화성 화성의 화산

화성의 화산

화산은 가장 특징적이며 잘 알려진 화성의 지형이다.

특히 거대한 방패형 화산이자 태양에서 가장 고도가 높은 올림푸스 몬스가 화성의 화산 가운데서도 가장 유명하다. 그렇지만 화성의 화산은 온갖 형태를 띤다.

규모가 큰 방패평 화산들은 타르시스 고원이라는 거대한 반구형 지대에 몰려 있다. 타르시스 고원에는 고도 기준점인 테이텀 위로 되채 10킬로미터까지 속아 있는 거대 화산 올림푸스 몬스가 있다. 또한 그보다 약간 작은 아스크레우스, 파보니스, 아르시아 몬스 등 세개 화산이 사슬 모양으로 늘어서 있다.

타르시스 고원은 그 자체로 수수께끼같은 곳이다. 화성의 화산 사슬은 하외이 제도 등 지구의 화산 사슬과 놀랄 만큼 비슷한 형태를 띠며 형성된 원인도 비슷할 것으로 보인다. 맨틀 안에서 뜨거운상승 물질로 만들어진 열점이 서서히 지표면 위로 솟아나면서 화산이 되었다는 것이다. 지구에서는 오래전에 생성되어 굳어진 맨틀 플룸 (맨틀로부터 발산된 열기둥) 위로 유동적인 지각 구조판이 서서히 움직이면서 화산 사슬이만들어진다고 알려졌다. 그러나 지각이 움직이지 않는 것으로 추정되는 화성에서 어떻게 해서 지구와 비슷한 현상이 일어났는지는 의문으로 남아있다. 

방패형 화산은 지각 아래 깊숙한 곳에 있는 뜨거운 마그마가 지각에 난 틈으로 분출될 때 압력 차이에 의해 만들어진다.오랜 세월에 걸쳐 고체화된 암석이 층층이 쌓이면서 널찍하고도 얕은 돔을이룬 후에 마그마가 돔 측면에 난 구멍으로 빠져나와 형성된다는 애기다.  그러다가 지각 밑의 마그마 웅덩이가 고갈되면 화산 꼭대기가함몰하여 칼데라 라는 넓은 크레이터가 되기도 한다. 이때 측면의 가파픈 지대가 무너지면 절벽 비슷한 급경사면이 된다. 화성에는 방패형 화산 말고도 톨루스와 파테라라 불리는 거대 화산도 존재한다. 

톨루스형 화산은 측면이 가파르고 그 규모에 비해 칼데라가 크다. 그래서 일본 후지산과 이탈리아의 배수비오산등 지구에서 흔히 볼수 있는 원뿔형 성층 화산과 비슷해 보인다. 그러나 겉모습만 비슷할 뿐이다. 지질학자들에 따르면 톨루스형 화산은 방패형 화산의 꼭대기 부분이라고 한다. 다른 부분은 나중에 분출된 용얌류 밑으로 가라앉고 정상 부분만 남았다는 것이다.

파테라형 화산은 완전히다른 유형으로 크레이터가 얕고 테두리가 울퉁불퉁한 딱지 모양의 화산이다. 오랜 세월에 걸쳐 서서히 형성된 방패형 화산과 달리 간헐적이고 격렬한 분화에 의해 형성된 것으로 보인다. 너비가 올림푸스 몬스보다 훨씬 클 정도로 엄청난 경사가 많지만 경사가 완만하다. 초기에 형성된 파테라 가운데 일부는 먼 옛날 초화산 (일반적인 화산 분화보다 수천배 많은 분출물을 분하시키는 화산)같은 작용을 했을지도 모른다.

화성의 화산에 관해 가장 궁금한 점은 뭐니뭐니해도 지금도 활화산이냐 하는 점이다. 과학자들이 분화를 실시간으로 관찰한 적이 없는 현재로써는 속시원한대답을 얻을 수는 없다. 그러나 활화산이 있음을 암시하는 증거는 있다. 올림푸스 몬스의 측면에서 비교적 최근인 2,000만년 전에 형성된 듯한 지형들이 발견된 것이다. 심지어 지질학자들이 행성 표면의 연대를 측정할 때 참고하는운석고의 흔적도 없었다. 화성 대기에 메탄가스가 존재한다는 보고가 논란을 일으킨 바 있는데, 화성에 활화산이 있다면 가능한 일이다.

한편 2005년에는 유럽 우주국의 탐사선 마스 익스프레스가 화성의 북극에서 작은 원뿡형 화산이 늘어선 지대를 발견했다. 하나같이 고도가 몇백 미테에 불과했고 상태로 볼때 적게 잡아도 200만년 전까지는 화산활동이 일어난 것으로 보였다. 오늘날까지도 활동하는 화산을 유지할 정도라면 화성은 과학계의 통념처럼 지질학적으로 죽은 행성이 아니라는 애기다.

