놀랍게도 돌 표면에서 유공충이라는 해양 동물의 화석...

놀랍게도 돌 표면에서 유공충이라는 해양 동물의 화석을 볼수 있다. 껍데기 폭이 최대 수 센티미터에 이른다는 점을 감안할때, 무엇보다 인상적인 것은 이것을 만든 생물이 단세포 생물이라는 점이다. 사람의 세포 중에서 가장 큰 난자는 폭이 약 0.1mm여서 맨눈으로 간신히 보이는 크기이다. 피라미드의 석회암을만든 해양 동물은 이에 비하면 매우 거대한 편이다. 이 해양 동물은 화폐석Nummulite(라틴어로 ‘작은 동전‘이라는 뜻)이라는 거대 유공충 종류에 속한다.
화폐석 석회암 광상은 피라미드 건설에 건축 재료를 제공한나일강 주변뿐만이 아니라, 북유럽에서 북아프리카까지, 중동에서 동남아시아까지 광대한 지역에서 발견된다. 이 광대한 지역에서 발견되는 화폐석 석회암은 4000만~5000만 년 전에 따뜻하고 얕은 테티스해 가장자리에 퇴적되었다. 에오세 전기에 해당하는 이 시기에 지구의 온도는 팔레오세-에오세 최고온기의 온도 급상승기보다 비록 온도는 더 높지는 않았지만 훨씬 더 오랫동안 높은 온도 상태가 지속되었다. 해수면 상승으로 테티스해의 물이 북유럽과 북아프리카를 뒤덮었다. 따뜻한 물에는 유공충이 아주 많이 살았는데, 이들이 죽자 탄산칼슘이 주성분인 동전 모양의 껍데기들이 거대한 더미를 이루어 가라앉아 해저 바닥을 뒤덮었다. 그리고 시간이 지나자, 이것들이 서로 들러붙어 화폐석 석회암이 되었다. - P180

문명의이야기는 인류가 발밑의 지구를 파내 그것을 쌓아 도시를 건설한 이야기이다.
지구에 존재하는 기본 암석은 세 종류가 있는데, 역사를 통해우리는 세 종류의 암석을 모두 사용해 문명과 도시를 건설했다. 퇴적암은 더 오래된 암석에서 침식된 물질이나 생물학적으로 생긴 물질이 퇴적된 뒤 교결 작용을 통해 엉겨붙어 생겨난다. 퇴적암의 예로는 사암, 석회암, 백악 등이 있다. 반면에 화강암 같은화성암은 화산에서 분출된 용암이나 지하 깊은 곳의 마그마가 식으면서 굳어져 만들어진다. 그리고 퇴적암이나 화성암이 고온과 고압의 환경(대륙 충돌이 충돌할 때 그 사이에 끼이거나 마그마가 암석층 속으로 뚫고 들어올 때처럼)에 놓이면 물리적으로나 화학적으로 변성되어 대리암이나 점판암으로 변하는데, 이런 암석을 변성암이라고 한다. - P185

하지만 대부분의 석회암은 티볼리 광천 같은 육지의 화산 온천이 아니라, 해저에서 생물학적 암석으로 만들어진다. 유럽 전역과 나머지 세계에서 발견되는 석회암은 대부분 많은 육지가따뜻하고 얕은 바다로 뒤덮였던 쥐라기 때 생겼다. 그 당시 바다에는 플리오사우루스와 어룡 같은 해양 파충류가 열대 바다에서헤엄치고 다닌 반면, 해저에는 유공충 같은 바다 동물의 껍데기에서 나온 탄산칼슘이 석회암 성분을 포함한 진흙으로 침전되었다. 모래 입자나 껍데기 파편이 해저에서 조수에 휩쓸려 이리저리 굴러다니다가 그 위에 방해석 광물이 동심원의 형태로 층층이 쌓여 어란석(어란석은 영어로는 oolith라고 하는데, ‘알돌‘이라는 그리스어에서 유래했다)이라는 작은 공 모양의 암석이 된다. 이 작은구체들이 더 많은 방해석과 함께 들러붙어 어란상 석회암을 만든다. - P187

