최근 지구 판 구조가 근본적인 변화를 겪었다는 새로운 증거

2023년 7월 26일

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코펜하겐 대학교

지구는 우리 태양계 행성 중에서 정말 독특합니다. 광대한 바다와 풍부한 생물이 있습니다. 그러나 지구는 지질학과 기후를 형성하고 생명의 진화에 영향을 미칠 가능성이 있는 판 구조론을 가진 유일한 행성이기 때문에 독특합니다.

판 구조론은 지구 표면의 구조 판의 움직임과 상호 작용을 설명합니다. 이 움직임은 지구 내부에서 지구 표면으로 열을 전달하는 대류라고 불리는 지구 맨틀의 매우 느린 움직임에 의해 추진됩니다.

연구자들은 45억년 전 지구가 형성된 직후 시작된 맨틀의 대류가 맨틀 전체 규모에서 발생한다고 믿습니다. 따라서 판이 지구 표면에서 충돌하면 뜨거운 맨틀 속으로 가라앉고 지구의 금속 핵 위에 있는 일종의 판 무덤에 이르게 됩니다.

그러나 Nature 저널에 발표된 코펜하겐 대학의 새로운 연구에서는 이러한 스타일의 판 구조론이 지구 지질 역사의 보다 최근 특징일 수 있음을 시사합니다.

"우리의 새로운 결과는 지구 역사의 대부분 동안 맨틀의 대류가 두 개의 별개의 층, 즉 서로 분리된 상부 및 하부 맨틀 영역으로 계층화되었음을 시사합니다"라고 전 코펜하겐 대학 조교수인 Zhengbin Deng은 말합니다. 새로운 연구의 첫 번째 저자.

상부 맨틀과 하부 맨틀 사이의 전이는 지구 표면에서 약 660km 아래에서 발생합니다. 이 깊이에서 특정 광물은 상전이를 겪습니다. Deng과 동료들은 이러한 상전이가 상부 맨틀 영역과 하부 맨틀 영역이 대부분 고립되어 있는 이유일 수 있다고 믿습니다.

"과거에는 섭입된 판을 맨틀 안으로 재활용하고 혼합하는 것이 강한 대류가 일어나는 상부 맨틀로 제한되어 있다는 것을 우리의 연구 결과가 보여줍니다. 이는 섭입하는 판이 아래쪽으로 가라앉는 오늘날의 판 구조론이 작동한다고 생각하는 방식과는 매우 다릅니다. 맨틀"이라고 새로운 연구를 주도한 마틴 쉴러(Martin Schiller) 부교수는 말했습니다.

결론에 도달하기 위해 과학자들은 다양한 암석에서 티타늄 원소의 동위원소 구성에 대한 초고정밀 측정을 생성하는 새로운 방법을 개발했습니다. 동위원소는 질량이 약간 다른 동일한 원소의 버전입니다. 티타늄의 동위원소 구성은 지구에 지각이 형성될 때 변경됩니다.

이로 인해 티타늄 동위원소는 지각과 같은 표면 물질이 지질학적 시간을 통해 지구 맨틀에서 어떻게 재활용되는지 추적하는 데 유용합니다. 이 새로운 기술을 사용하여 그들은 38억년 전부터 현대의 용암까지 형성된 맨틀 암석의 구성을 알아냈습니다.

만약 새로운 연구에서 가정된 것처럼 지각판의 재활용과 혼합이 상부 맨틀로 제한된다면, 이는 하부 맨틀이 방해받지 않은 원시 물질을 포함할 수 있음을 의미합니다. 원시 맨틀이라는 개념은 약 45억년 전 지구 형성 초기 단계부터 상대적으로 변하지 않고 보존되어 온 맨틀 물질의 저장소를 의미합니다.

지구 깊은 곳에 원시 저장소가 존재한다는 생각은 새로운 것이 아니며 현대의 심부 화산에서 나오는 용암에 갇힌 희귀 가스의 동위원소 구성을 기반으로 제안되었습니다. 그러나 이러한 데이터의 해석은 모호하며 일부에서는 이 동위원소 신호가 깊은 맨틀이 아닌 지구의 핵에서 나온다고 제안했습니다. 티타늄은 지구 중심부에 존재하지 않기 때문에 이 오랜 논쟁에 대한 새로운 관점을 제공합니다.