생물이 지구에서 살아갈 수 있을지는 앞으로의 인류 활동에 달려 있다고 말하는 책

지구의 과학 - 지구 메커니즘의 상세 도해 ㅣ 뉴턴 하이라이트 Newton Highlight 30
일본 뉴턴프레스 엮음 / 아이뉴턴(뉴턴코리아) / 2009년 11월

맹독성 화합물인 시안화수소(HCN) 일명 청산(靑酸)이 지구 생명체 탄생에 기여했을 수 있다는 연구결과가 나왔다. 저온에서도 반응성이 높은 시안화수소 결정이 생명체 구성에 필요한 유기물을 만드는 연쇄 반응을 촉발할 수 있다는 가능성이 제시된 것이다. 이는 마르틴 람 스웨덴 찰머스공대 화학 및 화학공학과 교수팀에 의해 발표된 내용이다.(2026년 1월 15일 동아사이언스) 이를 보면 지구가 미스테리한 것인지 생명이 미스테리한 것인지 헷갈린다. 

Newton Highlight 시리즈의 하나인 ‘지구의 과학‘을 읽는다. 1부 움직이는 지구를 포착했다, 2부 지구를 에워싼 대기와 자기마당, 3부 대류가 지구를 지배한다, 4부 생명체를 길러 온 지구의 역사로 이루어진 책이다. 지구는 아직까지 유일하게 생명을 간직한 행성이다. 지구 대기는 주로 지소와 산소로 이루어졌고 핵은 90%가 녹은 철로 이루어졌다. 이 녹은 철은 대류를 통해 자기장을 만들어낸다, 지구에서 중요한 것은 해양과 대기를 갖는다는 점이다. 

현재 지구는 온난화로 빙산이 사라져 가고 있다. 이는 지구가 점점 어두워져 가고 있다는 의미이기도 하다. 이는 다른 말로 빛을 잘 반사하는 하얀색이 감소하고 있다는 의미이기도 하다. 이른 다른 말로 지구가 태양빛을 더 많이 흡수하고 있다는 의미이기도 하다. 식물 플랑크톤이 바다의 식물 연쇄를 지탱하고 있다. 식물 플랑크톤이 바다에 쌓인 영양분을 이용해 광합성을 하면 동물 플랑크톤이 모이고 이어 물고기들이 찾아온다. 맹그로브는 민물과 바닷물이 섞이는 하구 부근에서 퇴적한 진흙에 나는 식물들을 가리킨다. 

지구는 여러 개의 층으로 이루어졌다. 양파에 비유할 수 있다. 대기권, 생명권, 수권, 지각, 맨틀, 중심핵과 각각의 층은 서로 작용하면서 지구라는 하나의 교묘한 시스템을 만들어 내고 있다. 지구상에는 자석이 언제나 남북을 가리킨다. 지구 자신이 거대한 자석이다. 태양은 초속 수백 km나 되는 속도로 태양풍이라 불리는 플라스마를뿜어낸다. 플라스마란 온도가 높아서 원자가 양의 전하를 가진 이온과 음의 전하를 가진 전자로 분리된 상태를 말한다. 

지구 대기의 고도 15~45km에 오존층이 있다. 대기 중 오존량은 대기 총량의 100만분의 1로 극히 미량이다. 하지만 우주에서 내리쬐는 유해한 자외선을 흡수해 지표의 생물을 지키는 중요한 역할을 한다. 오존은 산소 분자가 자외선에 의해 분해되어 만들어지는 산소 원자가 산소 분자와 반응해 생긴다. 구름 양의 미세한 변화가 지구 환경을 격변시킨다. 지구 표면의 온도는 기본적으로는 태양광(태양 복사)의 흡수와 우주 공간으로 빠져나가는 적외선 복사의 균형으로 결정된다. 

흰 구름이 많아지면 알베도(반사율)가 올라간다. 알베도가 올라가면 기온은 내려간다. 지구의 알베도는 변하지 않고 30%를 유지한다. 이유는 모른다. 움직이지 않는 것은 대지와 같다고 하지만 고체 지구도 실은 유체 지구인 대기나 해양 변동에 의해 흔들리며 움직이고 있다. 대기의 흐름과 해류는 기후를 변동시킨다. 오로라는 기상 현상이 아니라 태양에서 날아오는 태양풍이라 불리는 전기를 띤 입자가 지구의 자기장에 포착, 가속되어 초고층 대기에 충돌함으로써 빛나는 우주의 물리 현상이다. 지구 자기장은 해마다 변한다. 다시 말해 지구 자기극의 위치가 변한다. 

