산당화 그늘 (벤투의스케치북 서재)

지구와 충돌하지 않고 착륙하는 방법은... - [지구와 충돌하지 않고 착륙하는 방법 - 신기후체제의 정치]

벤투의스케치북 — Fri, 17 Jul 2026 22:14:00 +0900

지구와 충돌하지 않고 착륙하는 방법 - 신기후체제의 정치
브뤼노 라투르 지음, 박범순 옮김 / 이음 / 2021년 02월

프랑스의 사회학자, 인류학자, 철학자, 과학기술학 연구자인 브뤼노 라투르의 [지구와 충돌하지 않고 착륙하는 법]의 핵심 메시지는 기후 위기 시대에 인류가 생존하기 위해서는 무한 성장을 추구하는 세계화(Global)나 폐쇄적인 국민국가(Local)라는 기존의 정치적 지향을 버리고, 인간과 비인간이 공존하는 현실의 토대인 대지(Terrestrial)에 안착하는 새로운 정치체제로 전환해야 한다는 것이다. 이 책에서 주의 깊게 보아야 할 개념은 인류의 집단 행동과 정치적 지향을 이끄는 중력 중심을 의미하는 유인자(Attractor)란 개념이다. 저자에 의하면 기존의 첫 번째 유인자는 로컬이고, 두 번째 유인자는 글로벌이고, 세 번째 유인자는 엘리트들의 도피처격인 아웃 오브 디스 월드다. 저자가 제시하는 대안이자 네 번째 유인자는 인류가 생존해야 할 실질적 토대인 대지다. 유인자라 번역한 끌개는 물리학에서 유래한 개념이다. 시간이 흐름에 따라 물리 시스템이 초기 상태와 상관없이 결국 수렴하고 머무르게 되는 상태 공간(State Space)상의 영역이나 궤적을 의미한다. 저자는 지구과학의 임계 영역(critical zone)에 대해 이야기한다. 이는 대기권, 생물권, 토양권, 수권, 암석권이 서로 결합하여 인류를 포함한 육상 생명체의 생존을 지탱하는 지구 표면의 동적인 경계층이다. 식물의 캐노피(나뭇가지가 무성한 최상부)부터 암석이 풍화되기 시작하는 지하수의 하한선까지를 모두 포함하는 공간이다. 저자는 인간을 포함한 모든 생명체가 경험하는 지구는 사실상 놀랍게도 얇은 생물 막(biofilm)이라고 말한다. 이는 우리 머리 위, 그리고 발 아래로 불과 몇 킬로미터의 두께에 지나지 않고 그 안에서만 관측할 수 있는 막이다. 불과 얼마 전까지 우리는 무한한 우주를 마음대로 휘젓고 다닐 수 있다고 생각했다. 착륙지를 바꾼다는 것은 완전히 다른 곳에 위치함을 의미한다. 바로 이런 연유에서 책의 원제목인 [어디에 착륙할 것인가?]는 적절하다고 본다고 저자는 말한다. 저자는 점잖은 사람들의 모임에서 가이아라는 말을 꺼내기가 꺼림칙하다는 것을 잘 안다고 말하며 논점은 그 배후에 신의 존재를 불가피하게 의미하는 심리적 에덴 동산 관념을 거부하고 그러한 이상적이고 심리적인 조건은 오랜 세월 생명체 자체에 의해 만들어진 것임을 보여준다고 말한다. 저자는 지구가 일종의 자율 조절 총체(ensemble)라고 말하며 만일 자율 조절이 없다면, 근대 산업에 의해 자율 조절이 흐트러지지 않았다면 왜 온도에 신경 쓰겠는가?라고 말한다. 저자는 생존의 위협을 다루는 인문학과 자연과학의 협력이 얼마나 특별해야 하는지 이해하게 될 것이라고 말하며 우리는 이 팬데믹 시기에 지구와 충돌하지 않고 착륙하는 방법을 배워야 한다고 덧붙인다. 저자는 공통의 지향점을 잃어버린 상황에 저항하기 이후에 우리는 땅으로 내려와야 한다고 말한다. 어딘가에는 착륙해야 한다고 말한다. 저자는 정동(情動)에 대해 말한다. 정동이란 물리적 접촉이나 특정한 사건을 통해 직접적인 영향을 주지는 않지만 기억, 경험, 이해를 통해 어떤 일의 동인이 되는 것을 가리키는 말로 효과와는 구분이 되는 개념이다. 이는 정동의 효과이다. 실제 정동은 1. 신체적 능력의 변화: 어떤 자극을 받아 내 신체의 활동 능력(에너지, 잠재력)이 증가하거나 감소하는 역동적인 상태나 힘을 뜻함. 2. 의식 이전의 에너지: 언어로 정의되거나(예: "나는 지금 슬프다") 의식적으로 인지되기 전에, 몸으로 먼저 느끼는 미시적인 에너지의 흐름 등이다. 우리 각각은 다음과 같은 문제에 직면한다. 계속 탈주의 꿈을 꿀 것인가 아니면 우리와 우리의 아이들이 살아갈 수 있는 영역을 찾아 나서야 하는가. 저자는 글로벌화 플러스와 글로벌화 마이너스라는 개념을 소개한다. 글로벌화 마이너스의 지지자들은 구식이고 퇴행적인 모습을 보이며 자신의 작은 땅덩이만을 염려하고 자기 집에 틀어박힌 모든 위험에서 자신만을 보호하려고 하는 사람들을 오랫동안 비난해 왔다. 글로벌화 플러스는 글로벌 파트너십을 심화하여 경제적 효율성과 혁신을 극대화하려는 움직임이다. 과거의 무조건적인 세계화와 달리 '신뢰할 수 있는 동맹국'을 중심으로 협력을 강화하는 것이 특징이다. 글로벌화 마이너스는 국가 안보, 자국 산업 보호, 리스크 분산을 위해 세계화의 범위를 의도적으로 축소하거나 통제하는 움직임이다. 저자는 마르크스의 격언과는 반대로 역사는 단순히 비극에서 희극으로 가는 것이 아니라 비극적인 희극 속에서 한 번 더 반복될 수 있다고 말한다. 저자에 의하면 문명이라는 것은 지난 만년이 넘는 시간 동안 쌓인 습관이라고 할 수 있다. 그것은 지질학에서 볼 때 비교적 큰 변화가 없었던 지리적 공간과 시기에 출현했다. 이런 지질 시대로 명명된 홀로세는 인간 행위를 어렵지 않게 구별할 수 있게 해주는 틀의 특성을 모두 갖추고 있다. 이제 인간은 유일한 배우가 아닌데도 스스로는 아직도 과분할 정도로 중요한 역할을 배정받았다고 생각하고 있다.(69, 70 페이지) 저자는 기후 변화 부정론자들에게도 기후에 대한 것은 매우 중요하다고 말한다. 그들이 전력을 다해 거부하는 것이 바로 그것 아닌가라고 저자는 자신의 말에 대해 설명한다. 저자는 녹색당들에 대해서 한마디 한다. 그들은 어떻게 끼어들어야 하는지 전혀 알지 못한다. 자연에 대한 문제를 내세우면 기존 정당들은 인간의 권리를 내세우면서 반대하고 녹색당들이 사회적 문제를 제기하면 기존 정당들은 또다시 이게 당신들이 신경 쓸 문제인가?라고 묻는다. 저자는 불법적인 것은 근거지를 없애 버리는 행위이지 어디에 소속되려는 노력이 아니라고 강조한다.(80 페이지) 저자에 의하면 어딘가에 착륙하기 위한 협상보다 더 혁신적인 것, 더 실전적이고 미묘하며 기술적이고 인공적인 것은 없다. 그것은 가장 투박하고 촌스러운 동시에 가장 창조적이고 현대적이다. 저자는 대지를 월딩(worlding)의 한 방법이라고 말한다. 월딩은 자연과 문화, 인간과 비인간의 이분법을 넘어 존재하는 것들의 다원성과 그들이 살아가는 다양한 방식에 세상을 개방하는 동적 과정을 말한다. 저자는 생태학은 정당 이름이 아니고 걱정거리도 아닌 바 그것은 대지를 향해 방향을 바꾸라는 외침이라고 말한다.(88 페이지) 저자는 우리는 과학의 온전한 힘을, 그 힘에 붙어 있던 자연의 이데올로기는 털어버리고, 확신할 수 있어야 한다고 말한다. 우리는 유물론자이면서 합리적이어야 하고 이러한 자질들을 올바르게 써야 한다고 말한다. 저자는 어느 정도 사실적으로 대지의 상황을 그리기 위해서 또한 객관적이고 이성적이며 효과적인 묘사를 시작하기 위해서 우리에게는 정말이지 과학이 필요하다고 말한다. 그러나 이전과는 관점을 달리하는 과학 말이다.(107 페이지) 저자는 대지는 아직 제도화된 존재가 아니지만 근대인들이 자연에 부여한 정치적 기능과는 확연히 다른 역할을 하는 행위자라고 말한다. 저자가 보는 대지는 시간이 자극에 그대로 순응하지 않는다. 기후 변화, 팬데믹, 생태계 붕괴처럼 인간이 행동에 적극적으로 반격을 가하는 역동적인 주체다. 저자는 갈등에 대해 이야기한다. 홀로세에 있으면서 단독으로 글로벌로의 비행이나 로컬로의 탈출을 꾀하는 근대의 인간들과, 인류세에 있음을 지각하고 아직 정치적 기관의 형태는 갖추지 못한 권위 아래에서 다른 대지의 것들과 함께 거주하기를 추구하는 대지의 것들 사이의 갈등이다. 저자는 모든 주름과 이음매가 있는 유럽을, 그들의 피난처인 유럽을 나의 고향땅이라고 부를 수 있기를 바란다고 말한다.

롤프 마이스너의 책을 다시 읽고

벤투의스케치북 — Wed, 15 Jul 2026 19:31:00 +0900

지진 때문에 지난 해 5월에 읽은 롤프 마이스너의 [지구에 관한 작은 책]을 다시 펴보았다. 두 번역자 중 한 사람인 이기화 교수는 최덕근 교수가 번역이 저술보다 더 어렵다고 말했다는 사실을 전했다. 저술은, 아는 것만 쓰면 되는데 번역은 자기가 모르는 것도 이해해야 하기 때문이라는 것이다. 이 책을 처음에 어떻게 알게 되었는지 기억나지 않지만 알게 되어 대단한 행운이라 생각한다.
저자를 통해 재미 있는 개념을 알았기 때문이다. 처음 읽었을 때 접했지만 별 주의를 기울이지 않다가 어제 그 위상과 중요성을 깨달았다. 마샤 비요르네루드의 [Geopedia]는 나오지 않고 그의 [Timefulness]에는 나온다고 알려졌다. 롤프 마이스너, 마샤 비요르네루드 모두 구조지질학자다.

역사학은 인문학임과 동시에 과학이라고 말하는 책 - [삼국시대, 진실과 반전의 역사 - 유물과 유적으로 매 순간 다시 쓰는 다이나믹 한국 고대사]

