공룡을 멸종시킨 소행성이 지구를 강타할 때 모습은 어땠을까요? 그 충돌이 직격탄이었는지 아니면 빗맞은 충돌이었는지, 둘 중 어느 쪽이 더 파괴적이었을지 하는 지점은 여전히 연구 주제입니다. 임페리얼 칼리지 런던(Imperial College London) 연구진이 <Nature Communications>에 게재한 연구에 따르면 6천 6백만년 전 공룡을 멸종시킨 소행성은 약 60도의 각도로 지구를 강타했던 것으로 보입니다.
가장 치명적인 각도로 비스듬히 지구 강타한 소행성
연구진에 따르면 60도의 각도로 지구를 강타한 소행성은 초고층 대기로 유입되는 가스의 양을 극대화했는데요. 수십억t의 황을 방출해 태양빛을 차단하고 핵겨울을 촉발시켜 지구상의 모든 육상 공룡과 동식물의 75%를 멸종시켰습니다.
연구진은 소행성이 충돌한 직경 약 185km에 달하는 북아메리카 남쪽과 남아메리카 북쪽 사이에 '칙술루브(Chicxulub)' 크레이터 구조를 분석했는데요. 충돌 현장의 3D 수치모사실험과 지구물리학적 데이터를 조합해 새로운 시뮬레이션 모델을 만들었습니다. 이 새로운 모델은 처음 충돌이 가해지던 순간부터 크레이터가 만들어지기 까지, 충돌 당시의 전체 사건을 재현한 최초의 3D 시뮬레이션입니다.
임페리얼 칼리지 런던의 지구과학 및 공학과의 수석연구원인 Gareth Collins는 "공룡에게 최악의 시나리오가 정확히 일어났다"며 "소행성 충돌은 엄청난 양의 가스를 대기 중으로 방출해 일련의 사건들을 촉발시켰고, 공룡을 멸종 시켰다. 이는 가장 치명적인 각도 중 하나로 지구를 강타한 소행성 때문에 더 악화됐을 것"이라고 전했습니다. 이에 더해 "우리의 시뮬레이션은 소행성이 지평선 위로 60도 정도 떨어진 가파른 각도에서 충돌해 북동쪽에서 목표물에 접근했다는 설득력있는 증거를 제공한다"며 "우리는 이러한 충돌이 최악의 시나리오 중 하나라는 것을 알고 있다. 왜냐하면 이는 위험한 파편들을 더 많이 대기권 상층으로 밀어 넣고 사방으로 흩뿌렸기 때문이다. 핵겨울이 초래한 것이 바로 이것이다"라고 설명했습니다.
칙술루브 크레이터에서 발견한 단서로 시뮬레이션 진행
시뮬레이션에서 이용된 소행성은 직경 약 17km, 밀도가 2630 kg m3이 12km/s의 속도로 충돌하는 시나리오였는데요. 시뮬레이션은 과학기술시설위원회(Science and Technology Facilities Council, STFC)의 DiRAC 고성능컴퓨터 시설에서 진행됐습니다.
오늘날 멕시코 부근의 칙술루브 크레이터 주변의 상층부는 다공성 탄산염과 증발암뿐만 아니라 많은 양의 물을 포함하고 있는데요. 소행성 충돌로 가열되고 동요됐을 때 이 암석들은 변질되며 엄청난 양의 이산화탄소, 황, 수증기를 대기로 내뿜었을 것으로 추정됩니다. 황은 태양빛을 차단하고 식물의 광합성을 멈추며 기후를 빠르게 냉각시키는 작은 입자인 에어로졸을 빠르게 형성하기 때문에 특히 치명적이었습니다. 이에 중생대 백악기와 신생대 제3기 경계에서 발생했던 5차 대멸종을 일으키는 원인이 됩니다.
연구팀은 지구물리학적 데이터를 사용해 분화구의 모양과 표면 아래 구조를 조사해 충돌 각도와 방향을 분석하는데 도움이 되는 시뮬레이션을 주입할 수 있었습니다. 또한 최근 크레이터 부근에서 시추를 통해 얻은 암석에는 충돌로 인해 발생한 극도의 힘에 대한 증거가 담긴 암석들이 발견됐는데요. 시뮬레이션에는 이에 대한 분석도 포함됐습니다.
충돌 각도와 방향을 진단하는데 중요한 역할을 했던 건 크레이터 한 가운데 생긴 심하게 부서진 암석들로 이뤄진 고리 형태의 언덕인 피크링(peak ring)과 크레이터 아래 약 30km에 밀집해 있는 솟아 오른 맨틀암석 사이의 관계였습니다. 칙술루브에서는 이러한 중심부가 남서쪽에서 북동쪽 방향으로 정렬돼 있었고 크레이터의 중심부는 피크링과 융기된 맨틀 암석 중앙부 사이에 있었습니다. 연구팀은 60도의 각도로 충돌하는 3D 칙술루브 크레이터 시뮬레이션을 통해 이러한 관측치를 거의 정확히 재현했습니다.
이 시뮬레이션 덕분에 연구진들은 크레이터가 형성되는 과정을 상세하게 재구성할 수 있었고, 지구 상에서 가장 큰 크레이터가 어떻게 형성됐는지에 대해 더 많은 실마리를 제공합니다. 이전의 칙술루브 충돌에 관한 3D 시뮬레이션은 충돌 당시의 초기 단계만을 다뤘는데, 그릇 모양의 깊은 구멍이 생성되고 암석, 물, 퇴적물이 대기 중으로 배출되는 내용이 포함됩니다.
충돌 처음부터 끝까지 재현한 최초의 시뮬레이션
이러한 시뮬레이션은 크레이터 형성의 중간지점을 지나 크레이터 형성의 최종단계까지 재현한 최초의 시뮬레이션입니다. 충돌 초기 당시 만들어졌던 크레이터는 붕괴되며 최종적인 구조를 형성합니다. 이를 통해 연구진은 지구물리 데이터에 의해 밝혀진 3D 칙술루브 크레이터 시뮬레이션과 현재의 크레이터 구조를 최초로 비교할 수 있게 됐습니다.
이번 연구의 공동저자인 독일의 프라이부르크대학교(University of Freiburg)의 Auriol Rae박사는 "거의 1km에 달하는 퇴적암 밑에 묻혀 있었음에도 지구물리학 데이터가 크레이터 구조에 대해 많은 것을 드러낸다는 점은 놀라운 일"이라며 "이는 충돌 당시의 방향과 각도를 설명하기에 충분했다"고 전합니다.
연구진은 이번 연구가 공룡을 멸종시킨 충돌에 대해 새로운 사실을 밝혀준 것 외에도 다른 행성의 크레이터가 얼마나 큰지 이해하는 데 도움이 될 것이라고 말합니다. 또 다른 공동 저자 중 한명인 임페리얼 칼리지 런던의 지구과학 및 공학과의 Thomas Davison 박사는 "칙술루브와 같은 거대한 크레이터가 몇 분 만에 형성되고 크레이터 아래 암석들이 극적으로 다시 튀어오르는 것을 보여준다"며 "우리의 발견은 충돌 후 튀어오르는 잔해들이 충돌하는 소행성에 대한 세부사항을 조사하는데 어떻게 사용될 수 있는가 이해하는데 도움을 줄 것"이라고 설명합니다.
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