명왕누대

3. 명왕누대의 구분

• 선(先)넥타리아기: 달의 지각이 형성된 45억 3,300만 년 전으로부터 39억 2천만 년 전까지.
• 넥타리아기: 39억 2천만 년 전부터 대략 38억 5천만 년 전까지의 시기로, 이 이론에 따르면 후기대폭격이 점차 줄어들던 시기.

4. 암석

20세기 후반, 지질학자들은 그린란드 서부와 캐나다 북서부, 서호주에서 명왕누대 시기의 암석을 확인하였다. 서호주에서 발견된 암석은 2015년, 생물질 잔류량에 의한 분석에 따른 탄소 흔적을 통해 41억 년 된 것임이 밝혀졌다.^[85][86]

5. 대기와 해양

지구를 형성한 물질에는 상당한 양의 물이 포함되어 있었을 것이다.^[89] 형성기 지구의 질량이 지금보다 작았을 때, 물 분자는 지구의 중력에서 더 쉽게 탈출했을 것이다. 수소와 헬륨은 대기 탈출로 인해 (오늘날과 마찬가지로) 지속적으로 대기를 떠났을 것으로 예상된다.

달을 생성한 충돌로 고(古)행성의 일부가 파괴되었을 것으로 이론화되었으며, 이로 인해 지구의 한두 개의 거대한 지역이 용융되었을 것이다. 지구의 현재 조성을 보면 거대한 암석 덩어리를 완전히 녹이고 혼합하기 어렵기 때문에 완전한 재용융이 일어나지 않았음을 시사한다.^[90] 그러나 이 충돌로 인해 상당한 양의 물질이 기화되어 젊은 지구 주위의 암증기권(巖蒸氣圈)을 형성하였을 것이다. 암증기는 2,000년 이내에 응축되었을 것이다. 초기 마그마 바다는 500만 년 이내에 응고되었으며,^[21] 뜨거운 휘발성 물질을 남겼고, 이는 아마도 수소와 수증기가 포함된 무거운 대기를 초래했을 것이다. 초기 무거운 대기는 230°C의 표면 온도와 27 표준 대기압 이상의 대기압을 가지고 있었다.^[20] 높은 지표면 온도에도 액체 상태의 바다가 존재했는데, 이는 대기압이 27기압일 때, 물은 이러한 고온에서도 액체 상태로 유지되기 때문이다.^[20] 지구가 식어감에 따라 대기로부터 상당히 많은 이산화탄소가 대양의 물에 녹아 줄어들었다. 그러나 이 수준은 새 지표면과 맨틀이 주기적으로 나타나면서 크게 오르락내리락하였다.^[91]

지르콘 연구에 따르면 액체 상태의 물은 지구가 형성된 직후인 44억 년에서 40억 년 전에 존재했을 수 있다.^[92] 이는 대기의 존재를 필요로 한다. 차가운 초기지구이론(The Cool Early Earth Theory, CEE)은 대략 44억 ~ 41억 년 전의 기간을 망라한다.

2008년 9월, 지르콘에 관한 연구에 의하면 호주의 명왕누대 바위는 40억 년 전(대략 지구가 형성된지 6억 년 후) 판 구조가 존재했음을 가리키는 광물을 포함함이 밝혀졌다.^[93][94] 만일 이것이 사실이라면, 지구가 고온의 용융상태의 표면과 이산화탄소로 가득 찬 대기상태에서 오늘날과 매우 비슷한 형태로 변화를 끝마치기까지의 시간은 대략 40억 년 전으로 거칠게 추산해볼 수 있을 것이다. 지각판의 활동과 해양은 상당량의 이산화탄소를 포획하였고, 이로써 온실 효과는 줄어들어 표면온도가 더욱 식어들고 단단한 암석이 형성되어 마침내 생명이 탄생할 수 있었다.^[93][94]

6. 판 구조 운동

충분한 양의 물이 지구를 형성한 물질들에 녹아들어 있었다.^[89] 고(古)행성의 일부가 큰 충격을 받아 깨지면서 달을 형성했다는 이론에 따르면, 이로 인해 지구의 한두 군데가 크게 녹았을 것으로 여겨진다. 그러나 오늘날 지구의 구성을 볼 때, 지구를 완전히 녹일 만큼의 재용융은 없었을 것으로 보인다.^[90] 이 충격으로 상당량의 파편이 기화되어 젊은 지구 주위의 암증기권(巖蒸氣圈)을 형성하였을 것이다. 암증기는 2천 년 내로 응집하여 고온의 휘발성 물질들을 남겼는데, 이는 아마도 수소와 수증기가 포함된 두터운 이산화탄소 대기가 되었을 것이다. 지구가 식어감에 따라 대기로부터 상당히 많은 이산화탄소가 대양의 물에 녹아 줄어들었다. 그러나 이 수준은 새 지표면과 맨틀이 주기적으로 나타나면서 크게 오르락내리락하였다.^[91]

