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- 공중 폭발과 분화구 형성 충돌 사이의 중간 유형

남극에 "터치 다운"
연구원들은 43만 년 전에 희귀한 공중 운석 폭발의 흔적을 발견했다.

과소 평가된 위험?
43만 년 전, 100미터 크기의 운석이 남극 동부 대기권으로 몰려들어 공중에서 폭발했다.
이로 인해 "터치 다운"이 발생했다. 녹아 증발된 물질의 밀도 높은 제트류가 지구 표면을 치고 그곳에서 얼음과 바위를 증발시켰다. 그러한 사건이 오늘날 사람이 거주하는 지역에서 반복된다면, 그것은 대재앙이 될 것이다. 연구자들이 "Science Advances"저널에 보고한 내용이다.

▲ 빛나는 광선 : 약 43만 년 전에 100~150 미터의 큰 운석이 치명적인 "터치 다운" 사건을 일으켰다.  © Mark A. Garlick / markgarlick.com

운석이나 소행성이 지구에 충돌할 때 발생하는 상황은 크기에 따라 달라진다.
크기가 몇 미터에 불과하더라도 툰구스카(Tunguska) 사건이나 첼랴빈스크 유성 (Tscheljabisk Meteor)의 경우처럼 공중에서 폭발한다. 반면에 훨씬 더 큰 덩어리는 지구 표면을 치고 분화구를 남기며 극단적인 경우 전 지구적 재앙을 일으킬 수 있다.

가장 잘 알려진 예는 6천 6백만년 전 유카탄에 칙술루브(Chicxulub) 소행성이 미쳤던 영향이다.

공중 폭발과 분화구 사이

그러나 세 번째 변형인 터치 다운도 있다.
이것은 최근 남극에서 발견된 결과로 확인되었다. 이 경우 크기가 100~150m인 물체가 공기 중에서 폭발하지만 너무 많은 에너지를 방출해, 기화되고 녹은 물질의 고밀도 제트류가 빠른 속도, 큰 힘으로 지구에 충돌했다.

켄트 대학의 마티아스 판 긴네켄(Matthias van Ginneken)과 동료들은 "이것은 공중 폭발과 분화구 형성 충돌 사이의 중간 유형이다"고 설명했다.

그러한 터치 다운의 유물을 남극 동쪽의 Queen Maud Land의 Sør-Rondane 산맥에서 벨기에 원정대원이 수집해 유럽으로 가져 왔다. Van Ginneken과 그의 팀은 최근 전자빔 마이크로 프로브를 사용해 실험실에서 이 대부분이 어둡고 둥근 암석 입자를 더 자세히 조사했다. 

▲ 그림 1 남극의 Queen Maud Land, Sør Rondane 산맥 WN의 샘플링 장소 위치. (A) WN 정상에 있는 샘플링 사이트의 Landsat 이미지. 여기에서 연구된 입자가 PEA (Elisabeth Antarctica 공주)와 함께 복구되었다. Inset은 비교를 위해 Dome Fuji (DF), Dome Concordia (DC) 및 BIT-58의 위치를 보여준다. (B) 남극 고원의 경계에 있는 평평하게 빙하가 침식된 WN 정상 회담. 10WN 범위의 빙하 침식 표면의 노출 연령은 870 ~ 1740 ka 이다. (C) WN 상단의 30 × 30 × 10cm 샘플링 사이트. Landsat 7 이미지 제공 : 남극 대륙의 Landsat 이미지 모자이크 (LIMA) 프로젝트. 사진 제공 : 켄트 대학교의 Matthias van Ginneken. 출처: 관련논문 A large meteoritic event over Antarctica ca. 430 ka ago inferred from chondritic spherules from the Sør Rondane Mountains

남극 얼음의 외계 알갱이

분석 결과 :
동 남극에서 회수된 입자는 외계에서 유래한 것이다.
"미량 원소의 화학적 조성과 높은 니켈 함량은 회수된 입자의 외계 특성을 보여준다”고 공동 저자 루츠 헤시트(Lutz Hecht, Museum für Naturkunde Berlin 베를린 자연사 박물관)가 보고했다. 날짜를 계산하면 이 파편은 약 43만 년 전에 지구에 도달했음에 틀림없다.

