철운석

개요: 철운석(iron meteorite)은 주로 철과 니켈의 합금(Fe-Ni alloy)으로 이루어진 운석이다. 지구 표면에서는 자연 상태의 순수한 철 또는 철-니켈 합금이 거의 발견되지 않지만, 운석에서는 철-니켈 합금이 흔하게 발견된다. 운석 중에서 철-니켈 합금이 주성분인 운석을 철운석, 규산염 광물이 주성분인 운석을 석질운석(stony meteorite), 그리고 철-니켈 합금과 규산염 광물이 비슷한 비율로 섞여 있는 운석을 석철질운석(stony-iron meteorite)이라고 한다.

구성광물과 특징: 철운석을 구성하고 있는 대표적인 철-니켈 합금은 니켈의 양이 6% 내외인 카마사이트(kamacite)와 니켈의 양이 30% 내외인 태나이트(taenite)가 있다. 이 두 합금이 이루는 용리조직(exsolution texture)을 비드만스태튼 조직(Widmanstätten pattern)이라고 하는데, 철운석 또는 석철질운석의 철질 부분에서 볼 수 있는 매우 특징적인 조직이다. 철운석은 이들 철-니켈 합금 외에도 트로일라이트(troilite, FeS)와 같은 황화철을 흔히 포함하며, 종류에 따라 소량의 규산염 광물을 포함하기도 한다.

국제운석학회 데이터베이스(the Meteoritical Bulletin Database)에 공식 등록된 운석 중 2018년 말 기준으로 관측된 낙하운석 1175개 중 철운석은 49개로서 4.2%에 불과하다. 상대적 발견빈도는 조직적 탐사가 이루어지는 남극과 사막을 제외하면 낙하빈도보다는 좀 더 높은데 이는 철운석의 독특한 외형과 일반 암석의 두 배 이상인 매우 높은 밀도 때문일 것이다.

지표면의 암석에는 순수한 철 또는 철이 주성분인 금속이 포함되지 않는 반면, 운석에는 흔하게 포함된 이유는 지구표면과 운석이 형성된 소행성대 등 우주 공간의 산화상태(oxidation states)가 다르기 때문이다. 지표면 또는 맨틀을 구성하고 있는 암석에서 철은 대부분 자철석이나 적철석 같은 산화물로 나타나거나, 규산염광물에 포함되어 나타난다. 반면 대부분의 소행성은 훨씬 환원적인 환경에서 만들어졌기 때문에 규산염 광물과 함께 철-니켈 금속이 나타난다. 물론 운석에서도 철은 규산염광물에 포함되기도 하고 산화물로도 발견되기도 한다.

형성과정: 초신성 폭발이 일어난 뒤 중심부에는 중성자별이 생긴다. 중성자별이 만들어지는 과정에서 적색초거성 때 중심부에 철이 생겼었는데(알고보면, 중성자별은 철공.) 그 철중 중심부에 철은 찌그러져서 중성자별, 외부의 철은 튕겨나갔다. 그러다 원시태양계 때(태양계는 중성자별의 잔해로 만들어졌다.) 소행성, 또는 핵이 되고, 다른 소행성과 충돌로 인해 떨어져 나갔다가 지구로 떨어진 게 바로 철운석이다.(철운석이 중성자별 동생뻘...)