물의 기원, 다시 쓰나?···지구 내부에서 찾은 수소의 흔적

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후 외부에서 날아든 혜성이나 운석이 수소를 공급했고, 이 수소가 산소와 결합해 물이 만들어졌다는 설명이 가장 널리 받아들여졌다. 그러나 최근 옥스퍼드 대학교 연구팀은 이 통설을 재검토할 만한 분석 결과를 제시했다. 연구에 따르면, 지구를 구성한 초기 물질 자체에 이미 수소가 포함되어 있었고, 외부 충돌 없이도 물 형성이 가능했을 수 있다.

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물의 기원 가능성, 운석으로 분석

연구팀은 ‘엔스타타이트 콘드라이트’(enstatite chondrite)라고 불리는 드문 종류의 운석을 분석했다.

이 운석은 약 45억 년 전, 지구가 막 형성되던 시기의 물질과 성분이 비슷해 초기 지구 연구에 자주 사용된다.

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분석 대상이 된 운석은 남극에서 채취된 LAR 12252 시료였고, 연구진은 여기에 포함된 수소가 어디서 왔는지 정밀하게 조사했다.

 

 

 

이 연구에 사용된 운석 LAR12252의 남극 발견 당시 모습.

[사진=ANSMET(남극 운석 탐사 프로그램), 케이스 웨스턴 리저브 대학교, 유타 대학교]

 

 

수소는 물을 이루는 핵심 원소다. 지구에 수소가 없었다면 물도 없었을 것이다. 그렇기 때문에 과학자들은 지구의 물이 어디에서 왔는지 밝히려면, 수소의 출처부터 먼저 확인해야 한다고 본다.

 

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미세 구조에서 드러난 수소의 흔적, 물의 기원 재해석으로 이어져

 

연구진은 강력한 X선을 쏘아 수소가 어떤 원소와 결합해 있는지 분석했다. 과거 연구에서는 수소가 운석의 유기물이나 비결정질 구조 안에서 일부 발견됐지만, 그 수소가 지구에서 오염되어 들어간 것인지 여부는 불분명했다.

옥스퍼드 연구팀은 수소가 황(S)과 결합한 형태인 황화수소(H₂S) 상태로 존재할 수 있다는 점에 주목했다.

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분석 결과, 운석 안쪽보다 바깥쪽의 아주 미세한 입자 영역(매트릭스)에서 수소 농도가 훨씬 높게 나타났고, 이 수소는 외부 오염 흔적이 거의 없는 부분에서 검출되었다. 반면, 산화되거나 부식이 진행된 부분에서는 수소가 거의 없었다.

이 차이는 해당 수소가 지구 환경에서 유입된 것이 아니라, 운석 고유의 성분이라는 강력한 근거가 된다.

 

 

 

시료 LAR 12252의 얇은 절편을 평면 편광광으로 5배 확대 촬영한 사진.

[사진=NASA]

 

 

지구 형성물질 자체에 수소가 있었다면? 바뀌는 물의 기원

엔스타타이트 콘드라이트는 태양계의 안쪽, 즉 지구가 자리 잡은 곳 근처에서 만들어진 물질이다.

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지구가 이와 유사한 물질로 형성됐다면, 외부에서 운석이나 혜성이 수소를 따로 공급하지 않아도, 지구 자체가 이미 충분한 수소를 갖고 있었을 수 있다.

이 경우, 물은 지구 바깥에서 온 것이 아니라, 지구가 만들어지는 과정에서 자연스럽게 생겨난 것이다.

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이는 기존의 '충돌설'—즉, 혜성이나 수화된 운석이 수소를 공급해 물이 만들어졌다는 설명—과 다른 해석이다.

연구진은 이번 발견이 지구 물의 기원이 외부 유입이 아닌 내재된 성분에 있다는 가능성을 실질적으로 보여준다고 말한다.

 

 

 

시료 LAR 12252의 실험실 촬영 사진.

[사진=NASA]

 

 

수소 내재설을 뒷받침하는 정량 분석 결과

이번 연구는 단순한 이론 제시가 아니라, 실제 운석 물질을 분석해 얻은 정량적 결과에 기반하고 있다.

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연구를 주도한 톰 배럿 박사과정생은 “황화수소가 전혀 예상하지 못한 위치에서 발견됐을 때 매우 놀랐다”며, “지구에서 유입됐을 가능성이 거의 없는 만큼, 이 수소는 운석 고유의 기원으로 봐야 한다”고 말했다.

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공동 저자인 제임스 브라이슨 교수는 “이번 분석은 지구를 구성한 물질이 기존 추정보다 훨씬 많은 수소를 포함하고 있었음을 보여준다”며, “이는 지구의 물이 외부에서 유입된 것이 아니라, 행성 형성 당시 물질 조성에서 비롯됐을 가능성을 강하게 뒷받침한다”고 설명했다.

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이번 연구 결과는 행성과학 분야 국제 학술지 Icarus에 게재됐다.

 

 

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