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느린 지진은 화성 지각의 뜨거운 마그마 저장소를 나타낸다.

화성의 화산 활동은 여전히 ​​활발히 이루어지고 있을까?
느린 지진은 화성 지각의 뜨거운 마그마 저장소를 나타낸다.

현재까지 활동 중인가요?
뜨거운 화산 마그마 저장소가 화성 표면 아래에 여전히 존재할 수 있다는 새로운 지진 분석 결과가 나왔다. 이러한 떨림 중 일부의 낮은 주파수는 떨림의 근원이 되는 뜨겁고 부분적으로 녹은 지역(아마도 마그마 챔버일 수 있음)을 가리킨다. 지진은 오랫동안 젊고 여전히 활동적인 화산 지역으로 여겨져 온 Cerberus Fossae Graben 시스템 아래 집중되어 있다. 

▲ 화성의 Cerberus Fossae Graben 지역을 가로질러 보이는 모습. 오늘날에도 이 도랑 아래에 마그마 저장소가 존재할 수 있다. © ESA/DLR/FU 베를린/ CC-by-sa 3.0 IGO

화성은 한때 화산 활동이 활발했다. 이 분화로 인해 우리 태양계에서 가장 큰 화산, 특히 올림푸스몬스가 생성됐다. 그러나 이 시대는 오래전에 사라진 것으로 여겨졌다. 몇 년 전까지만 해도 행성 연구원들은 화성에서 젊고 아직 진행 중인 화산 활동의 첫 징후를 발견했다. 특히 켈베로스 포세(Cerberus Fossae)의 골이 있는 지역에서 새로운 어두운 퇴적물과 반복되는 진동은 지하에서 여전히 화산 활동이 있을 수 있음을 시사한다.

Cerberus Fossae 아래 떨림 센터

이제 화성이 오랫동안 생각했던 것보다 훨씬 덜 춥고 죽었을 수 있다는 더 많은 증거가 있다. ETH Zurich의 시몬 스텔러(Simon Stähler)와 그의 동료들은 NASA의 Mars InSight 우주선의 지진 기록을 다시 평가했다. 2019년 초부터 프로브의 지진계는 2Hz 이상의 주파수를 가진 1,100개 이상의 약한 떨림과 훨씬 더 낮은 파도 주파수를 가진 수십 개의 떨림을 포함하여 지진을 반복적으로 등록했다.

최적화된 분석 방법의 도움으로 Stähler와 그의 팀은 이러한 지진의 발생 장소와 가능한 특성을 보다 정확하게 결정하는 데 성공했다. 분석 결과 고주파 및 저주파 지진 모두 주로 Cerberus Fossae Graben 시스템에서 비롯된 것으로 나타났다. "이 지역만 해도 연간 1.4~5.6조 뉴턴 미터의 지진 순간을 방출한다. 이는 전체 달보다 2~8배 많은 것이다"고 연구원들은 보고했다.

느린 떨림은 따뜻한 지역을 나타낸다.

데이터에 따르면 약하고 빠른 떨림은 켈베로스 포세(Cerberus Fossae) 표면 근처에서 발생한다. Stähler와 그의 동료들은 "그랩 구조의 얕은 깊이, 아마도 지하의 그래벤 벽이 계속되는 부분에서 골절이 발생했기 때문일 것이다"고 말했다. 그들은 참호의 점진적이고 지속적인 확장에서 발생하는 긴장의 방출이 가능한 원인으로 의심하고 있다.

이것은 더 드물지만 더 느리고 더 강한 지진과는 다르다. 지진은 약 20~40km의 깊이에서 발생하므로 화성 지각의 더 낮은 지역에서 발생한다. 이러한 지진파의 낮은 주파수는 더 부드럽고 탄력적인 암석에 의해 지진파의 속도가 느려졌음을 나타낸다. "이 켈베로스 화석의 느린 특성은 따뜻한 지역이 필요하다"고 연구자들은 말했다.

▲ Cerberus Fossae의 큰 해구는 오랫동안 젊은 화산 지역으로 여겨져 왔다. © Jim Secosky/WolfmanSF, ASA/JPL/University of Arizona

녹아내린 마그마 지하?

그러나 이것은 Cerberus Fossae 깊숙이 지각 암석이 뜨겁고 심지어 녹을 수도 있는 영역이 있음이 틀림없다는 것을 의미한다. "이러한 국지적 열 흐름은 상당한 지구물리학적 중요성을 가지고 있다: 화산 기둥과 같은 동적 열원이 있거나 국부적으로 두꺼운 지각으로부터 부분적인 용융 결과가 있다." 그러나 후자는 화성의 다소 얇은 지각의 징후와 양립할 수 없다.

다시 말해, 지진은 오늘날에도 켈베로스 포세 아래 지하 화산 활동이 있음을 나타낸다. 일관되게, 이 그래벤 시스템에 있는 어둡고 가능성이 있는 화산 퇴적물의 연대는 5만 년 미만이다. Strähler는 "한때 활동했던 이 화산 지역의 마지막 잔해를 여기에서 보고 있거나 마그마가 이제 다음 분출 지점으로 동쪽으로 이동하고 있을 가능성이 있다"고 말했다.

진행 중인 구조적 과정

과학자들은 그들의 데이터가 화성의 화산 활동이 오랫동안 생각했던 것보다 덜 "죽었다"는 것을 시사한다고 말한다. "우리의 결과는 Cerberus Fossae가 진행 중인 마그마 과정과 국부적으로 증가된 열 흐름을 특징으로 하는 독특한 구조적 환경을 나타낸다는 것을 확인시켜준다"고 Strähler와 동료가 말했다.

따라서 지구와 금성과 마찬가지로 화성은 내부의 단순한 수동 냉각을 넘어서는 구조적 과정으로 특징지어질 수 있다. 어떤 구조를 가진 종류인지, 정확히 오늘날에 어떻게 표현되고 있는지는 추후 연구를 통해 밝혀져야 한다.
(Nature Astronomy, 2022; doi: 10.1038/s41550-022-01803-y)
출처: Nature Astronomy, ETH 취리히

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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