2008년 9월, 지르콘에 관한 연구에 의하면 호주의 명왕누대 바위는 40억 년 전(대략 지구가 형성된 지 6억 년 후) 판 구조론이 존재했음을 가리키는 광물을 포함함이 밝혀졌다.^[93][94] 만일 이것이 사실이라면, 지구가 고온의 용융 상태의 표면과 이산화탄소로 가득 찬 대기 상태에서 오늘날과 매우 비슷한 형태로 변화를 끝마치기까지의 시간은 대략 40억 년 전으로 거칠게 추산해 볼 수 있을 것이다. 지각판의 활동과 해양은 상당량의 이산화탄소를 포획하였고, 이로써 온실 효과는 줄어들어 표면 온도가 더욱 식어들고 단단한 암석이 형성되어 마침내 생명이 탄생할 수 있었다.^[93][94]

7. 대륙

명왕누대에 노출된 육지의 양은 대륙 지각의 양뿐만 아니라 해수면에도 영향을 받는다.^[7] 시생누대에 판 구조 활동이 시작되었다는 모델에 따르면, 명왕누대 지구는 전 지구적인 바다를 가지고 있었다.^[38][39] 맨틀의 높은 열 때문에 명왕누대에는 높은 고도를 유지하기 어려웠을 수 있다.^[40][41] 만약 명왕누대에 대륙이 형성되었다면, 대륙의 성장은 맨틀에서 물이 방출되는 것과 경쟁했을 것이다.^[7] 대륙은 명왕누대 중반에 나타났다가 명왕누대 말에 두꺼운 바다 아래로 사라졌을 수도 있다.^[42] 제한된 육지의 양은 생명의 기원에 영향을 미친다.^[7]

8. 생명체

잘트디트(Salditt) 외 연구진에 따르면, 명왕누대와 유사한 지열 미세 환경은 RNA의 합성과 복제를 지원하여 원시적인 생명체의 진화를 가능하게 할 수 있었다.^[43] 가열된 공기-물 계면으로 구성된 다공성 암석 시스템은 리보자임-촉매 작용 RNA의 감각 및 반대 가닥의 복제를 허용하고, 이후 가닥 분리를 통해 활성 리보자임의 결합된 합성, 방출 및 폴딩을 가능하게 하는 것으로 나타났다.^[4] 이러한 원시적인 RNA 시스템은 현존하는 코로나바이러스의 RNA 복제 중에 발생하는 것처럼 복제 동안 주형 가닥 전환(유전적 재조합)을 겪을 수 있었을 것이다.^[44]

2024년에 발표된 연구에 따르면, 최후 보편 공통 조상은 40억 9천만 년에서 43억 3천만 년 사이의 명왕누대 동안 출현한 것으로 추정된다.^[45]

명왕누대는 후기 대폭격 기간 동안 발생했지만, 빈번한 충돌은 우주적 규모에서만 빈번했으며, 각 사건 사이에는 수천 또는 수백만 년의 간격이 있었다. 지구에는 이미 바다가 있었기 때문에 생명체가 존재했을 수 있지만, 그러한 충돌로 인한 대멸종에 취약했을 것이다. 위험은 빈도가 아니라 충돌체의 크기에 달려 있었으며, 달에 남아있는 흔적은 백악기-고생대 대멸종을 일으킨 칙술루브 충돌구보다 더 큰 충돌체가 있었음을 시사한다. 충분히 큰 충돌체는 지구상의 모든 생명체를 지울 수 있지만, 일부 모델에서는 미생물이 지하 또는 해양 깊은 곳에서 살아남을 수 있다고 제안한다.^[46]

9. 연구 방법

20세기 후반, 지질학자들은 그린란드 서부와 캐나다 북서부, 서호주에서 명왕누대 시기의 암석을 확인하였다. 2015년에는 서호주에서 발견된 41억 년 된 암석에서 생물체의 잔해로 해석되는 탄소 광물의 흔적이 발견되었다.^[85][86]

