화성의 물의 흔적을 간직한 운석, 라파예트 운석

1100만 년 전, 거대한 소행성이 화성에 충돌하여 화성의 일부 조각이 우주로 흩어졌다.

그중 하나가 지구로 날아와 퍼듀 대학 근처에 떨어졌다.

이 운석은 1931년 퍼듀 대학의 서랍에서 재발견되어 '라파예트 운석'이라는 이름을 얻었다.

초기 연구에서 과학자들은 라파예트 운석이 화성에 있을 때 액체 상태의 물과 상호작용했다는 사실을 발견했다.

과학자들은 오랫동안 이러한 물과의 상호작용이 언제 일어났는지 궁금해했다.

최근 퍼듀 대학 과학대학의 두 과학자를 포함한 국제 연구팀이 라파예트 운석에서 물과 상호작용하여 형성된 광물의 연대를 측정했다.

연구팀은 이 연구 결과를 '지구화학적 관점 편지'에 발표했다.

 

퍼듀 대학 지구, 대기 및 행성 과학과의 조교수인 마리사 트렘블레이는 이 연구의 주저자이다.

그녀는 헬륨, 네온, 아르곤과 같은 희귀 가스를 이용하여 지구와 다른 행성의 표면을 형성하는 물리적, 화학적 과정을 연구한다.

그녀는 일부 화성 운석에는 화성에 있을 때 액체 상태의 물과 상호작용하여 형성된 광물이 포함되어 있다고 설명한다.

 

 

화성의 과거, 7억 4200만 년 전 물의 존재 확인

"이러한 광물의 연대 측정은 화성의 지질학적 과거에 표면이나 그 근처에 액체 상태의 물이 있었던 시기를 알려줄 수 있습니다."라고 그녀는 말한다.

 

"우리는 화성 운석인 라파예트에서 이러한 광물의 연대를 측정한 결과, 7억 4200만 년 전에 형성되었다는 것을 발견했습니다. 우리는 이 시기에 화성 표면에 풍부한 액체 상태의 물이 있었다고 생각하지 않습니다. 대신, 물은 근처의 영구 동토층이 녹아서 생긴 것으로 생각되며, 영구 동토층의 녹음은 화성에서 현재까지 주기적으로 발생하는 마그마 활동에 의해 발생한 것으로 생각됩니다."

이 연구에서 연구팀은 화성에서 물-암석 상호작용이 일어난 시기에 대한 연대 측정이 정확하며, 사용된 연대 측정법이 물과 상호작용한 후 라파예트에 발생한 다른 사건들에 영향을 받지 않았음을 입증했다.

"이 연대는 화성에서 라파예트 운석을 튕겨낸 충격이나, 1100만 년 동안 우주를 떠돌면서 라파예트가 겪은 가열, 또는 지구 대기권에 진입하여 약간 타면서 라파예트가 겪은 가열 등의 영향을 받았을 수 있습니다."라고 그녀는 말한다 "그러나 우리는 이러한 요인들이 라파예트의 물과의 상호작용 연대에 영향을 미치지 않았음을 입증할 수 있었습니다."

 

퍼듀 대학 EAPS의 수석 연구 과학자인 라이언 이커트는 이 논문의 공동 저자이다.

그는 무거운 방사성 동위원소와 안정 동위원소를 사용하여 지질학적 과정의 시간 규모를 연구한다.

그는 이전에 화성에서 물-암석 상호작용의 시기를 추정하는 데 사용되었던 다른 동위원소 데이터에 문제가 있었으며, 다른 과정의 영향을 받았을 가능성이 높다는 것을 입증했다.

"이 운석은 물과 반응했다는 독특한 증거를 가지고 있습니다. 이 반응의 정확한 시기는 논란의 여지가 있었지만, 우리의 연구는 물이 존재했던 시기를 밝혀냈습니다."라고 그는 말한다.

 

 

라파예트 운석의 지구 도착 미스터리

연구 덕분에 라파예트 운석의 기원에 대해 상당히 많은 것이 알려졌다.

약 1100만 년 전, 충돌 사건으로 화성 표면에서 튀어나왔다.

"우리는 이것이 화성에서 튀어나온 후 우주 공간에서 우주선 입자의 폭격을 받아 라파예트에 특정 동위원소가 생성되었기 때문에 알 수 있습니다."라고 트렘블레이는 말한다.

