지구에 있는 물, 어디서 왔을까?

지구에 있는 물, 어디서 왔을까?

 

소행성의 풍부한 물 지구로 이전 가능성 높아

 

 

지구 표면의 약 70%가 물로 덮여 있다.

이 물을 모두 합하면 약 13억 3000만㎦에 달한다. 또 지구 내부의 흙이나 바위 속에는 약 820만㎦의 물이 지하수 형태로 스며들어 있다.

18일 ‘아이리쉬 이그재미너(Irish Examiner)’에 따르면 그동안 과학자들은 이 엄청난 양의 물이 어디서 생성돼 어떻게 지구상에 존재하게 됐는지 그 과정을 밝히기 위해 많은 노력을 기울여왔다.

 

 

 

지구 생성기에는 고열로 물 존재하지 않아

 

그동안 과학자들은 지구에 엄청난 냥의 물이 존재하고 있으며, 그중 약 97%가 소금물이며 바다에 모여 있다는 사실을 알아냈다.

나머지 3%는 강이나 호수, 연못, 지하수, 빙하, 그리고 공기 중에 떠다니는 수증기(구름) 등으로 분산돼 끊임없이 변화하고 있는데 지구에 존재하고 있는 물 전체의 양은 변하지 않고 있었다.

과학자들을 고민하게 한 것은 이 한정된 양의 물이 근원적으로 어떻게 생성돼 지금 우리들의 삶에 없어서는 안 될 중요한 존재가 되었느냐는 것이다.

일부 과학자들은 지구상에 있는 물이 약 46억 년 전 지구 생성과 함께 생겨났다고 주장해왔다. 그러나 곧 의문이 제기됐다. 지구가 생성되는 과정에서 엄청난 고열이 발생했을 텐데 그 안에서 물이 존재할 수 없었다는 것.

물의 근원을 놓고 논란이 벌어진 가운데 38억 년 전에 지구상에 물이 존재하고 있었다는 연구 결과가 발표됐다. 이 발견은 38억 년 전 지구에 최초의 생물이 생성되고 있었음을 말해주는 것이다.

그러나 이 연구 결과로도 물의 근원을 설명해주지는 못했다. 이전까지 물이 존재할 수 없었는데 어떤 과정을 통해 물이 생겨났는지 설명하지 못했기 때문이다.

논쟁이 더욱 가열된 가운데 외계 물체(extra-terrestrial body)에 의해 지구로 전달됐다는 주장이 나왔다. 약 38억 년 전 수많은 혜성과 소행성이 지구에 부딪히면서 지금처럼 많은 물을 실어날았을 가능성이 있다는 것.

그러나 이런 주장을 뒷받침하기 위해서는 혜성이나 소행성에 있는 물의 형태가 지금 지구에 존재하는 물의 형태와 일치해야 했다. 과학자들은 혜성에 탐사 로봇을 보내 혜성에 물이 있는지, 그 물이 어떻게 존재하고 있는지 확인해야 했다.

이에 따라 혜성 연구를 위한 다양한 탐사가 진행됐다. 2001년 나사(NASA)의 우주선 ‘딥 스페이스 1’가 보렐리 혜성에 접근해 핵심부 사진을 촬영하고 혜성의 지름이 대략 8km라는 사실을 발견했다.

 

 

혜성의 물 성분 달라, 소행성에 관심

 

2004년 NASA는 우주선 ‘스타더스트’ 호를 통해 행성 중심부에서 230km 이내로 비행해 ‘와일드 2’ 혜성 표면의 사진과 입자 샘플을 수집할 수 있었다.

2010년 NASA에서 발사한 ‘딥임팩트’ 호는 태양으로 접근하는 ‘하틀리2’ 혜성의 표면 정보를 수집할 수 있었다. 그러나 혜성에 탐사로봇을 착륙시켜 물의 존재를 확인한 것은 유럽우주국(ESA) 로제타 우주선(Rosetta spacecraft)이었다.

2004년 3월 발사된 이 우주선은 10년 8개월간 65억㎞를 날아가 2014년 11월 ‘67P/추류모프-게라시멘코’ 혜성 상공에 도착했다. 그리고 탐사로봇 ‘펠레(Pailae lander)’를 내려보내 물 분석 등을 시도했다.

그러나 11월 12일 혜성에 착륙하던 중 절벽으로 굴러떨어져 어두운 틈 사이에 끼어버렸다. 갑자기 일어난 사건이었기 때문에 탐사팀은 정확히 이 로봇이 어떤 위치에 끼여 있는지 확인할 수 없었다.

그러나 끼어있는 위치에서 혜성 표면의 성분 분석이 이루어졌다.

필레가 보낸 사진과 측정 자료를 분석한 결과 혜성 67P 표면은 먼지가 아닌 바위와 자갈 같은 거칠고 단단한 물질로 이뤄진 것으로 나타났다.

물의 형태를 추적하던 과학자들이 고대하던 정보도 들어 있었다. ‘67P/추류모프-게라시멘코’에 있는 물 역시 지구에 있는 물과 같은 유형의 물이었다. 그러나 지구와는 다른 형태로 존재하고 있었다.

ESA는 물이 두 개의 수소 원자와 한 개의 산소 원자로 이뤄지는데, 수소 원자 중 일반적인 수소와 무거운 중수소의 비율을 측정했더니 혜성의 물은 중수소의 비율이 지구의 물보다 월등히 높았다.

중수소의 비율이 높다는 것은 거의 태양계 형성 초기에 매우 낮은 온도에서 형성됐다는 것을 의미한다. 따라서 (지구 형성기인) 46억 년 전 태양계가 어떠했는지 연구해야 할 필요성이 제기됐다.

 

이런 상황에서 혜성이 아닌 소행성에 관심이 쏠렸다.

이전까지 연구 결과에 따르면 소행성의 중수소 비율은 지구에서처럼 낮은 것으로 추정되고 있었다. 그렇다면 혜성이 아닌 소행성이 지구와 부딪혀 뜨거웠던 지구에 물을 옮겨온 것으로 추정하는 것이 가능했다.

ESA는 지구의 물이 혜성이 아니라 지구와 충돌한 소행성들로부터 온 것 같다는 주장을 내놓았다. 소행성에 물이 있다는 주장은 이전에 여러 과학자들로부터 제기된 바 있었다.

지난 2010년 4월 센트럴 플로리다 대학 연구진은 소행성 ‘24테미스’에서 물 성분 얼음과 유기물질을 발견한 과학자들이 다른 소행성 ‘65키벨레’에서도 물을 발견했다고 발표했다. 이는 물이 있는 소행성이 생각보다 흔할 것임을 시사하는 내용이었다.

그리고 소행성 탐사가 진행되고 있지만 아직 초기 단계에 머물고 있다. 지구에 있는 물이 어떻게 존재하고 있으며 실제로 어떻게 구성돼 있는지 밝혀내기까지는 많은 시일이 걸릴 전망이다.

 

이강봉 객원기자 aacc409@naver.com

사이언스타임즈

 

 

2024.01.16 - [일상다반사] - 분자의 ‘유튜브’를 찍는 과학자들

분자의 ‘유튜브’를 찍는 과학자들