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- 이전 측정 기술과 달리 전체 파형 역산은 모든 유형의 지진파를 활용
- 슈퍼 컴퓨터를 사용해 지구 내부 구조 추론
- 가장 큰 것은 서태평양 해저 900~1,200km 깊이에,큰 바다 아래와 대륙 내부에 위치

바다 밑에서 발견된 '불가능한' 세계
판 구조론에 놀라움을 불러일으키는 새로운 발견

겉으로는 불가능해 보이는 발견:
지질학자들이 지구 맨틀에서 물에 잠긴 지각판처럼 보이지만 판 경계에서 멀리 떨어져 있기 때문에 실제 모습일 수 없는 변칙적 현상을 발견했다. 예를 들어, 가장 큰 변칙 현상 중 하나는 서태평양 해저 900~1,200km 깊이에 있다. 하지만 거기에 정말 "불가능한" 가라앉은 세계가 있을까? 아직 연구팀은 추측만 할 수 있을 뿐이다. 

▲ 새로운 컴퓨터 모델이 지구 하부 맨틀에 있어서는 안 되는 물질을 밝혀냈다. © Sebastian Noe/ETH 취리히

우리 행성의 지각판은 끊임없이 움직이고 있다. 지구 외부 맨틀의 대류로 인해 그들은 서로 멀어지고, 서로를 향해 표류하고, 서로 충돌하거나 마찰한다. 우리 발아래에서 정확히 무슨 일이 일어나고 있는지 확인하기 위해 지질학자들은 지진계를 사용해 지진파의 전파 속도를 결정한다. 이것으로부터 지구의 내부 구조를 추론할 수 있다. 초음파를 사용해 신체 내부를 볼 수 있는 것과 유사하다.

취리히에 있는 스위스 연방공과대학(ETH)의 토마스 슈텐(Thomas Schouten)이 이끄는 연구원들은 새로운 고해상도 방법을 사용해 처음으로 지구 내부 구조를 스캔했다. 이전 측정 기술과 달리 소위 전체 파형 역산은 한 가지 유형의 지진파뿐만 아니라 모든 유형의 지진파를 활용했다. 엄청난 양의 데이터를 분석하기 위해 Schouten과 그의 동료들은 슈퍼컴퓨터를 사용했다.

지구 내부에 대한 새로운 시각은 놀라움을 불러일으킨다

그들의 새로운 모델은 물에 잠긴 판의 잔해처럼 보이는 지구 내부의 영역을 연구원들에게 보여주었다. 이들 지역 중 가장 큰 지역 중 하나는 서태평양 해저 900~1,200km 깊이에 위치해 있다. 남미 서쪽의 비슷한 깊이에서 더 작고 수직 방향의 지역이 많이 발견되었다.

현재의 이론에 따르면 이 물에 잠긴 것으로 추정되는 판은 실제로는 있어서는 안 되는 장소, 즉 큰 바다 아래와 대륙 내부에 위치한다. 따라서 최근 지질학적 과거에 지각판이 다른 판 아래에 가라앉았다고 보기에는 판 경계에서 너무 멀리 떨어져 있다. 그렇다면 그것들은 완전히 다른 것일까, 아니면 실제로 신비한 잃어버린 세계일까?

공개 질문 많아

이 질문에 대한 명확한 답은 아직 없다. “새로운 고해상도 모델을 통해 우리는 지구 맨틀 어디에서나 그러한 이상 현상을 볼 수 있다. 우리는 그것이 무엇인지, 어떤 종류의 물질이 우리가 발견한 패턴을 만드는지 정확히 알지 못한다”고 Schouten은 설명했다. 그것은 수십 년 동안 초음파를 사용해 혈류를 검사해 온 의사와 같다.

“그러나 그에게 새롭고 더 나은 검사 도구를 주면 그는 갑자기 엉덩이에 실제로 속하지 않는 동맥을 발견한다. 새로운 발견은 우리에게도 마찬가지다”고 ETH Zurich의 수석 저자인 Andreas Fichtner는 설명했다. 그러므로 그와 그의 동료들은 그들이 발견한 것에 대해서만 추측할 수 있다.

▲ FWI 모델 REVEAL을 구성하는 데 사용된 지진 관측소, 수신기 위치 및 지진파 속도 이상치의 글로벌 분포. 지진 관측소와 수신기 위치는 각각 (a, b)에 표시되어 있다. 지진파 속도 이상치는 (c, d)에서 1000km 깊이에서 표시되고 (e, f)에서 태평양을 가로지르는 횡단면이 표시. 횡단면의 흔적은 (a)에 표시되어 있다. VP: P파 속도; VS: S파 속도. 파동 속도 이상의 분해 가능한 진폭은 P파보다 S파에서 더 높다. 특히 흥미로운 점은 (e, f)에서 볼 수 있듯이 태평양, 대서양 및 인도양 아래에 큰 양의 파동 속도 이상이 존재한다는 것이다. IBM: Izu-Bonin-Marianas. (출처:과련논문 Published: 04 November 2024 / Full-waveform inversion reveals diverse origins of lower mantle positive wave speed anomalies / Scientific Reports)

과거의 유물?

현재 다양한 설명이 의문시되고 있다. 예를 들어, 변칙적 현상은 최근 지질학적 과거의 섭입대가 아니라 훨씬 더 오래된 유물일 수 있다. “그것은 40억 년 전 지구 맨틀이 형성된 이후 맨틀의 대류 운동에도 불구하고 살아남은 매우 오래되고 규산염이 풍부한 물질일 수 있다. 아니면 이러한 맨틀 운동의 결과로 철분이 풍부한 암석이 수십억 년에 걸쳐 축적되는 구역이 있을 수도 있다”고 Schouten은 설명했다.

예를 들어, 특히 맨틀 전이대에서 고밀도 해양 지각이 섭입된 해양 암석권에서 분리될 때 이러한 농축이 발생할 수 있다. 현무암이 풍부한 맨틀 암석은 일반적으로 지진파 속도가 더 높기 때문에 그렇지 않더라도 섭입된 판처럼 데이터에 나타날 수 있다.

추가 연구가 필요함

Schouten에 따르면 미스터리의 원인을 파악하려면 더 나은 모델에 대한 더 많은 연구가 필요하다. "우리가 모델에 사용하는 파동은 본질적으로 하나의 속성, 즉 지구 내부를 통과하는 속도만을 나타낸다"고 Schouten은 말했다. 그러나 이것은 지구의 복잡한 내부를 정의하지 않는다.

“우리는 다양한 파동 유형의 관측된 파동 속도를 생성할 수 있는 다양한 재료 매개변수를 계산해야 한다. 기본적으로 우리는 파동 속도 뒤에 숨은 물질 특성을 집중적으로 조사해야 한다"고 퇴적학자는 설명했다.
(Scientific Reports, 2024; doi: 10.1038/s41598-024-77399-2)
출처: Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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