이번에는 지구 속의 바다에 대해 글을 작성하였습니다. 여전히 미지의 세계인 바다 맨틀속의 물의 저장량과 순환에 대해 깊이 알아보는 시간을 가지길 바랍니다.
지구 속 숨겨진 물
지구 표면의 바다에는 약 13억 8천만 입방킬로미터의 물이 존재합니다. 그런데 놀랍게도, 맨틀 속 물의 양은 표면 바다의 2~3배에 달할 수 있다는 연구 결과가 있습니다. 이 숨겨진 물은 어떻게 발견되었고, 왜 그동안 알려지지 않았던 것일까요? 맨틀 속의 물은 우리가 아는 액체 상태의 물이 아닙니다. 고온·고압 환경에서 물은 주로 광물 결정 구조에 포함된 수산화기(OH) 형태로 존재합니다. 대표적으로 고압 광물인 링우다이트(Ringwoodite)는 1% 정도의 물을 저장할 수 있습니다. 이 물은 광물의 내부에 결합된 상태로 존재하지만, 지구 내부의 열과 압력 변화에 따라 방출되거나 재결합할 수 있습니다. 과학자들은 실험실에서 고온·고압 환경을 재현하며 맨틀 속 광물의 물 저장 능력을 연구했습니다. 특히 2014년, 브라질의 지각 아래 600km 깊이에서 올라온 천연 다이아몬드에서 링우다이트가 발견되었고, 이 광물 안에 물이 포함되어 있다는 사실이 확인되었습니다. 이는 맨틀에 엄청난 양의 물이 숨겨져 있다는 직접적인 증거가 되었습니다. 지구 전체 맨틀의 약 1%만 물을 저장한다고 가정해도 그 양은 표면 바다의 수 배에 이를 수 있습니다. 이는 우리가 생각했던 것보다 훨씬 더 많은 물이 지구 내부에서 순환하고 있음을 의미합니다. 따라서 맨틀 속 물은 지구의 물 순환 시스템의 중요한 일부라 할 수 있습니다.
맨틀 속 물의 기원
지구가 형성될 때부터 존재했던 물이 어떻게 맨틀 깊숙한 곳에 갇히게 되었는지에 대한 연구는 여전히 진행 중입니다. 현재까지 밝혀진 주요 기원과 메커니즘을 살펴보겠습니다. 지구가 형성되던 초기, 원시 태양계에서는 수많은 미행성체와 혜성이 지구로 충돌했습니다. 이 충돌 과정에서 물이 공급되었고, 일부는 맨틀 속으로 끌려가 저장되었을 것으로 추정됩니다. 특히, 맨틀의 고온·고압 환경은 물을 광물 구조에 결합시키기에 최적의 조건이었습니다. 현재 지구에서는 판 구조 운동이 물의 맨틀 유입에 중요한 역할을 합니다. 해양판이 대륙판 아래로 섭입될 때, 해양 지각에 포함된 물이 함께 맨틀 깊숙이 끌려갑니다. 이 과정에서 물은 고압 광물과 결합하며 맨틀 속에 저장됩니다. 지구 내부의 물은 화산 활동을 통해 다시 지표로 방출됩니다. 맨틀에서 상부로 이동한 물은 마그마 속에 녹아 있다가 화산 분출과 함께 대기 중으로 방출됩니다. 이 과정은 지구의 물 순환 시스템을 완성하며, 지표와 맨틀 간의 물 교환을 가능하게 합니다.
맨틀 속 물이 지구에 미치는 영향
맨틀 속 물은 지구의 다양한 지질학적, 기후적 현상에 중요한 역할을 합니다. 지구 내부의 물은 단순히 존재하는 것에 그치지 않고, 지구 시스템 전체에 복합적인 영향을 미칩니다. 지진과 화산 활동의 촉진제로 맨틀 속 물은 마그마의 생성과 이동에 중요한 역할을 합니다. 물이 섞인 암석은 녹는점이 낮아지기 때문에, 물의 존재는 마그마가 더 쉽게 형성되도록 합니다. 또한, 판 섭입대에서 물이 방출되면 암석의 변형이 촉진되어 지진 활동이 발생할 가능성이 높아집니다. 지구의 열 흐름과 대류 순환으로 맨틀 속 물은 지구 내부의 열 흐름을 조절하는 역할을 합니다. 물이 포함된 광물은 열전도도가 변화하며, 이는 맨틀 대류 순환에 영향을 줍니다. 맨틀 대류는 지각의 움직임을 일으키며, 지구 전체의 판 구조 운동을 유지하는 원동력이 됩니다. 마지막으로 지구의 기후와 대기 조절에서 산 활동을 통해 방출된 물은 대기 중 수증기로 존재하며, 이는 지구 기후를 조절하는 중요한 요소입니다. 물의 순환 과정에서 발생하는 화산 가스와 수증기는 장기적으로 기후 변화에 영향을 줄 수 있습니다.
맨틀 속 물과 인류의 미래인 새로운 자원과 연구 가능성
맨틀 속 물의 발견은 지구과학의 새로운 연구 영역을 열었으며, 인류의 미래에도 다양한 가능성을 제시합니다.
지구의 물 순환 시스템 재정의를 하자면 맨틀 속 물은 우리가 알고 있던 물의 순환 시스템을 확장시킵니다. 표면에서만 이루어지는 물 순환이 아니라, 지구 깊은 곳에서의 물 이동까지 포함한 더 거대한 시스템을 이해하는 것이 중요해졌습니다. 또한, 새로운 자원으로서의 가능성으로 비록 기술적 어려움이 존재하지만, 맨틀 속 물은 향후 물 부족 문제 해결을 위한 잠재적인 자원으로 연구될 수 있습니다. 깊은 지하수층 개발이나 맨틀 유체의 활용은 먼 미래의 과제로 남아있습니다. 마지막으로 우주 탐사와 행성 지질학에서는 지구의 맨틀 속 물 연구는 다른 행성의 지질학적 특성을 이해하는 데도 기여합니다. 특히, 외계 행성에서 물의 존재 여부와 행성 내부 순환을 연구하는 데 있어 중요한 단서를 제공합니다.