원자력/우주항공

구리·아연 동위원소로 달의 핵 형성과정 규명

발행일 : 2019 / 11 / 26

중국과학기술대학교 지구·우주과학대학 황팡(黄方) 연구팀은 고정밀도 구리·아연 동위원소 분석방법에 기초하여 국외 학자와 공동으로 고온고압 실험암석학적 분석을 통해 규산염 용융체와 금속 용융체 간 구리·아연 동위원소 평형 분별정수(isotope equilibrium fractionation factor)를 정확하게 측정함과 아울러 달의 핵(lunar core) 성분 및 형성과정에 관여함을 규명했다. 해당 성과는 “Geochemical Perspective Letters”에 게재되었다.

거대충돌 가설(Giant Impact Hypothesis)은 45억 년 전 화성크기의 행성과 원시지구의 대충돌에서 달이 형성되었다고 주장한다. 충돌후의 물질은 우주로 튕겨 달궤도에서 응집·성장하여 뜨거운 용융상태의 달 마그마 오션(Magma Ocean)을 형성하였고 나중에 달의 구조는 핵·맨틀·지각으로 분화되었다. 거대충돌시 휘발작용은 달의 원소 및 동위원소 구성을 변화시킬 수 있다는 것이 일반적인 견해이지만 달의 권층 분화 특히 달의 핵 형성과정에 대해 알려진 바가 거의 없다. 그 주원인은 원소 및 동위원소 지구화학거동에 대한 이해 부족이다.

구리(Cu)와 아연(Zn)은 휘발성 원소인 동시에 친철(siderophile)-친황(chalcophile) 원소로서 충돌과정의 휘발효과는 물론 핵·맨틀의 분화 과정에도 관여하므로 달의 핵 분화가 달의 화학구성에 미치는 영향을 탐구하는데 이용할 수 있다.

가벼운 구리 및 아연 동위원소는 규산염 용융체에 비해 황함유 금속 용융체에서 유의적으로 응집되지만 비황함유 금속 용융체와 규산염 용융체 사이에서는 비교적 적게 분별된다. 이로부터 지구-달 간 금속 안정동위원소 구성의 차이를 확실히 해석할 수 있다. 달-지구 간 비교적 차이가 큰 아연 동위원소 분별은 휘발과정의 영향을 뚜렷이 반영한다. 비록 구리의 휘발성이 칼륨/칼슘에 비해 떨어지지만 달-지구 간 구리 동위원소 구성의 차이는 칼륨/칼슘 동위원소에 비해 크다. 이는 달에서의 구리 동위원소 구성이 대충돌시 휘발작용의 제어를 받은 외에 핵 형성시 마그마 오션으로부터 황함유 금속 용융체 분리의 영향을 받았을 것으로 추정된다. 아울러 칼륨/칼슘은 달의 핵에 진입하지 못했고 따라서 핵 형성의 영향을 받지 않았다.

63 Views