벤투의스케치북 — Mon, 13 Jul 2026 19:30:00 +0900

삼국시대, 진실과 반전의 역사 - 유물과 유적으로 매 순간 다시 쓰는 다이나믹 한국 고대사
권오영 지음 / 21세기북스 / 2020년 08월

국사학 박사 권오영은 고대사는 불확실성(문헌 자료 부족)으로 백가쟁명의 장이 되었는 바 사료가 풍부한 근현대사에서는 있을 수 없는 현상으로 자료가 부족하다는 이유로 상상의 나래를 펼 수 있는 것이 아니라 더욱 엄격한 논리가 요구된다고 말한다. 저자는 이런 의미에서 역사학은 인문학임과 동시에 과학이라고 설명한다. 저자는 고대사 해석의 1등 사료인 고고학적 자료가 제대로 활용되지 못하고 있고, 역사학 고유의 방법이라는 도그마에 빠져 눈부시게 발전하는 자연과학, 공학, 통계학, 법의학 등 인접 학문의 방법론을 활용하는 융복합적 연구에 소홀하고, 한반도라는 좁은 공간만을 대상으로 연구와 교육을 전개하는 탓에 한국 고대사회의 특징을 외국의 사례와 비교하여 세계사적 보편성과 한국의 특수성을 설명하는 비교사적 시각이 크게 부족하다는 점에 스스로도 책임을 느끼고 [삼국시대, 진실과 반전의 역사]를 집필하게 되었다고 말한다. 저자는 [삼국사기], [삼국유사] 등은 실제 참고할 내용이 그렇게 많지 않다고 말한다. 저자에 의하면 땅속에서 발견되는 매장문화재 즉 발굴되는 실물 자료는 매년 기하급수적으로 증가하는 추세다. 고대사 연구자들이 땅에서 나오는 이 빅데이터를 어떻게 활용하는가에 따라 미래의 한국 고대사 연구의 성패가 달렸다. 현재 한국 고대사 연구자들이 가장 관심을 기울이는 주제는 단연 고대국가 형성사이다. 그 다음은 삼국시대의 지배구조다. 반면 생활사 연구에 뛰어드는 이는 많지 않다. 박물관에서 시민을 대상으로 개최하는 고대사 관련 강좌를 듣노라면 금세 따분함을 느끼는 이유가 여기에 있다. 고대사라 하면 온통 정치사나 제도사 이야기뿐이고 고고학은 토기의 형식 분류와 연대 추적을 소개하는 경우가 대부분이기 때문이다. [삼국사기]는 우리에게 백제 개로왕의 죽음에 얽힌 일화 하나를 소개한다. 고구려 장수왕은 백제를 멸망시키기 위해 바둑의 고수인 승려 도림을 백제에 보냈고 도림은 개로왕의 환심을 사 그의 측근이 된다. 결국 도림은 개로왕을 꼬드겨서 왕릉과 궁궐을 더 크게 짓는 토목공사를 일으키도록 한다. 개로왕은 한정된 국력을 염두에 두지 않고 대규모 토목공사를 감행했고 그 결과 국고가 텅 비어 백성들은 위기를 맞았다. 장수왕은 이 틈을 타 군대를 파견해 백제 도성을 함락시키고 개로왕을 죽인다. 이때 개로왕이 감행한 대규모 토목공사를 [삼국사기]는 증토축성(蒸土築城)이라 표현했다. 의미가 명확하지는 않았기에 수수께끼 같은 의미를 풀겠다며 많은 역사가들이 달려들었다. 증토란 흙을 찌다라는 의미인데 흙을 단단하게 다진 것이라고 보거나 많은 흙을 모았다는 식으로 해석하기도 했다. 그런데 해답은 중국의 섬서성 유림 지역의 통만성에 있었다. 중국 학자들이 통만성을 발굴조사해 성을 쌓은 자료를 분석해 황토와 석회가 사용되었음을 밝혔다. 황토와 석회에 물을 섞으면 화학반응이 일어나 많은 수증기가 발생하는데 고대인들은 이 현상을 보고 흙을 찌다 즉 증토라 표현한 것이다. 결국 백제도 토목건축공사에 석회를 사용했을 가능성이 커졌다. 이 사례는 한국 고대사를 연구하는 연구사가 한국이란 틀 안에 갇혀 있어서는 안 된다는 사실을 여실히 보여준다. 황토와 생석회(산화칼슘)를 섞은 뒤 물을 부으면 생석회가 물과 반응해 소석회(수산화칼슘)로 변하는 소화 반응이 일어난다. 이 반응은 엄청난 에너지를 뿜어내는 격렬한 발열 반응이다. 온도가 순식간에 섭씨 100도~200도 이상으로 치솟기 때문에 물이 끓어오르며 엄청난 수증기(김)가 피어오르게 된다. 조상들은 이 흙에서 김이 모락모락 나는 모습을 보고 '흙을 찐다(蒸土)'고 표현한 것이다. 소석회(消石灰)의 소(消)는 사라질 소란 의미다. 생석회의 격렬한 반응(열)이 완전히 끝나 안정된 상태가 되었다는 의미다. 소석회 자체는 생석회보다 전혀 단단하지 않으며 오히려 부드럽고 잘 부서지는 고운 가루 형태다. 그러나 시간이 지나면 다시 돌처럼 굳는다. 소석회를 진흙(황토)과 섞어 반죽해 두면 공기 중의 이산화탄소를 천천히 흡수한다. 이 과정에서 소석회가 원래의 단단한 암석이었던 탄산칼슘 상태로 돌아가며(탄산화 반응) 주변의 흙을 콘크리트처럼 단단하게 결합시킨다. 생석회를 그대로 벽에 바르면 문제가 생긴다. 비나 수분을 만나면 그 안에서 열을 내며 부피가 대폭 늘어나 벽이 다 갈라지고 터지는 것이다. 돌덩어리인 생석회로는 벽을 매끄럽게 바르거나 흙과 골고루 섞을 수 없다. 고운 가루 형태인 소석회여야만 흙, 물과 부드럽게 반죽할 수 있다. 돌덩어리인 생석회로는 벽을 매끄럽게 바르거나 흙과 골고루 섞을 수 없고 고운 가루 형태인 소석회여야만 흙, 물과 부드럽게 반죽할 수 있는 것은 단백질 음식을 먹으면 아미노산으로 분해된 뒤 다시 결합하여 근육을 만드는 단백질로 거듭나는 것을 닮았다. 사람의 뼈는 조선시대 후기 무덤에서 가장 많이 발견된다. 그 이유는 이때부터 황토와 석회에 물을 섞어 회격묘를 만들었기 때문이다. 회격묘는 시간이 지날수록 단단해질 뿐 아니라 내부 밀폐 상태가 잘 유지돼 나무 뿌리나 곤충의 침투를 효과적으로 막아낸다. 내부 환경도 안정된 상태로 유지되기에 목관과 수의도 잘 보존된다. 조선시대 사대부들의 무덤 양식인 회격묘(灰隔墓)는 주희가 편찬한 가정 의례 지침서인 [주자가례(朱子家禮)]의 〈상례(喪禮)〉 편에 그 제작 방법이 아주 구체적으로 수록되어 있다. 석실묘의 단점을 보완하는 차원이었다. 주희가 살던 남송(南宋) 시대에는 풍수지리설이 유행하면서 부모의 묘를 화려한 돌방(석실)으로 만드는 사치 풍조가 심했다. 하지만 주희는 석실묘가 시간이 지나면 돌 사이에 틈이 생겨 물이 차고 나무뿌리가 뚫고 들어간다는 치명적인 약점을 파악했다. 주희는 비싼 돌을 깎는 대신 주변에서 쉽게 구할 수 있는 석회와 흙을 짓이겨 다지면(회격) 비용은 획기적으로 줄이면서도 시간이 흐를수록 돌보다 더 단단해져 부모의 유골을 영구히 보호할 수 있다는 실용적인 비밀을 간파했다. 격(隔)은 관과 흙 사이에 석회 벽을 쳐서 외부 환경(물, 나무뿌리, 벌레)으로부터 관을 완벽하게 차단하고 가로막는다는 의미를 지닌다. 저자는 갓난아기 때 두개골에 압박을 가해 머리뼈 모양 자체를 납작하거나 길쭉하게 변형시키던 고대의 독특한 풍습인 편두(褊頭)를 이야기한 데 이어 사람 뼈를 잘못 해석해 역사 자체를 왜곡한 사례에 대해서도 이야기한다. 저자는 도굴에 대해서도 이야기한다. 도굴의 역사는 아주 유구해서 이집트에서는 피라미드를 만들 때부터 도굴이 심하게 행해졌다고 한다. 무왕의 쌍릉은 고려 때 이미 도굴을 당했다는 기록이 남아 있다. 그러나 수백 년 동안 쌓인 흙을 퍼내야 하는 도굴 과정에서 말끔하게 유물을 쓸어가기는 어렵기에 조심스럽게 흙을 채굴하다 보면 도굴꾼들이 흘리고 간 유물들을 발견하는 경우가 많다. 전체적으로 백제는 신라나 가야처럼 엄청난 양의 부장품을 무덤에 두지는 않았다. 백제와 고구려는 무덤을 크게 만들고 순장하는 풍습을 빨리 없앴다. 그 이유는 불교를 빨리 수입한 것과 관련이 된다. 시인 고고학자 고(故) 허수경은 “마을이 있는 곳에는 무덤도 있다. 꽃이나 음식이나 술을 들고 무덤을 방문하는 일은 죽은 자와 인연이 있던 산 자들이 아직 살아 있을 때 하는 일이지만 세월이 흐르고 나면 무덤을 방문하는 이는 도굴꾼 아니면 고고학자들이다. 어떤 맥락에서 본다면 무덤을 쫓아다니는 도굴꾼과 고고학자의 내면은 비슷할 것이다.”([모래 도시를 찾아서] 106 페이지)란 말을 했다. 저자는 유네스코에 등재된 세계문화유산의 압도적 다수가 수도 또는 수도와 관련된 유산이라는 데에 주목해보자고 말한다. 대부분의 사람에게 익숙하거나 잘 알려진 유적 또는 유산의 대부분은 한 왕조의 수도이거나 왕궁이다. 이처럼 대부분의 수도 유적은 세계문화유산에 걸맞은 가치를 지니고 있다. 그래서 지금도 많은 국가가 자국 내의 역사 수도 유적을 유네스코 세계문화유산에 등장하기 위해 많은 노력을 기울이고 있다. 청동기시대부터는 신석기시대까지 이어져 오던 평등한 사회가 깨지며 잘 사는 사람과 못사는 사람으로 나뉜다. 가진 자와 못 가진 자, 가진 집단과 못 가진 집단 간의 대립, 사회적 갈등, 긴장된 분위기 등이 청동기시대를 대변하는 이미지가 된 것이다. 이때부터 등장한 환호취락(還戶聚落)은 지속해서 발전한다. 방어적인 측면을 강조한 취락은 산 위로 올라가고 많은 주민이 사는 취락은 나지막한 구릉 위에 마련된다. 환호는 방어 기능 외에도 마을 안팎을 나누는 역할을 했는데 이 때문에 수도 안에 사는 중앙인과 바깥에 사는 지방인을 구분 짓는 차별의 시발점이 됐다. 이렇게 발전한 취락을 중심 취락 또는 거점 취락이라고 부른다. 백제의 마지막 수도인 사비 도성, 고구려의 마지막 수도인 장안성도 경주 월성과 마찬가지로 바둑판 모양의 질서 정연한 토지 구획에 나섰다. 그 결과 이런 수도 유적에서는 굳이 땅을 파지 않고도 항공 촬영만으로 정연한 도시의 흔적을 볼 수 있다. 중국 요령성 환인에는 고구려를 건국한 주몽이 건설한 왕성이라 추정되는 오녀산성이 있다. 국가를 세우며 경사가 90도에 가깝도록 가파른 산 위에 왕성을 세웠다는 것은 당시 항상적으로 전쟁이 일어났음을 ‘간접 증거’(방증; 傍證)한다. 고구려, 백제, 신라, 가야는 모두 주변 세력 또는 중국과 치열한 전쟁을 치렀다. 그러니 방어 취락이 빠르게 발전했음을 물론이고 이를 발전시켜 산성을 만든 것이다. 왕성 자체가 산성의 형태를 취한 고구려의 오녀산성과 환도산성 외에도 평지에 있는 왕성을 보호하기 위해 주변에 위성처럼 여러 개의 산성을 배치했다. 때로는 새로 정복한 지역을 통치하기 위해, 때로는 외적과의 항쟁을 위한 군사적 요충지에도 산성을 쌓았다. 그 결과 삼국시대에 건설된 산성의 수는 셀 수 없을 정도로 많다. 어떤 연구자의 통계에 따르면 남한 지역에만 2000개가 넘는 성이 존재한다. 일부 재야사학자나 유튜버들이 북한 평양이 고구려의 마지막 수도가 아니라 중국 평양이 고구려의 마지막 수도라고 말한다. 그러나 고고학적 유물과 정식 학계의 검증 결과는 북한 평양이 고구려의 마지막 수도(장안성)이자 중심지였음을 완벽하게 증명하고 있다. 장수왕이 427년 국내성에서 평양으로 천도했을 때 지은 거대한 평지 왕궁인 안학궁(安鶴宮) 터, 안학궁의 배후에 있는 방어용 석축 산성인 대성산성(大城山城), 고구려의 마지막 수도 성곽인 펑양성(장안성) 등이 북한 평양에서 발견되었다. 이 밖에 평양 고산동 고분군, 강서대묘, 덕흥리 고분, 수산리 고분 등 평양 일대에서 화려한 고구려의 생활상, 사신도, 천문도가 그려진 벽화 무덤이 무더기로 발굴되었다. 475년 고구려 장수왕의 침략에 맞서 치열하게 싸우다가 전세가 불리해지자 북성을 빠져나가 남성으로 향하던 개로왕은 고구려 군에 의해 체포된다. 그는 한강을 건너 고구려 군사기지가 있던 아차산으로 끌려가 죽임을 당한다. 그리고 백제는 멸망했다. 당시 치열한 전쟁을 치렀던 현장은 국내외 사설을 통해 북성과 남성, 대성과 왕성 등의 명칭으로 표현되며 당시의 수도는 위례성과 한성이라 기록되어 있다. 이들의 관계를 풀기 위한 논쟁은 1000년 이상 지속되었으나 성의 위치를 명확히 하는 데는 실패했다. 양주, 천안, 광주, 하남 등 모두를 소환해 봐도 자료가 부족했기 때문이다. 단편적인 문헌 자료를 토대로 억지로 문헌 고증을 하거나 유적의 발음을 가지고 이리저리 맞춰보는 등 초보적인 연구를 지속했지만 문제를 해결할 수 없었다. 그런데 1925년 을축년 대홍수라 불리는 전대미문의 홍수로 인해 풍납토성 서벽이 무너지면서 중국에서 수입한 것으로 보이는 중요한 유물이 출토되었다. 그러나 이 성을 백제의 왕성으로 보는 연구자는 드물었으며 오히려 [삼국사기]에 등장하는 사성이라는 주장에 오랫동안 힘이 실렸다. 1980년대에 서울 몽촌토성과 하남 이성산성을 발굴 조사하면서부터 대부분의 연구자는 하남 위례성이 있던 곳으로 몽촌토성과 이성산성에 주목하기 시작했다. 결국 1999년에 진행한 풍납토성 동벽 조사로 인해 위례성 위치 논쟁을 종결할 수 있었다. 김부식, 일연, 정약용 등 무수한 인물들이 찾으려 노력했지만 실패했던 위례성을 찾을 수 있었던 이유는 오로지 풍납토성 발굴조사 덕분이다. 혹자는 풍납토성의 규모가 일본의 헤이조쿄보다 작아서 결코 백제 왕성이 될 수 없다고 말한다. 그런데 풍납토성의 축조시기를 3~4세기 무렵이라고 보면 710년에 완성된 헤이초교보다 400년 이상 앞선 것이다. 동아시아 수도제의 발달 과정에서 3~4세기는 왕권과 왕성만 짓던 시기로 주변 지역을 바둑판식으로 나누는 지할(地割)은 유행하지 않았다. 풍납토성이 절대 백제의 왕성이 될 수 없다고 주장하는 이들의 논리는 한강변에 바짝 붙어 있어 수해에 취약하기 때문에 한 국가의 왕성으로는 부적절하다는 것이다. 물론 1925년 을축년 대홍수 때 풍납토성과 그 인근이 수해를 입은 것은 사실이다. 그러나 고지형을 분석해보면 현재 한강의 흐름은 근대 이후 많이 변형되었으며 과거에는 풍납토성이 지금처럼 한강변에 바짝 붙어 있지 않았다는 사실이 드러났다. 지형적으로 보면 풍납토성은 단구(段丘) 형태로 된 한강변의 자연 제방 위에 우뚝 솟아 있었기 때문에 삼국시대에는 쉽게 침수되지 않았을 것이다. 현재 지형을 두고 1500년 전의 지형을 논하는 것은 무의미하다. 역사의 연구는 당시 경관에 대한 이해를 기초로 이루어져야 한다. 저자는 공부를 할수록 민족의 기원이라는 주제 자체가 해결 불가능한 것이라는 생각을 하게 됐다고 말한다. 사료적 가치를 의심받는 문헌을 토대로 짓는 집이 사상누각이라는 것도 깨달았다고 말한다. 21세기에 접어들어 우리 사회 구성원의 인종적 스펙트럼이 획득되는 모습을 보면서 민족주의 역사학의 역기능에 대해서도 생각도 되었다고 말한다. 한민족의 순수함과 우월함을 부르짖는 한편에선 차별로 소요되는 이웃이 있음을 알게 되었기 때문이라고 말한다. 저자는 눈부신 과학의 발달은 모든 학문 분야의 변화를 강요하고 있다고 말한다. 역사학도 예외는 아니어서 다양한 주제와 평론에 대한 논의가 이루어지고 있다고 말한다. 그럼에도 불구하고 급변하는 실태와 담 쌓고 과거의 주제와 방법론이 여전히 주류를 이루는 분야가 한국 고대사라고 말한다. 필자 또한 이러한 현상에 대한 책임에서 벗어날 수 없음을 고백한다고 말한다.

