운석이란 외계 물체(운석의 구성물질)와의 지구충돌

약 2억 1천만년 전 직경이 수 km나 되는 거대한 운석이 대기권을 가르고 캐나다 퀘백의 북부광야에 큰 폭팔을 일으키며 충돌했다. 이 충돌로 먼지와 파편들이 대

기권으로 날아갔고 캐나다 순상지의단단한 암석이 직경 100km 정도의 자국이 생겼다. 그 당시 고리모양의 자국은 현재 락 매니쿠간 저수지의 물로 채워져 있으며 호수 중앙부는 융용된 암석으로 덮여있고 융기된 암석들이 있다. 물론 그 당시 목격자는 없었으나, 이 사건은 지질사에서 종의 대량멸종 중의 하나안 트라이아이스 말의 해양 종의 대량멸종과 거의 일치한다, 운석충돌과 대량멸종간에는 관련이 있는 것일까?

1908년 6월 30일 시베리아의 통구스카 지역에 이상한 폭발이 발생했다. 폭발한 곳으로부터 제일 가깝게 있던 목격자인 목동은 텐트와 함께 공중으로 날아갔고 그들 중 몇몇은 폭팔력 때문에 의식을 잃고 기절했다. 심지어 50km 떨어진 곳에서도 폭발음으로 귀청이 터질것 같았으며, 불길이 관찰되었다. 과학자들은 3,600km나 멀리 떨어진 곳에서 공기압력파 이상을 보고하였으며 1000km 떨어진 곳에서 지진진동을 측정하였다. 거의 15메가톤의 폭탄에 맞먹는 엄청남 폭팔이 중심지에서 바깥쪽으로 방사상 원형을 그리며 성냥개비처럼 나무들이 쓰러뜨렸으나 식별할만한 구덩이는 없었다. 이 사건에 대한 수년간의 연구결과, 직경이 약 20~60km 인 혜성파편이 지표면 위 대기권으로 폭발하여 흩어진 것으로 결론지었다.

이러한 사건들이 얼마나 자주 일어나며, 원인은 무엇인가? 매니쿠간 운석구덩이와 같은 대운석충돌과 관련한 위험성은 무엇인가?

그림 10.1 1993년 퍼시드 운석우에 속하는 두 유성의 궤적(사진 상단의 오른쪽과 중앙부 오른쪽). 운석우는 매년 8월12일경 절정을 이룬다, 이러한 장기적인 운석우는 지구가 혜성궤도를 지나면서 혜성파편들이 대기속으로 진입하면서 발행한다, 퍼시드 운석우는 스위프트-터틀 혜성과 관련이 있다.

-. 운석이란?

운석(meteorite)은 지구표면에 떨어지는 외계물체의 파편이다. 이 파편이 땅에 떨어지기 전에 상타를 유성체(meteoroid)라고 하며 , 행성보다는 작은 고체물질이다. 운석과 유성체에 관한 과학적 학문을 운석학(meteoritics)이라 한다. 이러한 용어는 기후현상에 관한 학문분야인 기상학과 마찬가지로, “하늘에서의 현상”을 의미하는 그리스어의 meteoron에서 유래하였다.

그림10.2 1492년 프랑스의 엔시스하임 도시 근처의 유성낙하를 보여주는 목판조각. 운석은 회수되어 이지방의 교회에 보관되어 있다.

유성이 대기귄에 들어오면 마찰에 의한 가열된다. 파편이 표면물질은 이온화되고, 이로 인해 발광하게 된다. 대기권을 통과하는 외계물질이 발광파편을 유성(meteors)이라 하는데, 흔히 별똥별(shooting stars)로 알려져 있다. 매년 일정한 시기에 같은 방향에서 지구로 접근하는 운석무리를 관찰 할 수 있으며, 이를 ‘운석우(showers)'라고 한다. 한 예가 퍼시드 운석우인테 매년 8월 중순에 발생한다(그림 10.1).

역사를 통하여 볼때 하늘에서 떨어진 돌에 대한 기록들이 많이 있으며(그림 10.2), 운석낙하에 관하여 고대 중국, 그리스, 로마 등의 문서에는 잘 기록되어 있다. 운석들은 미국 애리조나주의 프에블로 인디안들을 포함한 고대인들에게는 숭배의 대상이었다. 이슬람 성지인 메카의 자바에 보존된 검은 돌은 서기 600년경에 발견된 운석으로 알려져 있다(그림 10.3)

그림 10.3 사우디아라비아 메카의 회교사원 중심에 있는 성지, 카바(직사각형 건물)를 둘러싸고 있는 경배자들. 카바 내부에 있는 돌은 운석으로 여겨지고 있다.

그러나 과학계는 1700년대 후반까지도 운석의 외계 기원설을 인정하지 않는다.

수많은 운석의 지구와의 충돌이 최근까지도 보고되고 있다. 1938년에 작은 운석하나가 미국 일리노이주의 한 차고 지붕을 뚫고 떨어졌으며, 1954년에 5kg의 운석이 미국 앨라배마주의 한 집 지붕을 뚫고 떨어져 집주인의 머리를 강타하기도 했다. 또 다른 작은 운석이 1992년 미국 뉴욕 교외의 한 차를 부숴버리기도 했다. 비록 운석파편들이 전세계에서 발견되고 있고, 심지어 해저에서 건져 올린 퇴적물에서조차 발견되고 있지만, 남극에서 발견되는 운석이 가장 의미가 있다. 1969년에 일본의 지구물리학자들은 남극의 얼음층에 운석파편들이 산재하고 있는 것을 발견하였는데, 운석이 얼음표면 뿐만 아니라 얼음층 아래에 얼려져 있었다 (그림10.4)

그림 10.4 천체물리학 관측소의 과학자인 어슐라 마빈 박사의 남극 얼음 표면에서 발견된 운석을 조사하고 있다. 이 운석은 1981년에 발견되었다.