화성의 모래

화성이 불게 보이는 이유는 불그름하고 고운 모래가 표면 대부분을 덮고 있기 때문이다. 모래는 화성 토양의 주요성분이다. 여기에서 화성 토양이란 표면을 덮는 미세 입자를 통틀어 말하는 것으로 유기물은 전혀 함유하지 않는다.

착륙선과 탐사차가 여라 지역에서 측정한 바에 따르면 성분이 같은 모래가 화성 전체를 뒤덮고 있다. 거대하게 몰아치는 먼지폭풍이 모래를 휘젓고 여기저기로 실어 나르기 때문인것으로 추측된다. 일반적으로 화성의 모래는 지구에 비해 입자가 훨씬 더 곱다. 입자의 평균 지름이 10-20마이크로미티 (100만분의 1미티) 에 불괴하여 먼지나 다를 바 없다. 모래의 크기가 다른 까닭은 화성 표면에서 오랜 기간 침식작용이지배적인 힘으로 작용하면서 알갱이 하나하나를 서서히 마모시킨 데다 물을 비롯한 액체가 존재하지 않아 알갱이 끼리 결합되지않기 때문이다.

화성 토양을 이루는 가장 작은 성분은 지름이 약  3마이크로 터인 화성 먼지다. 화성과 같이 희박한 대기와 약한 중력 조건에서 모의 실험을 진행한 결과 20마이크로미터나 되는 알갱이도 공중에 떠다닐 수 있는 것으로 확인되었다. 이러한 모래알갱이는 상당한 기간 부유 상태를 유지할 것이다. 게다가 거대한 먼지 폭풍이 몰아치지 않을 때에도 모래로 이루어진 연분홍색 막이 화성 하늘을 계속해서 뒤덮고 있음이 확실하다.

화성 표면 가까이에서는 화성의 바람이 좀더 입자가 큰 모래를 여러 가지 방법으로 이동시킨다.

먼저 지구의 사막에서와 마찬가지로 도약이라는 방법이있다. 도약은 돌풍이 지표면의 모래 알갱이를 들어 올려 탄도 퀘도를 그리면서 폭포처럼 떨어뜨리는 것이다. 이떄 모래 알갱이 하나하라에 가해지는 작은 충격으로 다른 모래알갱이 역시 바람에 실려 갈 정도로 떠오르며 이러한 과정이 소규모 눈사태와 비슷한 형태로 반복된다. 화성은 기압과 중력이 낮다는 점에서 지구와 확연히 다른데 이 두가지 요인때문에 각각의 모래 알갱이가 도약하는 궤도가 지구에 비해 훨씬 더 길고 완만하다. 도약은 먼지 폭풍을 일으킬 뿐 아니라 화성 표면의 평지를 뒤덮고 있는 각양각색의 사구 즉, 모래 언덕을 형성하는 요인이기도 하다.

화학적으로 먼지와 모래의 색이 불그스름한 까닭은 흔히 녹이라 부르는 산화철 때문이다. 화성에 산화철이 풍부한 이유는 무엇일까? 화성은 지구와 달리 초기에 내부가 철저히 분화되지 않았기 때문에 철이 지각에 몰려 있다는 가설이 가장 자주 인용된다. 지구의 철 대부분이 뜨거워져 녹는 상태가 되고 핵으로 가라앉은 반면 화성에서는 철이 대부분 지표면에 남아 있었고 그 후 노아키안 세에 지표수와 바응하여 산화했다는 애기다.

 그러나 화성의 붉은 빛은 풍부한 물 없이 만들어졌다는 가설도 제기되었다. 이에 따르면 화성의 불그스레한 색은 순전히 침식작용과 화성에 널리 분포된 현무암의 모래 및 자철석 혼합물 때문이라고 한다.

사실 화성의 토양은 그 색상이 어떠하든 방금 설명한 원인들로 형성되었음이 분명하다. 최근 큐리오시티 탐사차는 앞서 2001 미스 오디세이 궤도선이 화성 고지대의 노두에서 발견한 것과같은 광물 성분을 화성 토양에서 발견했다. 그러나 화성 토양이 모두 같은 성분으로 이루어졌다는 것은 착각이더. 최근 NASA의 피닉스 착륙선에서 마그네슘과 칼륨등의 영양분을 탐지했고, 스피릿 탐사차가 온천 물질인 이산화규소를 발견했다.

이것만 봐도 화성의 토양 성분이 복합적이고 지역에 따라 다양함을 알 수 있다.