{{위키데이터 속성 추적}}
[[파일:Earth-crust-cutaway-korean.svg|섬네일|행성 분화가 일어난 천체 중 하나인 [[지구]]의 내부 구조.]]
[[파일:NWA 3151 meteorite, brachinite (14601682480).jpg|섬네일|운석 내 원소 분화가 일어난 모습.]]
'''행성 분화'''({{linktext|行星|分化}}, {{lang|en|Planetary differentiation}})는 밀도나 화학적 친화력 등 물리적 및 화학적 성질로 인해 천체의 물질이 여러 층으로 분리되는 현상을 말하며, [[강착]]이나 방사성 동위원소 붕괴열로 인한 [[부분용융]]으로 인해 발생한다. 행성 분화가 일어난 천체는 [[행성]], [[왜행성]], [[소행성]] [[4 베스타]], [[달]] 등 일부 [[자연위성]]이다.

== 물리적 분화 ==
=== 중력적 분리 ===
[[밀도]]가 높은 물질은 밀도가 낮은 물질을 통과해 아래로 가라앉는 경향이 있으며, 상대적인 구조 강도에 영향을 받지만 물질이 용융 상태일 때는 강도가 감소한다. 밀도가 높은 대표적인 물질인 [[철]]은 행성 가운데로 모이며, 철과 쉽게 [[합금]]을 형성하는 [[친철원소]]도 여기에 섞여 같이 핵으로 가라앉는다. 하지만 밀도가 높은 원소 중 [[친석원소]]는 규소나 산소와 결합하여 반대 방향으로 올라간다.

지구에서는 철이 풍부한 고밀도 [[핵 (행성)|핵]], [[활석|마그네슘-규소]]가 풍부한 저밀도 [[맨틀]], 규산화된 [[알루미늄]], [[나트륨]], [[칼슘]], [[칼륨]]으로 이루어진 얇은 [[지구의 지각|지각]]으로 분화되어 있으며, 물로 구성된 [[수권]]과 질소로 이루어진 [[대기권]]도 있다.

가벼운 물질은 밀도가 높은 물질 사이에서 떠오르는 경향이 있다. [[사장석]]이 대표적이며, 떠오르는 과정에서 돔 모양 지형 [[다이어피르]]를 형성하기도 한다. 지구에 있는 [[암염돔]]은 [[암염]]이 떠오르며 생긴 다이어피르이다. [[화강암]] 등 저밀도 규산염 암석의 다이어피르는 지구의 지각에 다수 분포한다. [[섭입]]대에서 [[맨틀]]의 물질이 변화하여 생긴 [[사문암]]도 다이어피르 형태로 떠오르기도 한다. [[이화산]] 또한 저온 다이어피르의 일종으로 볼 수 있다.

== 화학적 분화 ==
물질 덩어리는 밀도에 따라 위 또는 아래로 향하지만, 화학적으로 결합해 있는 원소는 결합해 있는, 더 풍부한 원소에 "실려" 분별된다. 예를 들어, 순수 [[우라늄]]은 밀도가 매우 높지만, 화학적으로 중심핵보다 규소질 지각에 더 많이 존재한다.<ref>{{저널 인용|last=Hazen|first=Robert M.|last2=Ewing|first2=Rodney C.|last3=Sverjensky|first3=Dimitri A.|date=2009|title=Evolution of uranium and thorium minerals|url=https://www.degruyter.com/document/doi/10.2138/am.2009.3208/html|journal=American Mineralogist|language=en|volume=94|issue=10|pages=1293–1311|doi=10.2138/am.2009.3208|issn=1945-3027}}</ref>

== 가열 ==
[[태양]]이 [[성운설|태양계 성운]]에서 핵융합을 개시했을 때, 주변 지역에 있던 [[수소]], [[헬륨]], 기타 휘발성 물질은 증발하였다. [[태양풍]]과 [[복사압]]으로 인해 저밀도 물질이 태양으로부터 멀리 떨어지게 되었다. 태양 주변의 암석에 있던 대기는 이 과정에서 불려 날아갔지만,<ref>{{저널 인용|last=Ahrens|first=T J|date=1993|title=Impact Erosion of Terrestrial Planetary Atmospheres|url=http://dx.doi.org/10.1146/annurev.ea.21.050193.002521|journal=Annual Review of Earth and Planetary Sciences|volume=21|issue=1|pages=525–555|doi=10.1146/annurev.ea.21.050193.002521|issn=0084-6597}}</ref> 암석 자체는 남아 [[원시 행성]]을 형성했다.

