지구 핵심의 미스터리 해결: 견고한 암석이 우리 밑 3,000km를 흐르는 방식

지하 약 3,000km 깊이의 지진 미스터리가 마침내 풀렸습니다. 연구진은 단단한 암석이 수평으로 흐르면서 광물을 정렬하고 지진파의 속도를 변화시킨다는 사실을 발견했습니다. 이는 지구 내부 심부에 대한 우리의 인식을 완전히 바꿔놓습니다. 출처: Shutterstock

지진, 화산 폭발, 지각판의 이동 - 이 모든 것은 지구가 살아 있음을 보여주는 신호입니다. 하지만 지구 내부 깊숙한 곳에서 드러난 사실은 일반인과 과학자 모두를 놀라게 합니다. 바로 지구 표면 아래 약 3,000km 깊이에서 용암처럼 액체도 아니고, 단단한 암석처럼 부서지기 쉬운 것도 아닌 고체 암석이 흐르고 있다는 것입니다. 이는 취리히 연방 공과대학(ETH Zurich)의 실험 광물물리학과 모토히코 무라카미 교수가 이끄는 지구과학자들의 새로운 연구를 통해 밝혀졌습니다. 이 연구는 최근 커뮤니케이션즈 어스 & 인바이런먼트(Communications Earth & Environment) 저널에 게재되었습니다.

지각판의 움직임은 지구가 살아 있다는 신호입니다. 하지만 지구 내부 깊숙한 곳에서 드러난 사실은 일반인과 과학자 모두를 놀라게 합니다. 바로 지구 표면 아래 약 3,000km 깊이에서 용암처럼 액체도 아니고, 단단한 암석처럼 부서지기 쉬운 것도 아닌 고체 암석이 흐르고 있다는 것입니다. 이는 취리히 연방 공과대학교(ETH Zurich) 실험 광물물리학과 모토히코 무라카미 교수가 이끄는 지구과학자들의 새로운 연구를 통해 밝혀졌습니다. 이 연구는 최근 커뮤니케이션즈 어스 & 인바이런먼트(Communications Earth & Environment) 저널에 게재되었습니다.

반세기의 추측

50년이 넘게 연구자들은 지구 내부 깊숙한 곳, 소위 D층이라고 불리는, 우리 발 아래 약 2,700km 깊이에 존재하는 이상한 영역에 대해 연구해 왔습니다. 그곳에서 지진파는 갑자기 다른 양상을 보입니다. 마치 다른 물질을 통과하는 것처럼 속도가 급격히 증가합니다. 맨틀의 이 층에서 정확히 무슨 일이 일어나는지는 오랫동안 불분명했습니다.

2017년부터 취리히 연방 공과대학에서 교수로 재직 중인 무라카미는 2004년 지구 하부 맨틀의 주요 광물인 페로브스카이트가 극한의 압력과 매우 높은 온도에서 D"층 근처에서 새로운 광물, 소위 '포스트 페로브스카이트'로 변형된다는 사실을 발견했습니다.

연구진은 이러한 변화가 지진파의 이상한 가속 현상을 설명한다고 추정했습니다. 하지만 그것이 전부는 아니었습니다. 2007년, 무라카미와 동료들은 페로브스카이트의 상변화만으로는 지진파를 가속하기에 충분하지 않다는 새로운 증거를 발견했습니다.

정교한 컴퓨터 모델을 사용하여 마침내 중요한 사실을 발견했습니다. 포스트페롭스카이트 결정이 향하는 방향에 따라 광물의 경도가 변한다는 것입니다. 모델에서 광물의 모든 결정이 같은 방향을 향할 때만 지진파가 가속되는데, 이는 2,700km 깊이의 D"층에서 관찰할 수 있습니다.

무라카미는 취리히 연방공과대학교(ETH Zurich)에서 진행한 특이한 실험실 실험을 통해 포스트페롭스카이트 결정이 엄청난 압력과 극한의 온도에서 동일한 방향으로 정렬된다는 것을 증명했습니다. 이를 위해 연구진은 실험에서 지진파의 속도를 측정했고, 실험실에서 D"층에서 발생하는 점프 현상을 재현할 수 있었습니다. 무라카미는 "드디어 퍼즐의 마지막 조각을 찾았습니다."라고 말했습니다.

맨틀 흐름은 결정을 정렬한다

가장 큰 의문은 이 결정들이 일렬로 배열되는 이유는 무엇일까요? 정답은 지구 맨틀의 아래쪽 가장자리를 따라 수평으로 흐르는 단단한 맨틀 암석입니다. 연구자들은 오랫동안 이러한 움직임, 즉 끓는 물과 같은 대류 현상이 반드시 존재한다고 추측해 왔지만, 직접적으로 증명할 수는 없었습니다.

지구 연구의 새로운 장이 시작된다

무라카미와 그의 동료들은 이제 지구 핵과 맨틀 경계에서 고체 암석의 맨틀 대류가 존재한다는 것을 실험적으로 증명했습니다. 즉, 액체가 아닌 고체 암석이 이 깊이에서 느리지만 꾸준히 흐른다는 것입니다. 무라카미는 "이 발견은 D층의 미스터리를 해결할 뿐만 아니라 지구 심부의 역학을 이해하는 창을 열어줍니다."라고 설명합니다.

이는 이정표일 뿐만 아니라 전환점이기도 합니다. 단단한 암석이 흐른다는 가정은 이론에서 확실한 사실로 전환되었습니다. ETH 교수는 "이번 발견은 지구가 표면에서만 활동하는 것이 아니라 내부 깊숙한 곳에서도 활동하고 있음을 보여줍니다."라고 말했습니다.

이러한 지식을 바탕으로 연구자들은 이제 지구 내부의 가장 깊은 곳에 있는 해류를 지도화하고, 화산과 지각판, 심지어 지구 자기장까지도 움직이는 보이지 않는 원동력을 시각화할 수 있게 되었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/06/250608222155.htm