과학자들은 화성 북부의 아라비아 테라(Arabia Terra) 지역 일부의 지형과 광물 구성을 연구함으로써 최근 수천 번의 격렬한 화산 폭발 ‘수퍼 분출(super-eruptions)’에 대한 증거를 발견했다.
수증기, 이산화탄소, 이산화황을 대기 중으로 뿜어내는 이 폭발은 약 40억 년 전에 5억 년 동안 화성 표면에서 이뤄졌다. 과학자들은 지난 7월 Geophysical Research Letters 저널에 발표된 논문에서 이 추정치를 보고했다.
미국 메릴랜드주 그린벨트에 있는 NASA 고다드 우주 비행 센터의 지질학자인 패트릭 웰리(Patrick Whelley)는 “이러한 분출은 각각 기후에 상당한 영향을 미쳤을 것”이라며 “방출된 가스가 대기를 더 두껍게 만들거나 태양을 차단하고 대기를 더 차갑게 만들었을 것”이라고 말했다. 그는 아라비아 테라 분석을 주도했다.
화성의 화산 폭발은 올림픽 수영장 규격 4억 개의 규모의 칼데라라고 불리는 거대한 구멍으로 붕괴됐다. 지구에도 존재하는 칼데라는 수십 마일 너비가 될 수 있다. 아라비아 테라(Arabia Terra)에 있는 7개의 칼데라는 거대 분출의 유력한 흔적이다.
수십억 년 전 소행성 충돌로 화성 표면에 생긴 움푹 들어간 곳으로 생각되었던 과학자들은 2013년 연구에서 이 분지가 화산 칼데라라고 처음 제안했다. 그들은 그들이 분화구처럼 완벽하게 둥글지 않고 매우 깊은 바닥과 벽 근처의 암석 벤치와 같은 붕괴의 징후가 있음을 알아 차렸다.
Welley는 “우리는 그 논문을 읽고 후속 조치에 관심이 있었지만 화산 자체를 찾는 대신 그 증거로 화산재를 찾았다”고 말했다.
Whelley와 그의 동료들은 메릴랜드 주 로렐에 있는 존스 홉킨스 응용 물리학 연구소의 화산학자인 Alexandra Matiella Novak을 만난 후 화산재의 증거를 찾는 아이디어를 얻었다. 마티엘라 노박(Matiella Novak)은 이미 화성의 다른 곳에서 화산재를 찾기 위해 NASA의 화성 정찰 궤도선(Mars Reconnaissance Orbiter)의 데이터를 사용하고 있었기 때문에 Whelley와 그의 팀과 협력하여 아라비아 테라(Arabia Terra)를 구체적으로 조사했다.
팀의 분석은 이전에 아라비아 테라의 표면에 있는 광물이 화산의 기원이라고 제안한 다른 과학자들의 연구를 뒤따랐다. 또 다른 연구 그룹은 아라비아 테라 분지가 칼데라일 수 있다는 사실을 알게 된 후 그 지역에서 일어날 수 있는 슈퍼 분출로 인한 화산재가 어디에 정착할지 계산했다. 이 경우 남은 것은 칼데라다.
이 팀은 MRO의 화성용 소형 정찰 영상 분광계의 이미지를 사용하여 표면의 광물을 식별했다. 화산재가 바람에 의해 운반되었을 곳인 칼데라에서 수백에서 수천 마일 떨어진 협곡과 분화구의 벽을 살펴보면 몬모릴로나이트, 이모골라이트, 알로판을 포함한 화산 광물이 물에 의해 점토로 변한다는 것을 확인했다.
그런 다음 팀은 MRO 카메라의 이미지를 사용하여 아라비아 테라의 3차원 지형도를 만들었다. 분석된 협곡과 분화구의 지형도 위에 광물 데이터를 배치함으로써 연구자들은 광물이 풍부한 퇴적물에서 화산재 층이 바람과 물에 뒤죽박죽되는 대신에 매우 잘 보존되어 있음을 알 수 있었다.
2013년에 원래 칼데라를 식별한 동일한 과학자들도 각 칼데라의 부피를 기준으로 화산에서 폭발한 물질의 양을 계산했다. 이 정보를 통해 Whelley와 그의 동료들은 발견한 화산재의 두께를 생성하는 데 필요한 분출 횟수를 계산할 수 있었다.
남은 질문 중 하나는 어떻게 행성이 한 지역에 한 가지 유형의 화산만 남을 수 있느냐다. 지구상에는 76,000년 전 인도네시아 수마트라에서 가장 최근에 분출한 슈퍼 분출이 가능한 화산이 지구 곳곳에 흩어져 있으며 다른 유형의 화산과 같은 지역에 존재한다. 화성에는 올림푸스 몬스(Olympus Mons)라고 불리는 태양계에서 가장 큰 화산을 포함하여 많은 다른 유형의 화산이 있다. 올림푸스 몬스는 지구에서 가장 큰 하와이 마우나 로아 화산보다 부피가 100배 더 크며 완만한 경사의 산 아래로 용암을 배출하는 “방패 화산”으로 알려져 있다. 지금까지 아라비아 테라는 화성에서 폭발적인 화산의 증거를 가지고 있다.
연구팀에 따르면 슈퍼 분출 화산이 지구상의 지역에 집중되었지만 판 구조론으로 인해 대륙이 이동함에 따라 물리적, 화학적으로 침식되거나 지구 주위로 이동했을 가능성이 있다. 이러한 유형의 폭발성 화산은 목성의 위성인 이오 지역에 존재하거나 금성에 밀집되어 있을 수도 있다.
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