달의 바다

3. 연대

달 현무암의 연대는 직접적인 방사성 연대 측정과 크레이터 개수 기술을 통해 결정되었다. 방사성 연대 측정 결과는 약 31억 6천만 년에서 42억 년 사이이며,^[4] 크레이터 개수로 측정한 가장 어린 연대는 약 12억 년이다.^[5] 창어 5호 임무에서 수집된 샘플의 업데이트된 측정 결과에 따르면 일부 달 현무암은 20억 3천만 년 정도로 젊을 수 있다.^[6]

그럼에도 불구하고 대부분의 달 현무암은 약 30억 년에서 35억 년 사이에 분출된 것으로 보인다. 달의 뒷면에서 발생한 몇몇 현무암 분출은 오래되었지만, 가장 어린 용암류는 앞면의 폭풍의 대양에서 발견된다. 많은 현무암이 낮은 지대의 충돌 분지 내에서 분출하거나 흘러 들어갔지만, 가장 넓은 화산 지대인 폭풍의 대양은 알려진 어떤 충돌 분지와도 일치하지 않는다.

4. 분포

달의 바다는 달 표면의 16%를 차지한다. 지구를 향하는 달의 앞면에 많이 분포하며, 달의 뒷면에는 모스크바의 바다, 현자의 바다 등 극히 일부 지역에만 존재하여 그 면적이 앞면에 비해 압도적으로 적다. 달의 바다가 앞면에 편중되어 존재하는 원인에 대해서는 다양한 가설이 있지만, 자세한 것은 아직 밝혀지지 않았다.

달의 바다 현무암이 주로 달의 앞면 반구에 위치하는 이유는 과학계에서 여전히 논쟁 중이다. 루나 탐사선 임무의 데이터를 기반으로, 달의 열 발생 원소(KREEP) 상당량이 폭풍의 대양과 맑은 바다 분지를 포함하는 달 지형의 폭풍의 대양 KREEP 지형이라는 독특한 지구화학적 지역 내에 위치하는 것으로 보인다.^[9][10][11] 이 지역 내 열 발생 증가는 그곳에서 발견되는 화산 활동의 지속성과 강도와 가장 확실하게 관련이 있는 반면, KREEP가 이 지역에 집중된 메커니즘은 아직 합의되지 않았다.^[12]

4. 1. 충돌 분지와의 관계

• 많은 바다 현무암이 낮은 지대의 충돌 분지를 채우고 있기 때문에, 한때는 충돌 자체가 화산 폭발을 유발했다고 추정되었다. 현재 데이터가 이를 완전히 배제하는 것은 아니지만, 많은 분지에서 바다 화산 활동의 시기와 기간은 이에 대한 의문을 제기한다. 초기 바다 화산 활동은 일반적으로 분지 형성 후 1억 년 이내에 시작된 것으로 보인다.^[7] 1억 년이라는 시간이 충돌과 화산 활동 사이의 상관 관계가 나타나기에는 충분히 길다는 주장도 있지만, 여기에는 문제가 있다. 또한 각 분지에서 가장 오래되고 깊은 현무암은 매몰되어 접근할 수 없기 때문에 샘플링 편향을 유발할 수 있다는 지적도 있다.
• 지구의 중력장이 달의 앞면에서만 화산 폭발을 허용하고, 달의 뒷면에서는 화산 폭발이 발생하지 않도록 억제한다는 주장도 있었다. 그러나 달과 함께 회전하는 기준 좌표계에서 달이 경험하는 원심 가속도는 지구의 중력 가속도와 정확히 같고 반대이다. 따라서 지구를 향하는 순 힘은 없다. 지구 조석은 달의 모양을 변형시키지만, 이 모양은 지구점과 반대 지구점 모두에 높은 지점을 가진 길쭉한 타원체이다. 비유하자면, 지구에는 하루에 두 번의 만조가 있으며 한 번이 아니다.
• 바다 현무암질 마그마는 상부 지각의 사문암 물질보다 밀도가 높기 때문에, 현무암 폭발은 지각이 얇은 낮은 고도의 위치에서 선호될 수 있다는 주장도 있다. 그러나 달의 뒷면 남극-에이트켄 분지는 달에서 가장 낮은 고도를 포함하지만 현무암 용암으로 드물게 채워져 있다. 또한 이 분지 아래의 지각 두께는 폭풍의 대양 아래보다 훨씬 작을 것으로 예측된다. 지각의 두께가 궁극적으로 표면에 도달하는 현무암 용암의 양을 조절할 수는 있지만, 지각 두께 자체만으로는 바다 현무암의 분포를 제어하는 유일한 요인이 될 수 없다.^[8]
• 일반적으로 달의 동기 자전과 바다 현무암 사이에 어떤 형태의 연결이 있다는 주장도 제기되었다. 그러나 조석 탈회전을 유발하는 중력 토크는 물체의 관성 모멘트에서만 발생하며(이것들은 중력장의 구면 조화 함수 2차항과 직접 관련이 있다), 바다 현무암은 이에 거의 기여하지 않는다(또한 조석 고정 참조). (반구 구조는 구면 조화 함수 1차에 해당하며 관성 모멘트에 기여하지 않는다.) 더욱이 조석 탈회전은 빠르게(수천 년 정도) 발생했을 것으로 예측되는 반면, 대부분의 바다 현무암은 약 10억 년 후에 분출했다.