방사성 물질이 많은 원시 행성의 경우 [[방사성 붕괴]]를 통해 양이 감소하였다. [[하프늄-텅스텐 연대 측정]]에서는 두 하프늄 동위 원소의 붕괴를 통해, 강착의 과정을 추정할 수 있다. 방사성 붕괴, 충돌, 중력 붕괴로 인해 발생한 열은 [[행성]]으로 변해가는 원시 행성을 부분적으로 용융시켰다. 녹은 부분에서는 무거운 원소가 아래로 침강했고, 가벼운 원소가 표면으로 상승했다. 운석 일부([[무구립운석]])에서는 일부 [[소행성]]([[4 베스타]] 등)에서 행성 분화가 일어났음을 보여주고 있다. 소행성의 행성 분화는 [[알루미늄-26|<sup>26</sup>Al]]이 주요 열원이었을 것으로 보고 있다.<ref name=":0" />

큰 천체의 중력을 통해서도 물질 일부를 녹이기 충분한 열이 발생하며, 이 외에도 원시 행성이 [[강착]]되거나 [[조석 가열]]을 통해서도 열이 발생한다. [[화학 반응]]이 일어나고 밀도 차이를 통해 고밀도 물질이 밑으로 내려가고,<ref name=":1">{{인용|last=Sohl|first=Frank|title=Differentiation, Planetary|date=2014|url=http://link.springer.com/10.1007/978-3-642-27833-4_430-2|work=Encyclopedia of Astrobiology|pages=1–5|editor-last=Amils|editor-first=Ricardo|place=Berlin, Heidelberg|publisher=Springer Berlin Heidelberg|language=en|doi=10.1007/978-3-642-27833-4_430-2|isbn=978-3-642-27833-4|access-date=2021-11-08|last2=Breuer|first2=Doris|editor2-last=Gargaud|editor2-first=Muriel|editor3-last=Cernicharo Quintanilla|editor3-first=José|editor4-last=Cleaves|editor4-first=Henderson James}}</ref> 가벼운 물질이 표면에 퍼지게 된다.

[[지구]]에서는 용융 상태의 [[철]]이 [[대륙 지각]]보다 밀도가 커 지각을 뚫고 [[맨틀]]로 내려갔다.<ref name=":0" /> [[외태양계]]에서는 [[탄화수소]], [[메테인]], 고체 상태의 [[물]]([[얼음]]) 또는 [[이산화탄소]] 등 가벼운 물질이 이러한 과정을 거치기도 한다.<ref>{{저널 인용|last=Prialnik|first=Dina|last2=Merk|first2=Rainer|date=2008|title=Growth and evolution of small porous icy bodies with an adaptive-grid thermal evolution code: I. Application to Kuiper belt objects and Enceladus|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0019103508001462|journal=Icarus|language=en|volume=197|issue=1|pages=211–220|doi=10.1016/j.icarus.2008.03.024|issn=0019-1035}}</ref>

===마찰열 및 결정화===
지구에서 [[마그마]]는 [[맨틀]] 내 [[부분용융]]을 통해 형성된다. 용융 과정에서 광물 대부분에서 안정하지 않은 친액원소가 분리되어 나오게 되는데, 마그마가 상승하며 굳기 시작할 때 먼저 굳는 원소가 마그마 내에서 적어짐에 따라 마그마 내 해당 원소가 사라지게 된다. [[화성암]] 연구를 통해 마그마가 얼마나 용융되는지, 이 과정에서 어떠한 원소가 사라지는지를 측정할 수 있다.

===열적 분화===
물질이 불균일하게 가열되면 [[열영동]]으로 인해 가벼운 물질이 뜨거운 곳으로, 무거운 물질이 차가운 곳으로 움직인다. 이로 인해 지하 [[마그마굄]]의 물질 분화에 영향을 주기도 한다. 하와이의 마그마굄 연구를 통해서 [[반정 (결정)|반정]]이 결정의 화학적 용융을 통해 분화되는 과정이 밝혀졌다.

