24억년 전 지구에 산소 폭증…운석충돌구에서 원인 찾아 [지금은 과학]

[아이뉴스24 정종오 기자] 지구에서 인류가 생존하는 데 있어 필수 조건은 물과 산소 등이다. 지구는 그동안 몇 십억년 전에 산소가 갑자기 폭증하는 사건이 발생했다. 그 원인을 두고 학계에서는 여러 가설을 제기해 왔다.

24억 년 전 지구 대기의 산소가 폭발적으로 증가한 ‘산소대폭발 사건(Great Oxidation Event)’의 비밀이 풀렸다.

한국지질자원연구원(KIGAM, 원장 권이균) 임재수 박사 연구팀은 2020년 KIGAM이 처음 발견한 합천 운석충돌구에서 스트로마톨라이트를 확인하고 이것이 운석 충돌 이후 형성된 열수 호수 환경에서 성장했을 가능성을 제시했다.

스트로마톨라이트(Stromatolite)는 지구에서 가장 오래된 생명의 흔적으로 알려져 있다. 얕은 물 속에서 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 증거이다. 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 만들어진다. 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 조성됐음을 확인했다. 그곳에서 미생물 매트가 성장하며 스트로마톨라이트가 형성됐을 가능성을 추적했다.

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

다양한 분석을 통해 스트로마톨라이트 내부에서 운석과 주변 암석의 특징이 함께 나타났다. 뜨거운 물의 영향을 받은 흔적도 확인하며 합천 운석충돌구의 스트로마톨라이트가 운석 충돌 이후 형성된 호수 환경에서 성장했음을 알아냈다.

스트로마톨라이트 중심부에서 이러한 열수 영향 흔적이 더욱 뚜렷하게 나타나 성장 초기에는 열수 활동이 활발했는데 시간이 지나면서 점차 식은 것으로 확인됐다.

이번 연구 결과는 단순한 지질학적 성과를 넘어 초기 지구 대기의 비밀과 맞닿아 있다. 약 24억 년 전 초기 지구의 대기 중 산소 농도가 급격히 증가한 산소대폭발 사건(Great Oxidation Event)의 원인을 밝히는 중요한 실마리가 될 것으로 주목받고 있다.

연구팀은 초기 지구의 빈번한 운석 충돌로 형성된 열수 호수가 산소를 공급하는 주요 생물인 시아노박테리아와 스트로마톨라이트의 성장을 촉진했을 것으로 보고 있다.

산소를 국지적으로 공급하는 ‘산소 오아시스(oxygen oasis)’로 기능했을 가능성을 제시했다. 이를 통해 ‘산소대폭발 사건 시기에 왜 산소가 그토록 급증했는지’를 둘러싼 과학계의 오랜 논쟁에 새로운 실마리를 제공했다.

연구팀은 이번 연구 결과를 지구 밖 화성으로까지 확장했다. 초기 지구와 비슷한 환경을 가졌던 것으로 추정되는 화성에서도 스트로마톨라이트와 같은 생명의 흔적이 있을 수 있다는 가능성을 도출했다.

화성에는 초기에 물로 채워져 있었을 것으로 보이는 수많은 운석충돌구가 남아 있을 수 있다. 운석충돌구 외곽에서 스트로마톨라이트와 같은 형태로 형성된 유기물층이나 암석들을 찾는 것이 앞으로 화성 탐사의 핵심 과제가 될 수 있다고 연구팀은 강조했다.

논문 제1저자인 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 있었다”고 말했다.

권이균 원장은 “한반도 운석충돌구에 대한 증거와 해석이 국내외 다양한 학술연구를 통해 계속 발전하고 있음에 지질학자의 한 사람으로서 자부심을 느낀다”며 “출연연구기관으로서 기초과학 연구의 사회적 가치를 높이고, 한국 지질과학이 세계 무대에서 중요한 역할을 할 수 있도록 지원을 아끼지 않겠다”고 전했다.

이번 연구결과(논문명: Discovery of stromatolite formation in post-impact hydrothermal lacustrine environments and its implication for early Earth)는 국제학 학술지 ‘Communications Earth & Environment’에 실렸다.