메릴랜드대학 김도연 박사 '사이언스' 논문 발표…"종합적 시각 제시"
(서울=연합뉴스) 엄남석 기자 = 유체로 된 지구의 외핵과 딱딱한 맨틀 사이에 이전에는 알려지지 않았던 고밀도의 뜨거운 암석으로 된 이종(비균질) 구조가 광범위하게 존재한다는 연구 결과가 나왔다.
이는 연구결과가 제한적이었던 핵과 맨틀의 경계에 대한 연구에서 처음으로 종합적인 시각을 제시해주는 것으로 평가되고 있다.
과학저널 '사이언스'(Science) 최신호를 통해 발표된 이 논문에는 미국 메릴랜드대학 지질학과에서 박사후 연구원으로 활동 중인 김도연 박사가 제1저자로 참여했다.
메릴랜드대학에 따르면 연구팀은 태평양 해저분지 주변에서 1990년부터 2018년까지 발생한 규모 6.5 이상 지진 수백건을 기록한 약 7천여개의 지진파 기록을 '시퀀서'(Sequencer)라는 기계학습 알고리즘을 이용해 분석했다.
시퀀서는 당초 별이나 은하의 에너지 복사 패턴을 분석하기 위해 존스홉킨스대학(JHU)에서 개발한 것으로, 지진파 분석에도 활용됐다.
지진파는 수천킬로미터에 걸쳐 지구 내부를 통과하면서 암석의 밀도나 온도, 구성 성분 등이 바뀌면 속도가 변하고 굴절, 산개하면서 지진계로 감지할 수 있는 반향(echo)을 만들어낸다. 이 반향은 가까운 곳에 있는 것일수록 더 빨리 도달하고 크기가 클수록 더 큰데, 세계 곳곳에 설치한 지진계에 기록된 자료를 통해 지구 내부에 숨어있는 암석의 물리적 특성을 파악할 수 있다.
연구팀은 전단파(shear wave)가 핵과 맨틀 경계를 통과할 때 만들어내는 반향에 초점을 맞춰 분석을 진행했다.
단일 지진 기록만으로는 전단파가 장애물을 만나 뒤쪽으로 돌아들어가는 '회절' 때 만들어내는 반향을 일반 소음과 구분하기 어렵다는 판단에 따라 시퀀서를 통해 다른 지진들과 한꺼번에 분석, 유사성과 패턴을 파악하고 이를 통해 자료 속에 숨어있는 문제의 반향을 찾아냈다.
그 결과, 이런 반향이 드물 것이라는 예상과 달리 약 40%의 지진파에서 이를 찾아냈다.
이는 핵과 맨틀 경계에 이종 구조가 지금까지 생각해오던 것보다 훨씬 더 많이 존재한다는 것을 나타내는 것이다.
연구팀은 하와이 섬 밑 핵과 맨틀 경계에 고밀도의 뜨거운 암석이 모여있는 곳에서 독특할 정도로 큰 반향을 만들어내는 것을 발견했다. 이는 '초저속영역'(ULVZ·Ultralow-velocity zone)으로 불리기도 하는 이종 구조가 이전에 추정되던 것보다 훨씬 크다는 것을 보여주는 것으로 지적됐다.
ULVZ는 뜨거운 암석이 솟아올라 화산섬을 만드는 화산 기둥의 뿌리에서 발견되는데, 하와이 지하의 ULVZ는 가장 큰 것으로 알려져 있다.
연구팀은 또 남태평양 마르케사스섬 지하에서 지금까지 알려지지 않았던 ULVZ가 존재하는 것을 발견했다.
김 박사는 이와 관련, "핵과 맨틀 경계의 반향을 이전처럼 몇 개씩 들여다보는 것이 아니라 수천개를 한꺼번에 들여다봄으로써 완전히 새로운 시각을 갖게 됐다"면서 "이 방식은 핵과 맨틀 경계 영역에 이런 음향을 만들어낼 수 있는 구조가 많이 있다는 것을 보여줬으며, 이는 시야가 좁아 이전에는 알지 못했던 것"이라고 설명했다.
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