이과대학 지구시스템과학과 이용재 교수 연구팀은 초기 지구에서 일어난 달 형성 대충돌 (Moon-forming Impact)의 과정에서 마그마 바다에 포함된 물과 이산화탄소가 충돌체 핵 의 주성분인 철과 반응해, 지구 생명의 기원 가설에서 반드시 선행돼야 하는 유기물의 자연 적 합성에 필수적인 환경인 ‘환원성 대기’를 일시적으로 형성할 수 있다는 연구 결과를 발 표했다. 이번 연구는 포항가속기연구소(소장 강흥식) 4세대 선형 가속기(PAL-XFEL) 연구 팀 및 독일 방사광 가속기(PETRA III) 연구팀과 공동 진행됐다.

약 45억 년 전의 달 형성 대충돌은 전 지구를 일시적으로 마그마 바다의 상태로 만들고, 기존의 대기를 완전히 변화시킨 것으로 추정된다. 한편 현재의 지구 대기는 과거 맨틀 상부에서 배출된 가스 성분의 영향을 받아 시생대 초기인 약 40억 년 전부터 산화된 상태로 존재해 온 것으로 알려져 있다. 따라서 환원성 대기의 존재는 초기 지구 시기인 약 40억 년 이전 시점에서 그 형성 원인을 찾아봐야 한다.

이용재 교수는 “본 연구는 대충돌 환경에서 일어난 철과 휘발성 물질 간의 반응을 실험적으 로 처음 관찰한 결과로서, 초기 지구에서 생명체 탄생의 열쇠인 환원성 대기의 형성 과정을 실험실 환경에서 직접 구현한 것”이라고 설명하며, “X-선 자유 전자 레이저를 이용한 대충 돌 모사 실험을 시작으로, 향후 동적 극한 환경 연구를 통해 지구와 행성 진화의 통시적 이 해가 가능할 것”이라고 본 연구의 의의를 밝혔다.

본 연구는 한국연구재단 리더연구자사업(고압광물물리화학연구단)의 지원으로, 포항가속기 연구소의 4세대 선형 가속기(PAL-XFEL)와 독일전자방사광연구소의 방사광 가속기(PETRA III) 연구 시설을 활용해 수행됐다. 연구 결과는 과학 전 분야 세계적 권위지인 ‘사이언스 어드밴시스 (Science Advances)’에 12월 15일(현지 시간) 게재됐다.

*논문명: Oxidation of iron by giant impact and its implication on the formation of reduced atmosphere in the early Earth