25년09월05일, 오늘의 과학 - 지구 내부는 어떻게 형성됐을까?

🌍 지구 내부는 어떻게 형성됐을까? — 초기 1억 년의 비밀 🪐

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❓지구는 언제 ‘속’을 갖추었나

지구 내부는 **핵(Core)–맨틀(Mantle)–지각(Crust)**으로 층상 구조를 이룹니다.

2025년 Nature에 실린 Charles-Édouard Boukaré 연구팀은, 초기 지구의 맨틀 고체화 과정에서

‘기저 마그마 바다(basal magma ocean, BMO)’가 필연적으로 형성되었고,

이 사건이 오늘날 내부 구조의 기원임을 보여주었습니다.

연구는 지구 역사 첫 1억 년의 동역학이 현재의 구조로 이어졌음을 정량적으로 제시했습니다.

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🔬 이번 연구가 말해주는 핵심

• 마그마 바다 → 급속 분화: 지구는 충돌과 방사성 붕괴열로 녹아 있던 상태에서 빠르게 내부가 분화되었습니다.
• Sm–Nd 동위원소 지시자: 고대 암석 속 원소 비율은 맨틀–지각 분화가 형성 직후 수천만~1억 년 내에 이미
  상당 부분 진행되었음을 보여줍니다.
• 기저 마그마 바다의 의미: 맨틀이 고체화되는 경로상 깊은 곳에 남은 잔여 용융체는
  오늘날 심부 맨틀의 이질성을 설명하는 단서가 됩니다.

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🌋 마그마 바다에서 층상 지구로

지구 전체가 녹아 있던 마그마 바다가 식으면서, 무거운 철·니켈은 아래로 가라앉아 핵을,
벼운 규산염은 위로 떠올라 맨틀·지각을 이루었습니다. 이 과정은 매우 빠르게 진행되었고,
초기 지각 형성의 기반이 되었습니다.

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🧲 핵–자기장–생명 가능성의 연결

핵에서 철과 니켈이 대류하며 지구 자기장을 생성했습니다. 자기장은 태양풍으로부터 대기와 해양을 지켜주었고,

안정적인 환경은 생명체의 등장을 가능하게 했습니다.

화성은 자기장을 잃어 대기가 사라졌지만, 지구는 이를 유지하며 “생명의 방패막”을 갖추게 되었습니다.

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☄️ 다른 암석형 행성과의 비교

• 화성: 작은 크기 탓에 열이 빨리 빠져나가며 자기장이 사라지고, 대기도 소실되었습니다.
• 금성: 지구와 비슷한 크기지만 판 구조 운동이 멈춰 극한 온도와 두꺼운 대기를 형성했습니다.
• 지구: 초기 내부 분화와 자기장, 판 구조 운동의 결합으로 생명 친화적 환경을 유지할 수 있었습니다.

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🪨 ‘땅 위의 증거’: 최고(最古) 광물·암석

• Jack Hills 지르콘(44억 년 전): 지구가 이른 시기에 이미 냉각된 지각과 물–암석 상호작용을 가졌음을 시사합니다.
• 퀘벡의 Nuvvuagittuq 그린스톤 벨트(41.6억 년 전): 고체 지각과 원시 해양의 흔적을 보여주며,
• 초기 지구가 완전 용융 상태만은 아니었음을 뒷받침합니다.

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📊 한눈에 보는 타임라인

시기(억 년 전)	사건	결과
45	거대 충돌·붕괴열로 전행성 마그마 바다 형성	전 지구 용융 상태
45~44	무거운 금속 가라앉음, 가벼운 원소 상승	핵·맨틀·지각 분화 시작
44~43	맨틀 고체화 & 기저 마그마 바다 잔존	심부 맨틀 이질성 씨앗
44~43	핵 대류 시작	자기장 구동 기반 형성
44~40	지각·물–암석 상호작용	초기 해양·지각 발달

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📝 정리

• 지구 내부는 초기 1억 년 이내에 이미 핵–맨틀–지각으로 나뉘었습니다.
• 이른 분화는 판 구조 운동과 자기장을 가능하게 해, 지구가 생명 친화적 행성이 되는 토대가 되었습니다.
• 고대 지르콘과 최고(最古) 암석은 이러한 그림을 실제 암석 증거로 뒷받침합니다.

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🚀 결론과 시사점

지구가 특별한 이유는 “표면”이 아니라 초기 1억 년 동안 내부가 어떻게 준비되었는가에 있습니다.

급속한 내부 분화는 자기장과 판 구조 운동을 만들어냈고, 이는 곧 생명체가 번성할 수 있는 조건을 마련했습니다.

앞으로 외계 행성 연구에서도 내부 구조의 유무는 생명 가능성을 평가하는 핵심 기준이 될 것입니다.

지구의 ‘속’ 이야기는 곧 우주에서 또 다른 지구를 찾는 열쇠입니다.

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📚 출처

• Boukaré, C.-É., Badro, J., & Samuel, H. (2025). Solidification of Earth’s mantle led inevitably to a basal magma ocean. Nature.
• York University News (2025-03-26). Research links Earth’s first 100 Myr dynamics to present-day structure.
• Fang, L. et al. (2022). Half-life & initial abundance of 146Sm; constraints on early differentiation. PNAS.
• Harper Jr., C. L. (1992). 142Nd systematics & very early (4.5 Gyr) differentiation. Nature.
• Valley, J. W. et al. (2014). Hadean zircons and early Earth crust. Nature Geoscience.
• Nuvvuagittuq Greenstone Belt Study (2025). 퀘벡 최고(最古)급 41.6억 년 암석 분석 결과.

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