서호주 내리어(Narryer) 편마암지대에 위치한 잭 힐스(Jack Hills)에서 채취한 변성사역암에 포함된 지르콘 결정은 44억 4백만 년 전(오차범위 ± 800만 년)의 것으로 측정되었다.^[87] 이는 안정적으로 측정되는 가장 오래된 지르콘 연대인 43억 5천만 년 전보다 약간 오래된 것으로, 지구 형성 추정 시점으로부터 약 2억 년 후이다.^[87]

다른 많은 지역에서 발견되는 오래된 암석 속 명왕누대 지르콘 포로암편(잔존물)은, 오래된 암석지대에 신생암석이 형성되면서 일부 오래된 물질과 합성되었음을 보여준다. 예를 들어 남(南) 가이아나, 가이아나 순상지의 아이오크라마층에서 채취된 지르콘은 42억 2천만 년 된 것으로 측정되었다.^[88]

지르콘 연구를 통해 (액체 상태의) 물이 적어도 지구 형성 직후인 44억 년 전에 이미 존재했음이 밝혀졌으며,^[92] 이는 대기의 존재를 필요로 한다. 차가운 초기지구이론(The Cool Early Earth Theory, CEE)은 대략 44억 ~ 41억 년 전의 기간을 다룬다.

2008년 9월, 지르콘에 관한 연구에서 호주의 명왕누대 암석에 40억 년 전(지구 형성 약 6억 년 후) 판 구조 운동이 존재했음을 보여주는 광물이 포함된 것이 밝혀졌다.^[93][94]

1980년대 이전, 명왕누대 암석 조각이 발견되기 전에는 초기 지구에 대한 과학적 설명은 거의 전적으로 지구역학 모델에 의존했다.^[13]

일반적으로 지질학에서 고대 연구를 수행하기 위해서는 그 시대에 만들어진 지층이나 암석을 분석하여 정보를 얻고 검토한다.^[55] 그러나 명왕누대의 경우, 당시의 암석을 거의 입수할 수 없다. 1970년대까지는 지구에 대한 정보만 얻을 수 있었기 때문에 명왕누대 지구 진화는 알 수 없었지만, 태양계 내 다른 행성이나 운석을 연구함으로써 실증적인 논의가 가능하게 되었다.^[56] 또한 태양계 형성 및 지구 탄생 당시 상황에 대해서는 이론 기반 시뮬레이션이 진행되고 있다. 지구 및 운석의 연대 분석에는 방사성 원소 붕괴에 의한 생성물을 정량하여 연대를 측정하는 방사성 연대 측정이 사용된다.

10. 후기 대폭격기

명왕누대는 후기 대폭격기를 겪었지만, 이 시기 충돌은 우주적 규모에서만 빈번했을 뿐, 각 사건 사이에는 수천에서 수백만 년의 간격이 있었다. 지구에는 이미 바다가 존재했기에 생명체가 존재했을 가능성이 있지만, 이러한 충돌로 인한 대멸종에 취약했을 것이다. 위험은 충돌 빈도가 아니라 충돌체의 크기에 달려 있었으며, 달에 남은 흔적은 백악기-고생대 대멸종을 일으킨 칙술루브 충돌구보다 더 큰 충돌체가 있었음을 시사한다. 충분히 큰 충돌체는 지구상의 모든 생명체를 멸종시킬 수 있지만, 일부 모델에서는 미생물이 지하 또는 해양 깊은 곳에서 살아남을 수 있다고 제안한다.^[46]

후기 대폭격기는 미국의 아폴로 계획으로 가져온 달 암석 분석 결과에서 밝혀진 사건이다. 약 38억 년 전에서 40억 년 전의 짧은 기간 동안 집중적으로 대량의 거대한 운석이 달에 떨어졌다. 달 표면에 검게 보이는 '바다'는 큰 운석이 충돌하여 달의 지각이 파이고 그 아래의 맨틀이 용해되어 현무암질 용암의 마그마가 쌓인 저지대인데, 아폴로 계획으로 가져온 '바다' 암석의 연대 분석 결과, 형성 시기가 38억 년 전에서 40억 년 전인 것으로 밝혀졌다. 지구는 달 바로 근처에 존재하고 중력도 크기 때문에, 이 시기에 지구에도 달과 동등 이상의 운석이 낙하했을 것으로 생각된다. 당시 지표에 지각이 형성되어 있었다고 하더라도, 운석 낙하의 충격으로 파괴되었기 때문에 40억 년보다 오래된 암석은 거의 남아 있지 않다는 설이 있다. 이 시기에 생명이 존재했다는 증거는 없지만, 만약 존재했다면 거대한 운석 충돌의 에너지로 모든 해수가 증발하는 악조건 속에서도 살아남았을 것이다. 생물의 유전자 분석에 따르면 가장 오래된 생물은 열에 강한 호열균과 초호열균으로 분류되므로, 운석 충돌을 살아남았을지도 모른다.

