[뉴스핌=황유미 기자] 연세대학교 이용재 교수팀이 땅속 깊은 곳에서 지표에서는 관찰된 적이 없는 초수화 점토광물이 만들어질 수 있다는 사실을 세계 최초로 보고했다. 

이용재 교수 [연세대 제공]

연세대학교는 이용재 지구과학시스템과학과 교수가 이끄는 국제공동연구팀의 초수화 점토광물의 발견에 대한 연구결과가 '네이처 지오사이언스'(Nature Geoscience)에 게재됐다고 21일 밝혔다. 네이처 지오사이언스는 지구과학 분야 최고의 학술지로 손꼽힌다.

'초수화'란 압력에 의해 물분자가 광물에 추가로 유입되는 현상을 일컫는다.

연구팀에 따르면 해당 광물의 발견은 지진과 화산활동에 영향을 주는 새로운 과정을 제시한다는 데 의미가 있다.

이 교수팀은 다이아몬드 앤빌셀이라는 장치를 이용해 지구내의 고온고압 환경을 구성함으로써 이 같은 광물을 발견했다.

연구팀은 대표 점토광물 중 하나인 카올리나이트를 땅 속 75km 깊이에 해당하는 조건인 대기압 2만5000배 압력과 섭씨 200도의 온도로 물과 함께 가열하는 과정에서 물 분자가 광물 속으로 대거 유입되는 과정을 관찰했다. 부피 역시 30% 이상 증가하는 점도 발견했다.

이용재 교수는 "이렇게 만들어진 초수화 카올리나이트는 지각과 맨틀을 구성하는 주요 광물 중 가장 높은 물 함량을 보인다"며 "이 광물의 형성을 통해 섭입대 접촉면의 물성 변화를 예상할 수 있다"고 설명했다.

이어 "실제 이것이 만들어지는 깊이는 진원의 깊이에 따라 구분되는 천발 지진과 중발 지진의 경계와 일치한다"며 "지진발생 메커니즘 변화를 새롭게 설명할 수 있는 가설을 제공한다"고도 덧붙였다.

섭입대에서 일어나는 카올리나이트의 초수화 현상을 형상화한 그림. 해양퇴적물의 주요 구성 광물인 카올리나이트가 섭입대를 따라 물과 함께 침강함에 따라 특정 깊이에서 초수화에 의한 물의 유입과 운반, 유출이 일어나고 지진과 화산활동에 관계함을 보여줌. [연세대 제공]

섭입대란 지각판 사이의 충돌로 하나의 지각판이 다른 지각판 밑으로 침강하는 지역을 뜻한다. 해당 지역에서는 지각의 침강에 따라 지진과 화산활동이 일어나기도 한다.

새로운 화산활동 메커니즘도 관찰된다. 초수화 카올리나이트가 땅 속 약 200km까지 섭입되면 맨틀 광물로 변하면서 품고 있던 물을 주변으로 유출시킨다. 그 결과 섭입대 상부에 마그마를 형성하고 지표의 화산활동을 유도하게 되는 것이다.

이 교수팀은 땅 속 200km 이상의 섭입대 환경에 따른 광물 변화를 관찰하기 위해 지난 2년간 국내 포항방사광가속기와 함께 미국, 독일, 중국의 가속기 연구시설을 방문해 실험을 수행했다.

한편, 이용재 교수는 2002년 압력에 따른 초수화 현상을 세계 최초로 '네이처(Nature)' 논문에 보고했다. 2014년에는 '네이처 케미스트리(Nature Chemistry)'에 초수화 현상을 응용한 화학반응을 보고한 바 있다.

[뉴스핌 Newspim] 황유미 기자 (hume@newspim.com)