고구려와, 고구려 지역이었던 연천의 역사, 지질 - [고구려에서 만난 우리 역사]

벤투의스케치북 — Mon, 13 Jul 2026 14:36:00 +0900

고구려에서 만난 우리 역사
전호태 지음, 전혜전 그림 / 한림출판사 / 2015년 08월

전호태의 [고구려에서 만난 우리 역사]의 핵심 주제는 영토 확장 과정에서 다양한 민족을 포용하며 성장한 대표적인 다민족, 다문화 국가였던 고구려의 역사와 문화사 전반을 통해 오늘날 한국 문화의 원형과 참된 역사의식을 규명하는 것이다. 고구려를 세운 추모왕(주몽)은 본래 동부여(또는 북부여) 왕실에서 자란 인물이다. 주몽은 부여 대소왕자의 시기(猜忌)와 생명의 위협을 피해 지지 세력을 이끌고 압록강 유역으로 남하했다. 주몽 무리는 태백산(太白山; 백두산) 꼭대기에서 비롯되어 북쪽 너른 벌판으로 흐르는 큰 강 하나를 간신히 건너고 나서야 부여 대소 왕자의 군사들을 따돌릴 수 있었다. 이 후 졸본 지역의 토착 세력과 결합하여 세운 나라가 고구려다. 삼국사기 등의 기록에 따르면 주몽이 처음 나라를 세웠을 때의 이름은 고구려가 아니라 졸본부여(卒本扶餘)였다. 고구려 사람들은 흙을 다져 쌓는 토성, 흙과 돌을 섞어서 쌓는 토석 혼축성도 만들었지만 돌이 많은 산간지대에 주로 살았던 까닭에 산과 평지가 맞닿는 지점의 돌로 쌓는 석성을 많이 만들었다. 고구려 석성의 벽은 가장 아랫부분에 커다란 네모꼴 바위 돌을 쌓고 그 위에 앞이 약간 넓고 뒤가 좁은 옥수수와 형태의 돌을 바깥에 놓고 베틀의 북처럼 양쪽 끝이 뾰족한 돌을 안쪽에 끼워 넣어 서로 쐐기처럼 맞물리게 하는 방식으로 쌓았다. 또 아래는 폭이 넓고 위로 갈수록 좁아지게 조금씩 들여 쌓는 퇴물림 쌓기를 적용하여 높이 쌓아도 견고하여 외부의 큰 충격에도 견딜 수 있게 하였다. 또한 성벽 구간에 큰 바위가 나타나면 그 형태에 맞게 돌을 다듬어 붙여 쌓는 방식인 그랭이 방식으로 자연 암반이 단단한 성벽의 일부가 되게 했다. 두 방식은 인위적인 시멘트나 접착제 없는 시대에 두 돌이 이빨 맞추듯 완벽하게 밀착되어 지진이나 충격이 가해졌을 때 성돌들이 따로 놀지 않고 비정형의 돌기들이 서로를 꽉 붙잡아주기 때문에 흔들릴지언정 절대 무너지지 않는 엄청난 견고함을 자랑했다. 정리하면 그랭이 방식을 통해 땅바닥(암반)과 성벽의 첫 단을 일체형으로 단단히 고정했고, 그 위로 퇴물림 쌓기를 통해 성벽이 밖으로 쏟아지지 않도록 구조적 안정감을 완성시켰다. 그랭이는 우리 전통 건축에서 울퉁불퉁한 바탕면의 모양을 그대로 본떠 그릴 때 사용하는 집게 모양의 도구(연장)를 뜻하는 순우리말 이름이다. 고구려는 성벽 구간별로 책임자를 정하고 그 사실을 성돌에 새겨놓아 부실 공사로 성벽이 무너지는 일이 없도록 예방하기도 했다. 성벽을 쌓으면서 일정 구간마다 성벽에 접근한 적을 옆에서 공격할 수 있도록 직각으로 튀어나오게 만든 치(雉)도 설치하였다. 저자는 고구려를 단순한 정복 국가가 아닌 다채로운 삶이 공존했던 문화 강국으로 조명한다. 고구려를 건국하고 지배층을 형성한 핵심 세력은 예맥(濊貊)족이다. 기원전 10세기 이전부터 만주 남부와 한반도 북부를 무대로 삼아 살았던 사람들로 예로 불리던 사람들이 고조선을 세웠고 맥으로 불리던 이들이 부여를 건국했다. 구려라고 불리다가 고구려라 불리게 되었다. 구려는 성(城)을 의미한다. 고구려는 만주와 북방 영토를 넓히는 과정에서 말갈족, 거란족, 선비족, 숙신족 등 다양한 북방 종족들을 연합하거나 속민으로 받아들였다. 고구려는 낙랑군과 대방군을 흡수하고 중국의 혼란기(5호 16국 시대)를 거치면서 많은 중국계 유이민과 망명객을 정착시켰다. 5호는 다섯 유목 민족인 흉노, 선비, 갈, 저, 강 등을 의미하고, 16국은 화북(華北; 중국의 북부) 지방에 세워진 유목 민족의 국가 11개와 한족 국가 5개를 합친 것을 뜻한다. 고구려의 북부 초원/산림 지대는 유목과 수렵 중심이었고, 서부 및 한반도 중북부 평야는 농경 중심이었고, 동해안 및 해안 지대는 어업 중심이었다. 중국의 5호 16국 시대인 4세기~5세기는 중국 역사상 기후가 가장 악화되었던 대표적인 극심한 한랭기(제2차 한랭기)였다. 당시 기온은 앞선 시대에 비해 지구 기온이 1~2도 낮았다. 이 시기는 여름(5~8월)에 눈이 내리거나 서리가 빈번하게 내렸고, 겨울에는 폭설과 함께 바다나 큰 강이 얼어붙는 이상(異常) 한파(寒波)가 수십 차례 반복되었다. 한랭화와 함께 찾아온 건조 기후로 인해 대가뭄이 장기간 지속되었다. 가뭄 끝에 찾아오는 메뚜기 떼(황충)의 습격으로 화북 지방의 농작물은 초토화되었다. 몽골 고원과 만주 일대의 기온이 급락하자 초원이 황폐해져 가축들이 떼죽음을 당했다. 몽골의 경우 한파와 건조한 기후가 만난 것을 조드라고 한다. 생존의 기로에 선 흉노, 선비, 갈, 저, 강 등 5개 유목 민족(5호)이 따뜻하고 먹을 것이 있는 남쪽(중원 화북 지방)으로 대거 이동하게 된 결정적 계기가 되었다. 중원의 한족(진나라) 역시 냉해와 가뭄으로 농사를 완전히 망쳤다. 국력이 극도로 약해진 상태에서 식량을 찾아 내려오는 유목민의 군사적 압박을 견디지 못하고 무너졌다. 고구려 장수왕의 평양 천도(遷都)는 중국의 5호 16국 시대가 끝나기 직전인 427년에 일어난 사건이다. 고구려 연구가 김용만 소장은 고구려가 국내성(중국 길림성 집안 지역에 자리한, 압록강 기슭의 좁고 긴 평야지대)을 떠나 평양으로 천도한 배경 중 하나로 국내성에 지나치게 많아진 공동묘지와 주거 환경 악화를 꼽았다. 400년 동안 인구가 누적되면서 국내성 주변 공간은 수만 기의 무덤으로 가득 차 도시 전체가 거대한 공동묘지처럼 변해버렸다. 전호태 교수의 본문([고구려에서 만난 우리 역사])은 이렇게 말한다. “수백 년에 걸쳐 고구려의 서울로 기능 하는 동안 왕실과 귀족 가문에서는 하나같이 국내성 일원에서 장지(葬地)를 구했다. 이런 까닭에 5세기경에는 죽은 사람의 누울 자리를 마련하기 위해 산 사람의 집터마저 밀어낼 지경이 되었다. 죽은 사람의 무덤을 지키는 무덤 지기들의 집 자리를 마련하는 것도 간단한 일이 아니었다. 게다가 왕릉에는 수백 호, 대귀족의 무덤에는 때로는 수십 호에 이르는 무덤 지기가 붙는 것이 고구려의 관례였다 .평양 천도가 추진될 무렵에는 국내성의 수도로서의 기능 역시 한계에 다다르고 있었다.“(105 페이지) 지리학자 박정재 교수는 고구려의 평양 천도는 혹독한 추위를 피해 남하한 것이라 말한다. 둘 다 작용했을 것이다. 박정재 교수의 [한국인의 기원]에 이런 구절이 나온다. “장수왕은 수많은 조상의 무덤이 있는 국내성을 떠나 수도를 평양으로 옮기는 파격적인 선택을 하게 된다. 원 수도인 국내성에서 새로운 수도인 평양까지의 직선거리는 약 240km에 달한다. 서울에서 광주까지의 거리에 살짝 못 미치는 수준이다....그런데 당시 정점에 이른 추위를 고려하면 장수왕이 고구려의 지리적 중심인 국내성을 떠나 외곽의 평양으로 천도한 원인 중 하나로 기후변화를 제외하기란 쉽지 않다. 고구려인이 추위를 극복할 수 없어서 이주한 것은 아니었을 것이다. 장수왕이 고구려의 앞날을 그렸을 때 수도의 물리적 위치보다는 수도의 발전을 뒷받침해줄 수 있는 제반 여건들이 더 중요하다고 생각했는지 모른다. 점차 인구가 늘면서 작물 농경의 비중은 늘어만 가는데 기온이 계속 떨어지고 있다면 온난화 평양이 미래의 고구려 수도로서 더 나은 선택이라고 봤을 가능성이 높다. 결행은 빠르면 빠를수록 좋다고 생각했을 것이다.”(378, 379 페이지) [고구려에서 만난 우리 역사]에도 이 부분이 언급되어 있다. 427년 장수왕은 제국 고구려의 심장부 역할을 하기에는 지나치게 좁고 교통상의 이점도 그리 크지 않은 국내성에서 주변 개발 가능성이 크면서도 방어선 확보가 용이한 평양으로 수도를 옮겼다. 400여 년 동안 수도로 기능하면서 고구려가 왕국에서 제국으로 성장하기까지 결정적 역할을 담당했던 국내성은 고구려 귀족 가문들이 뿌리내린 도시이기도 하다. 당연히 건국 이래 국가가 겪은 고난과 영광의 주인공임을 자부하던 전통 귀족 가문들은 평양으로 수도를 이전하는 것에 반대하였다.(93 페이지) 광개토대왕, 장수왕 등과 인연을 맺은 곳이 경기도 연천(漣川)이다. 광개토왕은 재위 기간(391~412년) 적극적인 남진 정책을 펼치며 백제를 압박했다. 396년 광개토왕은 몸소 수군과 육군을 이끌고 백제를 대대적으로 공격하여 한강 이북 지역을 장악했습니다. 이 정벌 과정에서 연천을 흐르는 임진강 일대가 고구려의 영토로 편입되었다. 임진강은 당시 고구려의 최전방 방어선이자 한성백제를 타격하기 위한 거점이 되었다. 광개토왕의 아들 장수왕(재위 413~491년)은 아버지의 기반을 바탕으로 평양으로 천도(427년)하고 본격적인 한반도 경영에 나섰다. 475년 장수왕은 백제의 수도 한성을 함락하고 개로왕을 처단하며 한강 유역을 완벽하게 차지했다. 장수왕이 한강 유역까지 영토를 넓히면서 후방이 된 연천 일대(임진강 북안)에는 고구려 군대의 전초기지와 요새(보루)들이 대거 축조되기 시작했다. 고구려는 이곳에 군대를 주둔시켜 남쪽의 백제와 신라를 감시하고 보급로를 확보했다. 연천은 남한에서 유일하게 200여년 동안 고구려의 영토에 속했던 지역이다. 한강 유역(서울·춘천·충주 등)은 475년 장수왕 때 점령되었다가 551년 나·제 연합군에게 빼앗겨 고구려의 지배 기간이 약 70~80년에 불과했다. 반면 연천을 비롯한 임진강 북안 지역은 396년부터 668년 멸망 때까지 약 270여 년 동안 고구려의 영토로 지속되었다. 장수왕은 427년 평양으로 수도를 옮긴 후 48년 동안 별다른 움직임을 보이지 않다가 475년 한성 백제를 공격했다. 그 이유는 무엇이었을까? 내부 정비, 외교적 세력 균형 유지, 백제의 철저한 방어선 때문이었다. 470년대에 이르러 장수왕은 북위와의 외교 관계를 확고히 다져 북방의 위협을 완벽히 제거했다. 그 이전까지 “고구려는 강력한 북위(北魏)가 있는 중원(中原) 진출도 어려웠다.”(유성운 지음 ‘한국사는 없다’ 103 페이지) 470년대에 이르러 장수왕이 북위와의 외교 관계를 확고히 다져 북방의 위협을 완벽히 제거했다는 말은 장수왕이 겉으로는 북위에 막대한 선물을 주며 비위를 맞추었지만 속으로는 남조(南朝) 및 유연과의 동맹 카드를 쥐고 북위를 철저히 외교적으로 통제한 것을 두고 이르는 말이다. 장수왕 시대에 고구려의 영토는 남으로 한반도의 아산만에서 영덕을 잇는 선까지 내려갔다. 한반도의 대부분이 고구려의 영토가 되고 중남부 일부 지방만 신라, 백제, 가야 연맹의 땅으로 남은 형국이었다. 백제의 패퇴 이후 요하 유역을 포함하여 그 동쪽에 펼쳐진 만주, 한반도, 일본열도 지역에서 고구려의 패권적 지위를 넘볼 수 있는 세력이나 나라는 아무도 없게 되었다.(99 페이지) 심광주 교수에 의하면 475년 한성(漢城) 함락 당시 고구려로 끌려간 백제 포로 8,000명 중 백제 도성 내부의 고난도 석회·토목 기술을 가진 전문 장인(기술자)들이 대거 포함되어 있었다. 이 기술자들이 평양으로 압송되는 과정 또는 임진강·한탄강 유역의 고구려 최전방 요충지(연천)에 정착하는 과정에서 고구려 지배층(사령관급)의 무덤인 신답리 고분을 축조하는 데 투입되었다. 그 결과 고구려식 무덤(모줄임 천장 구조)의 형태를 띠고 있으면서도 내부 접착제로는 백제의 선진 석회 기술이 접목된 고구려와 백제의 기술 융합형 무덤이 연천 신답리에 탄생하게 된 것이다. 