따라서 시베리아 트랩에서 일어난 화산 분화는 오늘날 우리가 익히 알고 있는 여느 화산 분화와 달리 지구 내부에서 엄청난 양의 가스가 방출되면서 시작된 것으로 보인다. 이 분화에서 방출된 엄청난 양의 이산화탄소는 강한 온실 효과를 일으켰다. 지표면 온도가 급등했고, 깊은 바닷물은 산소가 부족해져 해저에 사는 생물들이 질식해 죽어갔다. 염화수소와 이산화황처럼 유독한 화산 가스가 높이 솟아올라 성층권까지 도달했을 것이다. 염화수소는 오존층을 심각하게 파괴해 태양의 해로운 자외선이 지표면까지 도달했을 것이다. 그리고 이산화황은 햇빛을 일부 차단하는 효과를 일으켜 광합성 생물과 광합성 생물에 의존하는 생물을 살아가기 힘들게 만들었고, 그러다가 물과 섞여 산성비가 되어 내렸다.
전 세계의 생태계를 급속하게 붕괴시켜 지구 역사상 최대 규모의 대멸종을 촉발한 주범은 바로 페름기 말에 일어난 이 다중재난이었다. 이 현상은 페름기에만 일어난 것이 아니다. 트라이아스기에서 쥐라기로 넘어가는 시점인 약 2억 년 전에 홍수 현무암사건이 또다시 일어났다. 이 사건도 대멸종을 초래했고, 그 결과 지구에서 공룡이 육상을 지배하는 동물이 되었다.
하지만 그때 아주 흥미로운 일이 일어났다. 페름기 사건과 트라이아스기 사건 이후에도 대규모 홍수 현무암 분화가 많이 일어났지만, 이와 비슷한 대멸종을 초래한 것은 하나도 없다. 따라서 지구가 대분화의 격변적 효과에 탄력적으로 잘 대응할 수 있게 한 변화가 일어난 게 틀림없다. - P199

이번에도 한 가지 중요한 요인은 관계아의 분열이다. 초대륙은 전반적으로 대기 중에서 이산화탄소를 제거하는 효율이 낮다. 바다에서 멀리 떨어진 넓은 면적의 내륙은 강수량이 적어 매우 건조해진다. 그래서 암석의 침식을 통해 제거되는 이산화탄소의 양이 적고, 퇴적물과 영양 물질을 바다로 실어 날라 플랑크톤의 성장을 돕는 강도 적어 이산화탄소를 흡수하는 생물학적 메커니즘을 위축시킨다. 따라서 판게아가 마지막으로 분열된 후지난 6000만 년 동안은 대규모 용암 분출을 통해 대기 중으로 방출된 이산화탄소를 지구가 훨씬 효율적으로 제거했다. 하지만이것이 다가 아니다. 대기 중 이산화탄소 농도를 낮추는 지질학적 메커니즘(산의 침식을 통해)은 아주 느리게 작용한다. 따라서 큰화성암 지대의 분화 때문에 일어난 급격한 이산화탄소 농도 상승은 암석 침식을 통해 이산화탄소 농도가 도로 떨어지기 훨씬전에 대멸종을 초래할 것이다. 여기에서는 생물학적 전이가 중요한 역할을 한 것으로 보인다.
약 1억 3000만 년 전의 백악기 초기에 대륙붕의 얕은 바다에살던 원석조가 서식지를 확장해 넓은 바다에서 플랑크톤으로 살아가게 되었다. 거의 같은 시기에 탄산칼슘 껍데기를 가진 유공충 역시 깊은 해저 서식지에서 표층수로 서식지를 넓혔다. 이것은 단지 대륙 주위의 얕은 바다뿐만 아니라 광대한 대양에 탄산칼슘 껍데기를 만드는 플랑크톤이 살게 되었다는 뜻이다. 죽은원석조와 유공충 껍데기가 해저 바닥에 쌓여 새로운 종류의 퇴적물이 생겼는데, 이 때문에 대륙붕 지역뿐만 아니라 대양의 깊은 해저에서도 석회암이 만들어졌다. 따라서 해양 생물이 대기에서 이산화탄소를 제거해 깊은 해저에 생물학적 암석으로 가둬놓는 능력이 크게 높아졌다. 그리고 그 이후 지구에서 이산화탄소 농도는 꾸준히 감소해왔다. - P201