참조

_[1] 논문 Ratification of the base of the ICS Geological Time Scale: the Global Standard Stratigraphic Age (GSSA) for the Hadean lower boundary
_[2] 웹사이트 New edition of the Chart - 2022-10 https://stratigraphy[...] 2023-01-16
_[3] 웹사이트 Global Boundary Stratotype Section and Point https://stratigraphy[...] International Commission of Stratigraphy 2023-10-29
_[4] 논문 The age of the Earth in the twentieth century: a problem (mostly) solved https://www.lyellcol[...] 2022-10-02
_[5] 웹사이트 Age of the Earth http://pubs.usgs.gov[...] U.S. Geological Survey 2022-10-03
_[6] 서적 Geologic Time Scale 2020 Elsevier 2020
_[7] 논문 Was There Land on the Early Earth?
_[8] 논문 A working model of the primitive Earth
_[9] 서적 A Geologic Time Scale Cambridge University Press
_[10] 간행물 Priscoan https://en.oxforddic[...]
_[11] 간행물 Early history of the Earth John Wiley
_[12] 논문 Archean komatiites and geotherms: Solution to an apparent contradiction 1983-12
_[13] 서적 Hadean earth Springer 2020
_[14] 뉴스 Hints of life on what was thought to be desolate early Earth http://apnews.excite[...] Mindspark Interactive Network 2015-10-20
_[15] 논문 Potentially biogenic carbon preserved in a 4.1 billion-year-old zircon National Academy of Sciences 2015-10-19
_[16] 논문 Evidence from detrital zircons for the existence of continental crust and oceans on the Earth 4.4 Gyr ago 2001
_[17] 논문 Guyana: the Lost Hadean crust of South America? 2013-12-01
_[18] 논문 Origin of water in the terrestrial planets 2005-04
_[19] 웹사이트 Origin of the Earth and Moon http://solarsystem.n[...] NASA
_[20] 논문 Initiation of clement surface conditions on the earliest Earth
_[21] 논문 Linked magma ocean solidification and atmospheric growth for Earth and Mars
_[22] 논문 A Cool Early Earth http://www.geology.w[...] 2006-08-22
_[23] 간행물 Encyclopedia of Geology Elsevier Science
_[24] 논문 Geologic record of partial ocean evaporation triggered by giant asteroid impacts, 3.29–3.23 billion years ago
_[25] 뉴스 A New Picture of the Early Earth https://www.nytimes.[...] 2008-12-02
_[26] 웹사이트 Differentiated impact melt sheets may be a potential source of Hadean detrital zircon http://geology.geosc[...] 2017-03-06
_[27] 논문 Global water cycle and the coevolution of Earth's interior and surface environment.
_[28] 논문 Hadean geodynamics and the nature of early continental crust
_[29] 논문 Onset of plate tectonics by the Eoarchean
_[30] 서적 Hadean Earth Springer
_[31] 논문 Archean upper crust transition from mafic to felsic marks the onset of plate tectonics
_[32] 논문 The initiation of subduction: Criticality by addition of water?
_[33] 논문 Terrestrial aftermath of the Moon-forming impact
_[34] 논문 Argon constraints on the early growth of felsic continental crust
_[35] 논문 The Hadean crust: evidence from> 4 Ga zircons
_[36] 논문 A change in the geodynamics of continental growth 3 billion years ago
_[37] 논문 Rapid crustal growth and efficient crustal recycling in the early Earth: Implications for Hadean and Archean geodynamics
_[38] 논문 The "Water Problem", the illusory pond and life's submarine emergence—A review
_[39] 논문 Ancient Earth was a water world
_[40] 논문 A mushy Earth's mantle for more than 500 Myr after the magma ocean solidification
_[41] 논문 Neoarchean lithospheric strengthening and the coupling of Earth's geochemical reservoirs