== 달의 KREEP ==
달에서는 [[현무암]]질 암석에 [[친액원소]]인 [[칼륨]], [[희토류 원소]], [[인]]이 다량 분포하고 있으며, 이를 두문자어로 [[KREEP]]이라 부른다.<ref>{{저널 인용|last=Warren|first=Paul H.|last2=Wasson|first2=John T.|date=1979|title=The origin of KREEP|url=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/RG017i001p00073|journal=Reviews of Geophysics|language=en|volume=17|issue=1|pages=73–88|doi=10.1029/RG017i001p00073|issn=1944-9208}}</ref> [[우라늄]]과 [[토륨]]의 구성비 또한 높다. 이러한 원소는 [[달의 마그마 바다]]가 굳을 때 분리되어, 지각과 맨틀 사이 화학적 분화가 일어난 것이 간혹 분출을 통해 표면으로 노출되어 있는 것으로 추정하고 있다.

=== 충돌에 의한 분화 ===
[[달]]은 [[거대충돌 가설|초기 지구에 큰 천체가 충돌함으로서 형성]]된 것으로 추정하고 있는데,<ref name=":0">{{인용|last=Nimmo|first=Francis|title=Early Differentiation and Core Formation|date=2015|url=http://dx.doi.org/10.1002/9781118860359.ch5|work=The Early Earth: Accretion and Differentiation|pages=83–102|place=Hoboken, NJ|publisher=John Wiley & Sons, Inc|access-date=|last2=Kleine|first2=Thorsten}}</ref> 당시 지구에서는 이미 행성 분화가 어느 정도 진행되어 표면에는 가벼운 물질이 분포하여, 충돌로 인해 규소질 암석이 지구에서 사라지고 금속류가 남게 되었다. 달에는 철 핵이 없기 때문에 달의 밀도는 지구에 비해 매우 낮다.<ref name=":0" /> 지구 지각의 밀도는 2700 kg/m<sup>3</sup>으로, 성분이 다른 바로 밑 맨틀의 밀도는 3400 kg/m<sup>3</sup>이며, 지구 전체 밀도 평균은 5515 kg/m<sup>3</sup>이다.

== 핵 형성 기작 ==
[[핵 (행성)|핵]]이 형성될 때는 행성 내부의 금속 물질이 움직이는 여러 기작이 작용한다.<ref name=":0" /> 이에 해당하는 기작으로는 침투, [[암맥]], 다이어피르즘, 충돌을 통한 물질의 직접 전달 등이 있다.<ref name=":0" /> 침투는 금속과 규소 간의 밀도 차이로 인해 금속이 아래로 내려가는 작용으로, 침투하는 금속의 크기와 주변 물질의 점성을 통해 침투 속도가 결정된다.<ref name=":0" /> 암맥은 새 암석이 기존에 있는 암석 틈에 형성되는 것으로, 금속이 마찰을 뚫고 암석 사이를 통과하려면 압력이 충분히 강해야 한다.<ref name=":0" /> 어떤 천체가 다른 천체에 충돌하면 충돌을 통한 물질의 직접 전달이 일어나며,<ref name=":0" /> 충돌 과정에서 핵의 금속 성분 교환이 발생한다.<ref name=":0" />

소행성과 행성을 가리지 않고 분화는 강착 단계가 끝난 이후에 일어났을 가능성이 크다. 지구형 행성과 철질운석에는 철-니켈 합금이 존재하며,<ref name=":1" /> 지구의 핵은 철-니켈 합금이 주요 구성성분이다. [[방사성 동위 원소]] 분석 연구에서는 핵 형성 과정이 태양계 초기에 진행되었을 것을 시사했다.<ref name=":1" /> [[황]], [[니켈]], [[코발트]] 등 친철원소는 용융 상태의 철에 녹아, 철 합금의 분화를 촉진한다.<ref name=":1" />

강착 첫 단계에서 핵 형성의 기틀이 갖춰지게 된다. 먼저 암석질 행성이 근처 행성의 궤도로 진입해, 충돌을 통해 크기 증감이 이루어진다. 여기서 행성 크기가 크게 변하기 위해서는 비슷한 크기의 천체가 여러 번 충돌해야 한다.<ref name=":0" />

== 같이 보기 ==
* [[철의 대변혁]]

== 각주 ==
<references />

[[분류:행성과학]]