홍해 아래 맨틀 심장처럼 맥동한다
- 기초과학 / 문광주 기자 / 2025-07-07 22:55:06
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- 아파르 삼각지대: 동아프리카 열곡대가 홍해와 아덴만 아래 열곡대와 만나는 곳
- 해저 암은 매년 약 15mm씩 확장. 반면 에티오피아 열곡대는 매년 약 5mm의 속도로 확장
- 세 개의 균열대 모두의 원동력은 이전에 예상되었던 것처럼 공통된 맨틀 플룸
- 모두에서 화산 용암의 화학적 및 동위원소 특성이 바코드 줄무늬처럼 반복적으로 나타나
에티오피아 북부 아파르 삼각지대 아래에는 세 대륙이 만나는 지각 교차점이 있다. 동아프리카 열곡대가 홍해와 아덴만 아래 열곡대와 만나는 곳이다. 상승하는 마그마에 의해 세 개의 열곡대 모두에 있는 대륙판이 갈라지고 갈라지고 있다. 결과적으로, 이 세 개의 열곡대에서 새로운 바다가 점차 형성되고 있다.
이러한 열곡 과정은 아덴만에서 가장 진행되었으며, 그다음은 홍해다. 두 지역 모두에서 이미 새로운 해양 지각이 형성되었고, 해저 암은 매년 약 15mm씩 확장되고 있다. 반면 에티오피아 열곡대는 매년 약 5mm의 속도로만 확장되고 있으며 여전히 대륙 지각이 우세하다. 그러나 이 지역의 수많은 활화산은 지하 지각 변동의 증거를 보여준다.
세 개의 열곡대 모두의 지질학적 "바코드"
사우샘프턴 대학교의 에마 왓츠와 동료들은 세 개의 열곡대를 움직이는 요인과 세 개의 열곡대가 모두 같은 속도로 발생하지 않는 이유를 더욱 자세히 조사했다. 그들은 세 개의 지각 열곡대를 따라 있는 활화산에서 채취한 130개 이상의 샘플을 분석하고 지각 두께와 지각 운동에 대한 지구물리학적 데이터를 평가했다. 지질학자들은 또한 결과에 가장 적합한 시나리오를 결정하기 위해 컴퓨터 모델을 사용했다.
분석 결과, 세 개의 균열대 모두의 원동력은 이전에 예상되었던 것처럼 공통된 맨틀 플룸임이 밝혀졌다. 그러나 이 마그마 상승류는 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 역동적이고 가변적이다. 샘플 분석 결과 세 개의 균열대 모두에서 화산 용암의 화학적 및 동위원소 특성이 바코드 줄무늬처럼 반복적으로 나타나는 것으로 나타났다.
맨틀 플룸 맥동
그렇다면 이 현상의 이면에는 무엇이 있을까? 왓츠는 "아파르 삼각지대 아래에 있는 지구의 맨틀은 고정되어 있지 않고 맥동한다"고 보고했다. 왓츠에 따르면, 맨틀 플룸은 마치 심장이 혈관으로 혈액을 공급하는 것처럼 리듬감 있게 마그마를 표면으로 분출한다. 이러한 맥동은 화산 용암에 줄무늬 모양의 화학적 특징을 남겼다.
놀라운 점은 이러한 지질학적 바코드 줄무늬의 특성이 세 개의 균열대 모두에서 동일하지만, 간격과 두께는 서로 다르다는 것이다. "저희 분석에 따르면 에티오피아 열곡대의 이러한 변동은 마그마 상승류 중심에서 멀어질수록 더 강하고 빠르게 일어난다"고 왓츠와 그녀의 연구팀은 보고했다. 그러나 홍해와 아덴만의 오래된 열곡대에서는 거리가 더 멀고, 마그마 근원에서 멀어질수록 패턴의 변화가 적다.
줄무늬 패턴은 열곡 속도와 폭에 따라 달라진다.
지질학자들은 이에 대한 설명도 발견했다. 분석에 따르면 맨틀 플룸은 심부 맨틀에서 지구 지각으로 일정한 속도로 마그마를 운반한다. 그러나 세 개의 열곡대의 지각 구조적 특성은 이후 마그마 흐름에 영향을 미친다. "지각의 두께와 확산 속도에 따라 마그마 펄스의 거동이 달라진다"고 사우샘프턴 대학교의 선임 저자인 톰 거넌은 설명했다.
예를 들어 홍해의 경우, 지각은 이미 더 얇아져 있고 열곡은 더 넓다. 이로 인해 마그마는 매 펄스마다 지각을 통해 더 빠르고 더 멀리 흐를 수 있다. "맥동은 마치 동맥처럼 더 효율적이고 규칙적으로 움직인다"고 거논은 설명했다. 에티오피아의 아직 젊은 열곡에서는 이러한 현상이 다르다. 그곳의 지각은 평균 약 10km 더 두껍고 열곡은 여전히 좁다. 지질학자들은 "이것이 마그마에 일종의 병목 현상을 만든다"고 말했다.