모줄임 천장 구조(말각조정, 抹角藻井)는 네모난 방의 네 모퉁이를 비스듬히 줄여가며 천장을 위로 좁혀 쌓는 고구려 무덤의 대표적인 천장 축조 양식이다. 방의 크기보다 천장 면적을 줄이면서 위로 높여 마치 돔(Dome)이나 피라미드 내부 같은 입체적인 공간감을 만들어내는 고도의 건축 기술이다.(抹; 지울 말, 角; 각도 각, 藻; 꾸밈 조, 井; 우물 정) 연천 신답리 고분의 회(灰)는 조개를 태워 만든 패회(貝灰)다. 백제는 풍부한 석회암 지대를 배경으로 조개껍질이 아닌 자연 석회암(광석)을 고온으로 가마에서 구워 만든 생석회 공법을 고도로 발전시켰다. 백제의 풍부한 석회암 지대란 사비(부여) 시기 백제의 중심지였던 충청도(금강 유역) 일대를 의미한다. 고구려 임진강 유역은 나누어 볼 필요가 있다. 임진강 상·중류(북한 지역)는 지질학적으로 고생대 조선누층군의 '하부 대석회암통'에 속하는 울창한 석회암 지대다. 반면 남한의 연천·포천·철원 일대는 약 50만 년 전 화산 폭발로 형성된 현무암(변성암, 화강암, 응회암 중심) 지대가 주를 이룬다. 만일 고구려가 본국(평양이나 임진강 북한 지역)에서 쓰던 전통 방식으로 무덤을 만들고자 했다면 임진강 상류에서 석회암을 가져와 구워 쓰거나 평양의 전통 방식을 그대로 썼을 것이다. 하지만 연천 신답리 고분은 연천 주변 강가나 서해안에서 구하기 쉬운 조개껍데기(패회)를 기본 원료로 썼다. 즉 먼 북방에서 석회암을 공수해 오지 않고 연천 현지에서 조달할 수 있는 원료를 택한 것이다. 정리하면 고구려가 남진하여 차지한 최전방 방어선인 연천 현지에서 무덤을 축조할 때는 북방의 석회암을 가져오지 않고 현지의 조개껍데기(패회)를 썼다. 이때 한성에서 생포한 백제 기술자들의 배합 노하우가 융합되었다는 것이 학계의 과학적인 분석 결과다. 지리적 지질 분포와 고고학적 유물이 정확히 맞아떨어지는 흥미로운 대목이다. 고생대 조선누층군의 '대석회암통(大石灰岩統)'은 고생대 초기(캄브리아기~오르도비스기에 해당하는 약 5억~4억 5천만 년 전) 한반도가 따뜻한 얕은 바다(해성층)였을 때 산호나 조개껍데기 같은 석회질 생물체와 침전물이 수천 미터 두께로 쌓여 형성된 한반도 최대의 석회암 지층을 뜻하는 지질학적 명칭이다. 고생대 초기(5억~4억 5천만 년 전) 한반도의 상당 지역(평남분지, 태백산분지)이 따뜻한 얕은 바다(조선해)여서 거대한 석회암 지층을 형성했던 것과 달리 남한의 연천 지역은 당시 바다가 아닌 거대한 대륙판의 일부(경기육괴)로서 육지 환경이었거나 지질학적 공백(결층)에 해당한다. 연천, 경기, 충청, 전라도 일부가 속한 경기 육괴는 당시 남중국판(Yangtze Craton)의 일부였다. 고생대 초기에 이 지역은 바다로 덮여 석회암을 쌓던 지역이 아니라, 오랜 기간 퇴적이 일어나지 않거나 침식을 받던 육지 환경(지질학적 공백 또는 결층)이었다. 북한, 강원도 삼척·태백 일대가 속한 평남분지와 태백산분지는 당시 북중국판(Sino-Korean Craton)의 일부였다. 이 두 지역은 고생대 캄브리아기~오르도비스기(약 5억 년 전)에 따뜻하고 얕은 바다인 조선해(조선누층군) 환경을 공유하고 있었기 때문에 대규모 석회암 지층이 형성되었다. 연천의 미산층(Misan Formation)은 원래부터 현재의 한반도 위치에 있던 지층이 아니다. 당시 적도 부근에 있던 남중국판의 얕은 바다(대륙붕)에서 쌓인 퇴적물이 약 2억 5천만 년 전 대륙 충돌과 함께 지금의 연천 위치로 이동해 들어온 것이다. 고생대 중기인 데본기(약 4억 년 전) 남중국판은 현재의 위치가 아니라 적도에 가까운 따뜻한 남반구 혹은 적도 인근에 위치해 있었다. 당시 남중국판 가장자리의 얕은 바다(대륙붕 환경)에서는 모래, 진흙, 그리고 조개껍데기 같은 석회질 물질이 번갈아 쌓이고 있었다. 이 퇴적물들이 굳어 훗날 연천 미산층의 원암(원래 암석)이 되었다. 즉, 미산층은 '태생 자체가 남중국판 출신'인 해성층(바다에서 쌓인 지층)이다. 2억 5천만 년 전(고생대 말~중생대 초) 적도 부근에 있던 남중국판이 서서히 북상하면서, 북쪽에 있던 북중국판과 격렬하게 충돌하기 시작했다. 이 거대한 대륙 충돌(송림변동) 과정에서 두 대륙 사이에 끼어있던 남중국판의 조각들과 미산층 지층이 강하게 쥐어짜이며 북중국판 밑으로 섭입하거나 밀려 올라갔다. 이때 충돌의 직접적인 '칼자국'이자 경계선이 된 곳이 바로 임진강대이며 미산층은 이 충돌대에 갇힌 채 지금의 경기 연천 지역으로 완전히 편입되었다. 단순히 위치만 이동한 것이 아니다. 두 거대 대륙판이 부딪치는 엄청난 압력과 열을 받았기 때문에 미산층은 원래의 퇴적암 형태를 잃어버렸다. 모래와 진흙, 석회질층이 번갈아 쌓여있던 구조는 고온·고압을 받아 '변성사질암'과 '석회질 규산염암'이 시루떡처럼 번갈아 나타나는 변성퇴적암(연천층군 미산층)으로 재탄생하게 되었다. 551년 고구려 왕은 양원왕(陽原王)이다. 551년 고구려가 돌궐과의 전쟁에 몰두하는 동안 신라와 백제의 연합군은 한강 유역 고구려 요새들에 대한 기습 공격을 감행하였다. 고구려는 한순간에 한강 유역뿐 아니라 동해안의 옛 옥저, 동해의 고지까지 모든 잃었다. 552년 더욱 강력해진 돌궐이 유연을 멸망시키는 등 대외 정세는 고구려에 이전보다 더 불리하게 돌아갔다. 양원왕은 만약의 사태에 대비하여 평양의 평지성과 산성의 기능을 모두 갖춘 새로운 형태의 고구려 성인 장안성을 쌓기 시작했다. 557년 서위가 망하고 북주가 들어서면서 고구려를 둘러싼 국제 정세는 더욱 더 빠르게 세력 재편을 향한 소용돌이에 휩싸이게 되었다.(136 페이지) 아차산성을 지키던 신라군의 화살이 공성전(攻城戰)을 지휘하던 온달 장군의 갑옷을 꿰뚫고 말았다. 장수를 잃은 고구려 군은 떨어진 사기를 회복하지 못하고 결국 아차산성 일대에서 물러났다. 이제 신라가 한강 유역 전체와 동해안 북쪽 지역을 차지한 것이 고구려가 전략상 후퇴를 단행했기 때문만 아니라는 사실이 확인되었다. 온달 장군의 전사를 계기로 한반도 정세에서 고구려가 누리던 절대적 우위는 회복할 수 없는 과거의 일임이 재확인되었다. 고구려로서는 남쪽 전선에도 북쪽 전선에 버금가는 무게를 두어야 한다는 사실이 명확해졌다.(141 페이지) 559년에 즉위한 평원왕은 32년에 이르는 재위 기간에 격변하는 동아시아 정세에 적절히 대응하면서 고구려의 영광을 되찾고자 온갖 노력을 기울였다. 안으로는 민심을 다독이고 인재를 모았으며 밖으로는 수시로 중국 왕조들에 사절을 보내 대륙 정세의 흐름을 읽고는 어느 한쪽에 치우치지 않는 우호적 외교관계를 유지하려 애썼다. 평원왕대 평양 장안성 축조 공사는 계속되었고 요하부터 평양에 이르는 전략적 요충의 성과 요새의 보수 작업도 꾸준히 이루어졌다.(147 페이지) 연천 호로고루는 551년 고구려가 한강 유역을 상실한 시점부터 668년 고구려가 멸망할 때까지 약 120여 년 동안 고구려의 남쪽 국경을 지키는 최전방 방어 기지이자 국경 방어사령부 역할을 수행했다. 수(隋)나라는 고구려를 무리하게 침공하다가 건국 37년 만에 허망하게 멸망한 중국의 단명 통일 왕조다. 수나라가 무너진 혼란을 수습하고 중원을 차지한 나라가 바로 고구려의 다음 숙적이 되는 당(唐)나라(618년~907년)다. 수나라는 단명했지만 고구려의 역사와 국운을 송두리째 흔들 만큼 치명적이고도 장기적인 영향을 미쳤다. 16년간 이어진 4차례의 전쟁 동안 고구려 전역(특히 요동 지역)이 전쟁터가 되었다. 백성들이 농사 대신 성을 지키고 군량미를 조달하느라 생산 기반이 황폐해졌다. 북쪽의 거대한 위협에 모든 국력을 쏟아부어야 했기 때문에 신라에게 빼앗긴 죽령 이북의 한강 유역 영토를 무력으로 되찾을 여력을 완전히 상실했다. 수나라가 멸망한 후에도 고구려는 언제 다시 중국 제국이 침략할지 몰라 극심한 안보 불안에 시달렸다. 이에 대비해 16년에 걸쳐 요동 국경에 천리장성을 쌓는 대공사를 진행하며 국력을 연이어 소모했다. 이 장기적인 국가 위기 속에서 군부 강경파였던 연개소문이 정변을 일으켜 정권을 장악했다. 이는 고구려 지배층 내부의 심각한 분열로 이어져 훗날 멸망의 직접적인 원인이 된다. 고구려가 수나라를 멸망으로 몰고 갈 정도로 강대하다는 사실은 새로 들어선 당나라에 엄청난 위협으로 다가왔다. 당나라는 수나라의 실패를 거울삼아 철저한 준비를 거쳐 고구려를 다시 침공하게 되었으며, 결국 고구려는 수·당과 도합 70여 년에 걸친 장기 전쟁을 치르며 완전히 고갈되었다. 결과적으로 수나라와의 전쟁은 고구려 군사력의 위대함을 증명한 빛나는 승리(살수대첩)였지만 동시에 고구려의 생명력을 갉아먹어 훗날 나당연합군에게 멸망하는 결정적인 계기를 제공한 역사의 변곡점이었다. 645년 당과의 전쟁에서 승리한 뒤 646년 천리장성이 완공되어 요동 방어선이 더 두터워지자 고구려는 자주 군대를 내어 신라의 변경을 두드렸다. 백제와 고구려에 협공당하는 꼴이 된 신라가 당에 구원을 청하는 것은 자연스러운 일이었다. 648년 신라의 김춘추와 당태종 사이에 맺어진 비밀 군사 동맹으로 당은 고구려 외에 백제와 신라도 넘볼 수 있게 되었다. 665년 연개소문이 죽은 뒤 고구려 지배층의 권력투쟁은 극에 달했다. 패배한 자들이 자신의 세력과 함께 적국 신라와 당으로 망명하면서 저들이 지배하던 땅과 백성들을 졸지에 속한 나라가 바뀌는 웃지 못할 일이 잇따라 일어났다. 667년 당이 다시 한 번 대군을 일으킬 즈음 고구려는 이미 철벽을 자랑하던 국경 방어선 여기저기에 구멍이 뚫린 상태였다. 668년 9월 서쪽에서 당, 남쪽에서 신라의 공격을 동시에 받기 시작한 지 1년 만에 평양성은 적의 대군에 포위되었다. 겹겹이 포위된 채 공격받기 시작한 평양성은 한 달을 채 버티지 못하고 무너졌다.(246 페이지) 연천 무등리 2보루는 완전한 형태의 고구려 철갑옷과 제철 유적이 발견된 고구려 최고의 군수·병참 기지다. 임진강 서쪽 구릉(해발 93m)에 위치한 이 보루는 남쪽 국경의 다른 고구려 성곽들과 구별되는 매우 독특하고 중요한 고고학적 특징을 가지고 있다. 2보루 내부에서는 1,500년 전 고구려 장수나 보병이 입었던 철제 찰갑(비늘갑옷)과 투구 1벌이 통째로 주저앉은 온전한 상태로 발견되었다. 남한 지역 고구려 유적 중 이처럼 완벽한 형태의 보병용 찰갑이 출토된 것은 무등리 2보루가 처음으로, 고구려 무기 제작 및 방어구 구조 연구에 획기적인 자료가 되었다. 보루 내부에서 철을 제련할 때 나오는 금속 찌꺼기(슬래그)와 제철 작업 흔적이 대량 발견되었다. 군사들이 단순히 주둔만 하던 다른 보루들과 달리 이곳은 소규모 용광로를 갖추고 철제 무기와 군수품을 직접 제작하여 인근 보루들에 보급하는 병참사령부 역할을 했다. 6~9세기경의 쌀, 좁쌀 등의 탄화 곡물과 함께 수레 부속기, 농경용 보습 등이 다량 수습되었다. 동쪽과 남쪽이 험준한 절벽으로 이루어진 지형을 활용해 후방에서 조달한 군량미를 안전하게 보관하던 창고가 존재했음을 보여준다. 둘레 약 350m의 석축 산성으로 대강 다듬은 현무암 석재 사이에 점토(찰흙)를 함께 채워 넣는 특이한 방식으로 성벽을 견고하게 다졌다. 성벽 외면에 점토를 두껍게 덧대어 붕괴를 막았고 성벽을 지탱하기 위해 나무 기둥을 박았던 구멍(영정주 흔적)과 적을 측면에서 공격할 수 있는 치(雉), 배수로 등이 확인되었다. 바로 옆에 있는 무등리 1보루가 행정 관청(치소) 역할을 했다면, 2보루는 철갑옷, 제철장, 곡물창고를 갖춘 핵심 군수기지로서 두 보루가 유기적으로 결합해 임진강 변의 유연나루(교통로)를 완벽하게 통제하고 있었다.

