첫 번째 대륙

우리가 걷는 땅은 어디에서 왔습니까? 인간으로서 우리는 오늘날에도 지구 표면의 약 3분의 1만 덮고 있음에도 불구하고 땅을 당연하게 여기는 경향이 있습니다. 게다가 땅은 대체로 2차원적이다. 굴을 파는 아주 작은 짐승을 제외하고 대부분의 활동은 표면에서 이루어집니다. 반면에 바다는 광대한 3차원을 가지고 있어 다양한 종류의 생물이 내내 살고 있습니다. SF 소설가 아서 C. 클라크(Arthur C. Clarke)는 “이 행성을 지구라고 부르는 것이 얼마나 부적절한가”라고 쓴 적이 있습니다.

그럴지라도 우리에게는 우리 땅이 있습니다. 그리고 우리는 이 땅이 다른 형태, 다른 기후, 다른 생물들이 살고 있지만 항상 지구에 존재했다는 것을 당연하게 받아들입니다.

지질학은 이것조차 사실이 아니라고 말합니다.

우리는 땅의 시대에 살고 있지만 지구에 땅이 없던 시절이 있었습니다. 전환이 어떻게 발생했는지는 수수께끼로 남아 있지만 기존 광물의 구성을 보면 대륙 형성에 대해 많은 것을 알 수 있습니다.

아마도 거꾸로 작업함으로써 최초의 대륙에 대한 진실을 알 수 있을 것입니다.

지질학적으로 말하면 지구는 네 부분으로 분류할 수 있습니다. 지각이라는 표층이 있습니다. 지구가 사과라면 지각은 껍질의 두께입니다. 우리는 지각 위를 걸으며 모든 대륙과 해저를 구성합니다. 지각 아래에는 맨틀이라는 층이 있습니다. 이 층은 수천 킬로미터 깊이이며 지구 부피의 84%를 구성합니다. 그것은 고체인 것으로 이해되지만 지질학적 시간 척도에서는 캐러멜과 같은 점성이 높은 액체처럼 거동합니다. 이 아래에는 액체 상태의 외핵이 있고 그 아래에는 내핵으로 알려진 단단한 암석 덩어리가 있습니다.

정의에 따르면 대륙은 물과 같은 유체로 분리된 지각 위의 거대한 땅덩어리입니다. 이 정의에 따르면 지구는 대륙을 가진 것으로 알려진 유일한 행성입니다. 화성과 같은 행성은 과거에 비슷한 대륙을 가졌을지 모르지만 화성에는 액체 상태의 물이 없기 때문에 지구는 대륙을 가진 유일한 행성입니다.

지난 세기에 알프레드 베게너(Alfred Wegener)는 대륙이동설(Continental Drift Theory)을 제안했는데, 이에 따르면 지구는 한때 통일된 대륙이 있었고 시간이 지남에 따라 표류하여 오늘날 우리가 알고 있는 7개 대륙을 형성했습니다. 이 이론은 오늘날 사실로 받아들여졌습니다.

베게너의 이론에 대한 한 가지 간단한 검증은 오늘날 서로 다른 대륙에 있는 화석의 유사성을 연구함으로써 볼 수 있습니다. 의심스러운 사람은 남미의 동해안이 아프리카의 서해안과 얼마나 잘 정렬되어 있는지 확인하십시오.

지구는 46억년 전에 형성되었습니다(46억년입니다!). 46억년에서 40억년 전의 시대를 그리스 지옥의 신 하데스의 이름을 따서 하데스 이온이라고 부른다. 과학자들은 이전에 지구가 불타는 공으로 시작했으며 시간이 지남에 따라 외부 표면이 냉각되어 오늘날 우리가 알고 있는 땅을 형성했다고 믿었습니다. 그러나 이제 우리는 최초의 대륙이 형성되기 전에 지구가 물로 덮여 있었다는 것을 알고 있습니다.

이 발견은 미네랄 지르콘 덕분에 이루어졌습니다.

지르콘 또는 ZrSiO4의 결정에는 특별한 속성이 있습니다. 일단 형성되면 모암이 완전히 파괴되더라도 사실상 파괴되지 않습니다. 추가 보너스는 매우 드물지 않다는 것입니다.

이러한 광물의 나이는 우라늄과 납 성분을 연구하여 쉽게 찾을 수 있습니다. 지르콘 결정은 우라늄과 토륨 원자(둘 다 핵연료로 가장 잘 알려져 있음)를 통합합니다. 그러나 이러한 동일한 결정은 형성될 때 납 원자를 거부합니다.

