임무를 위한 가치 있는 목표

Lagain과 그의 동료들에 따르면, 거대한 화성 화산 서쪽의 이 지역은 또한 미래의 화성 임무를 위한 유망한 목표다. "이 지역의 크고 부분적으로 잘 보존된 분화구의 가장자리와 중앙 능선에는 특히 흥미로운 암석 노두가 있을 수 있다"라고 그들은 설명한다. "이 지층에는 화성의 초기 진화에 대한 누락된 지질학적 정보가 포함되어 있을 수 있다.“

연구팀은 또한 그들의 알고리즘을 사용하여 달과 수성의 덩어리를 포함한 다른 운석의 기원을 결정할 계획이다. Lagin의 동료인 Gretchen Benedix는 "이것은 그들의 지질학적 역사를 밝히고 달의 Artemis 프로그램이나 BepiColombo의 수성 탐사와 같은 미래의 우주 임무를 도울 수 있는 해답을 제공하는 데 도움이 될 것이다"라고 말했다.
(nature communications, 2022, doi: 10.1038/s41467-022-31444-8)
출처: Curtin University

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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