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서부 호주에서 약 35억 년 된 충격 흔적을 확인

지구에서 가장 오래된 충돌구 발견
지질학자들은 서부 호주에서 약 35억 년 된 충격 흔적을 확인했다.

선사시대 재앙:
서부 호주에서 연구자들은 약 35억 년 된 충돌구 유적을 발견했다. 이는 세계에서 가장 오래된 충돌구다. 분화구 지역에서 발견된 압력 흔적, 파편, 암석화된 유리구슬은 원래 약 100km 크기의 분화구를 남긴 고속 충돌의 증거다. 해당 연구팀이 Nature Communications에 보고한 바에 따르면, 이는 지역적인, 심지어는 전 세계적인 결과를 낳았을 수도 있다. 

▲ 서부 호주에 있는 이 움푹 들어간 곳 아래에는 지구상에서 가장 오래된 충돌구가 있는데, 34억 7천만 년 전에 형성되었다. © Curtin University

소행성과 혜성의 충돌은 우리 지구의 발달에 영향을 미쳤다. 그것들은 어린 지구에 물과 생명의 구성 요소를 가져왔을 수도 있다. 그러나 그들은 또한 지역적 또는 전 세계적인 재앙과 대량 멸종을 반복적으로 촉발했다. 가장 최근에는 약 6600만 년 전에 "공룡 킬러" 소행성이 충돌한 것처럼. 그러한 대규모 충돌은 지구 역사의 첫 10억 년 동안 특히 자주 발생했다.

문제는 침식, 판구조론 및 기타 지질학적 과정으로 인해 이 초기 시기의 분화구가 파괴되고 침식되거나 퇴적물로 덮여버렸다는 것이다. 게다가 분화구가 실제로 충격으로 인해 생겼는지는 항상 분명하지 않았다. 2021년, 그린란드의 약 30억 년 된 마닛초크(Maniitsoq) 구조물이 충돌 분화구가 아니라 화산 활동으로 인한 것으로 밝혀졌다.

필바라(Pilbara) 분화구에서 흔적을 찾다

"서호주에 있는 야라부바(Yarrabubba)-충돌구는 지구 충돌 구조 중 가장 오래된 것으로 명확하게 확인됐으며 그 나이는 불과 22억 3천만 년이다"고 퍼스에 있는 커틴 대학교의 크리스토퍼 커클랜드와 그의 동료들이 보고했다. “이것은 다음과 같은 의문을 제기한다. 원생대 분화구는 어디에 있을까?” 이를 명확히 하기 위해 커크랜드와 그의 팀은 호주 서부의 필바라 암반에서 얻은 정보를 따랐다. 이 지층은 지구상에서 가장 오래된 지층 중 하나로, 35억 3천만 년에서 32억 3천만 년 전으로 거슬러 올라간다.

▲ 새로 발견된 충돌구가 있는 북극 돔을 중심으로 한 동부 필바라 지형의 위치와 지질도. © Kirkland et al./ Nature Communications, CC-bync-nd 4.0

흥미로운 점은 지질학자들이 이미 2016년에 이 크라톤(대륙괴)의 동쪽 부분에서 미세한 유리 암석 구체를 발견했다는 것이다. 이러한 구형체는 암석이 충격으로 녹아 대기 중으로 방출되고 유리로 응고될 때 형성될 수 있다. 북극 돔이라 불리는 지역에서 발견된 암석 유리구슬의 연대는 34억 7천만 년으로 추정되었다.

하지만 이러한 구형체와 분화구와 같은 움푹 들어간 부분이 실제로 충격의 결과인지는 여전히 논란의 여지가 있다. "대신 많은 사람은 그 지역을 오랫동안 화산이 있었던 고원으로 해석한다"고 지질학자들은 설명했다.

