지구 깊은 곳에 ‘물 저장고’가 있다는 말부터 조금 다듬어야 합니다. 맨틀 한복판에 지하 바다가 출렁인다는 뜻은 아닙니다. 물을 이루는 수소와 산소가 고압 광물의 결정 구조 안에 묶여 있을 수 있다는 뜻입니다. 2026년 9월 8일 《Nature Geoscience》에 실린 연구는 그 후보로 조밀한 철 옥시수산화물, 즉 FeOOH 계열 물질을 제시했습니다.
핵심 질문은 단순합니다. 지표에서 물과 함께 아래로 끌려간 수소가 하부 맨틀의 엄청난 압력과 온도에서도 버틸 그릇이 있느냐는 것입니다. 연구진은 다이아몬드 앤빌 셀과 레이저 가열을 이용해 지구 깊은 곳에 해당하는 조건을 만들고, X선 회절과 분광 측정으로 물질의 구조와 수소 상태를 추적했습니다. 이 실험에서 철 옥시수산화물은 깊은 하부 맨틀 조건에서도 조밀한 구조를 만들며 수소를 품을 가능성을 보였습니다.
물은 액체가 아니라 결정 속 수소로 들어갑니다
원리를 둘로 나눠보면 이해하기 쉽습니다. 첫째, 섭입대에서는 바닷물과 반응한 해양지각이 맨틀 아래로 내려갑니다. 이때 수소를 지닌 광물도 함께 이동합니다. 둘째, 깊어질수록 압력과 온도가 커지기 때문에 보통의 함수광물은 분해되지만, 일부 조밀한 광물상은 다른 결정 구조로 바뀌면서 수소를 붙잡을 수 있습니다. 물병을 통째로 내리는 게 아니라, 결정 격자 빈칸에 수소가 승차하는 셈입니다. 자리표는 없지만 압력은 아주 엄격합니다.
이번 연구가 주목한 FeOOH는 철·산소·수소로 이루어진 물질입니다. 실험과 계산은 이 물질이 하부 맨틀 깊은 영역에서 안정한 형태를 가질 수 있고, 지구 내부의 수소 순환에 참여할 가능성을 보여줍니다. 다만 ‘가능한 저장고’와 ‘실제로 지구에 얼마나 많이 존재하는 저장고’는 다른 질문입니다. 실험실에서 안정하다는 사실만으로 지구 전체의 물 양을 바로 계산할 수는 없습니다.
왜 가장 깊은 맨틀 이야기가 중요한가요
지구 내부의 물은 맨틀의 녹는점, 암석의 흐름, 화산 활동과 장기적인 물 순환에 영향을 줍니다. 하부 맨틀 또는 핵과 맨틀의 경계 부근까지 수소를 옮기는 안정한 광물이 있다면, 지표의 바다와 대기는 지구 물 순환의 전부가 아니게 됩니다. 수십억 년 동안 물이 지표와 내부 사이를 오갔다는 그림도 더 입체적으로 바뀝니다.
비슷한 맥락에서 과거 연구들은 알루미늄이 풍부한 ‘phase D’ 같은 함수 광물이나, 명목상 물이 없는 광물의 결함 속 수소를 깊은 물 저장 방식으로 제안해 왔습니다. 이번 결과는 그 목록에 철 옥시수산화물을 더한 것입니다. 경쟁 후보를 지운 게 아니라 지구 내부의 수소가 갈 수 있는 통로를 하나 더 발견한 쪽에 가깝습니다.
아직 확인해야 할 부분도 큽니다
연구 제목에도 ‘possible reservoirs’라는 표현이 들어갑니다. 실제 맨틀에서 FeOOH가 얼마나 생성되는지, 섭입 과정에서 얼마만큼 살아남는지, 주변 광물과 반응하면 수소가 어디로 이동하는지는 후속 연구가 필요합니다. 또 고압 실험은 실제 지구 내부를 직접 촬영한 결과가 아니라, 제한된 시료와 시간 안에서 조건을 재현한 것입니다.
그래서 지금 말할 수 있는 결론은 이렇습니다. 지구 가장 깊은 맨틀에도 액체 바다가 아니라 수소를 품은 조밀한 광물 형태의 저장고가 존재할 수 있습니다. 이번 연구는 그 광물학적 가능성을 높였지만, 저장량까지 확정한 것은 아닙니다. 깊은 지구의 물은 발견된 호수라기보다, 이제 후보 물질의 구조를 하나씩 읽어가는 장기 수사에 가깝습니다.
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