"많은 운석이 화성이나 다른 행성체의 충돌로 생성되지만, 소수만이 결국 지구로 떨어집니다."

그러나 라파예트가 지구에 떨어진 후의 이야기는 다소 혼란스럽다.

이 운석이 1931년 퍼듀 대학의 서랍에서 발견된 것은 확실하다.

그러나 어떻게 거기에 도착했는지는 여전히 미스터리다. 트렘블레이와 다른 연구자들은 최근 발표된 논문에서 지구 도착 이후의 역사를 설명하는 데 진전을 이루었다.

 

"우리는 라파예트에서 발견된 지구 유래 유기 오염물(특히 특정 연도에 유행했던 작물 질병)을 사용하여 운석이 언제 떨어졌을 수 있는지, 그리고 운석이 떨어지는 것을 누군가 목격했을 수 있는지를 좁혀보았습니다."라고 트렘블레이는 말한다.

 

 

운석: 우주의 타임캡슐

운석은 우리 우주의 행성과 천체에서 온 고체 타임캡슐이다.

이들은 지질 연대학자들이 풀 수 있는 데이터 조각을 가지고 있다.

이들은 지구 대기를 통과하면서 형성되는 껍질과 밤하늘에서 보이는 불덩어리 입장으로 지구에서 발견되는 암석과 구별된다.

"우리는 운석에 존재하는 광물과 운석 내부의 이러한 광물 사이의 관계를 연구함으로써 운석을 식별할 수 있습니다."라고 트렘블레이는 말한다.

"운석은 종종 지구 암석보다 밀도가 높고, 금속을 함유하며, 자성을 띱니다. 또한 지구 대기권에 진입할 때 형성되는 용융 껍질과 같은 것들을 찾아볼 수 있습니다

마지막으로, 운석의 화학적 성분(특히 산소 동위원소 조성)을 이용하여 어떤 행성체에서 왔는지 또는 어떤 유형의 운석에 속하는지를 식별할 수 있습니다."

 

 

국제 연구팀의 협력으로 이루어진 연구

이 연구에는 국제적인 과학자 협력팀이 참여했다.

팀에는 스코틀랜드 대학 환경 연구 센터(SUERC), 세인트 앤드루스 대학 지구 및 환경 과학과, 글래스고 대학 지리 및 지구 과학 학교, 브리스톨 대학 지구 과학 학교, 런던 자연사 박물관 과학 그룹을 대표하는 Darren F. Mark, Dan N. Barfod, Benjamin E. Cohen, Martin R. Lee, Tim Tomkinson, Caroline L. Smith 등이 포함된다.

 

"라이언과 저는 퍼듀로 오기 전에 스코틀랜드 대학 환경 연구 센터에 있었으며, 라파예트의 변질 광물에 대한 아르곤-아르곤 동위원소 분석이 이곳에서 이루어졌습니다."라고 트렘블레이는 말한다. "SUERC, 글래스고 대학, 자연사 박물관의 협력자들은 이전에 라파예트의 역사 연구에 많은 기여를 했습니다.

라파예트와 나크라이트라고 불리는 화성 유래 운석의 변질 광물을 연대 측정하는 것은 행성 과학에서 오랫동안 목표로 삼아왔다.

과학자들은 이러한 변질이 화성에서 액체 상태의 물이 존재할 때 일어났다는 것을 알고 있기 때문이다.

그러나 이러한 물질은 연대 측정이 특히 어렵고, 이전의 연대 측정 시도는 매우 불확실하거나 또는 물 변질 이외의 다른 과정의 영향을 받았을 가능성이 높았다.

 

"우리는 운석의 변질 광물을 연대 측정하는 강력한 방법을 입증했으며, 이 방법은 다른 운석과 행성체에 적용하여 액체 상태의 물이 존재했던 시기를 이해하는 데 사용될 수 있습니다."라고 트렘블레이는 말한다.

Stahura Undergraduate Meteorite Fund 덕분에 Tremblay와 Ickert는 운석의 지구화학 및 역사 연구를 계속할 수 있으며, Purdue EAPS의 학부생들은 이 연구에 참여할 수 있을 것이다.