플룸과 지각판의 밀접한 상호작용
이러한 결과는 세 개의 상호 연결된 열곡대 지하에서 무슨 일이 일어나는지, 그리고 공통된 근원을 가졌음에도 불구하고 왜 서로 다른지를 명확히 보여준다. 동시에, 이 새로운 발견은 맨틀 작용과 지각 지질이 어떻게 상호작용하는지에 대한 실마리를 제공한다. 왓츠의 동료인 데릭 키어는 "심부 맨틀 용승의 진화가 그 위에 있는 지각판의 움직임과 밀접한 관련이 있음을 발견했다"고 말했다.
키어는 "이 발견은 화산 활동, 지진, 그리고 대륙 분열을 해석하는 방법에도 광범위한 영향을 미친다"며 "우리의 연구는 심부 맨틀에서 발생하는 용승이 지각판의 바닥을 따라 확산된 후 지각판이 가장 얇은 곳에 화산 활동이 집중된다는 것을 보여준다"고 덧붙였다. 이러한 지식은 또한 다른 열곡대와 화산 지역을 더 잘 이해하는 데 도움이 된다.
참고: Nature Geoscience, 2025; doi: 10.1038/s41561-025-01717-0
출처: University of Southampton
- 아파르 삼각지대: 동아프리카 열곡대가 홍해와 아덴만 아래 열곡대와 만나는 곳
- 해저 암은 매년 약 15mm씩 확장. 반면 에티오피아 열곡대는 매년 약 5mm의 속도로 확장
- 세 개의 균열대 모두의 원동력은 이전에 예상되었던 것처럼 공통된 맨틀 플룸
- 모두에서 화산 용암의 화학적 및 동위원소 특성이 바코드 줄무늬처럼 반복적으로 나타나
홍해 아래 맨틀 심장처럼 맥동한다
맥동하는 맨틀 플룸, 북동아프리카 아래 열곡대 갈라지다
두근거리는 심장처럼:
북동아프리카 지각 아래에서 마그마가 리듬감 있게 분출하며 위로 흘러내리고 있다. 새로운 분석 결과, 맨틀 플룸은 지질학적 심장 박동처럼 맥동한다. 지질학자들은 "네이처 지오사이언스"에 이러한 맥동이 홍해, 아파르 삼각지대, 그리고 아덴만 아래 세 개의 열곡대에 지질학적 "바코드"를 남긴다고 보고했다. 또한, 이 데이터는 이러한 지각판들이 같은 속도로 갈라지지 않는 이유도 보여준다.
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| ▲ 아프리카 북동쪽 끝자락에는 세 개의 열곡대가 만나는데, 바로 지구의 갈라진 틈이다. 그렇다면 무엇이 이 열곡대를 움직이는 것일까? © NASA |
에티오피아 북부 아파르 삼각지대 아래에는 세 대륙이 만나는 지각 교차점이 있다. 동아프리카 열곡대가 홍해와 아덴만 아래 열곡대와 만나는 곳이다. 상승하는 마그마에 의해 세 개의 열곡대 모두에 있는 대륙판이 갈라지고 갈라지고 있다. 결과적으로, 이 세 개의 열곡대에서 새로운 바다가 점차 형성되고 있다.
이러한 열곡 과정은 아덴만에서 가장 진행되었으며, 그다음은 홍해다. 두 지역 모두에서 이미 새로운 해양 지각이 형성되었고, 해저 암은 매년 약 15mm씩 확장되고 있다. 반면 에티오피아 열곡대는 매년 약 5mm의 속도로만 확장되고 있으며 여전히 대륙 지각이 우세하다. 그러나 이 지역의 수많은 활화산은 지하 지각 변동의 증거를 보여준다.
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| ▲ 아파르 삼각형 주변의 지구화학적, 지구물리학적 특성의 변화. 아파르 삼각지대의 세 균열대의 위치와 균열 발생 속도. 빨간색 삼각형은 화산을, 육각형은 샘플링 지점을 나타낸다. © Watts et al./ Nature Geoscience, CC-by 4.0 (출처:Published: 25 June 2025 / Mantle upwelling at Afar triple junction shaped by overriding plate dynamics) |
세 개의 열곡대 모두의 지질학적 "바코드"
사우샘프턴 대학교의 에마 왓츠와 동료들은 세 개의 열곡대를 움직이는 요인과 세 개의 열곡대가 모두 같은 속도로 발생하지 않는 이유를 더욱 자세히 조사했다. 그들은 세 개의 지각 열곡대를 따라 있는 활화산에서 채취한 130개 이상의 샘플을 분석하고 지각 두께와 지각 운동에 대한 지구물리학적 데이터를 평가했다. 지질학자들은 또한 결과에 가장 적합한 시나리오를 결정하기 위해 컴퓨터 모델을 사용했다.
