환경지질연구정보센터

1. 메리디아니 플래넘의 퇴적암: 기원, 속성작용 및 화성 생명체의 존재 가능성에 대한 의미
(Sedimentary Rocks at Meridiani Planum: Origin, diagenesis, and implications for life on Mars by Steven W. Squyres and Andrew H. Knoll, 2005, Earth and Planetary Science Letter 240, 1-10)

화성 표면에 발달된 퇴적암에 대한 노두 규모의 탐사가 화성탐사 로보트 오포튜니티에 의해 처음으로 이루어졌다. Meridiani Planum의 열곡과 구덩이에 노출된 퇴적암은 사암과 증발암으로서, 사암은 세립질 규산쇄설성퇴적암의 침식과 재퇴적에 의해 형성되었으며 증발암은 산성수에 의한 감람석현무암의 화학적 풍화로부터 기원된 것이다. Endurance crater에 노출되어 있는 7m 이상의 두께를 가지는 퇴적층은 풍성사구 및 층상의 사암으로 주로 이루어져 있음이 확인되었다. 이 퇴적층의 최상부에 발달한 약 0.5m 두께의 퇴적층에는 곡상 사층리가 발달되어 있음이 확인되었으며, 이는 사구 사이에 발달하는 플라야호수와 같은 수중환경에서의 퇴적이 있었음을 지시하여 준다. 이들 암석의 성분은 주로 규산염과 황산염광물로 이루어져 있으나, 적철석과 같은 산화철광물이 최고 11%까지 함유되어 있는 것으로 분석되었다. 한편 노두에서 확인된 철황산염광물의 일종인 jarosite의 존재는 산성조건에서의 침전이 있었음을 시사하여 준다. 이와 함께 이들 암석에 발달된 시멘트, 적철석결핵체, 결정몰드 등은 퇴적 당시의 주변 용액에 의한 초기 속성작용의 특성을 이해하는 데에 유용한 자료를 제공하여 준다. 이들 여러 퇴적특성에 대한 분석결과를 토대로 Meridiani의 퇴적환경 및 초기 속성환경은 생명체 활동이 매우 제한될 수 있는 건조한 산화환경이었던 것으로 해석된다.

2. 화성 메리다아니 플래넘의 번스층에 발달된 건조 내지 습윤환경 풍성퇴적층의 층서 및 퇴적특성(Stratigraphy and sedimentology of a dry to wet eolian depositional system, Burns formation, Meridiani Planum, Mars by J.P. Grotzinger et al., 2005, Earth and Planetary Science Letter 240, 11-72)

화성탐사 로봇 오포튜니티의 착륙지점인 Meridiani Planum에 노출된 퇴적암은 특정한 퇴적환경하에서의 복합적인 산물로서, 이 연구에서는 이 퇴적층을 임시적으로 Burns층으로 설정하였다(이에 따라 표기방식도 Burns Formation이 아닌 Burns formation으로 표기). 이 층은 하부, 중부 및 상부로 나눌 수 있으며, 하부는 풍성사구, 중부는 풍성기원의 층상사암, 상부는 풍성기원 층상사암과 사구사이 퇴적층(interdune facies)의 혼합층으로 이루어져 있다. 이들 퇴적층은 최소한 7m의 두께를 가지며 \'상향습윤화(wetting-upwards)\'의 퇴적기록을 나타낸다. 이와 같은 상향습윤화의 기록은 상부로 가면서 지하수의 영향이 증가하였음을 지시하여 주며, 궁극적으로는 퇴적과정에 지표수의 영향이 증가하였음을 의미한다.

번스층의 하부 퇴적층은 퇴적입자의 조성이 증발기원임을 지시함에도 불구하고 건조한 사구지대의 퇴적산물로 해석된다. 하부 퇴적층에는 대규모의 사층리가 발달한 사암층이 중첩되어 발달되어 있으며, 이는 비주기적 또는 계절적인 풍향변화에 따른 사구의 퇴적사면 변동의 결과로 해석된다. 하부 퇴적층과 중부 퇴적층 사이의 경계는 풍성침식의 기록을 나타낸다. 이 경계면은 모세관현상에 의해 지하수가 상부로 올라올 수 있는 부분까지 바람에 의한 침식이 이루어졌음을 지시하여 주는 기록으로 해석되며, 이처럼 바람의 침식작용이 강해짐에 따라 이에 대한 퇴적물의 침식에 대한 저항이 상부로 스며 올라온 지하수에 의한 퇴적물의 고결로 나타난 것으로 해석된다. 중부 퇴적층은 작은 규모의 판상 내지 사엽층리가 발달된 사암으로 대표된다. 이 사암층은 평평하거나 약간의 요철이 있는 사질로 이루어진 지표 위에서 바람에 의한 물결자국이 횡적으로 이동하면서 형성된 것이다. 지표환경에서 이와 같은 층상의 사암체는 풍성사구 사이의 환경이나 플라야의 표면에서 만들어진다. 중부 퇴적층과 상부 퇴적층 사이의 경계는 일종의 속성작용 경계로 여겨진다. 즉 포화대 또는 모세관현상이 일어나는 영역에서의 재결정작용이 이 경계부에서 일어난 것으로 추정된다. 상부 퇴적층은 풍성기원 층상사암과 사구사이 퇴적층의 혼합층으로 이루어져 있다. 사구사이 퇴적층에는 파상층리, 말린층리(convolute bedding)를 수반한 불규칙 엽층리, 소규모의 티피구조, cm 규모의 곡상엽층리 등이 발달되어 있다. 이와 같은 퇴적특성은 이 퇴적층이 초속 수십 cm의 유속이 형성되는 얕은 수중환경에서의 퇴적산물임을 지시하여 준다. 이와 같은 특성의 유수는 사구사이 환경 또는 플라야 표면에서의 범람으로부터 발생한 층상의 중력류에 의해 형성되었을 가능성이 매우 높다. 그러나 이암 또는 증발암 침전 등의 호수퇴적을 지시하는 증거는 Eagle 및 Endurance crater 지역에서 아직 확인되지 않았다.

이들 퇴적층의 광물 및 화학조성은 하부 및 중부의 풍성사암과 상부의 풍성 및 수중기원퇴적층이 증발작용에 의해 형성되었음을 지시하여 준다. 이와 같은 특성은 호성기원 증발암 또는 지하수 기원 증발암이 침식되어 풍성사구와 층상 사암을 형성한 사립의 공급원을 제공할 수 있는 플라야가 일시적으로 발달하였음을 시사하여 준다. 이와 같은 퇴적현상은 풍성사구가 잘 발달되어 있는 미국의 뉴멕시코주 White Sands(사진 참조)에 형성된 황산염증발암으로 이루어진 풍성층의 발달과정과 같은 현상인 것으로 여겨지며, 이러한 퇴적과정에 의해 Meridiani 지역에 황산염퇴적물이 풍부하게 형성된 것으로 해석된다. Burns층의 퇴적층에 지표수 발달의 증거가 비록 제한적이기는 하지만, 이 퇴적층에 수반된 황산염증발암으로 이루어진 풍성퇴적층의 발달은 Burns층의 형성과정을 통해 지하수가 중요한 역할을 담당하였음을 시사하여 준다.

미국 뉴멕시코주의 ‘White Sands\'에 발달된 석고사립으로 이루어진 풍성사구(일몰 시 촬영사진)

위 사진의 사구 표면에 발달된 소규모의 풍성 물결자국.