양자역학은 불가능하고 신기하게 보이더라도 물리학의 일반 원리에 맞는 과학 이론임을 역설하는 책 - [우리집 강아지에게 양자역학 가르치기 - 나의 첫 양자 수업]

벤투의스케치북 — Sat, 11 Jul 2026 19:05:00 +0900

우리집 강아지에게 양자역학 가르치기 - 나의 첫 양자 수업
채드 오젤 지음, 이덕환 옮김 / 21세기북스 / 2025년 05월

물리학 박사이자 화학물리학 박사 채드 오젤(Chad Orzel)의 [우리집 강아지에게 양자역학 가르치기]는 상대성 이론과 함께 현대 물리학의 한 부분을 차지하는 양자역학을 쉽고 재미있게 설명한 책이다. 제목에 나오는 강아지는 어떤 의미일까? 단순한 차원이 아니라 강아지에게 양자역학을 가르친다고 하는 것이다. 강아지는 사람과 다르게 선입견을 가지고 있지 않다. 그래서 예상치 못한 일이 일어나도 놀라지 않는다. 저자는 말한다. 우리에게 양자역학이 난해하고 난감해 보이는 것은 양자역학이 세상에 대한 우리의 상식적인 기대에 어긋나기 때문이라고. 저자가 의미하는 바는 양자역학을 배우려면 강아지처럼 생각하는 법을 배워야 한다는 것이다. 처음에 양자론을 정립하도록 만들어준 발견은 빛과 물질이 입자와 파동의 성질을 모두 가지고 있다는 입자 - 파동 이중성이었다. 일반적으로 파동이라고 생각하는 빛도 어떤 실험에서는 입자의 흐름처럼 보인다는 사실이 밝혀졌다. 그리고 일반적으로 입자의 흐름이라고 생각하는 전자빔도 어떤 실험에서는 파동처럼 보인다는 사실들도 밝혀졌다. 저자는 앞부분에서 입자와 파동의 차이를 설명한다. 파동 자체는 공간에서 변이의 확산일 뿐 물리적으로 분명한 위치와 속도를 갖지 않는다. 흥미로운 것은 입자는 한 개, 두 개, 세 개가 있다고 할 수 있지만 파동은 존재하거나 존재하지 않는다는 점이다. 양자 물리학을 이해하려면 파동에 대해서 알아야 한다. 예전에는 비교할 수 없었던 빛과 소리는 지금은 파동의 상이한 경우에 해당한다고 이야기된다. 빛과 소리는 장애물을 만났을 때 차이가 나타난다. 빛의 파동은 직선으로 지나가지만 소리의 파동은 장애물을 돌아서 가는 것처럼 보인다. 소리의 파동은 상당히 넓게 회절되기 때문에 심하게 꺾인 길에서도 소리를 들을 수 있다. 일상적인 물체는 빛의 파장보다 너무 크기 때문에 회절을 관찰할 수 없다. 그러나 충분히 작은 장애물에서는 빛의 파동적 특성을 보여주는 분명한 증거를 찾을 수 있다. 플랑크의 편법이라는 개념이 나온다. 당시 물리학자들은 빛을 끊어짐 없이 이어져 있는 물(water) 같은 것이라고 생각했다. 그런데 빛을 연속적인 파동으로 생각하니 에너지가 무한대로 나오는 이상한 현상이 생겼다. 플랑크는 빛을 모래알처럼 쪼개지는 것으로 생각했다. 플랑크의 편법은 물리학자들이 연속적인 파동이라고 생각해 왔던 빛을 입자의 경우처럼 물의 연속적인 덩어리의 흐름으로 보아야 한다는 뜻이었다. 플랑크의 가상적인 진동자는 빛을 불연속적인 밝기 단위의 입자로만 방출할 수 있다. 그 진동자가 바로 양자 물리학의 양자라는 개념이다. 플랑크가 빛의 양자에 해당하는 광자의 개념을 처음 도입한 것으로 소개되기도 한다. 그러나 실제로 플랑크는 빛이 불연속적인 양자의 흐름이라는 것을 믿지 않았다. 오히려 누군가가 자신이 사용한 이상한 편법을 쓰지 않고도 같은 결과를 얻을 수 있는 창의적인 방법을 찾아줄 것이라고 믿었다. 플랑크의 불연속적인 에너지 계산법을 적용한 결과 주파수가 낮을 때는 고전역학의 비례 그래프를 따르다가 주파수가 높아질수록 에너지가 무한대로 가지 않고 다시 0으로 떨어지는 완벽한 곡선을 얻게 되었다. 닐스 보어는 플랑크의 불연속성 개념을 원자 구조에 도입하여 전자가 아무 궤도에나 존재하는 것이 아니라 특정 에너지 준위를 가진 궤도에만 존재할 수 있다고 가정했다. 광자는 밝기가 아니라 진동수와 관계가 있다. 진동수가 너무 작으면 빛이 아무리 밝아도 전자가 방출되지 않고 진동수가 커지면 아무리 빛이 희미해도 상당한 양의 에너지를 가진 전자가 방출된다. 빛의 밝기는 광자의 개수이고 진동수는 광자 하나의 에너지이다. 빛을 불연속적인 입자의 흐름으로 생각해야 했지만 그런 입자들이 여전히 파동과 마찬가지로 진동수를 가지고 있고 간섭 패턴도 만들어냈다. 아인슈타인, 밀리컨, 콤프턴은 모두 빛의 입자성을 밝혀낸 공로로 노벨상을 받았다. 루이 드 브로이는 빛과 물질 사이의 대칭성이 있어야 하기 때문에 전자와 같은 물질적 입자도 파장을 가지고 있어야 한다고 주장했다. 만일 빛 파동이 입자처럼 행동한다면 입자도 파동처럼 행동해야 하지 않을까?라는 것이다. 드 브로이는 운동량이 파장에 의해서 결정되는 광자와 마찬가지로 전자와 같은 물질적 입자도 운동량에 의해서 결정되는 파장을 가지고 있어야 한다고 제안했다. 데이비슨, 거머, 톰슨의 실험에 이어서 과학자들은 모든 아원자 입자들이 파동처럼 행동한다는 사실을 증명했다. 입자의 질량이 증가하면 파장은 점점 더 짧아지기 때문에 직접 파동의 효과를 관찰하기는 더욱 어려워진다. 불확정성 원리는 단순히 측정 자체가 시스템의 상태를 바꾼다는 뜻이 아니라 우리가 측정할 수 있는 것에는 한계가 있다는 뜻이다. 양자 불확정성은 양자 물체가 입자와 파동의 성질을 모두 가지고 있어서 나타나는 결과로 우리가 알아낼 수 있는 근본적인 한계에 해당한다. 불확정성이 측정에 의한 시스템의 상태 변화에 의한 것이라고 설명하는 전통적인 방법은 1920~1930년대에 등장했다. 마당에 있는 토끼의 위치와 운동량을 아주 정확하게 알아내고 싶은 경우를 생각해보자. 토끼의 위치를 더 정확하게 알아내기 위해 가까이 다가가면 토끼가 달아나버리기 때문에 토끼의 속도가 변한다. 아무리 느리고 조심스럽게 다가가더라도 언젠가는 토끼가 도망칠 것이다. 결국 토끼의 위치와 속도를 동시에 모두 정확하게 알아내는 것은 절대 불가능하다. 토끼처럼 지각을 가지고 있는 존재가 아니기 때문에 스스로 도망칠 수 없는 전자에서도 비슷한 일이 일어난다. 전자의 위치를 측정하려면 빛의 광자가 반사되도록 해서 산란된 빛을 현미경으로 볼 수 있어야 한다. 전자를 보기 위해서는 무엇인가를 해야만 한다. 광자도 운동량을 가지고 있고 그래서 광자가 전자에 의해 반사되면 전자의 운동량도 변한다. 현미경의 렌즈는 어느 정도 범위의 각도에서 광자를 수집하기 때문에 충돌이 일어난 후에는 전자의 운동량이 불확실해진다. 전자가 어느 쪽으로 움직였는지를 정확하게 말할 수 없기 때문이다. 양자 이론에서는 위치와 속도에 관한 양들이 처음부터 정의되지 않는다. 불확정성은 측정의 실질적인 한계에 대한 법칙이 아니라 현실의 한계에 대한 법칙이라는 의미다. 실제로 측정하기 전에는 입자의 위치와 운동량의 값 자체가 존재하지 않기 때문에 그 값을 물어보는 것부터가 의미가 없다.(68 페이지) 양자 입자의 위치와 운동량 모두가 불확실하다고 하는 것이 유일한 방법이다. 파동 함수는 양자역학에서 입자의 위치를 수학적으로 나타낸 식을 의미한다. 그 자체로는 의미가 없지만 이를 제곱하면 위치에서 입자가 발견될 확률을 알게 해준다. 기대할 수 있는 최선의 결과는 운동량의 불확정성과 위치의 불확정성이 지나치게 크지 않은 하나의 파동 다발을 얻는 것이다. 불확정성 원리의 의미는 단순히 위치와 운동량을 측정하는 것이 불가능하다는 것이 아니라 절대적인 의미에서는 그런 양이 존재하지 않는다는 것이다. 전자의 파동적 성질을 설명하려면 전자가 행성과 같다는 생각 자체를 포기해야만 한다. 대신 전자가 원자핵 주변을 일종의 구름처럼 흐릿한 모양으로 떠다닌다고 생각해야 한다.(83 페이지) 전자의 위치는 불확실하지만 원자핵 주변으로 한정되어 있고, 운동량도 불확실하지만 전자가 원자핵 주위에 머물러 있을 수 있는 범위로 제한된다. 일상적인 대상은 너무 크기 때문에 양자역학적 불확정성을 확인할 수가 없다. 아주 작은 입자가 아주 작은 공간에 갇혀 있어야만 불확정성을 직접 확인할 수 있다. 전자가 언제나 위치와 운동량 모두에 대해 불확정성을 가지고 있다는 것은 원자를 구성하는 전자 에너지가 절대 0이 될 수 없다는 뜻이다. 전자의 일부이면서도 에너지가 0이 되려면 전자가 움직이지 않고 원자핵에 멈춰 있어야 한다. 그런데 이미 살펴보았듯이 그런 일은 절대 불가능하다. 전자를 원자에게 최대한 가까이 다가갈 수 있도록 만들려면 원자핵에 중심을 둔 폭이 좁은 전자의 파동 다발을 만들어야 하고 그런 다발에는 운동량이 0이 아닌 상태들이 대단히 많이 포함되게 된다. 그래서 수소에서 가장 낮은 에너지를 가진 상태라고 하더라도 어느 정도의 에너지는 가지고 있을 수 밖에 없다.(85 페이지) 영점 에너지는 갇힌 입자가 가질 수 있는 절대적 최소 한계가 된다. 시스템을 아무리 조심스럽게 만들어도 입자는 언제나 움직이고 작은 무작위적 요동 때문에 입자가 움직이는 속도의 크기와 방향은 끊임없이 바뀐다. 영점 에너지는 양자 물리학에서 우리의 직관과 가장 확실하게 어긋나는 아이디어 중 하나로 세상에 완벽하게 정지하고 있는 것은 없다는 뜻이다. 시스템으로부터 모든 에너지를 빼내려고 아무리 애를 써도 언제나 약간의 에너지는 남게 된다는 뜻이기도 하다. 심지어 텅 빈 공간도 영점 에너지를 가지고 있다. 양자 효과에 의한 불확정성은 일반적으로 매우 작아서 현실적으로 거시적 대상은 확실한 성질을 가지고 있는 것으로 취급할 수 있다. 과학을 배우는 과정에서 가장 큰 어려움 중 하나가 바로 세상이 얼마나 철저하게 고전 역학적인가 하는 점이다. 양자 물리학에서는 파동처럼 행동하는 입자, 서로 다른 두 곳에 존재하는 대상, 죽어 있으면서 살아 있기도 한 고양이처럼 다양한 종류의 놀라운 이야기가 등장한다. 저자는 양자 법칙이 일상적인 강아지와 고양이를 포함한 거시적 세계에서 곧바로 적용되지 않는 것처럼 보이는 이유를 설명하는 것은 매우 어렵다고 말한다. 양자역학에서 이론을 지배하고 파동 함수를 계산해주고 행동을 예측해주는 수학적 방정식이 있지만 파동 함수가 무엇을 뜻하는지는 분명하지 않다. 양자역학의 철학적 문제는 대부분 이론의 해석에 대한 것이다. 파동 함수, 허용 상태, 확률, 측정은 양자역학의 핵심 원리이다. 모든 것은 파동 함수를 가지고 있고 파동 함수는 어디를 살펴 보거나 상관없이 어떤 값을 갖게 된다. 양자론에서는 주어진 대상이 언제나 어떤 상태에 있는 것으로 관찰된다. 전자는 중간 에너지 상태를 거치지 않고 순간적으로 도약한다. 두 상태 사이의 극적인 변화를 양자 도약이라고 부르는 것도 그런 이유 때문이다. 실제로 에너지도 약에 해당하는 상태 변화에는 전혀 시간이 걸리지 않는다. 전자는 특정한 파장의 빛을 흡수하거나 방출한다. 파동 함수는 확실성을 보장해주지 못한다. 바로 이 부분에서 철학적 문제가 끼어든다. 고전 물리학에 익숙한 사람들에게 양자적 무작위적 확률은 매우 난감한 개념이다. 물리학에서는 최후의 나비가 날개짓을 하는 것까지 포함해서 완전히 똑같은 조건에서 똑같은 실험을 반복하더라도 두 번째 실험의 결과를 정확하게 예측할 수 없다. 여러 가지 가능한 결과의 확률을 알 수 있을 뿐이다. 상자를 열어서 두 상자 중 어느 하나에 과자가 들어 있는 사실을 확인하기 전까지는 과자가 왼쪽 상자와 오른쪽 상자 모두에 들어 있는 것으로 본다는 이야기도 나온다. 빛의 편광은 양자역학의 핵심 개념인 중첩, 측정, 확률을 가장 직관적으로 이해할 수 있는 현상이다. 양자 지우개라는 개념이 있다. 이것을 이해하면 양자 물리학의 핵심적인 요소를 모두 이해하는 셈이라고 한다. 이는 입자의 경로 정보(어디로 갔는지)를 지워서 사라졌던 파동의 간섭무늬를 되살리는 실험장치나 현상을 말한다. 코펜하겐 해석 진영은 미시적 물리학과 거시적 물리학 사이에 엄격한 경계선을 설정함으로써 중첩과 측정의 문제를 회피해보려고 노력했다. 