지구 내핵, 초고온에서 고체 유지…탄소에 답 있다

작성일 09-04

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          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="8084c976c5e2d71b0d0fe56ee55f358bf7e91664a5affae3a444917253f5d269" dmcf-pid="ZIuuQnHELd" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="지구의 맨틀과 내핵, 외핵을 보여주는 이미지. 지구 자기장이 태양풍을 막아주고 있다. 알프레드 윌슨 리즈대 선임연구원 제공." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202509/04/dongascience/20250904180144700ictv.png" data-org-width="680" dmcf-mid="HqqqRg5rii" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202509/04/dongascience/20250904180144700ictv.png" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            지구의 맨틀과 내핵, 외핵을 보여주는 이미지. 지구 자기장이 태양풍을 막아주고 있다. 알프레드 윌슨 리즈대 선임연구원 제공.
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          <p contents-hash="f0c38391a9dc398c06e8a1c396a36a617de642cb40edaa4ca61056f25b18aaf1" dmcf-pid="5C77xLXDne" dmcf-ptype="general">지구 중심부 깊숙이 자리한 철 덩어리 내핵(inner core)은 지구 자기장을 유지하는 동력이다. 자기장의 원천인 내핵이 어떻게 고체로 자리 잡게 됐는지는 오랫동안 풀리지 않은 수수께끼였다. 핵의 고체화 과정을 규명하고 지구 자기장의 기원을 밝히는 데 도움이 되는 연구결과가 나왔다. </p>
          <p contents-hash="69fa2fa6f0acba1b62d3d439290ecb1b31f3ba0d28d1a456e33fee8242910752" dmcf-pid="1hzzMoZwdR" dmcf-ptype="general">앤드류 워커 영국 옥스퍼드대 지구과학과 교수 등 공동 연구팀은 지구 핵이 고체화되려면 내핵 전체 질량의 약 3.8%가 탄소여야 한다는 내용을 4일(현지시간) 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 발표했다. </p>
          <p contents-hash="de33b08c21eed8d09a5cb1f3042bfce2aa6ea36841e47e19a414e9df018af77f" dmcf-pid="tRII17j4dM" dmcf-ptype="general">지구 내핵은 수천 도에 달하는 고온에서도 엄청난 압력 때문에 고체로 존재하는 철 덩어리다. 내핵의 고체화를 설명하기 위한 기존 계산에 따르면 온도가 융점(고체와 액체가 바뀌는 경계 온도)보다 800~1000도 더 내려가야 한다. </p>
          <p contents-hash="080faed912de087f3080de505c694731d55cf9288233cf729ed2a285fe1d8368" dmcf-pid="FeCCtzA8dx" dmcf-ptype="general">하지만 이렇게 큰 폭으로 온도가 내려가면 내부 핵은 지나치게 빨리 커졌을 것이고 외부 핵은 식고 굳어버려 지구 자기장이 사라졌어야 한다. 실제 지구는 수십억 년 동안 자기장을 유지해왔고 현재 내부 핵 크기도 지나친 성장을 보여주지 않는다. 이 모순을 풀어내는 것이 이번 연구의 출발점이다.</p>
          <p contents-hash="144dc229122e953b18a8d69bf8b304aa54140bf1642b8bb02be2e31df8a11e29" dmcf-pid="3dhhFqc6MQ" dmcf-ptype="general">연구팀은 슈퍼컴퓨터 안에 10만 개의 가상 원자를 넣고 서로 작용하는 모습을 계산해 극한 조건에서 철이 어떻게 고체화되는지 실험했다. 지구 맨틀에서 핵으로 녹아 들어갔을 가능성이 있는 실리콘(Si), 황(S), 산소(O), 탄소(C)가 동결 과정에 어떤 영향을 미치는지도 추적했다.</p>
          <p contents-hash="6623e7983d31c0810b156c119a774754fbac76788751652b8feb7bc948e29aac" dmcf-pid="0Jll3BkPiP" dmcf-ptype="general">결과는 의외였다. 지구 핵에 들어 있을 것으로 여겨졌던 실리콘과 황은 고체화를 방해했다. 반대로 탄소는 고체가 만들어지는 과정을 도와 훨씬 적은 냉각만으로도 핵이 고체화될 수 있었다.</p>
          <p contents-hash="17a5d4725b58b463528daefaabf8d56a7c5affe9d8f9354126ede6642ce4d59d" dmcf-pid="piSS0bEQR6" dmcf-ptype="general">핵 속에 탄소가 약 3.8% 포함될 경우 고체화가 시작되기 위해 필요한 냉각은 약 266도 수준으로 줄어드는 것으로 나타났다. 이는 지구가 과거 실제로 겪었을 것으로 추정되는 약 250도 수준의 과냉각 범위와 거의 일치한다. 연구팀은 "핵에 탄소가 일정 비율 이상 들어있어야만 내부 핵이 지금처럼 형성될 수 있었다는 것"이라고 설명했다. </p>
          <p contents-hash="6c8207fe3b82c4521562c354f5bcea84f52db7317d8fb7af2a5aaf0a2ab08a87" dmcf-pid="UnvvpKDxR8" dmcf-ptype="general">이번 결과는 지구 핵이 단순한 철 덩어리가 아니라 탄소가 풍부하게 섞인 합금일 수 있음을 보여준다. 이는 핵이 순수 철보다 덜 조밀한 이유, 내부 핵이 지나치게 커지지 않고 현재 크기로 유지된 이유, 지구 자기장이 수십억 년 동안 지속된 이유 등도 동시에 설명한다. </p>
          <p contents-hash="cabcd56a7a473ba74af76a60b3a3172f40a370efb4bb8d06028bdee18ebe8370" dmcf-pid="uLTTU9wMR4" dmcf-ptype="general">내핵이 언제부터 고체화되기 시작했는지에 대해 과학계는 여전히 논쟁 중이다. 어떤 학자는 20억 년 전을, 또 다른 학자는 5억 년 이내를 주장한다. 이번 연구는 탄소 3.8%라는 조성 제약을 제시함으로써 지구 중심부의 화학과 진화 역사를 좁혀가는 중요한 단서를 제공했다.</p>
          <p contents-hash="3ff72664b232e2b997f4e7f9f60051b9de4eaa69960586504849948e6a6c9532" dmcf-pid="7oyyu2rRif" dmcf-ptype="general">연구에 참여한 알프레드 윌슨 리즈대 지구환경학부 선임연구원은 “원자 규모 과정이 지구의 구조와 역학을 어떻게 좌우하는지 보는 것은 흥미롭다”며 “이번 연구는 지구의 과거를 이해할 뿐 아니라 결코 직접 도달할 수 없는 핵의 구조와 미래 변화까지 엿보게 한다”고 말했다.</p>
          <p contents-hash="ea8d9705e1b9888f726235a78a6927353f1315fbf41d9b8753f5add0c97329de" dmcf-pid="zgWW7VmeMV" dmcf-ptype="general"> &lt;참고 자료&gt;<br> - doi.org/10.1038/s41467-025-62841-4</p>
          <p contents-hash="dfc7bbffe170763d21aa11b8e8160a7553277fa4e90e18207644ff019a74821f" dmcf-pid="qaYYzfsdJ2" dmcf-ptype="general">[정지영 기자 jjy2011@donga.com]</p>
         </section> 
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        <p class="" data-translation="true">Copyright © 동아사이언스. 무단전재 및 재배포 금지.</p>

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