대분화는 올림픽 규격 수영장 4억 개를 채울 수 있는 양의 용암과 화산재를 뿜어낸 뒤 싱크홀처럼 함몰하며 거대한 '칼데라'를 만들어 내는데, 아라비아 테라에 있는 7개의 칼데라가 단서가 됐다.
이 칼데라는 처음에는 화성 표면에 무수히 형성된 운석이나 소행성의 충돌구로 여겨졌으나 원형이 아닌데다 바닥이 깊고 주변으로 암석 단구(段丘)가 형성돼 있는 점 등이 붕괴를 나타내는 증거로 해석돼 화산 폭발로 생긴 것이라는 점이 확인됐다.
미국 항공우주국(NASA)에 따르면 고더드 우주비행센터의 지질학자 패트릭 웰리 박사가 이끄는 연구팀은 아라비아 테라의 지형과 광물 구성 등을 분석해 화산 폭발 중에서도 가장 강력한 대분화가 1천~2천번 발생했다는 점을 보여주는 연구 결과를 과학 저널 '지구물리학 연구 회보'(Geophysical Research Letters)에 발표했다.
연구팀은 아라비아 테라의 광물이 화산재가 쌓여 변형된 것이라는 기존 연구 결과를 토대로 이런 광물의 분포가 대분화가 이뤄졌을 때 예상되는 것과 일치하는지를 분석했다.
분광 이미지로 광물 분포를 확인할 수 있는 장치인 '화성정찰궤도선'(MRO)의 크리즘(CRISM)을 이용해 칼데라에서 수천킬로미터 떨어진 곳의 계곡과 충돌구까지 살폈다.
이를 통해 몬모릴론석과 이모고라이트, 앨러페인 등 알루미늄 성분을 많이 함유한 광물을 포함해 화산 관련 광물들이 확인됐다.
연구팀은 아라비아 테라 지역의 3차원(3D) 지형도를 만들고 광물 분석 자료를 대입해 화산재층이 바람과 물에 뒤섞이지 않고 처음 쌓일 때처럼 잘 보존된 상태로 볼 수 있었으며, "예상한 그대로를 봤다"고 밝혔다.
아라비아 테라 칼데라의 크기를 토대로 화산에서 분출될 수 있는 양에 관해서는 이미 연구가 된 상태여서, 웰리 박사팀은 이를 토대로 100ｍ~1㎞에 달하는 화산재층이 쌓이는데 얼마나 많은 대분화가 이뤄져야 하는지를 분석했으며 이를 통해 약 5억년 사이에 1천~2천 번에 달하는 대분화가 이뤄졌다는 결과를 얻었다.
화성에는 다른 형태의 화산도 존재하는데, 태양계에서 가장 큰 화산으로 꼽히는 올림푸스 몬스 화산의 경우 폭발적 분출 없이 용암이 서서히 흘러나와 지구에서 가장 큰 마우나로아의 100배에 달하는 규모를 형성하고 있다.
지구에서도 화성처럼 대분화 화산이 모여있다가 물리적, 화학적으로 침식되거나 판구조에 따른 대륙의 이동으로 분산됐을 가능성은 있다고 연구팀은 덧붙였다.
