본문으로 이동

명왕누대

위키백과, 우리 모두의 백과사전.
명왕누대
Hadean
4567.3 ± 0.16 Ma ~ 4031 ± 3 Ma
명왕누대의 지질·환경을 보여 주는 자료
명왕누대 관련 시각 자료
명왕누대의 복원도
명왕누대 관련 복원도
Image
명왕누대 중기 또는 말기의 지구를 그린 상상도
시대 구분
시간 단위누대
시간층서 단위누대층
명칭·어원영어명 Hadean은 그리스 신화의 지하세계 신 하데스(Hades)에서 유래하며, 한국어 명칭 명왕누대는 이 이름을 뜻풀이한 것이다.
연대표
초누대누대백만 년 전
현생누대이후
선캄브리아 시대원생누대538.8–
2500
시생누대2500–
4031
명왕누대4031–
4567.3
경계
기저 정의국제표준층서연령 (GSSA) (비준)
ICS 2026/06 · 명왕누대 GSSA 비준값

명왕누대(冥王累代, Hadean)는 선캄브리아 시대의 첫 누대이며 시생누대에 앞선다. 약 45억 6730만 년 전(±16만 년)부터 40억 3100만 년 전(±300만 년)까지로, 하한은 원시 운석의 칼슘·알루미늄 포함물 연대로 정한 국제표준층서연령(GSSA)이다.[1][2]

상한은 캐나다 노스웨스트 준주 아카스타강 부근 암석에서 얻은 가장 오래된 10개 규장질 암석의 U–Pb 지르콘 연대에 근거한 GSSA이다.[1] 지구상에 보존된 원래 암석과 화석 기록이 매우 적기 때문에, 이 시기의 환경·지각·생명에 관한 서술은 주로 지르콘·운석·달의 기록과 수치 모형에 근거해 추정한다.

명칭

[편집]

명왕누대라는 이름은 그리스 신화의 지하세계 신 하데스에서 온 Hadean을 옮긴 것이다. 미국 지질학자 프레스턴 클라우드가 1972년에 지구에서 알려진 가장 오래된 암석보다 앞선 시기를 가리키기 위해 이 이름을 사용했다.[3]

이전 문헌에서는 비슷한 범위를 프리스코안(Priscoan) 또는 선시생누대(Pre-Archean)라고 부르기도 했다. 이 이름들은 역사적·비공식 용례이다.

경계와 하위 구분

[편집]

명왕누대에는 ICS가 비준한 하위 시대 단위가 없다. 달의 선넥타리안 기와 넥타리아기는 달의 지질 연대를 위한 구분이므로, 지구 명왕누대의 하위 단위와 동일시하지 않는다.

암석 기록

[편집]
Image
명왕누대와 시생누대 지르콘의 연대 및 산소 동위 원소 자료

명왕누대의 원래 암석은 거의 보존되지 않았고, 주된 자료는 오스트레일리아 서부 잭힐스의 쇄설성 지르콘과 후대 암석 속에 남은 지르콘 핵이다. 잭힐스는 내리어 편마암 지대에 있으며, 지르콘 가운데 가장 오래된 것은 44억 400만 년 전(±800만 년)으로 측정되었다.[4] 가이아나 순상지의 아이오크라마층 지르콘 핵은 약 42억 2000만 년으로 측정되어, 오래된 지각 물질이 후대 암석 안에 남을 수 있음을 보여 준다.[5]

지르콘의 산소 동위 원소와 미량 원소 조성은 명왕누대에 대륙 지각과 액체 물이 있었을 가능성을 평가하는 데 이용된다. 잭힐스 지르콘의 자료는 초기 지구가 전부 용융된 상태로 오랫동안 남아 있었다는 단순한 그림보다, 국지적인 지각·수권 환경이 일찍 형성되었을 가능성을 뒷받침하지만, 지구 전체의 해양 범위나 기후를 직접 복원하지는 못한다.

