지구에서 가장 오래된 암석

지구에서 가장 오래된 것으로 알려진 암석은 연령이 40억 년 정도 되었으며 캐나다의 외딴 북서부 지역 북극권 한계선 근처에서 발견되었습니다. 이 암석은 명왕누대에 생긴 것입니다.

 

수십 년 동안 지질학자들은 우리 지구의 초기 상태와 환경에 대한 단서를 찾으려고 가장 오래된 암석을 찾아다녔습니다. 그들이 직면한 근본적인 문제는 45억 6,700만 년 전 지구의 형성 과정이 길고도 격렬했으며, 더 이상 지구상에 존재하지 않는 엄청난 고온 고압이 가해졌다는 것이었습니다. 지질학 역사의 처음 수억 년 동안 광물과 암석들은 형성되자마자 부서지고 재형성되기를 반복했고, 결과적으로 그 어떤 것도 지금까지 남아 있지 못했습니다.

 

하지만 다행히도 초기 대륙의 살아남은 일부분인 대륙괴 안에 20억 년 이상 된 고대 암석들이 일부 보존되어 있었습니다. 이 암석들은 종종 지표로 노출되곤 했습니다. 하지만 이런 암석들이 시간이 지나면서 이런저런 작용을 받아 상당히 변화했기 때문에 대륙괴 안의 오래된 암석을 찾는 일은 더 복잡해졌습니다.

 

예를 들어 지각 깊숙히 묻혀 있어서 온도가 상승한 탓에 암석 내 여러 가지 방사성 동위 원소의 비율이 재설정되어 지질학자들이 암석 샘플의 연령을 측정하는 가장 귀중한 도구가 사라지기도 합니다. 대부분의 고대 암석은 여러 번은 아니더라도 최소한 한 번의 변성을 거쳤기 때문에 비교적 변화하지 않고 정말로 오래된 암석을 찾을 가능성은 굉장히 낮습니다.

 

아카스타 편마암

운 좋게도 1980년대 중반에 과학자들은 드넓은 캐나다 순상지 내에서 이러한 고대 암석으로 된 진짜 주맥을 발견했습니다. 약 800만km2에 달하는 세계에서 가장 큰 선캄브리아기 암석 지대 중 하나인 이곳은 북아메리카 북부 광대한 지역의 기저를 이룹니다. 게다가 최근 제4기 빙하기에 빙하가 할퀴고 간 덕택에 이 지역에서 상당히 많은 고대 암석이 지표면으로 드러났습니다.

 

약 30만km2에 이르는 슬레이브 대륙괴는 로렌시아 순상지를 이루는 여러 개의 대륙괴 중 하나일 뿐입니다. 1980년대에 캐나다 지질조사소는 이 지역을 체계적으로 지도화하던 도중 그레이트베어 호수 동쪽에 위치한 아카스타강에 있는 한 섬에서 몇 개의 변성된 암석들을 찾아냈습니다.

 

아카스타 편마암으로 알려진 이 노두의 일부를 이루는 암석들은 동위 원소 분석과 방사성 연대 측정을 가능케 하는 지르콘 물질을 포함하고 있었습니다. 워싱턴 대학의 샘 보링, 캔버라 호주 국립대학의 이언 윌리엄스와 윌리엄 콤프스턴 등은 작은 지르콘 결정체 안에 있는 우라늄과 납 동위 원소를 분석했고, 처음에는 최소 연령이 38억 4천만 년이라는 결과를 얻었습니다.

 

이후 1999년에 추가 연구를 통해서 암석의 형성 시기가 좀 더 정확하게 40억 년 전에서 40억 3천만 년 전 사이로 측정되었습니다. 또한 과학자들은 화강암과 각섬암으로 변형된 층이 포함된 이 줄무늬 편마암이 화학적으로 구분되는 대륙형 지각 마그마의 작은 섬인 핵에서 파생되었을 것이라고 주장했습니다. 다른 전문가들은 아카스타 지르콘의 연대는 확실하다 해도 그것이 들어 있던 변성된 모암은 더 젊을 수 있다고 주장했습니다.

 

아카스타 편마암이 발견된 이후, 가장 오래된 암석의 자리를 노리는 경쟁자들이 서그린란드 남부 지역의 잇사크 변성 편마암 같은 다른 선캄브리아기 대륙괴에서 발견되었습니다. 37억~37억 5천만 년 혹은 38억 년쯤 된 이 암석들은 침상 용암처럼 원래는 얕은 물에서 생성된 해양 퇴적암과 화산암이었습니다.

 

이들의 존재는 지구의 발전 단계에서 이 시기에 바다와 대륙이 있었음을 보여 줍니다. 2001년에는 가장 오래된 암석의 자리를 노리는 더 위협적인 경쟁자가 또다시 캐나다 로렌시아 순상지에서 발견되었습니다. 지질학자들에게 누부악잇턱 녹암 지대로 알려진 이 지역은 퀘벡 북부 허드슨 베이 동쪽 유역을 따라 자리하고 있습니다.

 

2008년에 몬트리올 맥길 대학 소속 지질학자인 조너선 오닐과 돈 프랜시스, 워싱턴 카네기 공과대학의 리처드 칼슨은 각석암이라는 변성암에서 발견되는 희토류 원소인 사마륨과 네오미듐의 동위 원소를 바탕으로 하는 새로운 방사성 연대 측정 기술을 사용해 암석의 연령을 더욱 정확하게 측정했습니다.

 

놀랍게도 그 결과는 38억 년에서 42억 8천만 년으로 나왔고, 누부악잇턱은 가장 오래된 암괴로 등극했습니다. 하지만 콜로라도 대학의 스티븐 J. 모즈시스를 비롯한 다른 전문가들은 이에 동의하지 않고 노부악잇턱 암석의 연령은 38억 년 이하이며 그린란드 암석과 비슷한 연령대라고 주장합니다.

 

연대 측정의 문제

안타깝게도 대부분의 고대 암석처럼 누부악잇턱 녹암도 지각 아래 깊숙히 묻히는 섭입 단계를 거치며 변성되었고, 약 500℃까지 가열되면서 암석 형성 과정의 수많은 단서가 사라졌습니다. 하지만 다행히도 녹는점 이상으로 가열되지 않았기 때문에 그들의 방사성 연대 측정 시계가 리셋되지는 않았습니다.

 

그럼에도 누부악잇턱의 연령은 여전히 과장되었을 수도 있습니다. 그들의 녹암 용암을 형성시킨 마그마가 원래 지표 아래 수 킬로미터에 있던 용해된 암석이었기 때문에 동위 원소에서 얻은 연령이 실제로는 몇백만 년 후쯤 지표 위로 솟아오른 용암의 연령이 아니라 지하에서 마그마가 형성된 시기일 수도 있기 때문입니다.