_[42] 논문 Exposed areas above sea level on Earth >3.5 Gyr ago: Implications for prebiotic and primitive biotic chemistry
_[43] 논문 Ribozyme-mediated RNA synthesis and replication in a model Hadean microenvironment 2023-03-17
_[44] 논문 Epidemiology, Genetic Recombination, and Pathogenesis of Coronaviruses
_[45] 논문 The nature of the last universal common ancestor and its impact on the early Earth system 2024-07-12
_[46] 서적 Life in the universe Pearson 2017
_[47] 문서
_[48] 문서 百万年前
_[49] 문서 「始生代」の新名称、日本地質学会が2018年7月に改訂
_[50] 서적 川上紳一・東條文治『図解入門　最新地球史がよく分かる本　[第2版]』秀和システム 2009年 170ページ 秀和システム 2009
_[51] 웹사이트 International Stratigraphic Chart(ICS) http://www.stratigra[...] The International Commission on Stratigraphy (ICS) 2009-04-24
_[52] 웹사이트 地質系統・年代の日本語記述ガイドライン_改訂履歴 https://geosociety.j[...] 日本地質学会 2024-03-16
_[53] 웹사이트 アカスタ片麻岩 https://www.city.gam[...] 2020-11-07
_[54] 문서 『凍った地球 : スノーボールアースと生命進化の物語』p29
_[55] 문서 岩石には生物の痕跡である化石も含む。
_[56] 문서 「地球進化論」p3
_[57] 문서 「地球進化概論」p11
_[58] 문서 「地球進化概論」p12-13
_[59] 문서
_[60] 문서 「地球進化概論」p15
_[61] 문서 「地球進化概論」p10-11
_[62] 문서 「地球進化概論」p16
_[63] 문서 この計算は脱出速度がベースであり、実際にはもっと速いものもある。
_[64] 문서 「地球進化論」p19-20
_[65] 문서 K/T境界参照。
_[66] 문서 「地球進化概論」p17
_[67] 문서 「地球進化概論」p33
_[68] 문서 「地球進化概論」p31-33
_[69] 문서 「地球進化概論」p33-34
_[70] 문서 「最新地球史が良く分かる本」p97-98
_[71] 문서 지구진화개론
_[72] 문서 최신지구사가 잘 아는 책
_[73] 문서 최신지구사가 잘 아는 책
_[74] 문서 지구환경 46억년의 대변동사
_[75] 웹인용 International Commission on Stratigraphy https://stratigraphy[...] 2020-12-14
_[76] 서적 A concise geologic time scale 2016 https://www.worldcat[...] Elsevier 2016
_[77] 저널 A working model of the primitive Earth https://www.ajsonlin[...] 2020-12-14
_[78] 서적 A geologic time scale 2004 https://www.worldcat[...] Cambridge University Press 2004
_[79] 웹인용 Priscoan: Definition of Priscoan by Oxford Dictionary on Lexico.com also meaning of Priscoan https://www.lexico.c[...] 2020-12-14
_[80] 간행물 Early History of the Earth John Wiley (London) 1975
_[81] 저널 Archean komatiites and geotherms: Solution to an apparent contradiction http://doi.wiley.com[...] 1983-12
_[82] 저널 A working model of the primitive Earth 1972
_[83] 서적 A Geologic Time Scale 2004 https://books.google[...] Cambridge University Press 2004
_[84] 웹인용 NASA Technical Reports Server (NTRS) https://ntrs.nasa.go[...] 2020-12-14
_[85] 뉴스 Hints of life on what was thought to be desolate early Earth https://apnews.excit[...] Excite 2015-10-19
_[86] 저널 Potentially biogenic carbon preserved in a 4.1 billion-year-old zircon https://www.pnas.org[...] National Academy of Sciences 2015-10-19
_[87] 저널 Evidence from detrital zircons for the existence of continental crust and oceans on the Earth 4.4 Gyr ago https://www.nature.c[...] 2001-01
_[88] 저널 Guyana: the Lost Hadean crust of South America? http://bjg.siteofici[...] 2013-12-01
_[89] 저널 Editorial http://doi.wiley.com[...] 2005-04
_[90] 웹인용 Solar System Exploration: Science & Technology: Science Features: Origin of the Earth and Moon http://solarsystem.n[...] 2020-12-14
_[91] 저널 Initiation of clement surface conditions on the earliest Earth https://www.pnas.org[...] 2020-12-14
_[92] 저널 A cool early Earth https://pubs.geoscie[...] 2002-04-01
_[93] 뉴스 A New Picture of the Early Earth (Published 2008) https://www.nytimes.[...] The New York Times 2020-12-14
_[94] 간행물 Thermal State of the Lithosphere During Late Heavy Bombardment: Implications for Early Life American Geophysical Union 2008-12