양자, 전자, 원자, 분자와 같은 미시적 대상은 양자역학의 법칙에 의해서 지배되지만 강아지, 물리학자, 측정 장치와 같은 거시적 대상은 고전 물리학에 의해서 지배된다. 미시 세계와 거시 세계는 절대적으로 구분이 되기 때문에 거시적 대상이 양자적으로 행동하는 경우는 절대 볼 수 없다. 양자 측정에는 거시적 측정장치와 미시적 대상의 상호작용이 필요하고 그런 상호작용이 미시적 대상의 상태를 변화시킨다. 그런 상황을 일반적으로 파동 함수가 단 하나의 상태로 붕괴된다고 표현한다. 유진 위그너는 파동 함수가 붕괴되는 것이 친구가 상자를 열었을 때인지 아니면 자신이 그 결과를 통보 받았을 때인지를 물었다. 역학은 미시적 물체와 그런 물체로 구성된 집단의 성질을 설명하는 데는 훌륭하지만 우리가 보는 세상은 고집스럽고 놀라울 정도로 고전적이다. 미시적 세상과 거시적 세상의 절대적 구분을 고집하는 코펜하겐 방식은 많은 물리학자들에게 문제를 회피하려는 시도를 보였다. 코펜하겐 해석은 무슨 일이 일어나는지는 말해주지만 그런 일이 왜 일어나는지는 설명해주지 못했다. 양자역학의 해석 문제는 미시 세계의 확률적 법칙과 거시 세계의 결정론적 법칙 사이의 극명한 차이를 어떻게 연결하고 설명할 것인가에서부터 시작한다. 코펜하겐 해석에 만족한 물리학자는 거의 없다. 그 대안 중 하나가 다중 세계 해석이다. 그들에 의하면 똑같은 사건이 우리가 경험하는 것과는 다른 과정으로 진행되는 무한히 많은 대안 우주가 있다. 파동 함수는 언제나 부드럽고 연속적으로 변화하지만 우리는 언제나 파동 함수의 어느 한 가지만 경험한다. 그리고 우리가 어떤 가지를 보게 되는지는 확률적으로 결정된다. 결어긋남은 파동 함수의 서로 다른 가지들이 상호작용하지 못하도록 만들어주는 것이다. 코펜하겐 해석이나 다중 세계 해석은 물론이고 다른 해석을 좋아하는지에 상관없이 측정을 하면 무슨 일이 일어나게 된다. 그런 과정에서 파동 함수의 물리적 붕괴가 포함되거나 또는 계속 확장되고 진화하는 파동 함수의 여러 가지 중 어느 하나만을 인식하거나 상관없이 측정은 능동적인 과정이다. 상태를 측정하기 전까지 물체는 모든 가능한 상태의 양자적 중첩 상태로 존재하지만 측정을 한 후에는 즉시 하나의 상태로만 관찰된다.(161 페이지) 본문에는 양자 제논 효과도 나온다. 제논의 역설의 양자적 해석이다. 1990년 콜로라도에 있는 국립 표준기술연구소의 데이브 와인랜드 연구진의 웨인 이타노가 베릴륨 이온을 이용한 실험으로 양자 제논 효과를 분명하게 확인했다. 터널 현상은 담장을 향해 달려가는 강아지의 경우처럼 장애물을 향해서 움직이는 입자가 마치 장애물이 없는 것처럼 장애물을 통과해 버리는, 쉽게 예상하기 어려운 양자 현상이다. 양자 입자는 물질의 파동적 성질 때문에 고전 물리학에서는 허용되지 않는 단단한 물체 속으로 파고 들어가거나 지나가 버릴 수 있다. 가장 분명한 에너지의 형태는 움직이는 물체가 가지고 있는 운동 에너지이다. 일상적인 속도로 움직이는 물체의 운동 에너지는 질량에 속도의 제곱을 곱한 양의 절반에 해당한다. 운동 에너지는 언제나 0보다 큰 값을 가지며 질량이나 속도가 늘어날수록 커진다. 움직이지 않는 물체는 다른 물체와의 상호작용에 의해 움직이기 시작할 가능성을 가지고 있다. 그런 가능성을 퍼텐셜 에너지라고 부른다. 테이블 위에 놓여 있는 무거운 물체는 퍼텐셜 에너지를 가지고 있다. 그런 물체는 움직이지 않지만 지나치게 활동적인 강아지가 테이블에 부딪혀서 바닥으로 떨어지면 운동에너지를 얻을 수 있다.(183 페이지) 에너지는 양자역학에 대한 이야기에서 특히 중요하다. 양자 입자는 잘 정의된 위치나 속도를 가지고 있지 않기 때문에 고전 물리학에서처럼 그런 성질을 추적할 수 있는 방법이 없다. 그러나 양자역학에서도 에너지는 보존되기 때문에 에너지를 이용해서 양자 시스템을 설명할 수 있다. 얽힘(entanglement)은 기본적으로 두 물체의 상태 사이의 상관성을 말한다. 아인슈타인은 언제나 원인으로부터 결과에 이르는 경로를 분명하게 확인할 수 있는 결정론적 우주관을 철저하게 믿었다. 그런 이유 때문에 그는 양자역학에 대해서 심각한 철학적 의문을 가지고 있었다. 특히 그는 측정하기 전까지는 양자 입자의 성질이 결정되어 있지 않고 확률적인 값을 가진다는 생각을 매우 불편하게 생각했다. 1930년대 초가 되면서 아인슈타인은 어쩔 수 없이 불확정성을 인정했지만 여전히 양자 이론을 불편하게 느꼈다. 양자역학은 고전 물리학에서와는 달리 멀리 떨어진 측정들도 서로 영향을 미칠 수 있다는 뜻에서 비국소적 이론이다. 국소성은 고전 물리학의 핵심이기 때문에 의문을 품을 수 없다. 국소성에 따르면 원인과 결과 사이에는 어느 정도의 시간 간격이 필요하다. 공간 이동은 비국소적 상관성을 응용하는 가장 널리 알려진 예일 것이다. 사람들은 이름만으로도 수많은 상상을 하게 되어서 순간적으로 물질을 한 곳에서 다른 곳으로 옮겨가는 [스타트랙]과 같은 과학 소설을 떠올리게 된다. A에서 출발한 물체가 부드러운 폭음과 함께 사라졌다가 멀리 떨어진 B에 다시 나타나는 것이다. 그러나 과학 소설에서 보았던 것과 비교하면 실제 양자 공간 이동은 실망스럽게 보인다. 양자 공간 이동은 물체 자체가 아니라 물체의 양자 상태를 한 곳에서 다른 곳으로 옮기는 것이다. 더욱이 정보가 한 곳에서 다른 곳으로 이동해야 하기 때문에 이동의 속도도 빛보다 느리다. 과학 소설에서 꿈꾸는 공간 이동은 현실적으로 불가능하다. 그러나 공간 이동의 핵심은 원격 복사라고 할 수 있다. 한 곳에 있는 물체를 다른 곳에 있는 복제품으로 대체하는 것이다. 그런 뜻에서는 팩스 장치가 고전 물리학을 이용한 공간 이동의 예가 될 수 있다. 중간 이동이 가능한 것은 양자 물리학이 비국소적이기 때문이다. 공간 이동 개념은 1993년에 처음 소개되었고 1997년에 안톤 자일링거가 이끄는 인스부르크 연구진에 의해 처음으로 증명되었다. 그들은 자외선 레이저에서 나온 광자를 두 개의 적외선 광자로 변환시켜주는 결정을 통과시켜서 얽힌 광자를 만들었다. 각각의 적외선 광자의 에너지는 본래 자외선 광자의 절반이 되었다. 그들은 두 차례에 걸쳐서 레이저를 결정해 통과시킴으로써 모두 4개의 광자를 만들었다. 광자 2와 광자 3의 쌍은 공간 이동에 필요한 얽힌 쌍으로 사용했고 나머지 두 개의 광자 중 하나인 광자 1은 공간 이동이 될 상태를 만들어내기 위해서 편광기를 통과시켰다. 나머지 광자 4는 언제 자료를 수집해야 하는지를 알려주는 신호를 사용했다. 저자는 물체를 한 곳에서 다른 곳으로 이동시키는 것이 목표라면 굳이 양자 공간 이동을 이용해야 하는지 의문이라고 말한다. 양자 공간 이동은 특정한 상태를 한 곳에서 다른 곳으로 옮겨준다. 그렇다면 양자 공간 이동에 관심을 가지는 이유는 무엇일까? 생명이 없는 물체를 옮기는 데에는 양자 공간 이동이 필요하지 않을 수도 있다. 그러나 의식이 있는 대상을 옮기는 경우에는 반드시 양자 공간 이동이 필요하다. 의식은 근원적으로 양자역학적이라고 생각하는 과학자도 있다. 로저 펜로즈는 [황제의 새 마음]에서 그렇게 주장했다. 그런 주장이 옳다면 사람이나 강아지의 뇌 상태를 제대로 재현하기 위해서는 단순한 팩스 장치가 아니라 양자 공간 이동장치가 필요하다. 우리는 사람을 공간 이동시킬 수 있는 단계에 가까이 가지 못하고 있다. 현재 양자 공간 이동에 대한 관심은 훨씬 더 작은 물체에 한정되어 있다. 위치와 운동량에 대한 불확정성 외에 에너지와 시간의 불확정성도 있다. 직접 볼 수 없을 정도로 빠르게 등장했다가 사라지는 입자인 가상 입자는 심각한 과학 이론에서는 지나치게 환상적인 것처럼 보일 수도 있다. 그러나 사실은 그런 입자들이 가장 근본적인 수준에서 빛과 물질 사이의 상호작용을 설명하는 양자 전기 역학 또는 QED라고 부르는 이론의 가장 핵심적인 부분이다. 가상 입자는 우리가 직접 관찰할 수 없을 정도로 지극히 짧은 시간 동안에 등장했다가 사라진다. 그러나 가상 입자와의 상호작용이 전자의 상호작용 방식을 변화시키기 때문에 그런 입자가 존재한다는 사실을 안다. 그 효과는 아주 작지만 그 효과를 측정할 수 있고 그 결과가 실험 결과와 소수점 아래 14 자리까지 일치한다. 이런 실험은 QED가 옳다는 사실을 확인시켜줄 뿐 아니라 수십억 달러가 필요한 입자가속기를 사용하지 않고도 새로운 아원자 입자의 존재를 알아 낼 수 있는 방법이 되기도 한다. 저자는 양자역학은 마술이 아니라고 말한다. 아무리 불가능하고 신기하게 보이더라도 양자역학은 물리학의 일반 원리에 맞는 과학 이론이다. 현상이나 장치를 설명하는 과정에서 사용하는 양자라는 단어가 공짜로 에너지를 만들어 주거나 메시지를 빛의 속도보다 더 빨리 보내도록 해주지는 않는다. 양자역학의 원리는 우주의 심오한 구조 속에 들어 있다. 양자역학은 그런 법칙을 따를 뿐 아니라 어떤 경우에는 그런 법칙이 양자적 특성에서 비롯되기도 한다. 양자역학의 여러 가지 예측이 세상이 어떻게 작동하는지에 대한 우리의 일상적인 통찰과 어긋나는 것처럼 보이긴 하지만 모든 상식을 거부하는 것은 아니다. 특히 양자역학은 사실이기에는 너무 그럴듯한 것은 거의 확실히 엉터리라는 세상에서 가장 중요한 상식 법칙을 넘어서지 않는다. 양자 물리학에 따르면 영점 에너지는 가장 낮은 에너지 상태에 있는 경우에도 존재하는 에너지다. 운동 에너지를 최소값으로 만들고 퍼텐셜 에너지를 증가시킬 수 있는 외부와의 상호작용을 모두 제거해 버림으로써 양자 시스템으로부터 추출할 수 있는 모든 에너지를 꺼내더라도 여전히 시스템에는 잔류 에너지가 남는다. 하이젠베르크의 불확정성 원리와 마찬가지로 영점 에너지는 물질의 기본적인 파동적 성질에서 비롯되는 결과이다. 우리가 불확정성에 의한 한계를 넘어설 수 없는 것과 마찬가지로 영점 에너지를 이용해서 유용하게 활용할 수도 없다. 영점 에너지를 이용하려는 시도는 광자의 절반을 요구하는 것과 마찬가지다. 그런 요구는 의미가 없다. 양자 자유 에너지에서 주로 언급되는 또 다른 요소는 진공 에너지다. 이것은 QED에 따르면 반드시 존재하는 가상 입자가 끊임없이 등장하고 사라지는 과정에서 빈 공간의 영점 에너지를 이용한다는 영점 에너지 주장의 변종이다. 양자역학을 잘못 이용하는 또 다른 주요 분야가 대체의학이다. 서점과 인터넷은 양자역학이 건강과 부와 장수의 열쇠라고 생각하는 사람들로 넘쳐난다. 이런 주장에서 가장 흔하게 활용되는 것이 바로 양자 측정이다. 사기꾼들은 양자 이론에서 측정하기 전까지는 상태가 결정되지 않는다는 사실에 주목한다. 그래서 자신이 건강하다는 사실을 확인하는 것이 건강을 지키는 열쇠라고 주장한다. 그런 식이라면 스스로에게 양자 제논 효과 실험을 반복하면 영원히 사는 것도 가능해진다. 자신이 언제나 건강한 상태에 있다는 사실을 확인하면 그런 양자 측정이 몸이 병들지 않도록 만들어준다는 것이다. 저자는 양자 효과는 확인하기가 매우 어려우며 연구대상이 커질수록 확인하기가 더 어려워진다고 말한다. 양자 중첩 상태가 확인된 가장 큰 물체는 수십억 개의 전자가 모인 경우이고, 양자 제논 효과는 하나의 입자에서만 확인되었다. 양자역학은 이상하지만 훌륭한 이론이고 흥미로운 일을 가능하게 만들어주기도 한다. 대부분의 현대 기술은 어떤 식으로든지 양자역학에 의존한다. 현대 전자 장치와 컴퓨터 칩은 양자역학에 의해 작동하고 현대 통신에 사용하는 레이저나 LED와 같은 공학 장치도 기본적으로 양자 장치이다. 놀라운 사실은 양자역학이 기적을 만들어주지는 않는다는 것이다. 양자역학의 예측이 일상적인 통찰과 어긋나기는 하지만 이론 그 자체가 상식을 완전히 넘어서는 것은 아니다. 믿을 수 없을 정도로 엄청난 결과를 약속하는 사람은 거짓을 말하고 있을 가능성이 크다. 어쩌면 자신에게도 거짓말을 하고 있을 수 있다.