지구 자기는 계속 감소한다. 대기 현상, 지진과 화산, 대륙 이동 등 전 지구적 규모의 현상에는 공통점이 있다. 바로 대류다. 베게너는 현재의 대륙 분포는 찢어진 신문지와 같으나 옛날에는 한 장의 신문지였으므로 현재 사방으로 흩어져 있는 신문지 조각들을 직소 퍼즐처럼 이어 맞추면 거기에 쓰여 있는 글자를 읽을 수 있을 것이라 말했다. 베게너는 북아메리카 동해안과 독일, 영국에 이르는 유럽 지역에 정원달팽이가 있는 것을 보고 달팽이가 바다를 헤엄쳐 건넜다고 생각할 수 없는 바 옛날 두 대륙이 이어져 있었다는 증거라 생각했다. 

베게너의 대륙이동설은 판구조론으로 발전했다. 높은 산과 바다도 판의 상호작용의 결과다. 마리아나 해구가 히말라야 산맥과 다른 점은 접근하는 두 판의 한쪽에 대륙이 실려있지 않다는 것이다. 판이 서로 접근하는 곳에서는 판이 땅 속으로 침강해 들어간다. 그 위에 대륙이 실려 있으면 더 이상 침강할 수 없다. 지진파가 전해지는 모습으로 지구의 내부를 본다. 맨틀의 뜨거운 부분을 지나는 지진파는 예상 시간보다 늦게 관측된다. 판을 움직이는 원동력은 맨틀 대류임이 실증되었다. 맨틀을 구성하는 암석이 액체처럼 움직인다는 사실이 밝혀졌다. 

물질의 밀도 차이로 대류가 일어난다. 지구 내부의 맨틀 대류는 찻잔의 뜨거운 물 속에서 일어나는 대류 현상과 아주 비슷하다. 맨틀 대류의 근원은 열에너지다. 두 가지 원인이 있다. 1) 지구가 형성되었을 때 미행성의 충돌 에너지, 2) 지구 내부의 우라늄이나 토륨 같은 방사성 원소의 붕괴열이다. 지구가 식으면 맨틀의 점성이 급격히 커진다. 그러면 대류의 속도가 느려지고 열은 밖으로 나가지 못한다. 자동 온도 조절 메커니즘인 셈이다. 대륙과 대륙 사이에 판이 침강하는 해구가 있으면 차츰 대륙간 거리가 좁혀지며 충돌, 합체한다. 

그러면 더 이상 판이 침강할 수 없으므로 대륙과 대륙 사이에 있던 원래의 침강대가 없어진다. 그 결과 합체된 대륙 인근의 바다 쪽에 새로운 침강대가 생기고 다시 다른 대륙들이 모인다. 이 과정이 반복됨에 따라 초대륙이 형성된 것으로 보인다. 초대륙이 형성되면 데워진 스튜나 우유 표면에 생기는 막이 그러는 것처럼 열을 가두는 역할을 한다. 그러면 대륙 밑의 맨틀이 데워진다. 뜨거워진 맨틀은 상승하기 시작해 지구대(地溝帶)가 생긴다. 마지막에는 해령(海嶺)으로 발전한다. 이를 모포효과라 한다.

초대륙의 형성, 분열이 되풀이되는 것을 윌슨 사이클이라 한다. 대기와 해양의 대류가 없으면 적도와 극의 온도차는 80도씨가 된다. 지구에서는 지하의 맨틀에서 대기와 해양에 이르기까지 대류 현상이 일어난다. 지구의 활동을 결정하는 것은 모두 대류다. 지구에 자기장이 없었을 때 생물은 우주에서 내려쬐는 유해한 방사선이 닿지 않는 깊은 바닷속에서 살았다. 오존층이 없었을 때는 태양에서 오는 자외선 때문에 지상으로 진출할 수 없었다. 생물을 지키는 메커니즘은 지구가 진화하는 가운데 형성되었다. 산소가 대기의 주성분이 되자 오존층이 생겼다. 

현재 지구에서 살고 있는 생물의 대부분은 6억년 전에 오존층이 형성된 이후 탄생했다. 오존층은 자외선을 차단한다. 만일 지구에 대기가 없었다면 이론적 계산으로는 지구 표면 온도는 마이너스 18도씨가 되어 모든 것이 얼어붙었을 것이다. 석유의 60%는 중생대에 만들어졌다. 지구 역사상 최대의 대량 멸절이 일어나려 하고 있다. 다섯 차례의 대멸종(오르도비스기, 데본기, 페름기, 트라이아스기, 백악기)을 견뎌 내고 생물은 다양화했다. 해양에서는 산호초에서 가장 높은 생물의 다양성을 볼 수 있다. 생물이 지구에서 살아갈 수 있을지는 앞으로의 인류 활동에 달려 있다.