시간이 지남에 따라 불안정한 우라늄은 방사성 붕괴를 통해 납이 됩니다. 즉, 우라늄과 납의 비율을 측정하여 결정의 나이를 파악할 수 있습니다. 젊은 결정체는 우라늄 비율이 더 높을 것이고, 오래된 결정체에서는 상대적으로 더 많은 비율의 우라늄이 이미 납으로 변했을 것입니다.

더 관련이 있는 것은 지르콘 결정이 형성되는 환경에 대한 정보를 드러낸다는 사실입니다. 이것은 산소 동위 원소 비율을 통해 추론할 수 있습니다.

산소에는 ¹⁸O와 ¹⁶O의 두 가지 안정한 동위원소가 있습니다. 원자가 두 개 더 있는 ¹⁸O는 ¹⁶O보다 무겁습니다.

비가 내리면 ¹⁸O로 구성된 물 분자는 더 가벼운 분자보다 더 쉽게 응축됩니다. 그리고 증발이 일어나면 ¹⁶O 분자가 먼저 사라지고 ¹⁸O 분자가 뒤에 남습니다. 따라서 우리는 바다의 ¹⁶O 수준이 더 따뜻한 기간 동안 더 높았고 ¹⁸O가 더 시원하고 비가 많이 오는 기간 동안 우세했다고 꽤 합리적으로 추정할 수 있습니다.

이러한 비율로 산소 원자가 지르콘 결정에 포획되어 타임 캡슐 또는 당시의 화학적 구성의 스냅샷을 형성합니다. 지르콘을 관찰함으로써 우리는 지르콘이 언제 형성되었고 당시의 온도를 알 수 있습니다.

그리고 그 정보를 통해 우리는 지르콘 결정이 정확히 어떻게 형성되었는지 추론할 수 있습니다.

지구의 맨틀에서 산소 동위 원소 비율은 항상 약 5.3입니다. 간단한 참고 사항: 이것은 ¹⁸O가 ¹⁶O보다 5.3배 많다는 의미는 아닙니다. 이 값의 공식 명칭은 δ¹⁸O 또는 "delta-O-18"이며 여기서 "delta"는 "difference from ocean water"를 나타냅니다. 따라서 여기의 비율을 바닷물의 비율과 비교하면 그 차이는 5.3입니다.

delta-O-18의 값이 0에서 5.3 사이이면 암석으로 응고되기 전에 고온의 물과 광범위한 마그마 상호작용이 있었음을 의미합니다. (당연히 바닷물의 delta-O-18 값은 0입니다. 다른 모든 것과 비교하기 때문입니다.)

delta-O-18이 5.3보다 크면 마그마가 물이 아닌 지구 표면 의 암석과 상호 작용했음을 의미합니다. 이 표면 암석은 이전에 비나 바닷물과 상호 작용했을 것입니다. 앞서 언급했듯이 빗물에는 더 무거운 ¹⁶O가 더 많이 포함되어 있습니다. 그것은 암석이 더 많은 것을 가지고 있었을 것이고, 마그마에 묻혀 녹아서 더 높은 가치를 유지했을 것이고, 결국 결정화 과정에서 우리의 타임캡슐 지르콘으로 전달되었을 것이라는 것을 의미합니다.

가장 오래된 지르콘은 델타-O-18이 약 7.4입니다. 즉, 하데스 시대에는 지구 표면에 물이 풍부하게 존재했음을 의미합니다. 어떻게 이런 일이 있을 수 있습니까? 결국, 그것은 지옥불과 화산으로 알려진 기간이었습니다.

지질학자들은 이 문제에 대해 생각하고 가장 그럴듯한 답을 내놓았습니다. 물은 아마도 우주 공간에서 지구로 옮겨졌을 것입니다. Hadean 시대는 지구 표면에 우주 공간 운석의 폭격을 가한 거친시기였습니다. 우리는 달의 땅이 35억년 전까지 이러한 운석 충돌이 규칙적이었다는 것을 보여주기 때문에 이것을 알고 있습니다. 이러한 공격의 잔해는 오늘날 달의 분화구로 관찰될 수 있습니다.

지구 표면이 거의 완전히 물로 덮여 있다면 최초의 안정적인 대륙 핵은 어떻게 형성되었습니까? 형성된 땅은 왜 마그마 속으로 가라앉지 않았습니까?

