지구의 핵이 새고 있다

무슨 일이 있었나

중국 과학기술대학교 연구팀은 지구 핵에서 수소, 헬륨, 텅스텐 같은 원소가 위쪽 층으로 빠져나오고 있을 수 있다는 증거를 찾았습니다. 연구 결과는 2024년 10월 9일 과학 저널 'Science Advances'에 실렸습니다. 연구팀은 핵과 맨틀(핵 위를 감싸는 두꺼운 암석층)이 지구 역사 45억 년 동안 물질을 주고받았다고 결론 내렸습니다.

지구 속은 어떻게 나뉘어 있을까

지구는 처음에 매우 뜨거워서 대부분 녹은 암석(용암)이었습니다. 식으면서 무거운 물질은 가라앉아 핵을 만들었고, 가벼운 물질은 맨틀과 지각이 되었습니다. 이때 일부 원소는 지구 깊은 곳에 갇혔다고 알려져 있었습니다. 그래서 과학자들은 핵이 처음부터 거의 완전히 분리되어 있었다고 생각해 왔습니다.

주요 숫자와 사실

• 지구의 나이는 약 45억 년이며, 연구팀은 이 기간 동안 핵과 맨틀이 물질을 주고받았다고 봅니다.
• 연구 논문은 2024년 10월 9일 'Science Advances'에 발표되었습니다.
• 연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션과 기계 학습(AI 기법의 하나)을 함께 써서 지구 내부 조건에서 수소가 어떻게 움직이는지 살폈습니다.
• 아이슬란드와 캐나다 배핀섬의 화산암에서 이상한 수소·헬륨·텅스텐 비율이 발견되었습니다.

화산암이 주는 단서

화산암은 뜨거운 물질이 땅속에서 솟아오를 때 만들어집니다. 일부 화산암은 중수소(무거운 수소)의 비율이 평소보다 낮았습니다. 이는 이 암석이 지구 핵에서 나온 아주 오래된 수소를 간직하고 있을 수 있다는 뜻입니다. 헬륨-3는 태양계가 생길 때부터 있던 원소이고, 헬륨-4는 방사성 붕괴로 계속 만들어지는 원소입니다. 두 헬륨 비율이 이상하다는 점도 깊은 곳의 오래된 헬륨이 올라왔음을 보여 줍니다.

왜 중요한가

이 연구는 핵이 오랫동안 닫혀 있던 공간이라는 오래된 생각을 흔듭니다. 지구 속 물질이 수십억 년 동안 계속 움직여 왔다면, 지구가 어떻게 변해 왔는지 이해하는 방식도 달라질 수 있습니다. 다만 이것은 아직 증거를 모으는 단계의 연구입니다.