지구의 맨틀에 존재하는 수수께끼 젤리 덩어리는, 달을 만들게되었던 충돌로 형성된 태고의 마그마로부터 침전 된 광물일지도 모른다. 이 덩어리의 정체는, 지구의 코어 근처에 있는 맨들에 존재하는 "초 저속층(ultralow velocity zone)"이라는 계층이다.
여기를 지진파가 통과 할 때, 이동 속도가 크게 느려질 것으로 알려져있다. 이것은, 이 계층이 맨틀의 다른 부분과는 뭔가 다르다는 것인데, 어떻게 다른지 지금까지는 불분명했다.
최신 연구에 따르면, 젤리 상태의 덩어리는, 페로페리클레이스라는 미네랄이 듬뿍 들어있을 가능성이 있다고한다.
만일 그렇다고하면, 45억 년 전에 마그마 오션(운석의 충돌로 산산조각 된 일부가 달이되었다는 설도있다)이라고하는 마그마의 바다가 존재했을 가능성을 시사하고 있다.
결정화하고, 침전 된 페로페리클레이스가 맨틀의 기초가되었다고 생각되기 때문이다.
- 지구의 지하에 잠자고있는 이상한 젤리 덩어리
지구의 맨틀은 약 2900킬로미터의 두께라고 하지만, 매우 낮은 속도 층은 두께 폭 모두 100킬로미터 미만 밖에없다.
지금까지의 관찰로, 여기를 통과하려고하는 지진파는 30~50% 속도가 저하되는 것으로 알려져있다.
하지만, 이곳을 직접 알아내는 것은 불가능하다.
- 페로페리클레이스를 사용한 가압 실험
그래서 미국 캘리포니아 공과 대학의 광물 물리학 제니퍼 잭슨 교수는, 지구의 하부 맨틀의 주요 구성 광물 인 페로페리클레이스를 사용한 실험을 실시했다.
페로페리클레이스에 매우 낮은 속도층과 유사한 특성이 있는지 여부를 확인하기 위해, 그 작은 샘플을 압력 챔버와 다이아몬드 모루 장치(고압을 거는 장치)로 압축하는 실험이다.
가압 된 샘플에 다양한 각도로 X선을 조사하고, 그것이 샘플로부터 탈출 할 때의 에너지를 측정한다. 이렇게함으로써, X선 및 페로페리클레이스와의 상호 작용을 관찰하는 것이다.
- 페로페리클레이스가 고압에 의해 젤리 덩어리?
그 결과, 고압이 모든 것을 바꾸어 버리는 것이 밝혀졌다.
대기압에서는, 페로페리클레이스로부터 탈출하는 X선 파는 항상 일정하며, 어느 방향에서 조사하더라도 변화는 없다. 그러나 지구의 코어와 맨틀의 경계와 동등한 압력이 걸려 있으면, 조사 각도가 중요해진다.
그 각도에 따라 파가 이동하는 속도가 최대 60%까지 변화 한 것이다. 페로페리클레이스 속을 통과하는 파는, 어떤 각도에서 조사 된 경우는 거의 초속 3km이지만, 다른 각도에서의 경우 초속 5km이기도...
대기압에서 파가 가장 빨리 이동하는 각도(결정 구조의 가장자리를 따른 방향)은 코어-맨틀 압력에서 가장 느린 각도가 된다.
또한 코어-맨틀 압력에 있어서 가장 빨리 이동하는 각도는, 결정의 표면을 따라 파가 이동하는 각도였다. 따라서 물건의 성질이 각도에 따라 변화하는 것을 이방적(異方的)이라 말한다.
이 결과로, 진자 맨틀과 초 저속 층에서도 이방성이 있다고 짐작할 수있다.
- 마그마의 바다가 존재했을 가능성
만일 마그마 오션 가설(원시의 지구가 질척 질척 녹아 마그마의 바다 같은 상태에서, 그것이 점차 식어 지각이나 내부 구조가 형성되었다고하는 설)이 정확하고, 맨틀에 페로페리플레이스가 존재한다고 한다면, 해양 지각이 플레이트에 의해 깊숙히 가라앉게 되었을 때, 페로페리클레이스를 눌러서 이방적 인 성질이 생겼다고 생각할 수있다.
잭슨 교수는, 향후 지진 학자와 협력하여 매우 낮은 속도 층에 진입 한 지진파의 탈출 속도가 진입시의 각도에 따라 변화하는 것을 확인할 예정이라고 한다.
참고로 실험에 사용한 다이아몬드 모루 장치는 손바닥 위에 올릴 수 있을 정도의 작은 것이라고. 잭슨 교수는 "자신의 주머니에 지구 깊숙한 곳의 압력이 들어있다"고 농담을 말하기도 한다.
본 연구는 "Journal of Geophysical Research : Solid Earth"에 게재되었다.
