쩡쯔헝(曾子衡)
【정견뉴스】
지구의 신비한 내핵(Shutterstock)
지구의 중심은 사실 우리가 상상하는 것보다 훨씬 더 극단적인 ‘용광로 세계’이다. 온도가 수천도에 달해 태양 표면과 맞먹지만, 두꺼운 암석층에 단단히 둘러싸여 있어 직접적인 탐측은 불가능하다.
과학자들이 여러 기술을 종합적으로 활용해 추정한 바에 따르면, 지구 핵의 온도는 태양 표면과 비슷하며 약 5,000°C~5,500°C에 달한다. 그중에서도 내핵(内核)과 외핵(外核)의 경계면 온도가 가장 높아, 지구 핵에서 가장 뜨거운 구역으로 꼽힌다.
하지만 이 온도는 직접 측정된 것이 아니다. 과학자들이 실험과 이론을 바탕으로 지구 핵의 성분을 유추한 뒤 간접적으로 산출해 낸 결과이다.
지구는 45억 년 전 형성 당시만 해도 녹아내린 암석 공 상태였다. 이후 철, 니켈 등 무거운 원소들이 중심부로 가라앉으면서 지금의 지구 핵 구조가 형성되었다. 지구 핵은 주로 철(약 85%)로 구성되어 있으며, 니켈 및 기타 가벼운 원소들과 합금을 이루고 있다. 이 중 외핵은 액체 상태이고 내핵은 고체 상태이다.
미국 항공우주국(NASA) 우주비행사이자 ‘아르테미스 2호’ 임무 선장인 리드 와이즈먼이 달 전이 궤도 진입(trans-lunar injection, TLI) 점화를 완료한 후, ‘오리온’ 우주선의 창문에서 이 촬영한 지구 사진. (사진 출처: NASA/Reid Wiseman)
지구는 태어날 때부터 ‘뜨거웠다’
지구가 형성될 때 물질들이 중력 집적(물질들이 서로 충돌하고 뭉침) 작용으로 인해 점차 모여들었다. 이 과정에서 중력 에너지가 열에너지로 전환되면서 점차 ‘가열’되었고, 이 때문에 지구는 시작부터 고온 상태에 놓이게 되었다.
캘리포니아 대학교 산타크루즈 분교의 광물물리학자 퀀틴 윌리엄스(Quentin Williams)는 지구가 내부에 대량의 원시 열에너지를 보존하고 있기 때문에 다른 행성들보다 생명체가 생존하기에 더 적합하다고 설명했다. 그에 따르면 이 원시 열에너지가 판구조 운동을 유지하고, 영양분을 지표면으로 끌어올려 풍부한 서식 환경을 조성함으로써 생명이 진화하고 번식할 수 있게 해준다.
이외에도 액체 상태의 철질 외핵이 만들어내는 지구 자기장은 위험한 태양풍의 습격으로부터 지구를 보호하는 방패 역할을 한다.
지구 중심부의 초고온 속에서도 ‘고체’를 유지하는 비밀
지표면에서 순수한 철의 녹는점은 1,538°C이다. 하지만 지구 핵에 존재하는 철의 녹는점은 이보다 훨씬 높다.
광물물리학자 윌리엄스는 지구 내부의 압력이 극도로 높기 때문이라고 지적했다. 압력이 커질수록 철은 쉽게 녹지 않으며, 이에 따라 녹는점도 함께 높아진다는 것이다. 따라서 지구 내핵의 온도가 철의 지표면 녹는점을 훨씬 초과했음에도 불구하고, 극단적인 고압 환경 때문에 철은 여전히 고체 구조를 유지할 수 있다.
철이 극도의 고압 속에서 어떤 녹는점을 갖는지 측정하기 위해 과학자들은 환경을 모방한 다양한 실험을 진행했다. 그중 하나는 ‘다이아몬드 앤빌 셀(Diamond Anvil Cell)’을 이용해 철을 두 개의 다이아몬드 뾰족한 끝 사이에 끼워 고압을 발생시킨 뒤, 레이저를 쏘아 고온에 도달하게 하는 방식이다. 또 다른 방법으로는 철에 고속 충격을 가하거나 충격파를 이용해 극단적인 고압 환경을 시뮬레이션하는 기법이 사용된다.
연구진은 이러한 실험 결과들을 그래프로 그려 지구 내핵과 외핵 경계면의 압력 조건을 추정했으며, 최종적으로 지구 핵의 온도가 약 5,000~5,500°C 이상이라는 추정치를 도출해 냈다.
그러나 과학자들이 내핵이 어떻게 고체 상태의 구조를 형성하게 되었는지 그 과정을 완전히 규명하지 못했기 때문에, 위의 온도 산출은 어디까지나 합리적인 추측의 영역에 속한다.
이 기사는 라이브 사이언스(Live Science) 웹사이트의 보도를 참고했다.
(에포크타임스 전재)