Cryptic recycling of continental crust during subduction of extended arcs and margins in Paleozoic Japan
본 연구는 팔레오조익 시대 일본에서 배호 확장 및 확장된 호와 지체의 섭입이 파편화된 대륙 지각의 파괴와 맨틀 귀환으로 이어졌음을 보여주는 화강암류의 진화된 동위원소 서명에서 유생적 동위원소 서명으로의 변화를 통해, 대륙 지각 재순환을 위한 효율적이고 이전에 과소평가되었던 경로를 기록한다.
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거대한 지구의 실종 사건
지구의 지각을 거대하고 오래된 도서관이라고 상상해 보십시오. 오늘날 우리가 발견하는 대부분의 책(암석)은 비교적 최근인 지난 수억 년 사이에 쓰인 것들입니다. 하지만 수학적으로 따져보면, 이 도서관은 30억 년 전의 고대이고 먼지 쌓인 고서들로 넘쳐나야 합니다. 실제로 과학자들은 존재했던 모든 육지의 65% 이상이 그 당시에 형성되었음에도 불구하고, 오늘날 눈에 보이는 것은 5% 미만이라고 추정합니다. 나머지 부분은 어디로 갔을까요?
이것이 바로 "대륙 지각 재순환"의 미스터리입니다. 우리는 지구가 판들이 충돌하고, 미끄러지고, 아래쪽의 뜨겁게 소용돌이치는 맨틀 속으로 잠겨 들어가는 역동적인 곳이라는 것을 알고 있습니다. 보통 우리는 대륙을 그저 떠다니는 영구적인 섬이라고 생각합니다. 하지만 수학은 대륙이 현재의 지질학적 이해로는 완전히 설명할 수 없는 속도로 지구 내부로 먹히고 재순환되고 있음을 말해줍니다. 암석이 재순환되는 몇 가지 알려진 방법, 예를 들어 판의 가장자리를 긁어내거나 지각의 무거운 부분을 가라앉히는 방식 등이 있지만, 이 모든 것을 다 더해도 우리는 여전히 "사라진 질량"의 거대한 부분을 찾지 못하고 있습니다. 이는 마치 엄청난 돈을 썼다는 것은 알지만, 영수증은 아주 일부밖에 찾지 못해 가계부를 맞추려는 것과 같습니다. 과학자들은 그 오래된 땅이 어디로 사라지고 있는지를 설명해 줄 "숨겨진 경로"를 찾아 헤매 왔습니다.
사라진 일본 지각의 사례
이 연구에서 지질학자 팀은 일본으로 탐정의 시선을 돌렸으며, 특히 수억 년 전인 고생대 시대의 매우 오래되고 희귀한 암석들을 조사했습니다. 그들은 화강암 암석 속에 잠겨 있는 타임캡슐 역할을 하는 작은 광물 결정인 지르콘 안에서 "결정적 증거(smoking gun)"를 발견했습니다. 이 지르콘들의 화학적 지문과 연대를 분석함으로써, 연구진은 해당 지역에서 지구가 새로운 암석을 만들어내는 방식이 극적으로 변화했음을 발견했습니다.
오랫동안 일본의 이 지역 암석들은 "진화된(evolved)" 흔적을 보여왔습니다. 즉, 오래된 재순환 지각 물질이 복잡하게 섞여 만들어졌음을 의미합니다. 이는 마치 요리사가 이전 식사의 남은 재료를 사용하여 새로운 요리를 만드는 것과 같았습니다. 하지만 그러던 중 이상한 일이 일어났습니다. 갑자기 암석의 화학적 신호가 완전히 바뀌었습니다. 새로운 암석들은 "신생(juvenile)" 상태가 되었는데, 이는 오래된 지각이 거의 섞이지 않은 채 맨틀에서 직접 올라온 신선하고 뜨거운 물질로 거의 전적으로 만들어졌음을 의미합니다. 오래된 재순환 재료들이 레시피에서 사라진 것입니다.
저자들은 이것이 단순히 요리사의 기분 변화가 아니라, 기존 지각의 물리적 제거였다고 제안합니다. 그들은 영리하면서도 파괴적인 메커니즘을 제시합니다. 먼저, 그 지역의 지구 지각이 마치 테이피(taffy)를 잡아당겨 작은 조각들로 끊어지는 것처럼 얇게 늘어나고 조각나며 부서졌습니다. 한때 대륙 지각의 일부였던 이 파편들은 "고아가 되어" 해저에 붙게 되었습니다. 그 후, 판 구조 운동이 다시 시작되면서 이 작게 부서진 대륙 조각들은 해저와 함께 깊은 맨틀 속으로 끌려 내려갔습니다. 이 조각들은 작고 부서진 상태였기 때문에 다시 떠오르거나 흔적을 남기지 않고 효율적으로 삼켜져 재순환되었습니다.
이 과정은 암석의 갑작스러운 변화를 설명해 줍니다. "오래된 지각"은 더 이상 그곳에 머물러 있었던 것이 아니라, 사라져서 지구 내부로 재순환된 것입니다. 논문은 이 "늘리고 삼키는(stretch-and-swallow)" 방식이 우리가 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 효율적인 대륙 파괴 방법이라고 주장합니다. 암석을 재순환시키는 알려진 방법들(가장자리를 긁어내거나 큰 덩어리를 가라앉히는 것 등)이 일부 질량을 설명해주기는 하지만, 이처럼 파편화되고 늘어난 지각의 재순환이라는 숨겨진 경로는 사라진 대륙의 미스터리를 풀 수 있는 마지막 조각일 수 있습니다. 저자들은 이 현상이 우리가 생각하는 것보다 더 자주 발생하여, 고대 대륙의 증거를 조용히 지워버리고 지구의 지질학적 기록을 불완전하게 만들 수 있다고 제안합니다. 그들이 사라진 대륙 전체의 미스터리를 해결했다고 주장하는 것은 아니지만, 상당 부분의 실종을 설명할 수 있는 강력하고 타당한 새로운 용의자를 찾아낸 것입니다.
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