한국 과학자들이 주도한 국제 공동 연구진이 남극해의 지각 아래에 지금까지 알려되지 않았던 거대한 맨틀의 상승 현상(플룸)이 존재한다는 사실을 처음 밝혔다. 맨틀은 지구 전체 부피의 약 84%를 차지하는 구조로, 지구의 ‘껍데기’에 해당하는 지각 바로 아래에 수천 km 깊이로 존재한다. 고체지만 뜨거워서, 마치 끓는 물이 주전자 안에서 빙글빙글 위아래로 대류하듯, 특정 지역에서 위로 솟구치고, 수평 이동한 뒤 다른 지역에서 아래로 가라앉는 현상을 반복하고 있다.

박숭현 극지연구소 극지지구시스템연구부 책임연구원팀은 현재의 남극 대륙과 호주 대륙 동쪽, 뉴질랜드 사이 바다 지각 아래에, 9000만 년 전부터 위로 솟아오르고 있는 지금까지 알려져 있지 않은 맨틀인 ‘질란디아-남극 맨틀’이 존재한다는 사실을 쇄빙선 아라온 호를 이용한 남극해 탐사를 통해 밝혔다. 질란디아는 지금의 뉴질랜드가 포함된 대륙으로, 현재는 상당 부분 바다에 잠겨 있다. 연구 결과는 지구과학 분야 국제학술지 ‘네이처 지구과학’ 28일자에 발표됐다.

연구팀은 남극 주위 바다 속에 존재하는 ‘중앙해령’ 가운데 일부 구간을 2011~2017년 사이에 세계 최초로 탐사한 아라온 호의 관측 결과를 이용했다. 중앙해령은 깊은 바닷속에 존재하는 해저 산맥(해령)인데, 남극의 중앙해령은 세계 전체 바다의 중앙해령 중 3분의 1을 차지할 정도로 크다. 극지연구소 연구팀은 남극 중앙해령 가운데에서도 남극과 호주 동부 및 뉴질랜드 사이에 위치한 ‘호주-남극 부정합’이라는 지형 동쪽에서 납과 스트론튬 동위원소의 비를 측정했다.

관측 결과, 해당 지역의 맨틀의 동위원소 구성비가 주변과 다르다는 사실을 확인했다. 특히 이렇게 구성비가 다른 구간이 해령을 따라 가늘고 길게 뻗어 있다는 사실을 바탕으로, 이 지역에 지금까지 알려져 있지 않던 대규모 맨틀 상승 현상이 존재한다는 사실을 확인했다. 이 맨틀은 약 9000만 년 전부터 솟아오르기 시작했으며, 지표에 도달해 당시까지 하나의 대륙으로 합쳐져 있던 남극과 호주, 뉴질랜드(질란디아)를 두 개의 각기 다른 대륙으로 쪼갰다고 연구팀은 추정했다. 이 맨틀은 지표 가까이에 도달한 뒤에는 수평으로 이동했는데, 이 때문에 남극 대륙과 질란디아 사이가 벌어지고, 최근까지 뉴질랜드를 계속 밀어내고 있는 것으로 추정됐다. 

 

이번 연구는 남극 대륙 주변의 맨틀 구조에 대한 기존 정설을 바꿨다. 기존 정설에서는 호주-남극 부정합이 ‘태평양형 맨틀’과 ‘인도양형 맨틀’이라는 두 개의 맨틀이 서로 부딪혀 아래로 가라앉아 형성된 지형으로 봤다. 이 지역에 위로 솟구치는 맨틀은 존재하지 않는다고 본 것이다.

 

더구나 지구 전체적으로는 호주-남극 부정합 외에 필리핀 부근 바다 등 서태평양에서 맨틀이 하강하고, 하와이 등 동태평양과 아프리카에서 맨틀의 상승이 일어나 균형을 이룬다고 봤다. 하지만 이번에 호주-남극 부정합 동쪽에서 맨틀 하강이 아니라 상승이 발견됨에 따라, 30년간 학계를 지배해 온 지구 전체의 ‘맨틀 대류 표준모형’의 변경도 필요해졌다.

박 책임연구원은 “전지구적 맨틀 순환과 진화 과정을 더 정확히 규명하기 위한 방향으로 연구를 확대해 나가겠다”고 말했다.