포스텍 연구팀과 북경고등고압연구소(HPSTAR) 연구팀이 지구 깊숙한 곳의 비밀을 풀었다.

공동 연구팀은 최근 지구 내부 맨틀 조건에 존재하는 수소 광물 산화철(FeOOH)이 얼음 행성의 얼음과 비슷한 초이온적 상태로 존재한다는 것을 발견했다.

지구는 표면의 3/4이 물로 덮여 있지만, 깊은 내부에는 순수상태의 물이나 얼음이 거의 없다.

대신 수소 광물(hydrous minerals)이 존재하는 것으로 알려져 있다.

연구팀은 약 1700°C 이상, 정상 기압의 80만 배 이상의 조건을 가진 지구 내부에서 최근 연구팀에 의해 발견된 수소 광물 중 하나인 FeOOH의 상태를 검증했다. 그 결과 수산기 분자가 상온에서 73기가파스칼(GPa) 압력에 도달하면 결합구조가 약해져 양이온 수소(양성자)가 결정구조의 위치로부터 퍼짐현상을 보이는 것을 발견했다.

또한 온도를 증가시키면 양성자의 퍼짐현상이 고체 전체로 증가해 전기전도도가 증가했다. 이때 FeO2 구조는 유지한 채 양성자만 자유로이 움직이는 초이온 상태, 즉 ‘고체로 흐르는 강’이 있는 것이다.

이처럼 지구 내부에 초이온 상태가 존재한다는 것은 지구의 맨틀 대류 속도가 지금까지 알려진 것보다 더 빠를 수 있음을 시사한다.

강과 비슷하게 빠르게 움직이는 수소는 열과 질량을 운반함으로써 지구 내부의 물질 수송, 전기전도도, 자성 등 지구의 전체적인 특징을 바꿔 놓을 수 있다.

단단한 지구는 지금까지 생각했던 것보다 더 역동적일 수 있다는 것을 보여준다.

한편 해당 연구결과는 네이처 지오사이언스에 게재됐다.