[뉴스스페이스=김정영 기자] 중국 과학자들이 창어(嫦娥) 6호 임무를 통해 회수한 달 뒷면 샘플 분석을 토대로 달의 늦은 화산활동을 이끈 새로운 열 전달 메커니즘을 규명해 학계의 주목을 받고 있다.
『Science Advances』에 2025년 8월 발표된 이 연구는, 약 30억년 전 달이 화산 활동을 멈췄다고 여겨온 기존 관념을 뒤집으며 달의 앞면과 뒷면의 근본적인 구조 및 진화 차이를 새롭게 조명한다.
중국과학원 광저우지구화학연구소의 왕청위안과 쉬이강이 이끄는 연구팀은 달의 화산 활동을 예상보다 훨씬 오랫동안 지속시킨 이전에 밝혀지지 않았던 열 전달 메커니즘을 확인했다.
기존에 달은 약 30억년 전 이후 화산 활동이 중단된 ‘휴면기’에 들어갔다고 알려져 왔다. 하지만 중국의 창어 5호와 6호가 각각 수집해 지구로 귀환시킨 현무암 샘플에서 20억년과 28억년 전까지도 화산 분화가 지속됐음이 처음으로 직접 확인됐다.
특히 이번 창어-6 샘플에서는 28억년과 29억년 전 각각 형성된 아주 낮은 티타늄 함량의 현무암과 상대적으로 낮은 티타늄 함량을 가진 두 유형의 현무암이 발견됐다. 두 현무암 종류는 형성 깊이와 조성 면에서 차이를 보였는데, 매우 낮은 티타늄 현무암은 120km 이상 깊이, 낮은 티타늄 현무암은 60~80km 깊이의 서로 다른 달 맨틀 층에서 기원한 것이다.
중국과학원 광저우지구화학연구소 왕청위안과 쉬이강 교수팀은 달 내부의 고온·고압 조건을 시뮬레이션해, 이들 현무암이 초기 달 마그마 해양이 냉각된 후 형성된 별도의 맨틀 층에서 비롯됐으며, 하나는 일반 푸로크센 석질층에서, 다른 하나는 감람석과 티타늄 함유 피록센 층에서 기원함을 밝혔다.
흥미로운 점은 이들 젊은 현무암이 수분 함량이 매우 낮고 방사성 원소 같은 열원을 거의 포함하지 않는다는 점이다. 이는 기존에 젊은 달 화산 활동이 수분이나 방사성 원소의 작용 때문이라는 이론을 반박하는 결과로, 달의 늦은 화산 활동을 설명하는 새로운 메커니즘을 요구했다.
연구진은 달이 냉각되면서 암석권이 두꺼워져 깊은 마그마가 직접 분출되기 어려워졌고, 대신 얕은 피록센 석질층 하부에 마그마가 갇혀 열을 상승 전달하는 경로가 형성됐다고 설명했다. 이 갇힌 마그마가 열을 위쪽으로 전달해 얕은 맨틀에서 부분적인 용융을 유발, 결과적으로 수십억 년이 지난 후에도 화산 분출이 지속될 수 있었다는 것이다.
또한 전 세계 달 원격탐사 데이터를 분석한 결과, 약 30억년 전을 기점으로 달 화산 활동의 열원과 메커니즘에 변화가 있었음을 확인했다. 이전에는 조석력, 운석 충돌, 방사성 물질 등 다양한 열원이 복합 작용했으나, 그 이후에는 하부에서 상부로의 열 전달이 지배적인 메커니즘이 되었고, 이로 인해 화산 활동 원천이 맨틀 얕은 층에 집중됐다는 것이다.
달의 지질학적 비대칭성에 대한 통찰도 중요한 성과다. 달의 앞면 얕은 맨틀은 감람석(일메나이트)이 풍부한 반면, 뒷면은 그 함량이 상대적으로 낮아 앞면과 뒷면의 비대칭적 진화에 중요한 열쇠가 될 수 있음이 밝혀졌다. 창어-6 탐사선이 2024년 5월 3일 달 뒷면에 착륙해 1935.3g의 샘플을 확보, 6월 25일 지구로 귀환함으로써 이러한 연구가 가능해졌다.
이 같은 발견은 달 내부 구조와 화산 역사의 새로운 이해를 돕고, 향후 달 탐사 및 화성 등 내태양계 천체의 지질학 연구에도 큰 영향을 미칠 것으로 기대된다. 달의 ‘숨겨진’ 화산 활동과 열 전달 비밀은 미지의 달 진화사를 새롭게 정립하는 중요한 이정표가 될 전망이다.
