우주 덕후 필독! 화성에 에베레스트 2.5배 화산이 있다고?

🌋 화성, 태양계 최대 화산의 비밀을 파헤치다! (심화편)

화성에 태양계에서 가장 큰 화산이 있다는 이야기, 들어보셨나요? 정답부터 말씀드리면, '거의 그렇다!'입니다. 특히 부피와 전체적인 규모 면에서 화성의 '올림푸스 몬스(Olympus Mons)'는 단연 압도적인 후보죠. 화성은 지구의 화산들을 훨씬 능가하는, 태양계에서 가장 웅장한 화산 지형들을 다수 보유하고 있습니다. 이 거대한 화산들은 화성이 지구와는 사뭇 다른 지질학적 역사를 겪었음을 보여주는 강력한 증거랍니다.

화성의 화산들은 단순한 볼거리를 넘어, 이 붉은 행성의 지질학적 진화, 내부 열 상태, 지각 특성, 대기 역사, 그리고 어쩌면 과거 생명체 존재 가능성까지 엿볼 수 있는 중요한 창입니다. 올림푸스 몬스가 가장 큰 '화산'으로 알려져 있지만, 소행성 베스타의 레아실비아 분화구 중앙 봉우리처럼 '가장 높은 산' 타이틀을 두고 경쟁하는 지형도 있죠. 그럼, 화성의 거대한 화산 이야기, 함께 자세히 알아볼까요?

I. 올림푸스 몬스: 화성의 위대한 거인 🏔️

올림푸스 몬스는 그 엄청난 크기만으로도 우리를 압도합니다. 화성 궤도선 레이저 고도계(MOLA) 측정에 따르면, 그 높이는 무려 21.9km 이상! 이는 해수면 기준으로 에베레스트 산 높이의 약 2.5배에 달하는 어마어마한 높이입니다. 만약 이 산을 지구에 옮겨 놓는다면, 그 정상은 비행기가 다니는 성층권을 뚫고 우주 공간에 가까워질 정도죠. 너비는 약 600km에 달하며, 그 기저부는 한반도 전체 면적(약 22만 km2)보다 훨씬 넓은, 이탈리아나 필리핀 땅덩어리와 비슷한 면적을 덮고 있습니다. 부피는 지구상 가장 큰 화산인 하와이의 마우나로아보다 약 100배나 큰 것으로 추정됩니다. 이 엄청난 부피 덕분에 올림푸스 몬스는 "태양계 최대 화산"이라는 타이틀에 가장 근접해 있습니다.

태양계 내에서 올림푸스 몬스는 화성에서 가장 높은 화산이자 행성 산으로 알려져 있습니다. 소행성 베스타의 레아실비아 중앙 봉우리(약 20~25km)와 높이가 비슷하지만, 올림푸스 몬스는 명백한 '화산'인 반면, 레아실비아 봉우리는 거대한 충돌로 인해 솟아오른 '충돌 지형'이라는 근본적인 차이가 있습니다. 따라서 부피와 면적, 그리고 형성 원인까지 모두 고려했을 때, 올림푸스 몬스가 태양계에서 가장 큰 '화산'이라는 주장은 여전히 유효합니다.

A. 거인의 지질학적 특징

올림푸스 몬스 정상부에는 약 80~85km 너비의 복잡한 칼데라(화산 정상의 함몰 지형)가 있습니다. 이는 서울에서 대전까지의 거리와 맞먹는 너비입니다. 이 칼데라들은 단 한 번의 붕괴로 생긴 것이 아니라, 여러 개의 칼데라가 겹쳐져 있는 복합적인 구조를 보입니다. 이는 화산 아래의 거대한 마그마 방이 오랜 기간에 걸쳐 여러 차례 용암을 분출하고, 그로 인해 텅 빈 공간이 무너지기를 반복했음을 의미합니다. 약 3억 5천만 년 전에서 1억 5천만 년 전 사이에 이러한 활동이 집중적으로 일어난 것으로 보입니다.

화산의 측면은 경사가 평균 2~5도로 매우 완만해, 만약 그 위에 서 있다면 거대한 산 위에 있다는 사실조차 인지하기 어려울 정도입니다. 이는 점성이 낮은 현무암질 용암이 멀리까지 흘러내린 결과입니다. 이 측면은 수많은 용암류와 용암 수로로 이루어져 있으며, 가장자리에는 용암이 식으면서 형성된 자연 제방도 많습니다. 특히 주목할 만한 것은 화산 주변을 둘러싼 거대한 기저 절벽으로, 높이가 최대 6~10km에 이릅니다. 이 절벽의 형성 원인은 아직 논쟁 중이지만, 거대한 산사태나 과거 화성 바다의 파도에 의한 침식, 혹은 빙하 활동의 결과일 수 있다는 가설들이 제기됩니다.

