사진: Maksim Romashkin / Pexels
발밑 수백 km 암석 속에도, 얼음 위성 껍질 아래에도 ‘바다’가 있다
우리가 보는 바다는, 지구 물의 전부가 아닐지도 모릅니다. 2014년 다이아몬드 속 광물 ‘링우다이트’에서 지하 약 410~660km의 맨틀이 물을 머금은 첫 직접 증거가 나왔고(다만 총량은 논쟁 중), 목성의 유로파·토성의 엔셀라두스 같은 얼음 위성은 두꺼운 얼음 껍질 아래 액체 바다를 품고 있어요. 햇빛이 닿지 않는 가장 깊은 어둠 속에, 가장 많은 물이 일렁입니다.
우리는 지구를 ‘물의 행성’이라 부르죠. 그런데 우리가 보는 바다는, 어쩌면 빙산의 일각일지도 몰라요. 발밑 수백 km 암석 속에도, 태양에서 한참 떨어진 얼음 위성 속에도 ‘숨은 바다’가 있거든요. 오늘은 눈에 안 보이는 곳에 잠긴 물을 찾아 떠나 봅니다.
빛이 그린 경계선 — 왜 안쪽 행성은 메말랐나
수성·금성·지구·화성 같은 안쪽 행성은 물이 적고, 바깥쪽 거대 행성과 그 위성들엔 얼음이 풍부해요. 왜 이렇게 갈렸을까요?
태양계가 막 빚어지던 시절, 보이지 않는 경계선이 하나 있었어요. 바로 설선(雪線, frost line) — 얼음이 얼 수 있을 만큼 추워지는 거리예요(형성기 기준 대략 소행성대 부근이며, 시간에 따라 이동).[1] 그 안쪽은 태양과 가까워 너무 뜨거우니 물이 얼음으로 뭉치지 못하고 기체로 흩어졌고, 바깥쪽은 얼음이 풍부했죠.
그래서 지구는 ‘건조하게’ 태어난 암석 행성이에요. 그럼 지금 이 바다는 어디서 왔을까요? 3편에서 본 대로, 설선 바깥에서 물을 머금은 소행성이 나중에 배달한 거예요. 실제로 소행성 베누·류구 시료에서 물을 머금은 점토광물이 확인돼 이 ‘배달설’을 뒷받침합니다.[2]
발밑의 바다 — 맨틀 속에 숨은 물
그렇다면 지구의 물은 전부 바다·강·빙하처럼 ‘겉’에 있을까요?
놀랍게도 아닐 수 있어요. 2014년, 과학자들은 브라질산 다이아몬드 속에서 ‘링우다이트(ringwoodite)’라는 고압 광물을 찾아냈는데, 거기에 약 1.5%의 물이 들어 있었어요. 지하 약 410~660km의 ‘전이대’가 물을 머금고 있다는 첫 직접 증거였죠.[3] 발밑 깊은 곳에, 또 하나의 ‘물 창고’가 있었던 거예요.
두 가지는 정확히 짚을게요. ① 이 물은 출렁이는 지하 바다가 아니라 ‘광물 결정에 갇힌 형태(수산기)’예요. ② ‘바다 몇 개 분량’, ‘지구 물의 대부분이 맨틀에’ 같은 말은 시료 하나에서 추정한 거라 아직 ‘논쟁 중’이에요. 정직하게는 — ‘지표 바다에 맞먹을지도 모를 물이 돌 속에 숨어 있다. 다만 총량은 과학이 아직 가늠하는 중’이죠.
확실한 건, 바닷물이 섭입대(해양판이 가라앉는 곳)로 맨틀에 들어갔다가 화산으로 다시 나오는 거대한 ‘심부 물 순환’이 지질학적 시간 규모로 돌고 있다는 사실이에요. 지구는 안과 밖으로 물을 주고받습니다.[3]
“지구는 물의 행성이 아니라, 물을 ‘숨긴’ 행성일지도 모릅니다.”
빛이 닿지 않는 곳의 바다 — 얼음 위성
태양에서 너무 멀면 물은 꽝꽝 얼어버릴 수밖에 없겠죠?
꼭 그렇진 않아요. 목성의 유로파, 토성의 엔셀라두스, 목성의 가니메데 같은 위성은 두꺼운 얼음 껍질 ‘아래’에 액체 바다를 품고 있어요. 햇빛도 거의 안 닿는 그곳에서 물이 얼지 않는 비결은 조석 가열(과 방사성 붕괴열)이에요 — 거대한 모행성의 중력이 위성을 주기적으로 주물러 내부에 마찰열을 일으키는 거죠(일종의 ‘중력 안마’). 단, 위성마다 주역이 달라서, 유로파·엔셀라두스는 조석 가열이 핵심이고 가니메데는 암석 중심부의 방사성 붕괴열이 더 큰 역할을 해요.