이러한 운석파편들은 풍화로부터 보호되었고 주변 환경이 영하의 온도였기 때문에 오염을 거의 받지 않았다. 작은 운석시료들조차도 찾아내기가 비교적 수월하여, 1969년 이전에 발견된 총 운석보다는 몇 배 많은 운석들이 남극에서 발견되었다.

운석충돌은 지구 형성 및 지질사에 중요한 역할을 해왔다. 또한 운석은 생물의 진화와 심지어 기원에까지 중요한 영향을 미친 것으로 여겨지고 있다. 이 장에서 우리는 운석이 어디에서 왔고, 무엇으로 이루어져 있으며, 행성표면 형성에 있어서의 역할 등을 연구하고자 한다. 또한 대형 운석이 지구에 떨어질 때, 어떠한 현상이 일어나며, 인간의 일생 동안 그 같은 일이 일어날 가능성이 얼마나 되는지 알아보자.

 

-. 운석의 분류와 구성

운석은 흔히 그것이 떨어진 장소의 이름을 붙인다. 예를 들어, 태양계 물질 중에서 가장 원시적인 형태인 것으로 알려진, 알렌드 운석은 멕시코의 프에블리토 드 알렌드 근처에서 발견되었다. 가장 일반적인 분류에서 운석은 표 10.1과 같이 석질운석(stones), 운철(irons), 석철질운석(stony-irons) 등 세가지 부류로 나눌 수 있다.

표10.1 운석의 분류

운석형태		설명	예상기원
석질운석	원시적인 형태: 구립운석(chondirites)	변성과 같은 지질학적 과정에서 의해 변하지 않았음. 저온광물과 고온광물 혼합물포함. 아미노산을 포함하기도 함.	태양계의 역사초기에 태양성운에 포함된 원시 물질로부터 형성
	분화된 형태: 비구립운석(achondirites)	육상 암석에서 발견된 광물들과 유사한 규소광물. 변질과 변성을 확인	분화된 소행성 모체의 외부층으로부터 분리
석철질운석		철-니켈 금속과 규소광물의 혼합물	분화된 소행성 모체의 금속핵과 외부암석의 접촉부
운철		주로 철-니켈 금속	분화된 소행성모체의 금속핵

석질운석

석질운석(stony meteorites, stone)은 육상 화성암과 유사하다. 주로 지각에 풍부한 광물들을 포함하며, 규소광물로 이루어져 있다. 이러한 종류의 운석은 전체운석의 약 94%를 차지하는 아주 흔한 운석이지만, 지구의 암석과 매우 유사해 보이기 때문에 떨어진 흔적이 없으면 운석으로 판별하지 못하는 경우가 종종 있다. 석질운석 중으로 가장 많은 것이 구립운석(chrondritic meteorites, chondirites)이다. 특히 탄소질의 구립운석은 매우 오래된 경향이 있고, 이들 대부분이 형성이후 변지 않는 상태로 남아있다(표10.1). 과학자들은 운석의 콘트롤은 태양계 형성 초기에 가스상태의 성운들이 모여서 굳어진 물질이라 믿고 있다. 석질운석의 또 다른 종류는 비구립운석(achondirites)인데, 이러한 운석은 콘드롤이 거의없으며 운석이 열을 받아 용융되고 압력을 받아 콘드롤이 파괴된 때문이다. 비구립운석은 지구 도는 달의 화산암과 매우 유사하다.

 

운철

운철(iron meteorites, iron)은 거의 순수한 금속 니켈과 철의 합금물이며, 석질운석의 파편을 포함하기도 한다. 이러한 운석은 지각의 암석들보다 밀도가 높기 때문에 쉽게 알아볼 수 있다. 운철을 집어들면 지구 암석보다는 훨씬 무겁다고 느낄 것이다, 또란 운철은 지구 암석들과 구별될 수 있을 정도로 유난히 녹슬고, 풍화된 표면을 보인다. 운철을 절단하여 연마하면, 비드만스테톤(widmanstatten)조직이라 불리는 복잡하게 맞물린 결정조직을 보인다(그림 10.5). 이러한 결정성장 조직은 운철이 대형운석의 모체핵에서 서서히 냉각되었다는 것을 의미한다.

그림10.5 절단. 연마한 철질 운석의 비드만스테튼 조직. 이 결정 성장 조직을 철질운석이 천천히 냉각되었으며 모체의 핵 깊은 곳에 있었음을 보여준다. 이 사진은 가로 약 10m 이다.

 

석철질운석

석철질운석(stony-iron)은 석질(규소)와 금속물질로 구성되어 있다. 이들 운석의 분류는 구성 광물의 종류와 비율에 의한다. 대다수의 석질부분은 파편화된 다음, 열이나 화학적인 고결과정에 의해 형성된 각력암 형태로 이루어져있다. 석철질운석은 다소 신비스럽게 보인다. 석질과 금속물질이 어떻게 하나의 파편으로 결합되었을까? 운석의 기원을 좀 더 자세하게 살펴봄으로써 이 질문에 대한 몇 가지 단서를 제공하고자 한다.

 

그림 10.6 화성과 목성궤도 사이의 소행성대 위치

 

 

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