1972년 아폴로 17호가 달에서 가져온 현무암은 과학자들에게 큰 과제를 안겨줬다. 티타늄(Ti) 함량이 이례적으로 높은 이런 현무암이 달에서 어떻게 형성되고 표면에 퍼져있게 됐는지 알 수 없었기 때문이다.

영국과 독일 연구팀이 달 표면 특징 중 하나로 꼽히는 고티타늄 현무암이 생성돼 표면으로 분출되는 데 중요한 반응과 과정을 실험실에서 재현, 60여년간 풀리지 않던 수수께끼를 해결했다.

16일 영국 브리스톨대 팀 엘리엇 교수와 독일 뮌스터대 마르틴 클라버 박사팀은 과학저널 네이처 지구과학(Nature Geoscience)에서 용융 암석을 이용한 고온 실험과 달 암석 표본 정밀 분석을 결합, 고티타늄 현무암을 생성하는 마그마의 구성을 결정하는 중요 반응을 확인했다고 밝혔다.

▲ 1972년 아폴로 17호가 달에서 가져온 고티타늄 현무암.

1960년대와 1970년대 미항공우주국(NASA) 아폴로 우주선들이 달의 지각에서 용암이 굳은 암석 표본을 가져오면서 달 표면 일부 지역에 놀랍도록 높은 농도의 티타늄 원소가 분포돼 있다는 사실이 밝혀졌다.

이후 1990년대 달 궤도 탐사선 클레멘타인 등의 관측으로 제작된 달 광물 지도에서 이런 '고티타늄 현무암'(high-Ti basalt)이 달 표면에 널리 퍼져 있다는 사실 밝혀지면서 이 암석 생성 과정에 대한 궁금증은 더욱 커졌다.

뮌스터대 클라버 박사는 "지금까지 연구된 모델은 달 고티타늄 현무암의 화학적, 물리적 특성과 일치하는 마그마 구성을 재현할 수 없었다"며 "35억년 전 분출된 낮은 밀도의 마그마가 형성된 것은 특히 설명이 어려웠다"고 말했다.

연구팀은 이 연구에서 실험실 고온 실험을 통해 고티타늄 현무암 마그마를 재현하는 데 성공했다. 또 달에서 가져온 고티타늄 현무암을 정밀 분석한 결과 동위원소 구성 특징이 실험에서 재현한 반응의 결과와 일치하는 것으로 밝혀졌다.

또 분석 결과 고티타늄 현무암 마그마 형성은 약 35억년 전 달의 깊은 내부에서 일어났고, 마그마 속의 철(Fe)이 주변 암석의 마그네슘(Mg)과 교환되면서 밀도 등 마그마의 화학적, 물리적 특성이 변한 것으로 나타났다.

연구팀은 이 연구 결과는 마그마 형성과 형성된 마그마와 주변 고체 암석의 반응이 고티타늄 현무암을 만든 독특한 마그마 형성을 이해하는 데 모두 필수적이라는 것을 보여준다고 말했다.

브리스톨대 엘리엇 교수는 "고티타늄 현무암 수수께끼의 핵심은 독특한 구성의 마그마가 어떻게 생성됐느냐 하는 것이지만 그 마그마가 표면까지 어떻게 도달해 우주인에게 표본으로 채취될 수 있었는지도 골치 아픈 문제였다"며 "수수께끼를 풀게 돼 기쁘다"고 말했다.

◆ 출처 : Nature Geoscience, Tim Elliott et al., 'Titanium-rich basaltic melts on the Moon modulated by reactive flow processes', https://www.nature.com/articles/s41561-023-01362-5

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