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지구의 자기장과 산소 사이의 상관관계가 처음 규명됐다. 게티이미지뱅크 제공.

지구의 자기장 세기와 산소 농도가 지난 5억4000년간 평행하게 함께 증가한 것으로 나타났다. 자기장이 산소에 영향을 미친 것인지, 산소가 자기장에 영향을 미친 것인지는 불분명하다. 자기장 세기가 산소 농도에 영향을 미친 것이라면 생명체 연구 및 외계생명체 탐색에 참조가 될 것으로 보인다.    

웨이지아 쿠앙 미국 항공우주국(NASA) 고다드우주비행센터 연구원 연구팀은 지구 자기장 세기와 산소 농도 사이의 연관성을 최초로 규명하고 연구결과를 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’에 13일 발표했다. 

연구팀은 5억4000만년 전 시작된 캄브리아기부터 지구에 존재한 산소 농도를 재구성했다. 과거 대기 상태를 직접 측정할 수 없기 때문에 산불을 기반으로 과거 산소 농도를 유추했다. 산불이 연소 반응을 일으키려면 산소가 반드시 필요하다. 산소 농도가 높을수록 산불은 더욱 세진다. 과거 대형 산불 발생 빈도는 고대 숯 매장지 등을 통해 파악할 수 있다. 연구팀은 숯 매장지 등을 기반으로 지난 5억여년 간의 산소 농도를 추정했다. 

과거 자기장 정보는 화산 폭발로 생성된 암석 연구로 얻을 수 있다. 용암에는 자성을 띤 광물이 포함돼 있다. 용암이 굳는 과정에서 자성 광물들이 당시의 지구 자기장 방향에 따라 배열된다. 연구팀은 고대 화산 폭발로 생긴 암석들을 살펴 과거 자기장의 세기 및 방향성에 대한 정보를 얻었다. 

분석 결과 지구의 산소 농도와 자기장 세기는 비슷한 비율로 함께 증가해온 것으로 나타났다. 

지구의 자기장은 태양풍의 유해한 입자들이 지구로 유입되지 않도록 태양풍 흐름을 굴절시키고 지구에 있는 산소 등이 우주로 빠져나가지 못하도록 보호하는 효과가 있다. 자기장 세기가 강해지면서 지구 산소 농도가 높아지고 생명체가 탄생할 수 있는 환경이 갖춰졌을 가능성이 있다는 의미다. 

반대로 지구의 지각 운동, 대륙 형성, 산소 생성 과정 등이 자기장 형성을 유도했을 수도 있다. 연구팀은 자기장이 지구를 생명체 거주 가능 행성으로 만든 거인지, 산소가 자기장 형성을 유도했는지, 제3의 미확인 메커니즘이 산소와 자기장에 영향을 미친 것인지는 아직 알 수 없다고 밝혔다.  

연구팀은 “복잡한 생명체가 사는 행성에 강한 자기장이 필수적으로 필요한 것인지는 불확실하다”며 “다만 외계생명체가 사는 행성을 찾으려면 많은 비용과 노력이 들어간다는 점에서 자기장이 있는 행성을 외계생명체 탐색의 하나의 기준으로 삼을 수 있을 것”이라고 말했다. 

<참고 자료>
doi.org/10.1126/sciadv.adu8826

[문세영 기자 moon09@donga.com]

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