잭힐스에서 나온 44억 400만 년 전 지르콘은 알려진 연대 분포의 가장 오래된 끝에 해당하며, 일관되게 측정되는 지르콘 연대는 대체로 43억 5000만 년 전 안팎에 모인다. 따라서 가장 오래된 한 결정의 연대를 곧바로 전 지구적 지각 형성의 시점으로 읽을 수 없고, 지르콘 집단의 연대·조성·산출 맥락을 함께 비교해야 한다.[6][7]

명왕누대 지르콘은 대부분 후대 사암과 역암에 섞인 쇄설성 알갱이이므로, 원래 암석과 형성 장소가 보존되어 있지 않은 경우가 많다. 이 때문에 지르콘의 연대·산소 동위 원소·미량 원소를 서로 비교하여 원암의 성질과 물-암석 반응의 흔적을 추정한다. 현재까지 알려진 자료는 오스트레일리아 서부에 크게 집중되어 있어, 하나의 지르콘 산지를 초기 지구 전체의 대표 기록으로 해석하는 데에는 한계가 있다.[8]

2015년에 오스트레일리아 서부 지르콘에서 보고된 약 41억 년 전 탄소는 생물 기원일 가능성이 제기되었으나, 초기 생명의 직접 증거로 확정된 것은 아니다.[9]

생명 가능성

[편집]

명왕누대의 생명 존재 여부는 직접 화석이 아니라 지르콘 속 탄소와 초기 지각·해양의 조건을 통해 간접적으로만 논의된다. 약 41억 년 전 지르콘의 흑연 포획물은 생물 기원의 탄소일 가능성이 제기되었지만, 비생물학적 과정으로도 설명될 수 있어 가장 이른 생명의 증거로 합의된 것은 아니다. 이 자료는 생명이 살 수 있는 액체 물과 지각 환경이 일찍 형성되었을 가능성에 관한 논의에 사용된다.[10]

명왕누대의 지열 환경을 모사한 다공성 암석–물 계에서는 리보자임이 RNA를 합성·복제할 수 있다는 실험 결과가 보고되었다. 이는 초기 지구의 특정 미세환경이 생명 이전의 화학 반응을 지속시킬 수 있었음을 보여 주는 모형 실험이지, 명왕누대에 실제로 생명이 존재했다는 직접 증거는 아니다.[11]

분자 계통과 지질·지화학 자료를 결합한 일부 연구는 현생 생물의 마지막 공통 조상이 약 40억 9000만~43억 3000만 년 전에 출현했을 가능성을 제시한다. 이 연대는 자료와 모형에 의존한 추정이며, 공통 조상의 연대가 곧 명왕누대의 화석 증거를 뜻하지는 않는다.[12]

대기·해양과 지각

[편집]

거대 충돌 가설에 따르면 초기 지구와 충돌한 원시행성 테이아가 달 형성에 관여했다. 이 충돌은 지구 표면 일부를 광범위하게 녹이고 암증기·휘발성 물질이 풍부한 대기를 만들었을 가능성이 있으나, 지구 전체가 언제 어느 정도 재용융되었는지는 모형마다 다르다.[13] 명왕누대의 대기·해양과 판 구조 운동은 지르콘과 모델에 의존해 재구성되므로 세부 모습에는 불확실성이 크다. 지르콘의 산소 동위 원소와 화성 조성은 매우 이른 시기에 액체 물이 있었을 가능성을 뒷받침한다. 당시 해양의 범위와 대기 조성은 여러 지질 자료와 모형을 바탕으로 재구성된다.[14] 후기 대폭격과 대형 충돌이 초기 지각·해양을 교란했을 가능성도 제기되며, 그 시기와 강도는 달과 지구의 제한된 기록으로 추정한다.[15]

거대 충돌로 기화한 물질은 약 2천 년 안에 응결했을 것으로 계산되며, 초기 마그마 바다는 약 500만 년 안에 굳기 시작했다는 모형이 있다. 이 과정 뒤 수증기와 이산화 탄소가 많은 대기가 형성되었을 가능성이 제시되지만, 표면 온도와 압력은 사용한 충돌·탈기 모형에 따라 달라진다.[16][17]

