번개는 비교적 친밀한 자연현상이지만 대규모 방전으로 발생한 고에너지에 의해 반물질이 생성되는 것이 판명되는 등 아직 과학적인 발견이 끝나지 않는 현상이기도 합니다. 새롭게 낙뢰한 터에서 발견된 섬전암(閃電巖, Fulgurite)이라는 광물 중 우주의 물질과 지구상의 광물 사이에 있는 갭을 메우는 완전히 새로운 광물그룹이 발견되었을 가능성이 있다는 논문이 발표되었습니다.
Routes to reduction of phosphate by high-energy events | Communications Earth & Environment
https://doi.org/10.1038/s43247-023-00736-2
USF geoscientist discovers new phosphorus material after New Port Richey lightning strike
https://www.usf.edu/news/2023/usf-geoscientist-discovers-new-phosphorus-material-after-new-port-richey-lightning-strike.aspx
USF geoscientist discovers new phosphorus material after New Port Richey lightning strike
Due to a chemical reaction caused by a lightning strike, a new phosphorus material developed for the first time in solid form on Earth.
www.usf.edu
사우스 플로리다 대학의 지구과학자인 매튜 파섹 씨 등이 플로리다주의 낙뢰현장에서 회수한 '번개 화석'이라 불리는 섬전암의 사진을 살펴보면 안이 공동이 된 튜브모양의 유리질로 만들어졌으며 크기는 직경 2cm, 길이 7cm입니다.
이 섬전암을 발견한 장소는 플로리다주 뉴포트 리치의 민가입니다. 낙뢰의 흔적에서 광물을 발견한 집주인은 가치 있는 것으로 보고 판매하기로 결정했습니다. 그리고 그것을 구입한 파섹 씨는 이탈리아 피렌체대학의 결정학자인 루카 빈디 씨와 함께 광물분석을 했습니다.
섬전암 자체도 희소한 광물이지만 파섹 씨 연구팀의 분석에서 이 섬전암 안에 아인산칼슘(CaHPO3)과 비슷한 특이한 물질이 숨겨져 있는 것으로 드러났습니다.
이 물질을 구성하는 인이나 칼슘 등의 원소는 모두 일반적인 것이므로 언뜻 보면 그다지 드물지 않은 것 같습니다. 그러나 연구팀에 따르면 자연계에 있는 인광물은 산화수가 '+5'인 것과 '-1'인 것밖에 발견되지 않는데 이번 발견된 산화수가 '+3'인 것은 천연 광물에서 발견된 적이 없다고 합니다.
논문의 공동저자인 사우스 플로리다 대학의 Tian Feng 씨는 섬전암에서 발견된 물질을 재현하려 시료를 1000도까지 가열했지만 실험실 내에서 만들 수는 없었습니다. 이 사실은 +3 산화수의 인광물을 얻기 위해서는 매우 특별한 조건과 적절한 타이밍이 갖추어져야 함을 나타냅니다. 연구팀은 시험에 섬전암에 포함되어 있던 철이나 규소도 첨가해 보았지만 결과는 변하지 않았습니다.
연구팀은 플로리다주와 같은 습한 기후에서는 수목뿌리에 철분이 축적되는 경우가 많고 섬전암에서 발견된 물질에 미량의 철분이 포함되어 있기 때문에 이 생성물은 낙뢰에 의해 나무에 포함되어 있는 탄소와 나무의 뿌리에 축적된 철분이 연소하여 생긴 것으로 추정했습니다.
이번에 발견된 물질은 운석에서 발견되는 것과 매우 유사하기 때문에 운석의 유래에 관한 단서가 될 것으로 기대되고 있습니다. 또한 이것이 지구상에서 발견된 것으로부터 지구상에서의 인의 움직임인 인순환에 관한 지견에 영향을 주어 지구생명의 역사를 풀 열쇠가 될 가능성도 내포하고 있습니다.
Feng 씨에 의하면 연구자들 사이에서는 번개에 의한 인산염의 환원이 초기의 지구에서는 널리 일어나고 있었으리라 추정하고 있다고 합니다. 이 과정에는 아직 해결되지 않은 문제가 남아 있지만 이번 발견으로 지금까지 생각되지 않았던 형태로 인이 존재할 수 있음이 나타났기 때문에 이 생성물이 초기 지구에서의 생명의 발달에 중요한 역할을 수행했을 가능성이 있습니다.
파섹 씨와 빈디 씨는 향후 이번에 발견된 물질을 공식적으로 새로운 광물로 선언할 수 있는지 여부를 판단하기 위해 추가 조사를 진행할 예정이라고 합니다.
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