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도호쿠대학 대학원 이학연구과 지학전공 연구팀은 러시아 과학아카데미 시베리아지부 소볼레프(Sobolev) 지질학 광물학 연구소, 우랄지부 광물학연구소 및 노보시비르스크(Novosibirsk)주립대학과의 공동연구로 2013년 2월에 러시아 첼랴빈스크(Chelyabinsk)주에 낙하한 운석에서 천체 충돌에 동반된 초고압, 고온조건 하에서 생성된 비취휘석(NaAlSi2O6)을 세계에서 처음으로 발견하였다.

첼랴빈스크 운석과 같이 지구의 근처를 통과하는 궤도를 가진 천체는 지구 접근 천체라고 한다. 지구 접근 천제는 장래 지구에 충돌할 가능성이 있기 때문에 그 관측과 궤도계산이 세계 규모로 이루어지고 있다. 이러한 천체는 원래 화성과 목성 사이에 있는 소혹성대에 존재했던 것이 어떤 작용에 의해 지구에 접근하는 궤도를 갖게 되었다고 생각된다. 그 요인 중 하나는 다른 천체와의 충돌이다. 첼랴빈스크 운석은 고온에 노출되어 용융된 부분을 많이 포함하고 있어 지구에 충돌하기 이전에 대규모 천체충돌을 경험하였다고 추측되었다. 그러나 명확한 증거는 지금까지 제시되지 않았다.

나트륨이 풍부한 사장석(Plagioclase, NaAlSi3O8)은 초고압, 고온 하에서 비취휘석과 실리카(SiO2)상으로 분해되는 것이 실험적으로 알려져 있다. 또한 초고압, 고온 하에서 용융한 사장석을 냉각하면 비취휘석이 결정화한다는 것도 실험적으로 밝혀져 있다. 초고압, 고온이 발생한 지구 상의 크레이터(crater)의 암석 및 천체 충돌을 경험한 다른 운석에서는 이러한 반응으로 생성되었다고 생각되는 비취휘석이 발견되었다. 이 분해반응은 3~12만 기압에서 발생하는 것이 알려져 있으며, 첼랴빈스크 운석에서 비취휘석이 발견됨으로써 충돌에 의해 발생한 압력이 적어도 3~12만 기압이라는 것을 알았다.

나트륨이 풍부한 사장석(NaAlSi3O8, 청색)과 감람석((Mg0.71,Fe0.29)2SiO4, 녹색)의 상평형도를 보면, 고온고압 하에서 사장석(Ab)은 비취휘석(Jd)과 실리카상(석영, Oz; 코사이트, Coe; 또는 스티쇼바이트, Sti)으로 분해된다. 또한 초고압, 고온 하에서 용융한 사장석을 냉각하면 비취휘석이 결정화한다. 한편 감람석(OI)은 링우다이트(ringwoodite, Rwd) 및 와드슬레이트(wadsleyite, Wds)라는 광물로 변화한다. 첼랴빈스크 운석에서 비취휘석은 확인되었지만, 링우다이트 및 와드슬레이트는 확인되지 않았기 때문에 압력조건은 3~12만 기압이라고 추측되었다.

지구 접근 천체의 기원 및 궤도의 진화를 조사하는 것은 장래 발생할 수 있는 천제 충돌의 예측에 중요하다. 첼랴빈스크 운석에 관해서는 지구 충돌 시 궤적이 잘 기록되어 있으며, 궤도 계산이 정확하게 이루어졌다고 기대된다. 이번에 추정된 충돌 이벤트를 고려한 수치계산을 수행함으로써 첼랴빈스크 운석이 어떤 궤도 진화를 거쳐 왔는지 추측할 수 있다.