천체의 진화

화성 천체의 진화

과학자들은 복잡하기 그지없는 화성의 역사를 크게 네 가지의 시대로 나눈다. 지구의 지질 시대와 비슷한 개념이다. 다른 행성에서와 마찬가지로 이러한 시대명은 각 시대에 형성된 주요 지형의 명칭을 따서 붙여졌다.

노아키안 세 전기는 화성이 형성된 약 45억년 전부터 헬라스 충돌 분지가 형성된 약 40억 년까지를 일컫는다. 이 시기에 형성된 지형 대부분은 그 이후에 일어난 침식작용으로 파괴되거나 파묻혔지만, 대형 사건이 일어나면서 오늘날까지 눈에 띄는 큰 흔적이 남았다. 이른바 지각의 양분 현상으로 불리는 사건이다. 이 사건으로 남부는 지각이 상승하고 크레이터로 뒤덮인 고지가 되었으며, 북부는 훨씬 더 매끄럽고 낮은 평원이 되었다. 크레이터 자료로 연구한 결과 화성 남반구는 약 40억년 전에 후기운석 대충돌로 크나큰 타격을 받았다.반면 북반구는 어떤 이유에선지 그영향을 거의 받지 않았다. 당시만 해도 북반구에 용암이 흘렀기 때문일 것으로 추측된다. 이러한 양분 현상에 대해서는 다양한 가설이 나왔다. 그러나 그 가운데서도 북반구의 지각이 대대적으로 재생되었다는 가설과 충돌에 의해 일부 충격이 지각을 스치면서 직간접적으로 화산 분출이 되었기 때문이라는 가설이 가장 그럴듯하게 받아들여지고 있다. 남부 고지대의 아르기레 분지와 북구 평원 경계이 있는 이시디스 분지도 노아키안 세전기에 형성된 대형 분지다.

이어지는 노아키안세는 남부 고지대의 노아키스 테라를 따서 붙여진 이름이다. 방사성 연대 측정을 할수 있는 암석 표본이 없어 정확한 연대를 밝혀내진 못했으나 이 시대는 41억년 전부터 37억년까지 이어진 것으로 추정된다. 노아키안 세에는 무엇보다 이 시기만의 뚜렷한 지질학적 특징이 있다. 이 시대에는 운석공이 수없이 형성되었고 물이 풍부하여 지표면에 물이 흘러 그대도 수로가 만들어졌으리라 추정된다. 화성의 진화에서 그 다음 단계는 37억년전 부터 30억년 전까지 이어진 헤스페리안 세로 남부 고원의 용암 평원인 헤스페리아 플라눔에서 그 이름을 따왔다. 용암 평원은 이 시대를 득징짓는 지형으로 곳곳에서 화산 활동이 일어났음을 알려준다. 이전부터 존재하던 타르시스고원에서 올림푸스 몬스가 형성되기 시작한 것도 이 시대로 추정된다. 또한 화성의 기나긴 기후 변화도 헤르페리안 세의 초기에 시작 되었을 가능성이 있다. 화성이 어떤 이유로 대기 대부분을 잃었는지는 아직도 확실하게 밝혀지지 않았다. 그러나 태양풍으로 대기가 서서히 침식되고 순식간에 일어난 기후 대변동으로 표면 암석에 대기가 흡수되었으며 거대한 운석 충돌의 여파로 대기가 우주 공간으로 방출된 것이 원인으로 추정된다. 그 이유가 무엇이든 화성의 대기는 냉각되고 희박해졌다. 흐르는 물줄기도 가늘어지기 시작했으며 화성표면에 있던 물 대부분이 얼어붙거나 지하로 스며들었다. 지하에 있던 물은 대홍수가 일어날 때마다 속아올라 지표면에 커다란 흉터를 남겼다.

화성 역사에서 가장 최근을 가리키는 아마조니안 세는 약 30억년 전에서 시작되 현재까지 계속되고 있다. 이 시대의 명칭은 아마조니스프라니티아의 이름에서 땄다. 이곳은 타르시스 화산 지대와 엘리시움 화산 지대사이에 광활하게 펼쳐진 용암 평원이며 불과1억년 전에 형성된것으로 보인다. 아마존안 세는 새로 형성된 운석고의 숫자가 상대적으로적은 것이 특징이다. 그러나 그 범위가 엄청나기 때문에 가장 중요한 지형 특성을 밝혀내기가 쉽지않다. 

그럼에도 아마조니아 세 동안에 화성의 지형을 형성하는데 큰 역할을 한 것은 빙하임이 확실하다. 건조화와 냉이 진행됨에 따라 액체 상태의 물은 지형 형성에 그만큼 큰 영향을 끼치지 못했을 것이다. 또한 화산 분출도 이전 시대에 비해 뜸해졌다.