▲ 북극 돔의 분화구의 층상 구조. 가장 낮은 층은 그 당시의 분화구 바닥과 일치하며, 원뿔모양 암석과 유리 구슬이 발견되었다. 그 위에는 뒤섞인 암석 파편 층이 있다. © Kirkland et al./ Nature Communications, CC-by-nc-nd 4.0

충격의 명확한 증거

그러나 더 면밀히 조사한 결과, 커크랜드와 그의 팀은 선사 시대 충돌의 확실한 증거를 발견했다. 그들은 북극 돔 지역에서 방사선 원뿔로 가득 찬 층을 발견했다. 바위에 나타나는 이러한 원뿔이나 방사형 모양의 선들은 지하의 바위가 충돌로 인한 엄청난 충격파에 의해 변형될 때 생성된다. 지질학자들은 "셔터콘(원뿔형 구조)은 고속 충돌의 유일한 명확한 거시적 지표다"고 설명했다.

노스 플로 돔의 광선원뿔은 특히 잘 보존되어 있으며 전형적인 "포니테일과 같은 구조"를 보여준다. "그들의 품질은 슈타인하임 분지의 유형 지역과 유사하게 높다"고 팀은 설명했다. 빔 콘은 약 30~40km 크기의 분화구 지역 전체에 분포되어 있으며, 대부분 아래와 바깥쪽을 향하고 있다. 이는 충돌에서 흔히 볼 수 있는 모습이다. 연대 측정에 따르면, 이것들은 유리구슬과 마찬가지로 34억 7천만 년 전으로 거슬러 올라간다.

지구상에서 가장 오래된 충돌구

이를 통해 약 34억 7천만 년 전에 서호주 지역에 큰 충돌이 일어났다는 것이 분명해졌다. 그것은 구형체, 방사형 원뿔, 그리고 오늘날에도 크기가 약 40km인 분화구를 남겼다. 커틴 대학의 공동 저자인 팀 존슨은 "이것은 에드(Ede)에서 발견된 가장 오래된 충돌구다"고 말했다. 지질학자들은 이 분화구의 원래 크기가 약 100km였을 수 있다고 보고했다.

커크랜드와 그의 동료들은 운석이 시속 3만6000km의 속도로 지구 표면에 충돌했을 것으로 추정한다. 이 충돌로 인해 엄청난 에너지가 방출되었고 충돌 잔해와 증발된 암석이 해당 지역 너머로 멀리 퍼졌다. 연구팀은 "케이프타운의 카프발 크레이튼에서 발견된 일부 구형체는 북극 돔의 구형체 층과 연대를 구별할 수 없을 정도로 유사하다"고 설명했다. 이는 이 충격으로 인해 전 세계에 퇴적물이 남았음을 시사한다.

▲ a, b 남극 개울 구성원(ACM) 아레나이트 내의 깨진 원뿔. (출처:관련논문 Published: 06 March 2025 / A Paleoarchaean impact crater in the Pilbara Craton, Western Australia / nature communications)

"지구 충돌 역사의 중요한 퍼즐 조각“

존슨은 "우리는 초기 태양계에서 큰 충돌이 흔했다는 것을 알고 있다"며 "이제 우리의 연구는 지구 충돌 역사의 퍼즐에서 중요한 조각을 제공한다"고 말했다. 이 사실이 중요한 이유는 충돌이 증가했던 이 시기가 지구 발달에 있어서 중요한 단계와 일치했기 때문이다. 바로 이 시기에 아마도 물로 가득 찬 충돌 분화구에서 최초의 생명체가 나타났을 것이다. 존슨은 "충돌 분화구는 온천과 비슷한 미생물 생명체에 유리한 환경을 조성했다"고 말했다.

"후기 집중 폭격"의 이 단계에서는 지질학적으로 중요한 변화가 나타났다. 최초의 대륙이 형성되고 판구조론이 시작되었다. 연구자들은 "이러한 충돌로 방출된 엄청난 에너지는 지구 지각의 일부를 다른 지각 아래로 밀어내거나 지구 맨틀에서 마그마가 솟아오르는 데 역할을 했을 수 있다"고 설명했다. 그러므로 이 초기 시대의 다른 분화구를 찾는 것이 중요하다.
(Nature Communications, 2025; doi: 10.1038/s41467-025-57558-3)
출처: Nature Communications, Curtin University

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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