특이한 점은 일반적인 운석 충돌로 인한 파편과 달리 이러한 조각의 구성 요소가 심하게 산화됐고 산소 동위 원소 특성도 일반적인 충돌 구형과 다르다는 것이다.
"스피넬(spinel)* 미네랄의 구성은 또한 공기 폭발이 발생하는 동안 낮은 대기에서 생성되는 충격 파편의 구성과 일치한다"고 연구원들은 말했다. 따라서 입자는 대기 깊숙이 침투할 만큼 충분히 큰 운석에서 나온 것이어야 한다.

동시에 구형의 모양과 화학적 조성은 충돌 구름에서 형성되었음을 나타낸다.
운석에서 증발하고 녹은 암석과 충돌 시 높이 솟아오르는 지하 표면이 혼합된 형태다.
그러나 동 남극의 알갱이의 경우 지하 암의 흔적이 사라졌다.

▲ 이 미세한 알갱이는 그 사건을 증거한다. © Scott Peterson / micro-meteorites.com

사건이 진행된 방법

연구팀에 따르면 이 모든 것은 43만 년 전 동 남극에서 특별한 종류의 재앙이 발생했음을 나타낸다. 100~150m의 큰 운석이 초당 약 20km의 가파른 각도로 지구 표면을 향해 뛰어들었다. 마찰 에너지는 최대 3만 도까지 가열하여지면서 바로 위에서 폭발하게 됐다.

Van Ginneken과 그의 팀은 "Tunguska와 같은 소규모 사건와 달리 증발된 물질로 만든 제트기류는 거의 운동량을 잃지 않고 초당 6~10km의 속도로 남극의 얼음 표면을 타격한다"고보고 했다. 엄청난 에너지에도 불구하고 이 폭발 제트의 밀도는 분화구를 만들기에 충분하지 않았다. 터치 다운 이벤트가 발생했다. 즉 과열된 증기 분사와 얼음으로 덮인 지하의 상호 작용.

수천 킬로미터에 걸친 미세 알갱이 비

폭발 제트의 충격은 얼음 표면을 증발시키고 증발된 물 구름과 수 킬로미터 크기의 암석을 만든다. 연구팀은 "운석 물질, 물, 공기의 구름이 3~4분 내에 최대 약 400km에 도달한다"고 말했다. 이 시점에서 일부 증발된 암석은 작은 구형으로 굳어졌다.

"마지막으로 구름은 붕괴되고 대기의 밀도가 높은 층으로 다시 떨어지며 반경 수천 킬로미터의 구형이 풍부한 구름을 형성했다"고 과학자들은 재앙의 진행 과정을 설명한다.
이 사건의 알갱이들이 2천 7백km 떨어진 Dome Concordia의 얼음 코어에서도 발견된 이유를 설명할 수 있다. 

▲ 접촉 후 충격 기둥의 온도 및 밀도 분포.

오늘 일어난다면?

이 사건은 얼음이 많은 남극 대륙에서 일어났기 때문에 지구의 생활 환경에 거의 영향을 미치지 않았을 것이다. 그러나 그러한 “터치 다운”이 오늘날 반복된다면 그것은 다를 것이다.
“만약 인구 밀집 지역에서 그러한 사건이 발생한다면 수백 킬로미터의 거리에 걸쳐 수백만 명의 사망과 심각한 피해를 초래할 수 있다” van Ginneken의 설명이다.

상대적으로 큰 운석의 폭발로 인한 압력파는 수천 킬로미터 떨어진 곳에서 느껴질 수 있다.
연구진은 "열복사는 반경 10~1천km 내에서 화재를 일으킬 수 있다"고 말했다.
그러한 중간 사건은 지구의 역사에 거의 흔적을 남기지 않기 때문에 그 결과와 그러한 접지의 위험은 분화구에 대한 고전적인 영향보다 훨씬 덜 연구됐다.
(Science Advances, 2021; doi : 10.1126 / sciadv.abc1008)
출처 : University of Kent, Museum of Natural History-Leibniz Institute for Evolution and Biodiversity Research

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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