지구가 형성되는 동안 물이 상당량 공급되었더라도, 형성 초기에는 지구의 질량이 작아 물 분자가 중력에서 빠져나가기 쉬웠다. 자외선은 대기와 표면의 물을 수소와 산소로 분해할 수 있었고, 가벼운 수소와 헬륨은 대기 탈출로 우주로 빠져나갔을 가능성이 있다. 달을 만든 충돌 뒤에는 수증기와 이산화 탄소가 많은 무거운 대기가 형성되었으며, 일부 모형은 초기 표면 온도를 약 230 °C, 압력을 27기압 이상으로 계산한다. 이 값은 지질시대의 직접 측정값이 아니라 충돌·마그마 바다·대기 성장 모형의 결과이다.[18][19]

명왕누대 해양의 물은 주로 맨틀 탈기에서 공급되었을 가능성이 제시된다. 혜성 충돌이 물의 상당 부분을 공급했다는 가설은 지구와 혜성 물질의 동위 원소 조성 차이 때문에 제약을 받는다. 다만 물의 공급원과 손실은 지구 형성·충돌·대기 탈출의 여러 단계에 걸친 문제이므로, 하나의 과정만으로 해양의 전체 기원을 설명하지 않는다.[20]

액체 물이 있었다는 해석은 명왕누대의 바다가 오늘날과 같은 크기·염분·순환을 가졌다는 뜻은 아니다. 초기 대기는 수증기·이산화 탄소·질소를 포함했을 가능성이 높으며, 표면의 온도와 압력, 맨틀에서의 휘발성 물질 방출, 충돌의 빈도는 시간에 따라 변했을 것으로 보인다. 바다와 대기가 형성된 순서와 지속성은 지르콘 자료와 물리·화학 모형을 결합하여 연구한다.[21]

명왕누대에 판 구조 운동이 오늘날과 같은 방식으로 작동했는지도 확정되지 않았다. 높은 맨틀 온도와 강한 대류가 초기 지각의 생성·재활용을 촉진했다는 해석이 있는 반면, 단단한 암석권 아래에서 다른 양식의 변형이 일어났을 수 있다는 모형도 있다. 지르콘에서 추정되는 물-암석 반응과 대륙성 지각의 흔적이 현대적 섭입 체계의 증거인지는 논쟁 중이다.[22]

명왕누대의 맨틀은 방사성 열이 크고 맨틀의 물이 아직 완전히 빠져나오지 않았기 때문에 점성이 낮아, 오늘날보다 강한 대류를 했을 가능성이 제시된다. 그러나 강한 대류가 곧바로 현대적인 판 경계와 섭입을 만들었는지, 또는 비교적 단단한 암석권 아래에서 다른 방식으로 열을 방출했는지는 지르콘 기록과 지구물리 모형만으로 결정되지 않는다.[23][24]

대륙성 지각의 양을 재구성하는 모형도 서로 다른 값을 낸다. 한 연구는 명왕누대 말에 현재 대륙 지각 면적의 약 25%가 형성되었다고 추정한 반면, 다른 모형은 약 42억~40억 년 전 사이에 오늘날과 비슷한 부피에 이르렀을 가능성을 제시한다. 두 추정은 암석권의 생성과 재순환을 계산하는 방식이 달라 생긴 차이이며, 현존하는 지르콘 자료가 이 범위 가운데 하나를 직접 확정하는 것은 아니다.[25][26][27]

명왕누대에 노출된 육지가 얼마나 있었는지도 확실하지 않다. 대륙성 지각이 일부 형성되었다고 보더라도 해수면, 지각의 두께, 맨틀의 열 상태에 따라 지표에 드러난 면적은 크게 달라질 수 있다. 일부 모형은 초기 지구가 넓은 해양으로 덮였을 가능성을, 다른 모형은 일시적인 섬·대륙 조각이 있었을 가능성을 제시한다. 이 차이는 생명 전 화학과 풍화·퇴적 환경을 논의할 때 중요하지만, 직접 보존된 암석이 적어 확정된 결론은 아니다.[28]

노출된 육지의 면적은 대륙 지각의 총량과 같지 않다. 일부 모형에서는 명왕누대 중기에 형성된 대륙 조각도 두꺼운 해양 아래 잠겼을 수 있으며, 높은 맨틀 온도는 큰 고도를 오래 유지하기 어렵게 했을 가능성이 있다. 따라서 초기 지구를 전부 육지로 덮인 행성 또는 전부 바다로만 덮인 행성으로 단정하기보다, 시기마다 지각 성장·맨틀 탈기·해수면이 함께 바뀐 결과로 다룬다.[29][30]