지각층의 구조

화성 표면에는 지질활동과 지후 변화로 만들어진 복잡한 역사의 흔적이 곳곳에 남아 있다. 화성의 가장 큰 특징은 ㄱ지각 양분 현상으로 북반구와 남반구의 지형이 굉장히 다르다는 점이다.

용어

1. 용암 평원 : 화성의 지각 대부분을 뒤덮고 있는 것은 비교적 최근에 고체화된 용얌 평원이다.

2. 얼음 포켓 : 대부분의 지각 밑에는 얼음층이 있는데 일부 지역에서는 얼음이 녹아 액체 상태의 대수층을 형성한 것으로 보인다.

3. 깊은 지층 : 상부 지각의 가장 깊숙한 곳에 있는 지층은 가장 오래전에 형성되었으며, 운석 충돌의 잔해물인 표토로 되어 있다.

일반적으로 화성의 남반구는 크레이터로 뒤덮인 고지대인 반면에 북반구는 밋믹하고 낮은 평원이대부분이다. 겉보기만 다른 것이 아니다. 남반구의 고도는 북반구에 비해 대체로 1-3킬로미터 높으며 북부 평원의 평균 지각 두께가 32킬로미터인데 비해 남반구는 58킬로나 된다.

이러한 양분 현상은 화성 초기에 일대 격변이 있었음을 강력하게 뒷받침 한다. 화성의 형성이 끝나기 직적 대충돌이 여러차례 있었거나 내부 폭팔이있은 다름,북반구 지각이 빠른 속도로 재생되었으리라는 애기다. 이때 남반구에서 깊숙이 가라앉은 하부 지각이 상승 작용을 부추기는 촉진체 역할을 했으리라 추정된다. 빙하에서 아래로 가라앉은 부분이 위로 속은 부분을 떠받치는 것과 똑같은 원리다.

양분 현상을 설명하는 두가지 가설 모두 화산활동을 근본 원인으로 본다. 들끓는 마그마가 겹겹이 쌓인 결과 화성암이 지표면을 뒤덮은 것이다. 퇴적암은  아라비아 테라등 몇몇 특정 지역에 집중 된 것으로 보인다.

NASA의 우주 탐사선 2001 미스 오디세이에 실린 감마선 분광기등의 기구로 화성 표면의 광물 성분을 분석한 결과, 북반구와 남반구는 광물 조성도 다른 것으로 밝혀졌다. 남부 고지대는 마그네슘과 철이 풍부하고 감람석 휘석 사장석 등이 포함된광물로 뒤덮여 있다.지구와 달에서 발견되는 현무암과 상당히 비슷한 광물 조성이다.  큰 방패형 화산 주위에 분포된 휘석은 대부분 칼숨이 다량 함유되어 있어 비교적 낮은 온도에서도 용융상태를 유지했을 것이다. 화산은 남부 고지대보다 훨씬 더 나중에 생성 된 것으로 보인다. 이는 화성의 마그마가 오랜 세월에 걸쳐 조금씩 냉각되었으리라는 점을 시사한다.

한편 북부 평원은 대부분 먼지로 뒤덮여 있어 광물 조성을 알기가 쉽지 않았다. 시르트스메이저등 짙은 색 노두 (암석, 지층 등이 지표에 드러난 부분) 남부 고지대와 마찬가지로 현무암으로 이루어졌으리라 보인다. 그러나 그 외 지역의 지표면은 규산염이 주요 성분이라 추측된다 지질학자들에 따르면 녹는점이 낮은 휘발성 화학물질로 이루어진 마그마가 분출함에 따라 규산염이 만들어졌다고 본다.

 그러나 다른 가설에 따르면 규산염이 풍부한 지층은 유리와광물로 된 얇은 층으로 물에 의해 형성 되었다고 한다.

그러나 무엇보다도 화성의 지각은 규모가 어마어마 하다는 점에서 큰 의문을 자아낸다. 화성의 지각은 행성 전체를 단단하게 감싼 껍질일까? 아니면 지구의 지각처럼 이동,균열, 재배열과정을 거칠까? 이에 대한 설명은 극과극으로 나뉜다. 우선 화성은 지구처럼 판구조 운동을 작동시키기에는 에너지가 부족한 것으로 보이며, 판 경계의 흔적도 거의 발견되지 않는다. 일부 지질학자는 화성의 방패형 화산이 그처럼 크게 발달할 수 있었던 까닭도 내부에서 발생한 열이달리 갈 곳이 없었기 때문이라 주장한다. 

그러나 반대편 가설에서는 타르시스의 화산이 사슬 모양으로 분포되었다는 점을 지적하며, 이는 지각이 맨틀의 열점을 따라 오랫동안 느리게 이동했음을 가리킨다고 주장한다. 얼마전 지질학자들은 비교적 최근에 일어난 판구조 운동 때무에 화서에도 크가큰 지진이 일어났음을 입증하는 증거를 발견했다.