(읽기 3분 30초)
1990년에서 2018년 사이 태평양에서 발생한 수백 개의 규모 6이상의 지진 데이터 분석.
모든 파동 진행의 거의 절반에서 핵-맨틀 경계에서 3차원 구조에 의해 산란된 파 감지.
핵-맨틀 경계가 이전에 생각했던 것보다 이질적일 수 있음을 나타낸다.

지구 속 맨틀 하단부에 이상, 비정상적으로 부드럽고 밀도 높아
지진 데이터는 핵-맨틀 경계에서 놀라운 크기의 비정상 상태를 보여준다.

거대한 교란 :
연구원들이 지구 맨틀의 바닥에서 물질이 비정상적으로 뜨겁고 밀도가 높은 지역을 발견했다. 태평양 지진 데이터의 분석에서 알 수 있듯이 이 지역 중 하나는 하와이, 다른 하나는 마르케사스(Marquesas) 군도(群島) 아래에 있다. 이러한 이상은 맨틀 융기(mantle plume)의 근원일 수 있지만 그 양과 범위가 놀랍다. 과학 저널 사이언스(Science)에 보고된 내용이다.

 

▲ 지진 측정 결과에 따르면 맨틀의 맨 아래에는 비정상적으로 뜨겁고 부드러운 암석의 거대한 영역이 있다. © Doyeon Kim/ University of Maryland

깊은 맨틀과 핵-맨틀 경계는 지구의 핵심 지역이다.
여기에는 화산 핫스팟에 마그마를 공급하는 맨틀 융기의 뿌리가 있기 때문이다.
동시에, 이 구역은 지구 내부에서 액체 흐름과 판 구조론의 모터다.
2019년에, 연구원들은 지구의 액체 외핵이 맨틀에 물질을 잃어버렸다는 것을 발견했다.
핵-맨틀 경계에 대해서는 알려진 바가 거의 없다. 왜 불분명할까?

단층 촬영기로 지진파 활용

최근 지진 연구는 지구 맨틀의 아래 경계면에 대한 완전히 새로운 통찰력으로 놀라운 것들을 보여준다. 메릴랜드 대학교의 김도연 연구원이 이끄는 연구자들은 1990년에서 2018년 사이 태평양에서 발생한 수백 개의 규모 6이상의 지진 데이터를 분석했다.
지진파가 지구 내부를 관통하기 때문에 전파 지연과 감쇠는 단층 촬영과 유사하게 암석의 깊이를 알 수 있다.

Kim과 그의 팀은 새로운 접근법을 선택했다.
그들은 적응 알고리즘을 사용하여 지진파의 에코(Echo, 반향)를 평가했다.
Kim은 “핵-맨틀 경계에서 수천 개의 에코를 한 번에 보면서 완전히 새로운 시각을 얻었다. 또한 '시퀀서'알고리즘은 지구 내부에 대한 가정에 의존하지 않고도 파동 패턴의 이상을 식별 할 수 있다.

예상보다 많은 비정상 영역

김 교수와 그의 연구팀은 "모든 파동 진행의 거의 절반에서 핵-맨틀 경계에서 3차원 구조에 의해 산란된 파를 감지했다"고 말했다. 이러한 결함 지역에서는 파동이 강하게 브레이크가 걸리고 지연된다.
지구 과학자들은 이러한 영역을 초저속지대 ULVZ (Ultralow Velocity Zones)라고 부른다.

지금까지 이러한 이상 현상의 원인과 맨틀 물질이 어떻게 존재하는지 추측에만 의지했다.
과학자들은 암석이 특히 뜨겁고 밀도가 높다고 가정한다.
Kim과 그의 동료들은 “이러한 mega-ULVZ는 신비로운 구성을 가져야 하거나 부분적으로 녹은 암석의 존재를 추적할 수 있다”고 설명했다. 

▲ 하와이와 마르키스의 핵-맨틀 경계에 있는 이상(異常). © Doyeon Kim/ University of Maryland

하와이에서 거대한 이상

알래스카와 캄차카의 사소하고 약한 이상 현상 외에, 하와이 북서쪽 한 곳에서 예상치 못한 크고 두 개의 구역이 발견되었다. “우리는 하와이 지역에서 가파른 부정적인 함몰을 발견했다. 이 지역은 태평양 분지의 다른 지역보다 상당히 크다”고 연구원들은 말했다.
“태평양에서 유일무이하다.” 이 지역은 또한 모델이 예측한 모든 것을 능가했다.

추가 계산에 따르면, 하와이의 이상 현상은 맨틀 경계의 아래쪽 가장자리에서 약 600km 두께의 결함 구역으로 거슬러 들러갈 수 있다. 과학자들은 이것이 이 섬 그룹에서 맨틀 융기의 뿌리라고 생각했다. 이전의 연구는 이 화산 핫 스팟이 핵-맨틀 경계에 있는 큰 저수지로까지 내려가는 것을 제안했다.

남태평양에도 새로운 비정상 상태

두 번째 주요 이상 현상은 훨씬 더 놀랍다.
남태평양의 열도 마르케사스 군도 아래에 있다. 이 간섭 영역의 크기와 강도는 이전에 하와이에서만 예측한 모델에 해당한다. 연구원들은 “이것은 마르케사스 군도 아래에 메가 ULVZ의 존재를 말한다”고 말했다.
"우리는 마르케사스 섬 사이에서 그렇게 큰 구조가 이전에 발견되지 않았다는 것에 놀랐다."

전반적으로 Kim과 그의 팀은 결과에서 핵-맨틀 경계가 이전에 생각했던 것보다 이질적일 수 있음을 나타낸다. 그러나 이러한 차이와 'Hot Zone'을 유발하는 원인과 왜 맨틀의 아래쪽 가장자리가 다른 곳보다 더 뜨겁고 부드러울까?
어쨌든 핵심 맨틀 경계의 이러한 비정상적인 구조는 이전에 생각했던 것보다 분명히 더 널리 퍼져 있다고 레키츠(Lekic)는 말했다.

(2020 science ; doi : 10.1126 / science.aba8972)
출처 : 메릴랜드 대학교

[더사이언스플러스=문광주]

[ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]