충돌 빈도는 명왕누대 동안 시간에 따라 감소했을 가능성이 있다. 큰 충돌은 해양을 가열하고 지각을 녹이거나 뒤섞었을 수 있으며, 충돌 사이에는 액체 물과 표면 환경이 유지되었을 가능성도 제시된다. 달의 충돌 기록은 중요한 비교 자료지만, 지구와 달의 지질사·보존 조건이 달라 직접 같은 연표로 옮길 수는 없다.[31]

명왕누대의 지질 기록 한계

[편집]

명왕누대의 암석 기록은 지구 형성 직후의 충돌·마그마 바다·초기 지각 형성 과정을 직접 보존한 경우가 드물다. 현재 알려진 가장 오래된 광물과 변성암은 명왕누대의 물·대기·지각 상태를 추정하는 단서를 제공하지만, 개별 지르콘 하나의 산출을 당시 지구 전체의 환경으로 일반화할 수는 없다. 달의 충돌 분지와 지구의 운석·지르콘 기록을 비교하면 후기 대폭격의 시기와 강도를 추정할 수 있으나, 충돌 빈도 곡선에는 관측·보존 편향이 남아 있다. 따라서 명왕누대의 세부 환경은 시생누대 이후의 암석·지구화학 기록과 운석 자료를 함께 이용해 복원한다.[32]

명왕누대의 달 형성과 지구 초기

[편집]
Image
원시 지구와 테이아의 충돌 가설과 비슷한 행성 충돌을 그린 상상도

명왕누대의 지구는 초기 행성 충돌과 마그마 바다의 냉각, 대기·해양의 형성을 거쳤다. 달의 형성 시점과 방식은 지구–달 계의 암석·동위원소 자료와 수치 모형을 통해 연구되지만, 명왕누대의 직접적인 암석 기록이 거의 남지 않아 세부 과정에는 불확실성이 크다. 지르콘의 산소 동위 원소와 미량 원소는 물이 존재한 시기를 추정하는 데 쓰이지만, 개별 결정 하나가 전 지구 환경을 대표하지는 않는다. 초기 충돌과 화산 활동이 대기 조성과 표면 환경을 바꾸었을 가능성은 크지만, 생명이 언제 시작되었는지는 이 자료만으로 확정할 수 없다.[33]

명왕누대의 표면 환경과 충돌 기록

[편집]

명왕누대 초기에는 지구 형성 과정에서 남은 열과 대규모 충돌이 표면을 반복해서 녹이고 재편했을 가능성이 있다. 달의 형성으로 이어진 거대 충돌, 마그마 바다의 결정화, 화산성 대기의 냉각과 응결은 지구 표면에 최초의 지각과 물이 안정되는 과정과 연결된다. 직접적인 암석이 거의 남지 않았기 때문에 달 암석·운석·고대 지르콘·수치 모형을 함께 이용하며, 특정 충돌 사건의 정확한 시점과 규모는 확정되지 않았다. 후기 명왕누대의 충돌 빈도도 달 표면의 분화구 연대와 모형에서 추정하므로, 이를 지구 생명 출현의 직접 원인으로 단정하지 않는다.[34][35]

같이 보기

[편집]