카시니 탐사선은 엔셀라두스 남극에서 우주로 솟구치는 물기둥을 직접 통과하며 물·염분·유기물, 심지어 열수활동의 흔적까지 확인했어요. 가니메데의 지하 바다는 지구 전체 바닷물보다 많은 물을 품은 것으로 추정되고요(허블 관측 기반).[4] 빛이 닿지 않는 가장 깊은 어둠 속에, 가장 많은 물이 일렁이는 셈이에요.
보너스 · 더 찾은 ‘숨은 물’
달: 극지의 영원히 그늘진 크레이터 안에 물 얼음이 있어요(2009년 충돌 실험으로 확인).[5] 화성: 말라붙은 강바닥·삼각주 등 ‘과거에 물이 흘렀다’는 증거는 확실하고, 잃어버린 물은 지금 극관의 약 6.5배로 추정돼요. 단 2018년 보고된 ‘남극 지하 호수’는 점토·염분 얼음으로도 설명될 수 있어 아직 ‘논쟁 중’입니다.[6]
마치며 · 생명의 조건을 다시 묻다
숨은 바다들을 따라오다 보면, 오래된 생각 하나가 흔들려요. 우리는 ‘생명이 살 만한 곳’을 흔히 ‘태양에서 적당히 떨어진 거리’로만 따졌거든요. 그런데 발밑 암석 속에도, 햇빛 한 줌 없는 얼음 위성 속에도 물이 있다면 — 생명의 조건은 ‘태양과의 거리’가 아니라 ‘안에서 끓는 심장’일지도 몰라요.
물은 우리가 보는 것보다 훨씬 깊고, 훨씬 먼 곳에 숨어 있었어요. 그렇다면 물 자체도, 우리가 아는 ‘0도에 얼고 100도에 끓는’ 그 모습이 전부일까요? 마지막 편에서는 물의 가장 낯선 얼굴들을 만나러 갑니다.
자주 묻는 질문 (FAQ)
Q. 지구 맨틀 속에 정말 물이 있나요?
A. 광물 결정에 ‘갇힌 형태(수산기)’로 있어요. 2014년 다이아몬드 속 링우다이트에서 지하 약 410~660km 전이대가 물을 머금은 첫 직접 증거가 나왔습니다. 다만 ‘바다 몇 개 분량’ 같은 총량 주장은 시료 하나에서 추정한 것이라 아직 논쟁 중이에요.
Q. 햇빛도 안 닿는 얼음 위성에 어떻게 액체 바다가 있나요?
A. ‘조석 가열’과 ‘방사성 붕괴열’ 덕분이에요. 거대한 모행성의 중력이 위성을 주물러 마찰열을 내거나, 암석 중심부의 방사성 열이 얼음 아래 바다를 녹은 채로 유지합니다. 유로파·엔셀라두스는 조석 가열이, 가니메데는 방사성 열이 주역이에요.
Q. 그럼 생명이 살 수 있는 곳의 기준이 바뀌나요?
A. 그럴 수 있어요. 예전엔 ‘태양에서 적당한 거리’를 기준으로 삼았는데, 발밑 암석과 얼음 위성에도 물이 있다면 ‘거리’보다 ‘내부에서 열을 내는가’가 더 중요해질 수 있습니다.
결론 — 물을 ‘숨긴’ 행성
지구의 물은 겉의 바다만이 아니라 발밑 암석 속에도, 머나먼 얼음 위성 껍질 아래에도 숨어 있어요. 그 사실은 ‘생명이 살 만한 곳’의 지도를 넓혀 줍니다. 마지막 편 「물의 또 다른 얼굴」에서는, 물 자체가 우리가 아는 모습이 전부가 아니라는 걸 만나요.
▶ 함께 읽기
– [물의 경이 ⑤] 물의 또 다른 얼굴 — 0~100도는 그저 ‘약속’일 뿐
– [물의 경이 ③] 우주에서 온 물 — 별의 유언이 된 한 모금
– [물이야기 ⑤] 보이지 않는 저금통 — 발밑 지하수(자원 관점)
참고 자료
– [1] Frost line (astrophysics) — 설선(형성기 위치·이동)
– [2] Hamilton, V. E. et al. — Evidence for widespread hydrated minerals on asteroid (101955) Bennu, Nature Astronomy (2019); 류구 시료 분석 포함
– [3] Pearson, D. G. et al. — Hydrous mantle transition zone indicated by ringwoodite, Nature (2014); Schmandt & Jacobsen et al., Science (2014)
– [4] NASA/ESA Hubble — Underground ocean on Ganymede (2015)
– [5] NASA — LCROSS (2009년 달 충돌 실험, 극지 물얼음 확인)
– [6] Scientific American — Buried ‘Lakes’ on Mars May Just Be Frozen Clay (화성 남극 신호 논쟁)
답글 남기기