4. 2. 지구 중력의 영향

• 많은 바다 현무암이 낮은 지대의 충돌 분지를 채우기 때문에, 충돌 자체가 화산 폭발을 유발했다고 추정되기도 한다. 그러나 현재 데이터는 이를 완전히 배제하지 못하지만, 많은 분지에서 바다 화산 활동의 시기와 기간은 이에 대한 의문을 제기한다. 초기 바다 화산 활동은 일반적으로 분지 형성 후 1억 년 이내에 시작된 것으로 보인다.^[7] 각 분지에서 가장 오래되고 깊은 현무암은 매몰되어 접근할 수 없기 때문에 샘플링 편향을 유발할 수 있다는 지적도 있다.
• 지구의 중력장이 달의 앞면에서 화산 폭발을 우선적으로 허용하고, 달의 뒷면에서는 발생하지 않도록 한다는 제안이 있다. 그러나 달과 함께 회전하는 기준 좌표계에서 달이 경험하는 원심 가속도는 지구의 중력 가속도와 정확히 같고 반대이다. 따라서 지구를 향하는 순 힘은 없다. 지구 조석은 달의 모양을 변형시키지만, 이 모양은 지구점과 반대 지구점 모두에 높은 지점을 가진 길쭉한 타원체이다. 비유하자면, 지구에는 하루에 두 번의 만조가 있으며 한 번이 아니다.
• 바다 현무암질 마그마는 상부 지각의 사문암 물질보다 밀도가 높기 때문에, 현무암 폭발은 지각이 얇은 낮은 고도의 위치에서 선호될 수 있다. 그러나 달의 뒷면 남극-에이트켄 분지는 달에서 가장 낮은 고도를 포함하지만 현무암 용암으로 드물게 채워져 있다. 또한 이 분지 아래의 지각 두께는 폭풍의 대양 아래보다 훨씬 작을 것으로 예측된다. 지각의 두께는 궁극적으로 표면에 도달하는 현무암 용암의 양을 조절할 수 있지만, 지각 두께 자체만으로는 바다 현무암의 분포를 제어하는 유일한 요인이 될 수 없다.^[8]
• 일반적으로 달의 동기 자전과 바다 현무암 사이에 어떤 형태의 연결이 있다는 제안이 있다. 그러나 조석 탈회전을 유발하는 중력 토크는 물체의 관성 모멘트에서만 발생하며(이것들은 중력장의 구면 조화 함수 2차항과 직접 관련이 있다), 바다 현무암은 이에 거의 기여하지 않는다(또한 조석 고정 참조). (반구 구조는 구면 조화 함수 1차에 해당하며 관성 모멘트에 기여하지 않는다.) 더욱이 조석 탈회전은 빠르게(수천 년 정도) 발생했을 것으로 예측되는 반면, 대부분의 바다 현무암은 약 10억 년 후에 분출했다.

4. 3. 지각 두께 차이

• 바다 현무암질 마그마는 상부 지각의 사문암 물질보다 밀도가 높기 때문에, 지각이 얇은 곳에서 현무암 폭발이 더 쉽게 일어날 수 있다는 가설이 있다. 그러나 달의 뒷면 남극-에이트켄 분지는 달에서 고도가 가장 낮음에도 불구하고 현무암 용암이 드물게 발견된다.^[8] 또한, 이 분지 아래의 지각 두께는 폭풍의 대양 아래보다 훨씬 얇을 것으로 예상되지만, 폭풍의 대양에는 현무암 용암이 많이 분포한다.^[8] 따라서 지각 두께만으로는 바다 현무암의 분포를 완전히 설명할 수 없다.^[8]

4. 4. KREEP 분포

• 많은 바다 현무암이 낮은 지대의 충돌 분지를 채우고 있어, 한때는 충돌 자체가 화산 폭발을 유발했다는 추측이 있었다. 하지만 현재 데이터에 따르면, 많은 분지에서 바다 화산 활동의 시기와 기간은 분지 형성 후 1억 년 이내에 시작된 것으로 보여, 이러한 추측에 의문이 제기된다.^[7]
• 지구의 중력장이 달의 앞면에서만 화산 폭발을 허용하고, 달의 뒷면에서는 발생하지 않도록 한다는 주장이 있었다. 그러나 달이 경험하는 원심 가속도는 지구의 중력 가속도와 정확히 같고 반대이므로, 지구를 향하는 순 힘은 없다. 지구 조석은 달의 모양을 변형시키지만, 이는 지구점과 반대 지구점 모두에 높은 지점을 가진 길쭉한 타원체 모양이다.
• 바다 현무암질 마그마는 상부 지각의 사문암 물질보다 밀도가 높아, 현무암 폭발은 지각이 얇은 낮은 고도에서 선호될 수 있다는 주장도 있다. 그러나 달의 뒷면 남극-에이트켄 분지는 달에서 가장 낮은 고도를 포함하지만 현무암 용암으로 드물게 채워져 있다. 또한, 이 분지 아래의 지각 두께는 폭풍의 대양 아래보다 훨씬 작을 것으로 예측된다. 지각 두께가 표면에 도달하는 현무암 용암의 양을 조절할 수 있지만, 지각 두께 자체만으로는 바다 현무암의 분포를 제어하는 유일한 요인이 될 수 없다.^[8]
• 달의 동기 자전과 바다 현무암 사이에 어떤 형태의 연결이 있다는 주장도 있지만, 조석 탈회전을 유발하는 중력 토크는 물체의 관성 모멘트에서만 발생하며, 바다 현무암은 이에 거의 기여하지 않는다. 더욱이 조석 탈회전은 빠르게 발생했을 것으로 예측되는 반면, 대부분의 바다 현무암은 약 10억 년 후에 분출했다.

