[대학저널 신효송 기자] 연세대학교(총장 김용학) 이용재 교수(지구시스템과학)가 이끄는 국제공동연구팀이 지각판이 충돌하는 땅 속 깊은 환경에서 지표에서는 관찰된 적 없는 초수화 점토광물이 만들어질 수 있다는 것을 세계 최초로 보고했다.
연구 결과는 지구과학 전 분야 최고 학술지인 ‘네이처 지오사이언스(Nature Geoscience)’에 게재됐다.
지구의 땅 속에는 전 세계 바닷물 양보다도 많은 양의 물이 숨겨져 있다. 이는 마치 엔진의 윤활유와 같이 지각판과 맨틀의 움직임을 원활하게 하는 역할을 한다. 이용재 교수팀은 지구 속의 높은 온도와 압력 환경을 만들어 지각판의 섭입대를 따라 일어날 수 있는 광물과 물의 반응을 관찰했다. 연구에 사용된 고온고압 실험은 다이아몬드 앤빌셀이라는 장치를 이용해 두 개의 다이아몬드 사이에 눈에 보이지도 않을 만큼의 시료를 가두고 온도와 압력을 증가시키면서 방사광가속기에서 발생시킨 고에너지 고휘도의 X-선을 다이아몬드 사이의 시료에 조사시키면서 진행된다.
연구팀은 우리나라의 지표에도 풍부해 도자기의 원료로도 쓰이는 카올리나이트(고령석 혹은 고령토)라는 점토광물을 땅 속 75km 깊이에 해당하는 조건, 즉 대기압의 25,000배 압력과 섭씨 200도 온도로 물과 함께 가열했다. 그 결과 물분자가 광물의 구조 속으로 대거 유입되고 부피가 30%이상 증가하는 변화가 관찰됐다.
이 교수는 “이렇게 만들어진 초수화 카올리나이트는 지각과 맨틀을 구성하는 주요 광물 중에 가장 높은 물 함량을 보인다”며 “초수화 카올리나이트의 형성을 통해 섭입대 접촉면의 물성 변화를 예상할 수 있으며 실제로 이것이 만들어지는 깊이는 진원의 깊이에 따라 구분되는 천발 지진과 중발 지진의 경계와 일치해 지진발생 메커니즘의 변화를 새롭게 설명할 수 있는 가설을 제공한다”고 설명했다.
한편 이용재 교수는 2002년 압력에 따른 초수화 현상을 세계 최초로 보고한 ‘네이처(Nature)’ 논문을 시작으로 2014년 ‘네이처 케미스트리(Nature Chemistry)’에 초수화 현상을 응용한 화학반응을 보고한 바 있다. 최근 본 논문과 같이 초수화 현상을 지구 내부에 대한 이해로 확장하는 연구를 진행하고 있다.
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