22억년 전 뜨거운 소행성 대충돌, 빙하 녹여 ‘살기 좋은 지구’ 변모

ㆍ과학계, 호주 ‘야라부바 충돌구’가 소행성의 흔적 규명
ㆍ주변 광물 분석 “소행성 충돌구 중 생성 시기 가장 오래됐다” 밝혀
ㆍ지구 강타 열이 눈·얼음 수증기로 바꿔…온화한 기후 변하기 시작

호주 서부에 있는 ‘야라부바 충돌구’는 세계에서 가장 오래된 22억2900만년 전에 만들어졌다고 국제 연구진이 밝혔다. 다만 풍화작용으로 충돌구의 모습을 육안으로 쉽게 찾기는 어렵다. NASA 제공

지구의 평균기온은 섭씨 15도이다. 온화한 온도를 바탕으로 지구에선 온갖 동식물이 번성하는 정교한 생태계가 굴러간다. 지구가 태양에서 너무 멀지도, 가깝지도 않은 구역을 뜻하는 ‘골디락스 존’ 안에서 공전하고 있고, 낮과 밤에 극단적인 온도 변화가 일어나지 않도록 완충제 구실을 하는 대기도 갖췄기 때문이다.

이런 조건을 맞추지 못한 태양계 행성과 위성은 대부분 ‘동토의 세계’이다. 뜨거운 태양 코앞을 도는 수성과 고농도 이산화탄소 대기로 인해 극단적인 온난화를 겪고 있는 금성도 있지만 대개는 섭씨 영하 200도 이하까지 내려가는 우주의 추위에 속수무책이다.

지난해 개봉한 중국 공상과학영화 <유랑지구>를 보면 지구가 골디락스 존을 벗어난 상황에 대한 묘사가 나온다. 부풀어 오르는 태양을 피하기 위해 지구에 특수 엔진을 달아 의도적으로 태양계를 이탈시키자 극단적인 추위에 노출되는 지구가 그려진다. 지구인들은 추위를 피해 주로 지하에서 생활하고, 지상에선 완벽한 보호장구를 갖추지 않으면 활동이 불가능하다. 태양열에 녹는 일은 피했지만 대신 혹독한 추위를 만난 것이다. 대기는 잔존하는 것으로 그려지지만 너무 차가워 들이마시기는 어렵다.

그런데 실제로 지구는 수십억년 전에 이런 강추위에 정면으로 맞닥뜨렸다. 지구 전체가 흰색 공처럼 눈과 얼음으로 뒤덮였다고 해 ‘스노볼 지구(Snowball Earth)’로 불린 시기가 있었던 것이다. 북극과 남극 위주로 빙하가 형성된 현재나 중위도 지역까지 빙하가 내려왔던 수만년 전과는 완전히 질이 다른 혹독한 추위였다. 이때 지적 능력을 지닌 외계의 존재가 지구를 망원경으로 관찰했다면 표면이 얼음으로 뒤덮인 목성의 위성 유로파를 보는 느낌과 다르지 않았을 것이다. 지구에 찾아왔던 이런 지독한 빙하기를 끝낸 것이 초대형 소행성이었을 가능성이 최근 과학계에서 대두됐다.

미국항공우주국(NASA)과 호주 커틴대, 영국 임피리얼칼리지 런던대 과학자들로 구성된 연구진은 호주 서부 외곽 지역인 웨스턴오스트레일리아주의 ‘야라부바 충돌구’가 바로 그 소행성이 만든 흔적이라는 점을 규명했다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 최신호에 게재됐다.

야라부바 충돌구 근처에서 채취한 광물인 지르콘을 전자현미경으로 촬영한 모습. 뜨거운 열로 인해 내부가 재결정화된 것이 소행성 충돌의 중요한 증거다. 미국항공우주국(NASA) 제공

소행성이 빙하기를 끝냈다니 무슨 말일까. 뜨거운 소행성이 엄청난 힘으로 지구 표면을 덮고 있던 눈과 얼음을 강타했을 거라는 얘기다. 현재는 나무와 풀이 자라고 비바람으로 모양새가 깎여나가 충돌구의 모양이 많이 상했지만 과학계는 야라부바 충돌구의 지름을 70㎞로 본다. 서울과 평택 간 거리와 비슷할 정도로 엄청난 규모다.

미국 애리조나에 있는 ‘베링거 충돌구’는 지름 30m짜리 철 재질의 소행성이 떨어져 생긴 것으로 추정되는데 지름이 1.1㎞, 깊이가 200m에 이른다. 충돌구는 지구 진입 당시의 속도와 각도, 소행성의 재질에 따라 결정되긴 하지만 언뜻 봐도 야라부바 충돌구를 만든 소행성의 규모가 엄청났다는 점을 짐작할 수 있다.

실제로 야라부바 충돌구가 생겼을 때 발생한 충격 에너지는 궤멸적 수준이었다. 지상에 직격탄처럼 꽂힌 소행성이 뜨거운 열을 분출하며 눈과 얼음을 순식간에 수증기로 바꿨는데 연구진은 대략 87조㎏에서 5000조㎏에 이르는 수증기가 발생했을 것으로 추정한다. 불에 뜨겁게 달군 쇠공을 눈밭에 집어던진 것과 비슷한 효과가 났을 거라는 얘기다. 수증기는 강력한 온실 효과를 낸다. 대기에 수증기가 다량 섞이며 온화한 기후로 변하기 시작했다는 뜻이다.

연구진에 따르면 해당 충돌구가 생성된 건 22억2900만년 전이다. 호주 커틴대 니컬러스 팀스 교수는 “이 시점에 맹위를 떨쳤던 빙하가 소행성 충돌구가 생긴 시점에 소멸했다는 점이 지질 조사에서 관찰된다”며 “대형 소행성의 충돌이 지구 기후에 영향을 줬을 가능성이 있다”고 말했다. 사실 야라부바 충돌구가 소행성이 부딪친 자리라는 점은 학계에 알려져 있긴 했다. 하지만 정확한 생성 시점은 미궁에 빠져 있었다. 그런데 최근 엄청난 열 때문에 결정 구조가 변형된 특징을 보이는 광물인 지르콘과 모나자이트가 이 주변에서 발견돼 상황이 바뀌었다. 이 광물들에 함유된 우라늄 등을 분석해 충돌구의 나이를 알아낸 것이다.

야라부바 충돌구는 지금까지 알려진 소행성 충돌구 가운데 가장 오래된 것이라는 사실도 밝혀졌다. NASA 천체물리학연구부 팀슨 에릭슨 연구원은 가장 오래된 충돌구로 알려졌던 남아프리카의 충돌구보다 생성 시점이 2억년 앞선다고 설명했다. 지구에서 가장 오래된 소행성 충돌구가 그 옛날 추위의 공포에서 지구를 구한 은인의 흔적이었다는 것이다.

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