암석, 대기, 바다, 얼음, 생명체의 상호작용을 논한 책 - [찻잔 속 물리학 - 런던 대학교 물리학 교수가 들려주는 일상 속 과학 이야기]

벤투의스케치북 — Tue, 07 Jul 2026 18:01:00 +0900

찻잔 속 물리학 - 런던 대학교 물리학 교수가 들려주는 일상 속 과학 이야기
헬렌 체르스키, 하인해 / 북라이프 / 2018년 03월

물리학자이자 해양학자인 헬렌 체르스키의 책이다. 헬렌 체르스키는 자연과 사물을 설명할 때 '기계(Machine)'라는 단어를 즐겨 쓴다. 저자가 대상을 기계로 표현하는 이유는 물리학자이자 해양과학자로서 세상을 바라보는 독특한 시각이 반영되었기 때문이다. 체르스키는 바다나 인체를 단순한 물질의 덩어리가 아니라, 태양에너지나 영양소를 받아 전 지구적·생명체적 규모로 순환시키는 동적인 독립 시스템으로 바라본다. 톱니바퀴가 맞물려 돌아가듯 바다의 해류와 밀도 변화, 인체의 세포와 근육 움직임이 모두 정교한 물리학적 규칙에 의해 한 치의 오차도 없이 움직이고 있음을 직관적으로 전달하려는 의도다. 저자는 물리학은 우리가 가지고 다니는 도구가 되며 관심 있는 현상들을 설명해주기에 물리학을 공부했다고 말한다. 저자는 물리학의 몇 가지 기본 원리를 알면 세상은 장난감 상자가 된다고 말한다. 저자에 의하면 물리학은 동일한 패턴이 보편적으로 적용되기 때문에 멋지다. 과학은 사실은 수집하는 것이 아니라 이를 토대로 사물을 이해하는 논리적 과정이다. 저자는 말한다. 과학의 핵심은 가능한 한 모든 증거를 검토해 스스로 실험한 후 자신만의 결론을 도출하는 것이라고. 저자는 자신은 해수면의 물리 현상을 연구한다고 말한다. 실험주의자라 바다에 나가 하늘과 바다의 복잡하고 아름다운 경계에서 무슨 일이 일어나는지 관찰하는 것이 자신이 하는 일의 일부라고 말한다. 위대한 과학자 아이작 뉴턴은 1687년 [자연 철학의 수학적 원리]에서 두 물체 사이의 중력은 거리의 제곱에 반비례한다는 규칙을 토대로 지구의 각 부분이 서로 당기는 힘을 합하면 옆으로 작용하는 힘은 상쇄되어 결과적으로 지구 중심을 향해 아래로 작용하는 힘만 남는다는 사실을 밝혔다. 저자는 지구의 거대한 엔진인 바다는 다른 모든 것처럼 중력에 따라 움직인다고 말한다. 바닷물이 담긴 그릇을 계속 젓는 것은 열과 염분이다. 이들이 중요한 이유는 밀도에 영향을 주기 때문이다. 밀도가 다른 각 부분의 유체는 중력 싸움에 적응하기 위해 유동한다. 바다의 염도는 모든 곳에서 균일하지 않다. 약 3.1%에서 3.8% 사이로 차이가 큰 것 같아 보이지 않지만 중요한 문제다. 탄산음료에 설탕을 넣으면 밀도가 높아지듯 바닷물은 다량의 소금 때문에 담수보다 밀도가 높다. 뜨거운 물이 따뜻한 물보다 밀도가 높다. 바다의 온도는 극지방에서는 섭씨 0도까지 내려가고 적도 부근에서는 섭씨 30도에 이른다. 따라서 차갑고 염도가 높은 물은 가라앉고 따뜻하고 염도가 낮은 물은 떠오른다. 물은 이 같이 단순한 원칙에 따라 지구 위에서 끊임없이 움직인다. 한 방울의 바닷물이 원래 자리로 돌아오기까지는 수천 년이 걸린다. 북대서양에서 바닷물은 바람에 열을 빼앗겨 온도가 내려간다. 해수면이 얼어 생긴 얼음은 주로 물로 이루어지고 소금은 바닷물에 남는다. 이 과정에서 바닷물은 온도가 더욱 내려가고 염도와 밀도는 높아져 중력의 법칙에 따라 해저 바닥을 향해 밑으로 가라앉아 밀도가 낮은 물을 밀어낸다. 이후 해저 바닥을 천천히 유영하다가 강물처럼 협곡을 흐르고 산등성이에 부딪히기도 한다. 북대서양에서 출발한 바닷물은 해저에서 1초에 몇 센티미터씩 남쪽으로 흐르고 약 1000년 뒤 첫 장애물인 남극대륙에 도달한다. 그리고 대륙 때문에 남쪽으로 이동하는 길이 막히면서 동쪽으로 움직이다가 남극해를 만난다. 지구 바닥의 거대한 해양 교차로인 남극해는 남극대륙을 감싸고 돌면서 대서양 하단, 인도양, 태평양과 결합해 모든 바닷물을 연결한다. 북대서양에서 출발해 천천히 흐르던 엄청난 양의 바닷물은 남극대륙 주변을 돌다가 다시 북으로 이동해 인도양이나 태평양으로 향한다. 약 1600년 동안 한 줄기의 햇살도 받은 적 없던 물이 주변의 물과 점차 섞여 밀도가 내려가면 해수면으로 떠오른다. 그곳에서 빗물, 강물, 얼음이 녹은 물로 염분이 희석되고 바람이 일으킨 해류에 밀려 다시 북대서양에 돌아오는 여정은 재개되고 반복된다. 이를 열염분 순환이라고 부르며 이 같이 바닷 물이 역전되는 현상을 해양 컨베이어 벨트라고 한다. 지구의 기상 패턴 뒤에는 열-염분 순환이라는 메커니즘이 작용한다. 지속적으로 에너지를 공급하고 극단적 기상 상황을 잠재우는 안정적 열 저장고 위에서 변덕스럽고 얇은 대기층이 움직인다. 바람이 일으키는 해수면의 표층 해류는 몇 세기 동안 탐험가와 상인을 실어 날랐다. 그런데 해양의 컨베이어 시스템은 탐험가와 상인 만큼 인류 문명에 중요한 요소인 열을 이동시킨다. 모든 관심은 대기가 받지만 배후 세력은 바다다. 지구본이나 지구의 위성 사진을 볼 기회가 있다면 바다를 그저 대륙 사이를 메우는 파란 공간으로만 생각하지 말자. 천천히 움직이는 거대한 해류를 이끄는 중력을 상상하면서 파란 부분이 지구의 가장 큰 엔진임을 기억하자.(93 페이지) 케첩은 특이하게도 천천히 밀면 거의 고체처럼 움직인다. 하지만 빠르게 힘을 가해 움직이면 액체처럼 쉽게 흐른다. 케첩이 병 바닥이나 포테이토칩 위에 있다면 가해지는 힘은 약한 중력 뿐이므로 고체처럼 움직이지 않는다. 하지만 세게 흔들어서 움직이기 시작하면 액체처럼 매우 빠르게 이동한다. 중요한 것은 시간이다. 같은 일을 하더라도 빠르게 하는지 느리게 하는지에 따라 결과가 완전히 달라진다. 점액은 당단백질이라고 부르는 아주 긴 분자들이 섞인 젤(gel)이다. 젤은 가만히 있을 때는 사슬 사이에 화학적 연결고리들이 생성되어 고체처럼 행동한다. 하지만 세게 밀면 바로 고리들이 끊어지면서 스파게티 면 가닥처럼 긴 분자들이 풀어진다. 그대로 몇 초가 지나면 다시 고리들이 생기며 젤이 된다. 흘러내리지 않는 페인트 역시 같은 원리로 설명할 수 있다. 페인트는 가만히 있으면 걸쭉하고 찐득하다. 하지만 붓으로 누르면 점성이 떨어져 벽에 얇게 펴 바를 수 있다. 그리고 붓을 떼면 바로 점성이 높아져 마르기 전까지 벽에서 흘러내리지 않는다. 빗방울이 바위 위로 떨어지면 시간 척도는 달라진다. 빗방울이 떨어진 바위는 화강암이다. 인간의 기억에서 움직이거나 변한 적이 없다. 하지만 4억 년 전 남반구에 거대한 화산 분출이 있었고 아래에서 나온 마그마가 화산암 틈 사이를 비집고 들어갔다. 이후 수천 년 동안 마그마가 식으면서 서서히 여러 모양의 결정으로 분리되고 단단한 화강암이 되었다. 시간이 더 흘러 커다란 돌덩이는 빙하기를 거치면서 쪼개지고 식물과 얼음에 의해 깎이고 비에 침식되었다. 그러다가 화산활동이 뜸해지자 움직이기 시작했다. 거대한 폭발로 화산활동이 끝난 후 대륙의 일부였던 암석이 북쪽으로 이동해 왔다. 지구가, 지표면에 잘 맞지 않는 퍼즐 조각처럼 이리저리 끼워 맞추는 동안 여러 종과 지질학적 시대가 출현했다가 사라졌다. 거대한 화산이 폭발한 후 지구가 살아오는 시간 중 10분의 1 만큼의 기간이 지난 지금 화산이 남긴 것은 폭발 후 밖으로 튀어나온 내장의 잔해다. 그 잔해 중 하나가 영국 제도에서 가장 높은 산인 1345미터의 벤 네비스 산이다. 최근 과학자들은 생명이 약 37억 년 전 심해 열수 분출구에서 시작되었다고 추측한다. 분출구 안은 따뜻한 알칼리성 물이었다. 바깥은 약산성의 차가운 바닷물이었다. 분출구 표면에서 따뜻한 물과 차가운 물이 섞이면서 평형이 이루어졌다. 초기 생명체는 평형으로 가는 경로 가운데서 수문 역할을 하다가 탄생했다고 여겨진다. 평형 상태로 가는 흐름은 방향을 틀어 최초의 생체 분자들을 만들었다. 최초의 수문은 성벽 즉 생명이 있는 안과 생명이 없는 밖을 구별하는 세포막으로 진화했다. 최초의 세포는 평형 상태로 가지 않았기 때문에 살아 남았고 평형 상태를 피해야만 정교하고 아름다운 생명의 세계로 가는 관문을 통과할 수 있었다. 우주의 다른 세계들도 마찬가지일 것이다. 우주 어딘가에 생명체가 존재할 가능성이 높아 보인다. 항성과 행성의 수는 아주 많기 때문에 생명체가 출현하기 위한 조건이 아무리 까다롭더라도 어디선가는 탄생할 수 있다. 하지만 우주 생명체가 자신의 존재를 알리기 위해 우리에게 전파 신호를 보낼 가능성은 낮다. 무엇보다도 우주는 엄청나게 광활해서 전파 신호를 개발한 문명은 우리에게 보낸 신호가 도달하기 한참 전에 멸망했을 것이다. 하지만 생명체가 전혀 의도치 않게 우주로 신호로 보낼 수는 있다. 하와이에 있는 마우나케아 산 정상의 산등성이 위에 한 쌍의 망원경 돔이 나란히 있다. 돔은 처음 봤을 때 우주를 쏘아보는 거대한 개구리의 눈 같다고 생각했다. 이곳의 이름은 켁 천문대로 태양계 밖 생명체를 최초로 발견할 거대한 눈동자가 있다. 물의 신기한 동결 현상은 꽁꽁 언 북극해에서 가장 생생하게 볼 수 있다. 노르웨이 최북단에 있는 해변에서 북쪽을 바라보면 북극해가 보인다. 얼음이 없는 여름 동안 24시간 내내 끊이지 않는 햇빛은 작은 해양 식물로 조성된 이동하는 거대한 숲에 영향을 공급하고 물고기, 고래, 바다 표범이 이곳에서 배를 채운다. 여름이 끝나가면 빛이 사라지기 시작한다. 한여름에도 섭씨 6도에 불과했던 해수면 온도는 더욱 낮아진다. 서로 미끄러지듯 지나다니던 물 분자의 속도도 느려진다. 이곳의 물은 염도가 높아 영하 1.8도까지 액체 상태로 머물 수 있지만 맑은 날 어두운 밤이 찾아오면 얼음이 생기기 시작한다. 얼음 쪼가리가 물 위로 떠오르고 가장 느린 물 분자들이 얼음에 부딪히면서 그대로 달라붙는다. 하지만 아무 곳에나 달라붙을 수는 없다. 분자는 얼음에 부딪혀 결합할 때 다른 분자의 위치에 따라 정해진 위치에 자리를 잡는다. 분자들이 서로 부딪히며 움직이던 구조는 규칙적인 육각형 격자로 배열되는 결정 형태로 바뀐다. 온도가 떨어질수록 얼음 결정은 커진다. 얼음 결정이 독특한 이유는 엄격하게 정렬된 분자들이 따뜻한 온도에서 돌아다닐 때보다 더 많은 공간을 차지하기 때문이다. 거의 모든 물질은 분자들이 자유롭게 돌아다닐 때보다 규칙적인 격자 형태로 정렬될 때 간격이 좁다. 하지만 물은 그렇지 않다. 결정체는 크기가 커지면서 주변 물보다 밀도가 낮아져 위로 떠오른다. 물은 얼면서 부피가 커진다. 그렇지 않다면 얼음은 가라앉아 극지방의 바다는 지금과 매우 다른 모습이었을 것이다. 하지만 온도가 떨어질수록 얼음은 커지고 바다 위를 덮은 단단하고 하얀 부분은 늘어난다. 전자는 놀라울 정도로 섬세하게 춤춘다. 전자의 춤이 만든 화면을 보기 위해서는 수많은 작은 부품들이 정확한 시간에 정확하게 작동해야 한다. 따라서 초기 텔레비전에는 다이얼과 단추가 많았고 텔레비전 주인들은 이를 조작하고 싶은 유혹을 뿌리치지 못했다. 나침반의 주요 목적은 길을 찾는 것이다. 둥근 지구의 표면 위에서 길을 찾는 일은 언제나 어렵지만 수 세기 동안 탐험가들은 지구의 자기장을 믿고 의지했다. 지구는 자북극과 자 남극이 있어 누구라도 나침반을 이용해 방향을 잡을 수 있다. 자성은 단순하고 저렴하며 결코 닳지 않는 훌륭한 항해 도구다. 하지만 몇 가지 주의할 점이 있다. 첫 번째는 생각보다 심각한 문제로 지구의 자극은 한 자리에 고정되어 있지 않다는 것이다. 자극은 이동할 뿐 아니라 이동거리가 엄청나게 길 수 있다. 우리 발 아래 깊은 곳에 있는 외핵은 철이 풍부하고 천천히 회전하고 있다. 열은 지구 중심에서 지표면으로 옮겨가고 지구가 회전하면서 용해된 암석 또한 회전한다. 느리게 움직이는 외핵에 철이 포함되어 있기 때문에 전기 전도체 역할을 하고 따라서 토스터의 전자석처럼 행동할 수 있다. 외핵이 회전하면서 발생하는 전류가 지구의 자성을 생성하는 것으로 추정된다. 이 과정은 용해 된 암석이 느리게 이동하며 일어난다. 시간이 흐르면서 암석의 움직임이 변하기 때문에 자극들이 이동한다. 철 함유량이 높은 외핵 암석은 지구 전체가 회전하면서 같이 회전하기 때문에 자극은 지구의 자전축을 따라 대략 정렬되지만 대략 일 뿐이다. 따라서 정확한 방향으로 항해를 해야 한다면 자북극과 진북은 동일하지 않으므로 현재 자북과 진북의 차이를 고려해야 한다. 현재의 지도는 자북극과 진북 모두 알려준다. 저자는 우리 몸은 다양한 종류의 원자로 구성되지만 원자들이 배열되는 방식 때문에 우리가 직접 할 수 있는 일은 제한적이라고 말한다. 하지만 인간은 직접할 수 없는 일을 대신해줄 도구를 만드는 데 능숙한 전문가다. 우리는 손 안에 끓는 물을 담을 수 없지만 강철로 된 주전자는 할 수 있다. 우리는 밀봉된 용기가 아니므로 말린 잎을 보관할 수 없지만 유리병이 대신 해줄 수 있다. 우리는 집게발이나 껍데기, 상아가 없지만 칼과 옷, 통조림 따개를 만들 수 있다. 세라믹 컵 덕분에 연약하고 민감한 우리 손가락에 열에너지를 전달하지 않고 뜨거운 음료를 담을 수 있다. 금속, 플라스틱, 유리, 세라믹은 나무, 종이, 가죽같이 생물학적 물질과 함께 인간의 대리인 역할을 한다.(338 페이지) 우주의 모든 물질은 수소, 탄소, 산소 등 동일한 기본 원소들로 이루어져 있다. 하지만 연필심(흑연)과 다이아몬드가 완전히 다른 성질을 갖는 것처럼, 원자가 '어떻게 배열되느냐'에 따라 그 물질이 할 수 있는 일과 성질이 완전히 결정된다. 인간의 몸을 구성하는 원자의 종류는 사실 지구상의 흙이나 돌, 또는 다른 동물들과 크게 다르지 않다. 다만 인간이라는 형태로 원자들이 정교하게 배열되어 있기 때문에 걸어 다니고 생각할 수 있다. 반대로 그 배열의 규칙(뼈의 강도, 근육의 수축 한계, 신경 전달 속도)을 벗어나는 일(예: 날개 없이 하늘을 날거나, 벽을 통과하는 일)은 절대 할 수 없다. 밖으로 나가면 우리는 눈에 보이지 않는 대기 너머로 세상을 볼 수 있다. 지구 시스템의 다섯 가지 구성요소인 암석, 대기, 바다, 얼음, 생명체는 서로 상호작용한다. 구성요소마다 고유의 리듬과 역학이 있지만 지구가 다양성을 갖는 것은 영원히 변하지 않는 춤이 구성 요소들을 연결하기 때문이다. 구성 요소들은 모두 같은 힘에 이끌리고 예상치 못한 곳에서 비슷한 현상들이 발견된다. 눈에 보이지 않는 분자들로 이루어진 하늘의 공기는 부력에 따라 이동한다. 우리가 나온 건물의 난방에 의해 온도가 올라간 공기는 주변 공기보다 밀도가 낮아 위로 떠오른다. 따뜻한 지면에서 올라온 공기 기둥은 수 킬로미터에 이르고 1km를 오르는데 약 5분이 걸린다. 차갑고 밀도가 높은 공기는 지구의 중력에 이끌려 아래에서 흐른다. 이러한 대류의 패턴은 우리가 보고 있는 풍경 전반에 걸쳐 있다. 공기는 잠시도 멈추지 않는다. 깊은 바다의 표면을 바라보면 역시 눈에 보이지 않는 부력이 존재한다. 물은 1번에 한 알갱이씩 깎여나가므로 자갈들은 수백만 번의 무작위적인 충돌로 지금의 모양을 갖춘 것이다. 아주 작은 알갱이를 깎는 것은 1/1000초면 충분하지만 자갈은 수년 동안 서서히 마모된 후에야 반질반질해진다. 지질 연대에서 해변은 일시적이다. 새로 공급되는 자갈과 모래의 양이 바다로 씻겨 사라지는 양보다 클 때만 유지될 수 있다. 앞으로 수개월 그리고 수년 동안 모래는 바다의 움직임에 따라 바다로 들어갔다가 해변으로 돌아올 것이다. 우리가 해변의 조수를 사랑하는 이유는 모래가 하루에 두 번씩 밀물과 썰물에 의해 변하는 모습을 볼 수 있기 때문이다. 이 책의 마지막 문장은 찻잔 안에서 폭풍이 보인다는 말이다. 자연의 원리를 꿰뚫어 보는 과학의 힘을 상상하게 된다.