5. 화학 조성

육상 분류 체계를 사용하면 모든 바다 현무암은 톨레아이트로 분류되지만, 달 현무암의 집단을 더 자세히 설명하기 위해 특정 하위 분류가 고안되었다. 바다 현무암은 주요 원소 화학 조성을 기준으로 ''고-Ti 현무암'', ''저-Ti 현무암'', ''극저-Ti(VLT) 현무암''의 세 가지 계열로 분류된다. 이러한 그룹은 한때 아폴로 샘플을 기반으로 서로 구별된다고 생각되었지만, 클레멘타인 임무의 글로벌 원격 감지 데이터는 이러한 종점 사이의 티타늄 농도 연속체가 존재하며, 고농도 티타늄이 가장 적게 존재한다는 것을 보여준다. TiO₂ 풍부도는 바다 현무암의 경우 최대 15 wt.%에 이를 수 있지만, 대부분의 육상 현무암은 4 wt.% 미만의 풍부도를 보인다. 달 현무암의 특별한 그룹은 칼륨(K), 희토류 원소(REE), 인(P)가 비정상적으로 풍부한 KREEP 현무암이다. 육상 현무암과 달 현무암의 주요 차이점은 달 현무암에 어떤 형태로든 물이 거의 완전히 없다는 것이다. 달 현무암은 변성 작용으로 인해 육상 현무암에서 흔히 볼 수 있는 각섬석 및 엽상 규산염과 같은 수소를 함유하는 광물을 포함하지 않는다.

6. 명명

16세기 말부터 17세기 초에 활약한 독일의 천문학자 요하네스 케플러는 천체 망원경으로 달을 관찰하여 달의 어두운 부분은 물을 담은 바다라고 믿었다. 라틴어로 "바다"를 의미하는 "mare"를 처음 명명한 사람이 바로 케플러이다. 갈릴레오 갈릴레이도 비슷한 생각을 가지고 있었다.

1645년 미하엘 랑그렌이 출판한 세계 최초로 인쇄된 월면도 "''Plenilunium''"('만월')에서는 "mare"나 "oceanus"(대양)를 붙인 이름이 명명되었다.

1651년 조반니 리치올리와 프란체스코 그리말디는 달의 지형에 독자적인 명명을 한 월면도를 발표했다. 그들은 케플러를 따라 달 표면의 어두운 평원에 대해, 그 크기와 형태에 따라 "oceanus", "mare", "lacus"(호수), "palus"(늪), "sinus"(만)와 같은 물과 관련된 지명을 부여했다. 그리고 바다에는 주로 기상에 관한 단어를 붙인 이름을 부여했는데, 이는 당시 달이 지구의 기상에 영향을 주고 있다는 생각이 있었기 때문으로 보이며, 그들이 부여한 이름이 현재에도 사용되고 있다.

참조

_[1] 간행물 mare http://www.lexico.co[...] Oxford University Press 2022-09-02
_[2] 웹사이트 XIth General Assembly http://www.iau.org/s[...] International Astronomical Union 2015-07-26
_[3] 논문 The name game 2012-08-22
_[4] 논문 Lunar Samples 1998
_[5] 논문 Ages and stratigraphy of mare basalts in Oceanus Procellarum, Mare Numbium, Mare Cognitum, and Mare Insularum 2003
_[6] 논문 Two-billion-year-old volcanism on the Moon from Chang'e-5 basalts 2021-10-19
_[7] 논문 Ages of mare basalts on the lunar nearside 2000
_[8] 논문 The role of magma buoyancy on the eruption of lunar basalts 2001
_[9] 논문 The constitution and structure of the lunar interior 2006
_[10] 웹사이트 A New Moon for the Twenty-First Century http://www.psrd.hawa[...] Planetary Science Research Discoveries 2000-08-31
_[11] 논문 Major lunar crustal terranes https://hal.archives[...] 2000
_[12] 논문 Thermal and magmatic evolution of the Moon 2006
_[13] 웹사이트 (2005年3月24日) http://www.sci-museu[...] 2024-08-23