편암이라는 어두운 색의 단단한 변성암(진흙이나 점토가 지구 내부 깊은 곳에서 높은 열을 받아 변한) 덩어리들이 도시 전체 지역에서 지표면에 드러나 있다. 뉴요커들은 점심시간에 센트럴파크에서그러한 편암 위에 앉아 샌드위치를 먹기도 한다. 뉴욕의 편암은래브라도 해안에서 미국 동부를 따라 아래로 텍사스주와 멕시코동부와 스코틀랜드까지 뻗어 있는 거대한 산맥 아래에서 구워졌다(북대서양이 열리기 전에). 이 그렌빌산맥은 판게아보다 훨씬 이전에 존재한 초대륙 로디니아 한가운데를 가로지르며 뻗어 있었다. 약 10억 년 전에 로렌시아 대륙이 다른 두 대륙판과 충돌하면서 서로 합쳐지는 과정에서 그렌빌산맥을 밀어 올렸다. 그 후 오랜 세월이 지나면서 대륙들이 쪼개졌다 다시 붙었다 하는 동안 느리지만 끈질기게 진행된 침식 작용이 이 산맥을 깎아내 지금은 그 밑뿌리만 남아 있다.
뉴욕에서 편암층은 향사폐 (오목한 모양의 습곡. 중앙부에서 가장자리로 갈수록 오래된 지층이 분포한다)를 이루고 있는데, 이 때문에 편암층은 맨해튼 남단에서 지표면에 가까이 위치하고, 거기에서 조금 지난 미드타운에서 또다시 지표면에 가까워진다. 이 단단한 변성암 기반은 초고층 건물들의 엄청난 무게를 떠받치기에 좋은 기초를 제공한다. 그 사이에 위치한 향사에서 오목한 곳에는 더 무른 암석들이 분포하고 있어 거대한 건물을 떠받치기에 부적합하다. 고층 건물들의 패턴에는 기존의 상업 중심지에서일어나고 있던 발전처럼 사회경제적 요인도 영향을 미쳤지만, 전체적으로 맨해튼의 스카이라인은 그 아래에 있는 지질학적 특징을 반영하고 있다. 즉, 가장 높은 건물들이 들어선 지역은 단단한 편암이 떠받치고 있는 장소이다. 보이지 않는 지하 세계-침식으로 다 닳고 그루터기만 남은 아주 오래된 산맥의 패턴이지상 위에 우뚝 솟은 상업 중심지의 고층 건물들(신들에게 바친 기념물이 아니라 자본주의에 바친 기념물인)의 패턴에 반영되어 있다. - P213

바닷물이 해저의 암석 사이로 스며 들어가 마그마를 만나 과열된다. 과열된 물은 지각을 뚫고 다시 솟아오르면서열수 분출공을 통해 해저로 뿜어져 나오는데, 그 과정에서 주변암석의 광물들이 물에 녹아서 함께 올라온다. 광물을 풍부하게함유한 이 뜨거운 유체가 차가운 바닷물과 만나면, 녹아 있던 금속성 황화물 광물 입자들이 침전하면서 잉크처럼 시커먼 소용돌이 기둥을 이루어 콸콸 솟아나온다. 그래서 이런 열수 분출공에블랙 스모커black smoker라는 별명이 붙게 되었다. 높다란 굴뚝처럼생긴 블랙 스모커들은 칠흑같이 캄캄한 깊은 바닷속에서 집단을이루어 옹기종기 모여 있는데, 마치 가우디에게서 영감을 얻은산업 지역 풍경처럼 보인다.
블랙 스모커는 황량한 심해 환경에서 살아가는 지구에서 가장극단적인 형태의 생명체들에게 오아시스 같은 역할을 한다. 햇빛이 한줄기도 비치지 않는 이곳에서 살아가는 기묘한 생물 군집에는 길이가 2m나 되는 관벌레도 있는데, 이 관벌레는 1970년대 후반에 잠수정이 최초의 블랙 스모커 지역을 발견했을 때 처음으로 과학계에 알려졌다. 그 밖에 창백한 색의 새우, 고등, 게도 이곳에 살고 있다. 햇빛이 없는 이 생태계를 굴러가게 하는 것은 열수 분출공에서 뿜어져 나오는 금속과 황화물 같은 무기 에너지원을 섭취하면서 살아가는 미생물이다.
바다로 뿜어져 나온 입자들은 열수 분출공 주변 지역에 다시가라앉으면서 귀중한 금속(구리, 코발트, 금 등)이 깊은 해저에 높은 농도로 축적되지만, 현재로서는 채굴이 불가능하다.  - P222