분석 결과, 세 개의 균열대 모두의 원동력은 이전에 예상되었던 것처럼 공통된 맨틀 플룸임이 밝혀졌다. 그러나 이 마그마 상승류는 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 역동적이고 가변적이다. 샘플 분석 결과 세 개의 균열대 모두에서 화산 용암의 화학적 및 동위원소 특성이 바코드 줄무늬처럼 반복적으로 나타나는 것으로 나타났다.
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| ▲ 아프리카 북동부 아래의 맨틀 플룸은 맥동하는 리듬으로 마그마를 위로 뿜어 올린다. © Watts et al./ Nature Geoscience, CC-by 4.0 |
맨틀 플룸 맥동
그렇다면 이 현상의 이면에는 무엇이 있을까? 왓츠는 "아파르 삼각지대 아래에 있는 지구의 맨틀은 고정되어 있지 않고 맥동한다"고 보고했다. 왓츠에 따르면, 맨틀 플룸은 마치 심장이 혈관으로 혈액을 공급하는 것처럼 리듬감 있게 마그마를 표면으로 분출한다. 이러한 맥동은 화산 용암에 줄무늬 모양의 화학적 특징을 남겼다.
놀라운 점은 이러한 지질학적 바코드 줄무늬의 특성이 세 개의 균열대 모두에서 동일하지만, 간격과 두께는 서로 다르다는 것이다. "저희 분석에 따르면 에티오피아 열곡대의 이러한 변동은 마그마 상승류 중심에서 멀어질수록 더 강하고 빠르게 일어난다"고 왓츠와 그녀의 연구팀은 보고했다. 그러나 홍해와 아덴만의 오래된 열곡대에서는 거리가 더 멀고, 마그마 근원에서 멀어질수록 패턴의 변화가 적다.
줄무늬 패턴은 열곡 속도와 폭에 따라 달라진다.
지질학자들은 이에 대한 설명도 발견했다. 분석에 따르면 맨틀 플룸은 심부 맨틀에서 지구 지각으로 일정한 속도로 마그마를 운반한다. 그러나 세 개의 열곡대의 지각 구조적 특성은 이후 마그마 흐름에 영향을 미친다. "지각의 두께와 확산 속도에 따라 마그마 펄스의 거동이 달라진다"고 사우샘프턴 대학교의 선임 저자인 톰 거넌은 설명했다.
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| ▲ 지질 바코드는 에티오피아 지하보다 홍해 열곡대(왼쪽)에서 더 길게 늘어져 있다. 이는 홍해 지하의 마그마 흐름이 더 빠르기 때문입니다. 반면 에티오피아 지하에는 댐이 설치되어 있다. © Watts et al./ Nature Geoscience, CC-by 4.0 |
예를 들어 홍해의 경우, 지각은 이미 더 얇아져 있고 열곡은 더 넓다. 이로 인해 마그마는 매 펄스마다 지각을 통해 더 빠르고 더 멀리 흐를 수 있다. "맥동은 마치 동맥처럼 더 효율적이고 규칙적으로 움직인다"고 거논은 설명했다. 에티오피아의 아직 젊은 열곡에서는 이러한 현상이 다르다. 그곳의 지각은 평균 약 10km 더 두껍고 열곡은 여전히 좁다. 지질학자들은 "이것이 마그마에 일종의 병목 현상을 만든다"고 말했다.
플룸과 지각판의 밀접한 상호작용
이러한 결과는 세 개의 상호 연결된 열곡대 지하에서 무슨 일이 일어나는지, 그리고 공통된 근원을 가졌음에도 불구하고 왜 서로 다른지를 명확히 보여준다. 동시에, 이 새로운 발견은 맨틀 작용과 지각 지질이 어떻게 상호작용하는지에 대한 실마리를 제공한다. 왓츠의 동료인 데릭 키어는 "심부 맨틀 용승의 진화가 그 위에 있는 지각판의 움직임과 밀접한 관련이 있음을 발견했다"고 말했다.
키어는 "이 발견은 화산 활동, 지진, 그리고 대륙 분열을 해석하는 방법에도 광범위한 영향을 미친다"며 "우리의 연구는 심부 맨틀에서 발생하는 용승이 지각판의 바닥을 따라 확산된 후 지각판이 가장 얇은 곳에 화산 활동이 집중된다는 것을 보여준다"고 덧붙였다. 이러한 지식은 또한 다른 열곡대와 화산 지역을 더 잘 이해하는 데 도움이 된다.
참고: Nature Geoscience, 2025; doi: 10.1038/s41561-025-01717-0
출처: University of Southampton
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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