B. 거인의 탄생과 활동 기간

올림푸스 몬스는 화성의 대형 화산들 중 가장 젊은 편에 속하며, 화성의 헤스페리아기(중기) 동안 형성되기 시작해 아마조니아기(후기)까지 분출 활동이 지속되었습니다. 주요 형성은 약 35억 년 전에 이루어졌다고 하지만, 크레이터 개수 분석법에 따르면 가장 젊은 용암류는 불과 2백만 년 전에 형성된 것으로 측정되었습니다. 마지막 주요 분출은 약 2천 5백만 년 전에 있었던 것으로 보입니다. 지질학적 관점에서 2백만 년은 눈 깜빡할 사이와도 같아서, 이는 올림푸스 몬스가 여전히 활동 가능성이 있는 '활화산'일 수도 있음을 강력히 시사합니다.

이토록 거대한 화산이 만들어질 수 있었던 가장 큰 이유는 화성에 지구와 같은 판 구조 운동이 없기 때문입니다. 덕분에 화성 지각은 맨틀의 뜨거운 지점(열점) 위에서 수억 년 동안 고정되어 있었고, 한곳에 막대한 양의 용암이 쌓일 수 있었던 것이죠. 올림푸스 몬스는 전형적인 순상 화산으로, 넓고 완만한 경사를 가진 방패 모양을 하고 있으며, 주로 유동성이 큰 현무암질 용암으로 이루어져 있습니다.

II. 화성의 거대 화산 지대: 타르시스와 엘리시움 🌋🌋

화성에는 올림푸스 몬스 외에도 거대한 화산들이 밀집한 두드러진 화산 지대가 있습니다. 바로 타르시스 융기부와 엘리시움 평원입니다. 이 지역들은 화성의 화산 활동이 특정 지역에 집중되었음을 보여줍니다.

A. 타르시스 융기부 (Tharsis Bulge)

타르시스 융기부는 수천 킬로미터에 걸쳐 펼쳐진 광대한 화산 고원으로, 그 무게가 엄청나 화성 전체의 지각과 맨틀을 기울게 했을 정도입니다. 이곳에는 올림푸스 몬스를 포함해 '타르시스 몬테스'로 알려진 아르시아 몬스, 파보니스 몬스, 아스크레우스 몬스라는 세 개의 거대 순상 화산이 나란히 자리 잡고 있습니다. 이 거대한 고원의 형성은 태양계에서 가장 긴 협곡인 발레스 마리네리스의 생성과도 깊이 연관된 것으로 보입니다. 융기 과정에서 발생한 엄청난 지각 스트레스가 거대한 균열을 만들어냈다는 것이죠.

B. 엘리시움 평원 (Elysium Planitia)

엘리시움 평원은 타르시스 다음으로 큰 화산 지대입니다. 이곳에는 엘리시움 몬스, 헤카테스 톨루스, 알보르 톨루스 등의 화산이 자리 잡고 있습니다. 타르시스만큼 거대하지는 않지만, 이 지역 역시 최소 39억 년 동안 화산 활동이 있었으며, 일부 용암류는 불과 수백만 년 전에 형성된 것으로 추정됩니다. 이는 화성의 화산 활동이 행성 역사의 오랜 기간 동안 여러 지역에서 발생했음을 보여주는 중요한 증거입니다.

III. 화성 화산은 왜 이렇게 클까? 🤔

화성 화산이 유독 거대한 이유는 몇 가지 행성적 특성이 복합적으로 작용한 결과입니다.

• 낮은 중력: 화성의 표면 중력은 지구의 약 38%에 불과합니다. 낮은 중력은 화산체가 자체 무게로 무너져 내리는 것을 막아주어, 용암이 더 높고 넓게 퍼져나갈 수 있게 합니다. 즉, 건축물이 더 높이 솟아오를 수 있는 것과 같은 원리입니다.
• 판 구조 운동의 부재: 이것이 가장 결정적인 이유입니다. 지구에서는 지각판이 끊임없이 움직이면서 열점 위의 위치가 바뀌기 때문에, 하와이처럼 여러 개의 화산섬이 사슬처럼 만들어집니다. 하지만 화성에서는 지각판이 움직이지 않아, 하나의 열점이 수억 년 동안 같은 자리에 용암을 계속해서 쏟아부어 하나의 거대한 산을 만들 수 있었습니다.
• 두꺼운 지각: 화성의 두껍고 경직된 지각은 마그마가 여러 곳으로 분산되지 않고 한곳에 집중되어 강력하게 분출하도록 유도했을 수 있습니다.
  
  

화성의 주요 분출 양식은 유동성이 큰 현무암질 용암이 조용히 흘러나오는 유출성 분출이지만, 낮은 중력과 대기압 덕분에 지구에서는 드문 현무암질 마그마의 폭발적인 플리니식 분출(대규모 화산재 분출) 증거도 발견되고 있습니다. 또한, 뜨거운 마그마가 지표 아래의 얼음이나 물과 만나 폭발적으로 반응하는 수증기 마그마 분출의 흔적도 관찰됩니다. 이는 고대 화성에 액체 상태의 물이 존재했음을 시사하는 중요한 단서입니다.

IV. 화산 활동이 고대 화성에 미친 영향 🌍

화산 활동은 화성의 지표를 빚어냈을 뿐 아니라, 고대 대기와 기후를 형성하고 잠재적으로 생명체가 살 수 있는 환경을 만드는 데 결정적인 역할을 했습니다.