미노아인이 구리를 채굴한 키프로스섬의 트로오도스산맥은쉽게 접근할 수 있고 예외적으로 잘 보존된 큰 규모의 오피올라이트이지만, 유일한 오피올라이트는 아니다. 판들의 충돌로 테티스해가 닫히면서 지중해가 만들어질 때, 다른 해양 지각 조각들도 육지 위로 밀려올라갔다. 오피올라이트 금속 광상은 지중해가장자리 주변의 알프스산맥, 카르파티아산맥, 아틀라스산맥, 토로스산맥 등지에서 띠를 이루어 발견된다. 그리고 세계 각지에서대양이 닫힌 다른 사건들에서도 해양지각이 육지 위로 밀려올라가는 일이 일어났다. 에스파냐의 틴토, 캐나다의 노랜다 그리고 러시아의 우랄산맥을 따라 늘어서 있는 광산들처럼 오늘날 가장 큰 규모의 광산들 중 일부는 풍부한 블랙스모커 금속 광상에서 구리와 아연, 납, 은, 철 등을 채굴하고 있다. - P228

세계 각지에서 제각각 다른 시기에 시작된 철기 시대는 사회를 크게 변화시켰다. 청동은 비교적 비쌌기 때문에 대체로 지배계층의 전유물로 쓰이거나 군대를 무장시키는 데 쓰였다. 반면에 철광석은 풍부하여 온갖 종류의 실용적 물건을 만드는 데 쓸수 있는 일반적 용도의 금속을 제공했다. 철제 도구는 또한 청동제보다 내구성이 더 좋고 날을 더 날카롭게 버릴 수 있었다. 이것은 단지 무기와 갑옷에만 좋은 것이 아니라 일상적인 도구에도중요한 특성이었다. 쇠도끼는 새로운 농경지를 만들기 위해 숲을 베어내는 작업에 큰 차이를 가져왔다. 그리고 철제 쟁기는 기존의 경작지에서 농업 생산성을 크게 향상시켰을 뿐만 아니라.이전에는 경작할 수 없었던 땅을 갈아 농경지로 만들었다. 이 두 도구는 새로운 정착 지역들을 만들어내는 데 큰 역할을 했다. - P230

오늘날 산소는 공기 중에서 약 5분의 1을 차지한다. 지구의 역사중 처음 절반 동안은 대기와 바다에 산소 기체가 사실상 전혀없었다. 현재 공기 중의 산소와 바닷물에 녹아 있는 산소는 생물이 만들어낸 것이다. 일부 생물은 햇빛 에너지를 이용해 이산화탄소를 유기 분자로 만드는 능력이 있는데, 그 과정에서 물을 쪼개 산소를 기체 노폐물로 배출한다. 이 생물학적 연금술을 광합성이라고 부르는데, 이 덕분에 세포는 놀라운 자급자족 능력을 발휘해 빛과 이산화탄소와 물에 녹아 있는 몇몇 영양 물질로부터 필요한 것을 모두 다 만들 수 있다.
이 광합성 능력이 발달하고 산소를 배출하는 종류의 세포를 남세균, cyanobacteria 이라 부른다. 햇빛을 이용하는 더 복잡한 생물-규조류, 조류, 해초 그리고 육상의 모든 식물과 나무는 약 10억 년 전의 중요한 진화 사건을 통해 이 능력을 물려받았다. 그것은 바로 조상 단세포 생물이 남세균을 자기 몸의 일부로 포함시킨 사건이었다. 지구 전체에 산소를 공급한 장본인은 바로 원시 바다에서 헤엄치면서 광합성을 통해 산소를 배기가스처럼 내뿜은 초기의 남세균이었다. 먼 옛날의 암석을 조사하는 지질학자들은 24억 2000만 년 전에 산소 농도가 처음으로 크게 증가한 증거를 발견하는데, 이 사건을 대산화 사건 Great Oxidation Event (산소대폭발 사건이라고도 함)이라고 부른다. 이때 증가한 산소 농도는 오늘날의 산소 농도에 비하면 몇 퍼센트 수준에 불과해 사람이 숨 쉬기에는 아직 턱없이 부족했지만, 대산화 사건은 지구의 화학과 생명의 발달에 아주 중요한 의미를 지닌 사건이었다.  - P238

