화성에서 사라진 물, 미네랄 속에 갇혀 있다?

최근 탐사가 진행 중인 화성은 한때 지구처럼 물로 덮인 행성이었다고 생각되고 있다. 하지만 현재 표면은 건조하다. 화성에 있던 물은 어디로 가버린 것인지 의문에 대해 캘리포니아공대 연구팀이 발표한 새로운 논문은 대량 물이 화성 광물 속에 갇혀 있을 가능성이 있다고 언급하고 있다.

화성에는 한때 많은 물이 존재했던 것으로 알려져 있으며 40억 년 전 수심 100∼1,500m 바다가 존재하고 있었다고 여겨지고 있다. 하지만 화성 물은 시간과 함께 흩어져 버려 미 항공우주국 나사(NASA) 화성 탐사선 퍼서비어런스가 촬영한 화성 표면 사진만 봐도 황량한 대지가 펼쳐진 모습 밖에 볼 수 없다.

대량 물이 어디로 사라져 버린 것인지에 대한 의문은 화성 대기에 수증기로 포함되어 있던 수분이 약한 중력과 태양풍 탓에 대기와 함께 우주 공간으로 도망쳐 버렸다는 설이 있다. 또 화성 지하에는 얼음이 있을 가능성도 지적되고 있다.

캘리포니아공대와 나사 제트추진연구소 연구팀은 이 같은 의문을 밝히기 위해 화성 탐사선 데이터와 화성에서 날아온 운석 데이터를 이용한 분석을 실시했다. 분석에선 증기와 액체, 얼음 같은 형태로 화성에 존재하던 물의 양, 대기와 표면 화학 조성을 확인했는데 수소 종류에 초점을 맞춰져 있었다고 한다.

중수소는 원자핵이 양성자 1개와 중성자 1개로 이뤄져 있는 수소 동위 원소이며 원자핵이 양성자 1개로 이뤄진 일반 수소보다 무겁다. 중수소와 수소 비율은 0.02%지만 보통 수소는 중수소보다 가벼워 대기와 함께 우주 공간에 흩어져 버리기 쉽기 때문에 만일 화성에 있던 물이 우주 공간으로 흩어졌다면 화성에 남아 있는 중수소 비율이 일반적인 수준보다 많을 것으로 예상된다.

그런데 원래 화성에 있던 물의 양이나 화성에서 우주 공간에 수소가 흩어진 양을 고려하면 현재 화성에서 중수소와 수소 비율은 대기 손실만으로는 설명할 수 없다. 연구팀은 이 결과에서 화성의 물은 대기권을 통해 우주로 도망간 것뿐 아니라 지각 광물에 물이 갇혀 있다는 설을 제창한 것이다.

연구팀은 대기 낭비는 화성에 한때 존재했던 수량에 대한 데이터를 완전히 설명하지 못한다고 말한다. 연구팀이 실시한 시뮬레이션에 따르면 화성에 존재하는 물 중 30∼99%가 지각 미네랄에 갇혀 있을 수 있다는 것이다.

미네랄과 물이 반응해 광물 내에 물이 갇히는 건 화성에 국한된 얘기가 아니라 광물 결정 구조에 물이 채워진 수분 광물은 지구에도 존재한다. 하지만 지구에선 화산 활동을 통해 광물 물이 대기로 방출되어 순환하고 있기 때문에 물이 광물 속에 갇힌 상태가 되지는 않는다.

한편 화성은 화산 활동이 존재하지 않기 때문에 광물에 갇힌 물이 순환하지 않고 대기 중으로 돌아오지 않는 상태가 되어 있다고 한다. 연구팀은 이 물은 꽤 빠른 단계에서 분리된 후 순환해 돌아갈 수 없다고 말한다. 시뮬레이션에 따르면 화성 물은 40∼37억 년 사이 대부분 잃은 것으로 보고 있으며 30억 년 전에 현재와 거의 같은 건조한 화성이 되어 있다고 볼 수 있다.

연구팀은 대기 낭비는 분명히 물 손실에 명백한 영향을 주고 있지만 지난 10년에 걸친 화성 미션 결과는 형성과 함께 물 이용 가능성을 감소시킨 고대 수분 미네랄에 의한 물 저장고가 있었다는 사실을 지적하고 있다고 밝히고 있다.

연구팀은 2021년 2월부터 가동 중인 화성 탐사선 퍼서비어런스에 큰 기대를 걸고 있다. 퍼서비어런스가 수집한 데이터와 연구팀 모델을 조합해 시뮬레이션을 이끌어낸 모델에서 맞는 것과 잘못된 부분을 이해하고 더 정확한 답에 접근할 수 있다고 주장하고 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.