지구 산소 급증의 비밀, 합천 운석충돌구에서 찾아

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 24억년 전 지구 대기의 산소가 폭발적으로 증가한 ‘산소대폭발 사건(Great Oxidation Event)’에 대한 새로운 실마리를 찾았다.

한국지질자원연구원은 임재수 박사 연구팀이 합천운석충돌구에서 스트로마톨라이트를 확인하고, 이것이 운석 충돌 이후 형성된 열수 호수 환경에서 성장했을 가능성을 제시했다고 15일 밝혔다.

임재수 한국지질자원연구원 박사.(사진=한국지질자원연구원)

스트로마톨라이트(Stromatolite)는 지구에서 가장 오래된 생명의 흔적으로 알려져 있다. 얕은 물속에서 시아노박테리아(남조류)와 같은 미생물이 층층이 자라며 모래나 퇴적물을 붙잡아 형성하는 돔 모양 또는 기둥 모양의 생명기원 퇴적체이다. 약 35억 년 전 화석에서도 발견되는 등 지구 생명 진화의 중요한 증거로 평가되며, 현재는 호주 서부 샤크만, 브라질 라고아 살가다, 바하마 제도 등의 염도가 높은 호수나 연안 같은 매우 제한된 환경에서만 자란다.

운석 충돌로 생긴 커다란 구덩이(충돌구)에는 시간이 지나면서 지하수와 빗물이 고여 호수가 만들어지는데, 이때 지하 깊이 묻힌 뜨거운 충격용융물이 장기간 열을 방출하면서 호수를 따뜻하게 데워 열수(熱水) 호수 환경이 형성되는 것으로 알려져 있다.

임재수 박사 연구팀은 경남 합천에 거대한 운석이 떨어진 이후 열수 호수 환경이 조성됐고, 그곳에서 미생물 매트가 성장하며 스트로마톨라이트가 형성됐을 가능성을 추적했다.

합천 운석충돌구에서 발견한 스트로마톨라이트 현장 사진들.(사진=한국지질자원연구원)

연구팀은 합천 운석충돌구 북서쪽에서 직경 10~20cm 크기의 스트로마톨라이트 여러 개를 발견했으며, 이는 합천 지역에서 처음 보고된 사례다.

다양한 분석을 통해 스트로마톨라이트 내부에서 운석과 주변 암석의 특징이 함께 나타나고, 뜨거운 물의 영향을 받은 흔적도 확인하며 합천 운석충돌구의 스트로마톨라이트가 운석 충돌 이후 형성된 호수 환경에서 성장했음을 밝혔다. 특히 스트로마톨라이트 중심부에서 이러한 열수 영향 흔적이 더욱 뚜렷하게 나타나 성장 초기에는 열수 활동이 활발했으나, 시간이 지나면서 점차 식은 것으로 확인됐다.

연구 결과는 초기 지구 대기의 비밀과도 관련이 있다. 약 24억년 전 초기 지구의 대기 중 산소 농도가 급격히 증가한 산소대폭발 사건의 원인을 밝히는 실마리가 될 수 있다.

연구팀은 초기 지구의 빈번한 운석 충돌로 형성된 열수 호수가 산소를 공급하는 주요 생물인 시아노박테리아와 스트로마톨라이트의 성장을 촉진해, 산소를 국지적으로 공급하는 ‘산소 오아시스(oxygen oasis)’로 기능했을 가능성을 제시했다. 이를 통해 ‘산소대폭발 사건 시기에 왜 산소가 그토록 급증했는지’를 둘러싼 논쟁에 새로운 실마리를 제공했다.

임재수 박사는 “운석충돌구 내 열수 호수 환경에서 스트로마톨라이트가 성장했음을 종합적으로 밝힌 것은 처음”이라며 “초기 지구 산소대폭발 사건의 원인으로 운석충돌구 내 스트로마톨라이트 번성이라는 새로운 산소 오아시스 가능성을 확인하고, 화성 지표 탐사 방향에 새로운 시각을 제공할 수 있다”고 전했다.

연구결과는 국제 학술지 ‘Communications Earth & Environment’에 게재됐다.