대산화 사건 직후인 22억~23억 년 전에 지구 역사상 가장 길고 아마도 가장 극심한 빙하시대가 시작된 것으로 보인다. 그 당시 태양은 오늘날보다 25% 정도 희미했기 때문에, 지표면의 물이 액체 상태로 남아 있을 만큼 따뜻한 기온을 유지하려면 상당히 큰 온실 효과가 필요했을 것이다. 먼 옛날의 대기에는 강한 온실가스인 메탄이 상당히 많이 포함되어 있었지만, 증가한 산소가 메탄과 반응하여 대기 중에서 메탄을 제거함으로써 지구를 따뜻하게 감싸고 있던 담요를 벗겨냈다. 기온이 곤두박질치면서 전 세계적인 빙결이 일어났는데, 거의 모든 지표면이 두꺼운얼음으로 뒤덮인 이 상태를 눈덩이 지구Snowball Earth라 부른다. 이렇게 온 세상이 하얗게 변한 상태가 1000만 년 동안 계속 이어지다가 지속적인 화산 활동으로 대기 중 이산화탄소 농도가 충분히 높아지자 해빙기가 시작되었다. 이렇게 지구를 극심한 빙하시대에서 구출한 것은 화산 활동이었다. 대산화 사건 무렵에 살았던 많은 미생물은 반응성이 높은 산소 기체에 제대로 대응할수 없었고, 결국 이 독가스 때문에 사라지고 말았다. 사실상 산소대학살이라고 부를 만한 사건이었다. 생물들은 새로운 세계 질서에서 살아남기 위해 이 독가스 속에서 살아남도록 진화하거나(우리의 조상 세포가 그랬듯이, 산소의 반응성을 이용해 자신의 대사 과정에서 더 많은 에너지를 얻는 방법을 개발함으로써 해저의 진흙이나 길은 땅속처럼 산소가 침투하지 않는 서식지에서 살아가는 방법을 택해야했다. - P239

그런데 이보다 훨씬 놀라운 해결책이 검토되고 있다. 스마트폰 터치스크린에 들어가는 인듐처럼 현대 전자공학에 쓰이는 일부 희귀한 금속은 아주 얇은 막으로 사용되거나 다른 금속에 극소량 섞어서 사용되는데, 이 때문에 전자 장비가 수명을 다한 뒤에 희귀한 금속을 회수해서 재활용하기가 어렵다. 하지만 많은금속은 약간의 노력만으로 충분히 회수할 수 있다. 우리는 못 쓰게 된 장비들을 수십 년 동안 그냥 버려왔기 때문에, 이제 많은매립지에는 이 소중한 금속들의 광맥이 숨어 있다. 이 상황은 매립지 채굴이라는 흥미로운 가능성을 제기한다. 쓰레기를 뒤져그 속에 매장된 보물을 캐내는 것이다. 예를 들면, 브뤼셀에서 동쪽으로 100km 지점에 있는 매립지의 한 시험 장소에서는 건축재료를 회수하고 쓰레기를 연료로 사용하려고 하는데, 그와 동시에 소중한 금속을 분류하고 회수하는 노력도 기울이고 있다.
매립지 채굴은 영국에서도 곧 시작될지 모른다. 시험 대상이 된네 곳은 알루미늄과 구리, 리튬이 상당량 묻혀 있는 것으로 드러났다. 하지만 전망이 특별히 밝은 곳은 일본의 첨단 기술 제품 매립지이다. 계산에 따르면, 이곳에 매립된 쓰레기에는 금, 은, 인듐이 전 세계 연간 소비량의 세 배가 포함되어 있으며, 백금은 어제면 여섯 배나 포함돼 있을지 모른다. 사실, 분해한 휴대 전화물질로 이루어진 그런 인공 광석에는 금이 실제 금광에서 발견되는 광석보다 30배나 높은 농도로 들어 있을 수 있다. - P252