올해 초 새로운 연구에서 커틴 대학교, 서호주 지질 조사국, 미국 메릴랜드 대학교 등 3개 기관의 연구원들이 함께 모여 육지의 고대 과거를 조사 했습니다 . 그들은 세계에서 가장 오래된 노출된 육지인 호주의 Pilbara Craton을 조사함으로써 이를 수행했습니다.

크라톤은 대륙의 오래되고 안정적인 부분입니다. 이것은 그들이 수백만 년 동안 꾸준히 지표면에 머물렀다는 것을 의미합니다. Pilbara Craton은 40억년에서 25억년 전으로 거슬러 올라가는 Archaean 시대의 여러 대륙 잔해 중 하나입니다. Hadean 시대에 이어 지구에서 운석 충돌 속도가 감소하는시기였습니다.

연구원들은 암석에 있는 지르콘의 나이와 델타-O-18 값을 연구하여 이 크라톤의 형성에는 세 단계가 있다는 결론을 내렸습니다. 다음은 흥미로운 분석입니다.

첫 번째 단계의 지르콘은 두 그룹으로 분류할 수 있습니다. 델타-O-18 값이 지구의 지각 바로 아래 맨틀과 유사한 것; 산소 구성이 매우 얕은 공정을 필요로 하는 것. 두 번째 단계에서 델타-O-18은 맨틀과 일치합니다. 마지막으로 3단계의 지르콘은 표면 재료와의 상호 작용이 필요한 델타-O-18 값을 갖습니다.

보시다시피, 지르콘이 처음 표면 근처에서 형성되고 점차 더 깊게 형성되기 시작한 것처럼 보입니다. 하지만 정말 그랬습니까? 암석의 다양한 구성을 연구한 연구원들은 그렇지 않다고 제안합니다.

먼저 (연구자들을 생각하십시오) 운석 폭발이있었습니다. 큰 물체가 지구의 수면에 부딪쳤습니다. 예전에는 흔한 일이었지만 이번에는 그 충격으로 인해 마그마가 뜨거운 물에 장기간 노출되었습니다. "장기간"이란 수백만 년을 의미합니다. 그 충격 자체는 근처에 마그네슘이 풍부한 암석을 형성했을 것이고 철이 풍부한 암석은 조금 더 멀리 형성되었을 것입니다. 한편, 마그마와 뜨거운 물의 결합은 맨틀 아래에서 발견되는 것과 매우 유사한 조건을 야기하여 산소 동위원소 비율도 비슷했습니다.

그 후 1억 년 동안 무거운 물질은 맨틀 속으로 가라앉았고 가벼운 마그마는 지표면으로 이동했습니다. 이 분리로 인해 더 가벼운 층이 부력을 받아 떠 있을 수 있게 되었습니다. 결국 오늘날 우리에게 친숙한 "지각"을 형성했습니다.

2단계 지르콘은 지각이 안정되었을 때부터입니다. 맨틀에서 나오는 마그마가 지각 기저부 주위로 퍼지는데, 이것이 바로 2단계 지르콘이 대부분 맨틀에서 발견되는 것과 유사한 델타-O-18 값을 갖는 이유입니다.

마지막으로 세 번째 단계에서 지르콘은 맨틀 위 비율을 갖습니다. 이것은 아래의 마그마에 통합된 기본 지각 위에서 꽤 많은 암석이 있었음을 시사합니다.

Pilbara Craton은 흥미로운 이야기를 전하지만 더 중요한 것은 다른 Craton이 동의한다는 것입니다. 여기에서 관찰된 것과 동일한 패턴을 지질학자들은 다른 크라톤에서도 인식할 수 있다고 말합니다. 이것은 본질적으로 유성 폭발이 지구상의 첫 번째 땅을 안정시키는 데 책임이 있음을 의미합니다. 이 행성에 속한 모든 대륙은 표면에 충돌하는 거대한 우주 암석에 의해 가능해졌습니다.

우리는 유성을 파괴적인 힘으로 이해합니다. 그들은 항상 세상을 멸망시키는 재앙으로 묘사됩니다. 유성은 폭발을 일으킵니다. 유성은 공룡을 죽였습니다. 유성체는 모두가 올려다보고 싶지 않은 이유였습니다 .

이 인식은 부분적으로 사실이지만 크레톤은 유성이 훨씬 더 많다고 말합니다. 자연의 힘과 마찬가지로 그들은 창조자이자 파괴자입니다. 그것들은 우리에게 익숙한 땅을 방해할 수 있지만 유성에 대해 불평하기 전에 이것을 기억해야 합니다. 아마도 그것들은 우리가 살고 있는 땅을 처음부터 우리에게 준 사람들이었을 것입니다.

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