A. 대기와 기후의 변화

화산 분출은 수증기(H2​O), 이산화탄소(CO2​), 이산화황(SO2​) 등 다양한 온실가스를 대기로 대량 방출합니다. 이 가스들은 초기 화성의 희박한 대기를 두껍게 만들고 온실 효과를 일으켜, 행성의 온도를 높였을 것입니다. 이로 인해 적어도 간헐적으로는 지표면에 액체 상태의 물이 안정적으로 존재할 수 있는 따뜻한 환경이 조성되었을 가능성이 큽니다. 특히 타르시스 융기부 형성과 같은 대규모 화산 활동은 한때 화성 전체 기후를 좌우할 만큼 엄청난 양의 가스를 방출하여, 강과 호수가 흐르던 '따뜻하고 습윤한' 화성을 만드는 데 기여했을 것입니다.

B. 생명체 존재 가능성과 열수 활동

화산 활동은 강력한 열원입니다. 이 열이 지표 아래의 풍부한 물이나 얼음과 만나면, 뜨겁고 다양한 화학 물질이 녹아 있는 물이 순환하는 '열수 시스템'을 만들 수 있습니다. 이는 지구의 심해 열수공이나 옐로스톤 국립공원의 온천과 유사한 환경입니다. 이러한 환경은 햇빛 없이도 화학 반응에서 에너지를 얻는 화학합성 생명체가 살기에 완벽한 조건입니다. 즉, 화성의 화산 지대야말로 고대 생명체의 잠재적인 요람이었을 수 있습니다.

최근 퍼서비어런스 로버는 예제로 크레이터에서 과거 열수 활동의 강력한 증거인 오팔과 같은 함수 규산염 퇴적물을 발견했습니다. 이러한 광물들은 물이 있는 환경에서 형성되며, 특히 미세 화석이나 유기 분자와 같은 생명의 흔적을 수십억 년 동안 보존하는 데 매우 탁월합니다. 따라서 고대 화성의 열수 시스템 지역은 미래 화성 생명체 탐사의 가장 중요한 목표 지점 중 하나로 꼽힙니다.

V. 결론: 붉은 행성의 살아있는 역사책 📖

화성의 거대한 화산들은 판 구조 운동의 부재, 낮은 중력, 그리고 지속적인 맨틀 열점 활동이라는 독특한 행성 조건이 빚어낸 장엄한 결과물입니다. 올림푸스 몬스와 같은 거대한 산들은 단순히 우뚝 솟은 지형을 넘어, 화성의 지질학적 역사, 대기와 기후의 극적인 변화, 그리고 생명체가 존재했을지도 모를 가능성까지 담고 있는 거대한 기록 보관소와 같습니다.

올림푸스 몬스를 비롯한 화성의 고대 거인들은 여전히 많은 비밀을 간직하고 있으며, 미래의 지속적인 탐사를 통해 우리는 붉은 행성의 역동적인 과거와 생명체를 품었을지도 모를 그 아득한 가능성에 대해 더 깊이 이해하게 될 것입니다. 화성의 화산은 과거를 비추는 거울이자 미래를 여는 열쇠입니다.

참고자료 TOP 10

다음은 이 글을 작성하는 데 참고한 주요 연구 분야 및 자료들입니다. (실제 논문 제목과 저자는 이해를 돕기 위한 예시이며, 본문에서 언급된 번호와는 다를 수 있습니다.)

1. 화성 고도 및 지형 분석 연구 (예: MOLA 데이터 활용 올림푸스 몬스 정밀 측정 및 지질학적 해석)
2. 화성 거대 순상 화산의 구조와 형성 메커니즘 (예: 올림푸스 몬스 칼데라 복합체 및 측면 구조 연구)
3. 태양계 천체들의 화산 규모 비교 연구 (예: 올림푸스 몬스와 지구 마우나로아 화산의 부피 및 특징 비교)
4. 행성 화산 활동의 물리적 원리 (예: 중력, 마그마 점성, 판 구조론이 화산 크기 및 분출 양식에 미치는 영향)
5. 화성 지각 구조 및 화산 분포에 관한 연구 (예: 화성의 두꺼운 암석권과 고정된 열점 모델)
6. 지구 순상 화산의 특성과 형성 과정 (예: 하와이형 화산과 화성 순상 화산의 비교 연구)
7. 화성 화산의 최근 활동 연대 측정 및 기후 변화 연구 (예: 젊은 용암류 분석 및 고대 초거대 분출의 영향)
8. 화산 가스 방출과 초기 행성 대기 진화 모델 (예: 화성 초기 CO2​, H2​O 대기 형성에 대한 화산 기여도)
9. 화성 열수 시스템 및 생명체 거주 가능성 탐사 (예: 퍼서비어런스 로버의 예제로 크레이터 광물 분석 결과)
10. 화성 타르시스 융기부의 형성과 지구조적 영향 (예: 발레스 마리네리스 형성 및 행성 전체에 미친 영향 연구)