각주

[편집]
  1. 1 2 “International Chronostratigraphic Chart v2026/06” (PDF) (영어). 국제 층서 위원회. 2026년 8월 11일에 확인함.
  2. ↑ “New edition of the Chart – 2022-10” (영어). 국제 층서 위원회. 2022년 10월 11일. 2026년 8월 11일에 확인함.
  3. ↑ Cloud, Preston (1972). “A working model of the primitive Earth”. 《American Journal of Science》 272 (6): 537-548. doi:10.2475/ajs.272.6.537.
  4. ↑ Wilde, Simon A.; Valley, John W.; Peck, William H.; Graham, Colin M. (2001). “Evidence from detrital zircons for the existence of continental crust and oceans on the Earth 4.4 Gyr ago”. 《Nature》 409 (6817): 175-178. doi:10.1038/35051550. PMID 11196637.
  5. ↑ Nadeau, Serge; Chen, Wei; Reece, Jimmy (2013). “Guyana: the Lost Hadean crust of South America?”. 《Brazilian Journal of Geology》 43 (4): 601-606. doi:10.5327/Z2317-48892013000400002.
  6. ↑ Wilde, Simon A.; Valley, John W.; Peck, William H.; Graham, Colin M. (2001). “Evidence from detrital zircons for the existence of continental crust and oceans on the Earth 4.4 Gyr ago”. 《Nature》 409 (6817): 175-178. doi:10.1038/35051550.
  7. ↑ Harrison, T. Mark (2020). 《Hadean Earth》. Springer. doi:10.1007/978-3-030-46687-9. ISBN 978-3-030-46686-2.
  8. ↑ Harrison, T. Mark (2020). 《Hadean Earth》. Springer. doi:10.1007/978-3-030-46687-9. ISBN 978-3-030-46686-2.
  9. ↑ Bell, Elizabeth A.; Boehnike, Patrick; Harrison, T. Mark; Mao, Wendy L. (2015). “Potentially biogenic carbon preserved in a 4.1 billion-year-old zircon”. 《Proceedings of the National Academy of Sciences》 112 (47): 14518-14521. doi:10.1073/pnas.1517557112. PMC 4664351. PMID 26483481.
  10. ↑ Bell, Elizabeth A.; Boehnike, Patrick; Harrison, T. Mark; Mao, Wendy L. (2015). “Potentially biogenic carbon preserved in a 4.1 billion-year-old zircon”. 《Proceedings of the National Academy of Sciences》 112 (47): 14518-14521. doi:10.1073/pnas.1517557112. PMC 4664351. PMID 26483481.
  11. ↑ Salditt, Alina; Karr, Lucas; Salibi, Elias (2023). “Ribozyme-mediated RNA synthesis and replication in a model Hadean microenvironment”. 《Nature Communications》 14. doi:10.1038/s41467-023-37206-4. PMC 10023712. PMID 36932102.
  12. ↑ Moody, Edmund; Álvarez-Carretero, Sandra; Mahendrarajah, Tara (2024). “The nature of the last universal common ancestor and its impact on the early Earth system”. 《Nature Ecology & Evolution》 8 (9): 1654-1666. doi:10.1038/s41559-024-02461-1. PMC 11383801. PMID 38997462.
  13. ↑ Sleep, N. H.; Zahnle, K.; Neuhoff, P. S. (2001). “Initiation of clement surface conditions on the earliest Earth”. 《Proceedings of the National Academy of Sciences》 98 (7): 3666-3672. doi:10.1073/pnas.071045698. PMC 31109. PMID 11259665.
  14. ↑ Cameron, E. M.; Blum, T. B.; Cavosie, A. J. (2024). “Evidence for oceans pre-4300 Ma confirmed by preserved igneous compositions in Hadean zircon”. 《American Mineralogist》 109 (10): 1670-1681. doi:10.2138/am-2023-9180.
  15. ↑ Marchi, Simone; Bottke, William F.; Elkins-Tanton, Linda T. (2014). “Widespread mixing and burial of Earth's Hadean crust by asteroid impacts”. 《Nature》 511 (7511): 578-582. doi:10.1038/nature13539. PMID 25079556.
  16. ↑ Sleep, N. H.; Zahnle, K.; Neuhoff, P. S. (2001). “Initiation of clement surface conditions on the earliest Earth”. 《Proceedings of the National Academy of Sciences》 98 (7): 3666-3672. doi:10.1073/pnas.071045698. PMC 31109. PMID 11259665.
  17. ↑ Elkins-Tanton, Linda T. (2008). “Linked magma ocean solidification and atmospheric growth for Earth and Mars”. 《Earth and Planetary Science Letters》 271 (1-4): 181-191. doi:10.1016/j.epsl.2008.03.062.
