한국지질자원연구원, 합천 운석 충돌구 스트로마톨라이트 분석
국제 저명 학술지 '네이처' 자매지 발표
24억년 전 지구 대기의 산소가 폭발적으로 증가한 '산소 대폭발'의 비밀을 풀 근거를 국내 연구팀이 찾았다.
한국지질자원연구원은 임재수 우주행성지질연구실장이 이끄는 연구팀이 합천 운석 충돌구에서 '스트로마톨라이트'(Stromatolite)를 관찰, 초기 지구의 환경을 추정할 결정적 실마리를 발견했다고 15일 밝혔다. 연구 성과는 국제 저명 학술지 '네이처 커뮤니케이션스 지구·환경'에 실렸다.
스트로마톨라이트는 얕은 물 속에서 시아노박테리아와 같은 미생물이 자라며 모래나 퇴적물을 붙잡아 형성하는 돔 모양 또는 기둥 모양의 퇴적체다. 약 35억년 전 화석에서도 발견되는 등 지구 생명 진화의 중요한 증거로 평가받는다. '지구에서 가장 오래된 생명의 흔적'으로도 불린다.
임 박사 연구팀은 경남 합천에 거대한 운석이 떨어진 후 '열수 호수' 환경이 조성됐고, 그곳에서 미생물이 성장하며 스트로마톨라이트가 형성됐을 가능성을 추적했다.
운석 충돌로 생긴 커다란 구덩이(충돌구)에는 시간이 지나면서 지하수와 빗물이 고여 호수가 생기는데, 이때 지하 깊이 묻힌 뜨거운 충격 용융물이 오랫동안 열을 방출하면서 호수를 따뜻하게 하는 것을 '열수 호수'라고 한다.
연구팀은 합천 운석 충돌구 북서쪽에서 직경 10~20㎝ 크기의 스트로마톨라이트 여러 개를 발견했다. 이는 합천 지역에서 처음 보고된 사례다. 발견된 스트로마톨라이트 내부에서는 운석과 주변 암석의 특징이 함께 나타났다. 또 뜨거운 물의 영향을 받은 흔적도 확인됐다. 이는 합천 운석 충돌구의 스트로마톨라이트가 운석 충돌 이후 형성된 호수 환경에서 성장했다는 뜻이다. 특히 스트로마톨라이트 중심부에서 열수 영향의 흔적이 더 뚜렷하게 나타났다. 성장 초기에는 열수 활동이 활발했지만, 시간이 지나면서 점차 식었기 때문이다.
연구팀은 초기 지구의 빈번한 운석 충돌로 형성된 열수 호수가 산소를 공급하는 주요 생물인 시아노박테리아와 스트로마톨라이트의 성장을 촉진해, 산소를 국지적으로 공급하는 '산소 오아시스'(Oxygen Oasis)로 기능했을 가능성을 제시했다. 지구의 '산소 대폭발' 시기에 왜 산소가 급증했는지 설명할 실마리다.
이어 연구 결과를 지구 밖 화성까지 확장했다. 초기 지구와 유사한 환경을 가졌던 것으로 추정되는 화성에서도 스트로마톨라이트와 같은 생명의 흔적이 있을 수 있다는 것이다. 연구팀은 "화성에는 초기에 물로 채워져 있었을 것으로 보이는 수많은 운석 충돌구가 남아 있을 수 있기에, 운석 충돌구 외곽에서 스트로마톨라이트와 같은 형태로 형성된 유기물층이나 암석들을 찾는 게 앞으로 화성 탐사의 핵심 과제가 될 수 있다"고 했다.
논문 제1 저자인 임 박사는 "운석 충돌구 내 열수 호수 환경에서 스트로마톨라이트가 성장했음을 종합적으로 밝힌 첫 사례"라고 연구의 의의를 밝혔다.
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권이균 원장은 "한반도 운석 충돌구에 대한 증거와 해석이 국내외 다양한 학술연구를 통해 계속 발전하고 있음에 지질학자의 한 사람으로서 자부심을 느낀다"며 "출연연구기관으로서 한국 지질과학이 세계 무대에서 중요한 역할을 할 수 있도록 지원을 아끼지 않겠다"고 했다.
한편 이번 결과는 2021년 지질자원연이 발표한 '한반도 최초운석 충돌구 발견' 연구의 후속 연구다. 당시 지질자원연이 처음으로 한반도에 운석 충돌구가 존재함을 과학적으로 증명해 화제가 됐다.
