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[교수님 인터뷰] 연세대학교 지구시스템과학과 이용재 교수님

지구 속 숨은 비밀을 찾아서 땅속 깊은 곳 ‘초수화’ 광물 세계 최초 발견
2003년 개봉한 공상과학 영화 ‘더 코어’의 과학 자문을 맡았던 미국 캘리포니아 공과대학 데이비드 스티븐슨 교수는 ‘지구 핵으로의 미션’이라는 네이처 논문에서 “우리가 살고 있는 지구의 표면은 그 위와 그 아래의 경계”라고 표현했다. 즉, 지표면을 경계로 보았을 때 새롭게 탐사할 대상을 찾는다면 우주 혹은 땅속이라는 의미로 해석된다.
하지만 현대 인류가 지구를 넘어 우주로 세계관을 확장해 가고 있는 반면, 정작 우리가 발을 딛고 있는 땅속에 대한 관심이나 연구는 극히 일부분에 불과한 것이 사실이다.
이러한 상황 속에서 연세대학교 이용재 교수 연구팀이 광물학에 기초한 지구 내부 연구를 통해 땅속 깊은 곳에 존재하는 초수화 광물을 최초로 발견, 미지의 세계로 남아있는 지구의 비밀을 밝히는 데에 한 걸음 다가섰다.
남들이 머리 위를 쳐다볼 때 발아래 땅속 세상을 바라보며 지구 현상에 대한 답을 찾는 과학자, 이용재 교수를 만났다.
지진과 화산활동의 새로운 원리 제시
지구과학은 지구 전체를 대상으로 하는 연구 분야임에도 불구하고 우리가 눈으로 직접 확인할 수 있는 영역은 지구 표면에 한정되어있다. 지구의 가장 깊은 곳까지 시추할 수 있는 깊이가 약 12km라고 할 때 이는 지구 전체 부피의 약 0.4%에 불과하다.
따라서 우리가 살고 있는 지표면을 제외한 99.6%의 지구는 여전히 미지의 세계라고 할 수 있다.
 
이용재 교수는 눈으로 확인할 수 없는 지표 아래 세상을 보기 위해 소형 고압기로 땅속의 고온 고압 환경을 만들고 방사광가속기로 그 변화를 관찰하며, 지진 발생과 화산 활동에 대한 근원적인 이해를 추구하고 있다.
“이슈가 되고 있는 지진이나 화산활동 등의 지질 재해들도 땅속을 구성하는 광물과 암석의 변화를 통해 일어납니다. 땅속을 구성할 것으로 예상되는 광물을 대상으로 땅속의 높은 온도와 압력 조건을 만들어 연구하면 간접적으로나마 지구의 속을 들여다볼 수 있고, 이를 통해 지표의 여러 지질 현상들의 근원을 설명할 수 있습니다.”
이처럼 지구 내부의 원리를 밝혀내 지구 현상에 대한 답을 찾고자 오랜 시간 연구에 몰두해 온 결과 지난 2017년, 그동안 지표에서는 관찰된 적 없는 초수화(超水和)* 점토광물이 지각판이 충돌하는 땅속 깊은 환경에서 만들어질 수 있음을 세계 최초로 규명했다.
*초수화: 특정 조건에서 물을 추가로 흡수해 팽창하는 현상
초수화 광물은 그동안 알려진 어떤 광물보다 많은 양의 물을 함유한다. 초수화 광물의 형성과 분해 과정은 지각판의 섭입대를 따라 물이 이동하는 새로운 방법을 보여주며 지진과 화산활동에도 영향을 줄 수 있다.
태평양 주변 일본 열도와 같은 곳은 지각판의 충돌하며 지진과 화산활동이 빈번하게 일어나 ‘불의 고리’라고 불린다. 이는 충돌하는 지각판 한쪽이 땅속으로 들어가면서 섭입대를 이루고 그 섭입대를 따라 광물과 암석의 온도와 압력이 높아지면서
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