  18. ↑ Drake, Michael J. (2005). “Origin of water in the terrestrial planets”. 《Meteoritics & Planetary Science》 40 (4): 515-527. doi:10.1111/j.1945-5100.2005.tb00960.x.
  19. ↑ Sleep, N. H.; Zahnle, K.; Neuhoff, P. S. (2001). “Initiation of clement surface conditions on the earliest Earth”. 《Proceedings of the National Academy of Sciences》 98 (7): 3666-3672. doi:10.1073/pnas.071045698. PMC 31109. PMID 11259665.
  20. ↑ Drake, Michael J. (2005). “Origin of water in the terrestrial planets”. 《Meteoritics & Planetary Science》 40 (4): 515-527. doi:10.1111/j.1945-5100.2005.tb00960.x.
  21. ↑ Drake, Michael J. (2005). “Origin of water in the terrestrial planets”. 《Meteoritics & Planetary Science》 40 (4): 515-527. doi:10.1111/j.1945-5100.2005.tb00960.x.
  22. ↑ Korenaga, Jun (2021). “Hadean geodynamics and the nature of early continental crust”. 《Precambrian Research》 359. doi:10.1016/j.precamres.2021.106178.
  23. ↑ Korenaga, Jun (2021). “Hadean geodynamics and the nature of early continental crust”. 《Precambrian Research》 359. doi:10.1016/j.precamres.2021.106178.
  24. ↑ Windley, Brian F.; Kusky, Timothy; Polat, Ali (2021). “Onset of plate tectonics by the Eoarchean”. 《Precambrian Research》 352. doi:10.1016/j.precamres.2020.105980.
  25. ↑ Dhuime, Bruno; Hawkesworth, Christopher J.; Cawood, Peter A.; Storey, Craig D. (2012). “A change in the geodynamics of continental growth 3 billion years ago”. 《Science》 335 (6074): 1334-1336. doi:10.1126/science.1216066. PMID 22422979.
  26. ↑ Guo, Min; Korenaga, Jun (2020). “Argon constraints on the early growth of felsic continental crust”. 《Science Advances》 6 (21). doi:10.1126/sciadv.aaz6234. PMC 7314546.
  27. ↑ Rosas, Juan C.; Korenaga, Jun (2018). “Rapid crustal growth and efficient crustal recycling in the early Earth: Implications for Hadean and Archean geodynamics”. 《Earth and Planetary Science Letters》 494: 42-49. doi:10.1016/j.epsl.2018.04.051.
  28. ↑ Korenaga, Jun (2021). “Was There Land on the Early Earth?”. 《Life》 11 (11): 1142. doi:10.3390/life11111142. PMC 8623345. PMID 34833018.
  29. ↑ Bada, Jeffrey L.; Korenaga, Jun (2018). “Exposed areas above sea level on Earth >3.5 Gyr ago: Implications for prebiotic and primitive biotic chemistry”. 《Life》 8 (4). doi:10.3390/life8040055. PMC 6316429.
  30. ↑ Monteux, Julien; Andrault, David; Guitreau, Martin (2020). “A mushy Earth's mantle for more than 500 Myr after the magma ocean solidification”. 《Geophysical Journal International》 221 (2): 1165-1181. doi:10.1093/gji/ggaa064.
  31. ↑ Marchi, Simone; Bottke, William F.; Elkins-Tanton, Linda T. (2014). “Widespread mixing and burial of Earth's Hadean crust by asteroid impacts”. 《Nature》 511 (7511): 578-582. doi:10.1038/nature13539. PMID 25079556.
  32. ↑ Gradstein, Felix M.; Ogg, James G.; Schmitz, Mark D.; Ogg, Gabi M. (2020). 《Geologic Time Scale 2020》. Elsevier. ISBN 978-0-12-824360-2.
  33. ↑ Gradstein, Felix M.; Ogg, James G.; Schmitz, Mark D.; Ogg, Gabi M. (2020). 《Geologic Time Scale 2020》. Elsevier. ISBN 978-0-12-824360-2.
  34. ↑ Canup, Robin M. (2004). 《Simulations of a late lunar-forming impact》. 《Icarus》 168. 433-456쪽. doi:10.1016/j.icarus.2003.09.028.
  35. ↑ Gradstein, Felix M.; Ogg, James G.; Schmitz, Mark D.; Ogg, Gabi M. (2020). 《Geologic Time Scale 2020》. Elsevier. ISBN 978-0-12-824360-2.
원본 주소 "https://ko.wikipedia.org/w/index.php?title=명왕누대&oldid=42406240"