생화학적 협력의 춤으로 모든 존재의 탄생, 사랑, 질병, 죽음 등의 이야기를 써내려가는 단백질 이야기 - [춤추는 단백질 - 탄생, 사랑, 변신, 그리고 죽음을 순환하는 생명의 과학]

벤투의스케치북 — Sat, 04 Jul 2026 18:27:00 +0900

춤추는 단백질 - 탄생, 사랑, 변신, 그리고 죽음을 순환하는 생명의 과학
샤히르 S. 리즈크.매기 M. 핑크 지음, 홍지연 옮김 / 흐름출판 / 2026년 06월

샤히르 리즈크, 매기 핑크의 [춤추는 단백질]의 원제는 [The Color of North]다. 눈 속에 있는 크립토크롬이라는 단백질 덕분에 방향을 색으로 인지하고 북쪽으로 날아가는 새들을 염두에 둔 제목이다. 단백질은 생명을 유지하는 일을 한다. 물고기와 개구리가 한겨울 혹독한 추위에서 얼어 죽지 않는 것은 혈액 속 얼음 결정의 성장을 막아주는 단백질이 있기 때문이다. 박테리아가 끓는 물 속에서, 심해 열수구의 극한 압력 속에서도 번성할 수 있는 것도 마찬가지다. 어떤 단백질은 식물과 박테리아에게 기억하는 능력을 부여한다. 인류는 이제 한 발 더 나아가 자연에 존재하지 않는 단백질을 직접 설계하고 있다. 저자는 단백질의 구조를 해독하는 일은 몹시 어렵지만 모든 단백질이 어떻게 작용하는지에 대한 비밀은 그 고유한 구조에 달려 있기에 그만한 가치가 있다고 말한다. DNA는 단백질을 만들기 위한 설명서다. 일어나야 할 때와 잠자리에 들어야 할 때를 알려주는 것도 단백질이다. 단백질은 말 그대로 우리 주변 환경을 해석해주는 존재다. 간세포와 뇌세포의 차이는 어떤 유전자를 가지고 있느냐가 아니라 단백질을 만들기 위해 어떤 유전자를 읽느냐에 달려 있다. 비유하자면 모든 세포는 같은 악보를 가지고 있지만 각자 자신에게 맞는 악기만 골라 연주한다. 그래서 세포 안의 DNA는 그 세포가 누구의 것인지를 알려주고 세포가 실제로 만들어내는 단백질은 그 세포가 어떤 세포인지를 알려준다. 각 세포는 자신만의 이야기를 품고 있다. DNA가 대본이라면 단백질은 그 이야기를 살아 움직이게 하는 주인공이다. 그러나 단백질이 DNA로부터 직접 만들어지는 것은 아니다. 이 과정에는 중간 단계가 있다. 이때 DNA에 담긴 유전자의 정보를 읽어 단백질을 만드는 언어로 옮겨주는 매개분자인 RNA가 등장한다. RNA는 DNA의 지시를 받아 단백질의 구성 단위들을 정해진 순서대로 하나씩 이어 붙인다. 마치 요리사가 레시피를 보고 재료를 순서대로 넣어 요리를 완성하는 것처럼. 이렇게 DNA에서 RNA를 거쳐 단백질로 이어지는 흐름을 생물학의 중심 원리(central dogma)라고 한다. 설계도(DNA)가 있고 그것을 읽는 컴퓨터(RNA)가 있고 실제로 일하는 일꾼(단백질)이 있는 셈이다. 단백질의 종류는 다양하다. 많은 단백질이 진화를 거치고도 거의 변하지 않은 채 남아 있지만 일부 단백질은 우리의 상상을 뛰어넘는 놀라운 특성을 발전시켜왔다. 박테리아가 원자로 내부의 강한 방사선 속에서도 살아남을 수 있는 것도, 해수면에서 수 킬로미터 아래 심해 열수구 근처의 엄청난 압력과 고온에서 미생물이 버틸 수 있는 것도 모두 단백질 덕분이다. 철새가 수천 km를 날아가면서도 길을 잃지 않는 것은 지구의 자기장을 감지하는 단백질이 나침반 역할을 하기 때문이다. 겨울 가자미의 세포는 결빙 방지 단백질(antifreeze protein) 덕분에 영하의 물속에서도 손상되지 않는다. 인간은 특유의 독창성을 발휘해 추위와 싸울 우리만의 방법을 개발했다. 우리 조상들은 중앙난방이 생기기 훨씬 이전에 짐승 가족으로 만든 옷을 발명해 유라시아의 가장 추운 지역으로 과감히 나아갔다. 또한 모든 기술 중에서 가장 독특한 기술인 불을 다루는 능력을 터득해 원래라면 사람이 견디기 어려울 만큼 혹독한 추위 속에서도 번성할 수 있었다. 불을 피우거나 중앙난방을 발명할 능력이 없는 다른 생물들은 저마다 추위에 대처하는 창의적인 방법을 찾아냈다. 겨울잠을 자거나 두꺼운 지방층을 축적하거나 결빙 방지 단백질을 이용해 얼음 결정으로 인한 손상으로부터 세포를 보호하는 방식이다. 개구리는 빙핵형성 단백질(ice nucleating protein)의 도움을 받아 이 문제를 해결한다. 가자미나 딱정벌레의 결빙 방지 단백질이 얼음 결정이 자라는 것을 막는 것과는 반대로 개구리의 빙핵형성 단백질은 오히려 결빙을 촉진한다. 단 얼음이 마구잡이로 자라도록 내버려 두지는 않는다. 세포 바깥쪽을 향해서만 얼음 결정이 자라도록 유도해 각 세포를 얼음 껍질로 감싼다. 덕분에 세포 안의 내용물은 길고 혹독한 겨울 내내 안전하게 보존된다. 물론 단백질만으로는 부족하다. 개구리에게는 또 다른 핵심 분자인 포도당의 도움이 필요하다. 포도당 농도가 올라가면 세포 내부를 메이플 시럽처럼 걸쭉하게 만들어 세포 안의 물이 어는 온도를 크게 낮춘다. 세포 밖에서는 빙핵형성 단백질이 세포를 얼음 껍질로 감싸고, 세포 안에서는 포도당이 내용물을 지킨다. 이 둘의 협력으로 개구리의 몸 전체는 얼어붙지만 세포는 살아 있는 상태로 봄이 오기를 기다린다. 구조 단백질은 대부분 물로 이루어진 세포가 흐물흐물해지 않게 하는 역할을 한다. 저자는 화학이라는 언어로 소통하는 단백질들이 하나의 단위로 기능하는 생화학적 춤을 말한다. 인간이 거미줄과 누에실을 원래 용도와 전혀 다른 목적으로 활용해 온 것처럼 생명체들도 오랜 진화 과정에서 이미 가진 단백질을 새로운 용도에 맞게 바꿔왔다. "새로 만들어지는 것은 없다. 있던 것이 쓰임을 바꿀 뿐이다."(73 페이지) 자연은 새로운 것을 처음부터 만들기보다 이미 가진 구조를 다른 용도로 재활용하는 데 능숙하다.(77 페이지) 레이우엔훅이 현미경 아래에서 관찰한 극미동물들을 춤추게 했던 단백질이 인간의 세포골격을 이루는 단백질과 많은 특성과 구조를 공유한다. 저자는 단백질은 우리가 누구인지, 우리가 자신을 어떻게 인식하는지, 주변 세상과 어떻게 상호작용하는지에 깊이 관여한다고 말한다.(81 페이지) 저자는 망막의 광수용체 세포에서 발견되는 빛에 민감한 단백질 그룹인 옵신(opsin)에 대해 말한다. 옵신은 빛에 의해 활성화될 때마다 비틀리고 굽어지며 뒤틀려 주변의 다른 단백질들과 부딪힌다. 이런 비틀림은 연속적이고 정교한 분자들의 춤으로 이어진다.(89 페이지) 인간이 가진 옵신의 수는 셋이다. 많은 생명체가 세 가지 이상의 옵신을 가지고 있다. 갯가재는 12개의 옵신을 가지고 있다. 인간은 빨간, 파란, 초록에 각기 반응하는 옵신이 서로 다르게 반응하여 수천만 가지의 색을 인식하게 된다. 우리가 암석의 색을 인지하는 원리는 우리 눈의 망막에 있는 세 가지 옵신이 흡수하는 빛의 조합에 의해 결정된다. 암석 자체의 색은 그 안에 포함된 광물 성분과 화학 원소에 의해 물리적으로 결정되지만 우리가 그것을 녹색 암석, 붉은색 암석으로 구분하여 보는 것은 세 가지 옵신의 메커니즘에 의해서다. 즉 지질학적 성분과 생물학적 시각 시스템의 합작품이다. 크립토크롬은 옵신보다 오래전부터 빛을 감지해온 단백질이다. 크립토크롬은 탄소, 산소, 수소, 질소처럼 자성(磁性)을 띠지 않는 원소들로 이루어져 있어 자석에 반응하지 않는다. 그런데 각 원소 안에는 아주 작은 전자들이 있다. 전자는 보통 둘씩 쌍을 이룬다. 이들은 서로 반대 방향으로 정렬되어 자기적 성질을 상쇄한다. 그런데 햇빛이 새의 눈으로 들어가 크립토크롬에 닿으면 빛 에너지가, 쌍을 이루고 있는 전자 하나를 떼어낸다. 바로 이 홀로 남겨진 전자가 나침반 바늘처럼 지구 자기장에 맞추어 정렬된다. 이렇게 만들어진 방향 정보가 울새에게 북쪽이 어디인지 알려준다.(122 페이지) 크립토크롬이 전자 쌍을 갈라놓는 순간 새는 우리가 볼 수 없는 북쪽이라는 독특한 색을 하늘에서 본다. 인간도 크립토크롬을 가지고 있다. 하지만 DNA 복구 기능은 사라졌고 빛에 반응해 수면과 각성주기를 조절하는 기능은 가능하다. 식물도 크립토크롬을 이용해 빛을 감지해 그 방향으로 자란다. 세 종류의 옵신만으로 수천만 가지의 색을 볼 수 있듯 다섯 가지 미각 수용체로 거의 무한에 가까운 풍미의 조합을 만들어낸다.(104 페이지) 냄새를 맡는 데는 훨씬 많은 수용체가 필요하다. 1000 가지 중 제 기능을 하는 것은 400 가지다. 우리는 1조 가지의 냄새를 식별할 수 있다. 생명체가 육지로 진출하기 전 원시 바다에서 살아 남으려면 물속에서 냄새 맡는 능력이 필요했다. 최근 실험에 따르면 신생아는 태아 시절이나 모유 수유 시절 엄마가 섭취한 음식에 끌리는 경향이 있다는 사실이 밝혀졌다. 이는 진화적 이점에서 비롯된 것으로 보인다. 엄마가 먹었던 음식은 안전하다는 가장 초기의 기억에 바탕한 이끌림이라 할 수 있다. 시각이 완전히 발달하기 훨씬 이전부터 우리는 엄마의 냄새로 엄마를 알아본다. 후각은 원초적이다. 공기 중에 떠도는 눈에 보이지도 않는 분자들을 포착하는 일은 쉽지 않다. 후각 수용체가 극도로 민감해야 하는 이유다. 수용체는 우리가 같은 세상을 들여다보게 해주는 창문이지만 이를 사용하는 방식은 지극히 개인적이다. 감각 수용체를 이루는 유전자 구성에 아주 작은 변화만 있어도 음식에 대한 선호는 크게 달라질 수 있다. 시각, 후각, 미각은 저마다 다른 감각이지만 세 감각은 서로 다른 색깔로 우리가 세상을 경험하는 방식을 함께 빚어낸다. 분자 수준에서 보면 이 세 감각은 동일한 기본 원리를 공유한다. 실제로 옵신, 후각 수용체, 미각 수용체 대부분은 하나의 단백질 계열에 속하며 특유의 바구니 모양 구조를 공통적으로 가지고 있다. 고통, 기쁨, 두려움, 불안, 우울, 황홀감, 후회, 심지어 사랑까지 이 모든 감정은 단 하나의 수용체가 아니라 수천 종의 단백질이 만들어내는 거대한 네트워크의 산물이다. 이 모든 것의 밑바탕에 단백질이 있다.(118 페이지) 잠을 자는 동안에도 수용체들은 쉬지 않는다. 이들이 서로 협력한 덕분에 우리는 꿈속에서도 보고 냄새 맡고 걷고 말할 수 있다. 근육은 가만히 있는데 꿈속에서 뛰어다닐 수 있는 것도 이 때문이다. 뇌와 몸 사이의 연결이 일시적으로 끊어져 있는 덕분에 꿈속에서 아무리 격렬하게 움직여도 실제로 다치지 않는다. GPCR은 미각, 시각, 후각을 통해 세상을 감지하는 능력의 중심에 있으며 우리 몸의 서로 다른 부분 사이의 소통에서도 빠질 수 없는 역할을 한다. 냄새와 맛, 호르몬, 약물로부터 정밀한 화학 정보를 수집하고 그 정보를 하나의 감각, 감정 혹은 기억으로 번역해낸다. 결국 세상 속에서 우리가 누구인지에 대한 감각을 형성하는 것도 이 작은 단백질들이다.(120 페이지) 우리가 알지 못하는 또는 우리가 갖추지 못한 모든 동물들의 놀라운 감각은 분자 수준에서 단백질의 상호작용으로 이루어지는 것이다. 저자는 진화는 더 우수한 것을 향한 발전이 아니라 주어진 환경에 더 잘 적응하는 방향으로 일어나는 느린 변화라 말한다.(124 페이지) 라이너스 폴링은 단백질의 3차원 구조를 분자 수준에서 규명하여 현대 분자생물학의 기초를 다진 인물이다. 다른 화학자들이 분자를 이해하려면 양자 물리학의 복잡한 수학 방정식을 풀어야 한다고 생각했다. 전자의 움직임을 계산하고 파동 함수를 다루는 방식으로만 분자의 세계에 접근할 수 있다고 생각했다. 폴링은 달랐다. 그는 형태에 주목했다. 원자들이 저마다 고유한 크기와 결합 각도를 가진 퍼즐 조각처럼 서로 맞물려 분자를 만들어낸다고 생각했다. 자물쇠와 열쇠처럼 딱 맞는 형태의 원자끼리만 결합할 수 있다고 생각한 것이다. 다른 화학자들은 건축자재(원자) 하나하나의 미세한 진동과 물리적 성질을 수학적으로 완벽히 계산하느라 건물을 올리지 못하고 있었다면 폴링은 블록(원자)의 크기와 결합 각도를 확인한 뒤 레고 블록을 맞추듯 직접 손으로 조립해가며 전체적인 빌딩(단백질 구조)의 형태를 완성한 것이다. 폴링은 원소마다 전자를 끌어당기는 힘이 다르다는 사실을 발견했다. 1950년대 후반 DNA의 언어가 어떻게 단백질의 언어로 번역되는지를 밝히는 분자생물학의 중심원리가 확립되었다. 이로써 DNA는 생명의 설계도, 단백질은 설계도에 따라 일을 하는 완성품이라는 관점이 자리잡았다. 유전자는 DNA 언어로 쓰인 연속된 글자들이다. 유전자로 번역되면 단백질이 만들어진다. 단백질은 아미노산이라는 글자들이 정확한 순서로 길게 이어진 사슬이다. 이렇게 만들어진 단백질은 생명체가 살아가는 데 필요한 온갖 일을 한다.(137 페이지) 수소 결합 하나하나는 약하지만 아미노산 서열의 반복적인 패턴 때문에 수많은 수소 결합이 한꺼번에 형성된다. 이 결합들은 핵심 구조를 안정적으로 붙들어 두면서도 단백질이 기능을 수행하는 동안에는 유연하게 구부러지고 움직일 수 있게 된다. 수많은 단백질을 이루는 두 구조 중 알파 나선은 건물의 기둥이나 대들보, 베타 시트는 벽, 천장, 바닥에 해당한다. 이 두 구조를 조합하면 강도와 유연성을 갖추면서도 거의 무한에 가까운 형태를 만들어낼 수 있다. 알파 나선과 베타 시트는 단백질이 접히는 과정에서 형성되는 대표적인 단백질의 2차 구조다. 단백질은 크고 복잡한 분자다. 제인 리처드슨이 리본 다이어그램을 고안해 단백질 구조를 시각화하는 방식을 근본적으로 바꾸어놓았다. 리본 다이어그램에서 알파 나선은 비틀린 리본으로, 베타 시트는 나란히 놓인 평평한 화살표로 표현된다. 인간을 비롯한 지구상의 모든 생명체가 서로 다른 이유는 결국 단백질에 있다. 살아 있는 모든 세포를 구성하는 단백질의 서열과 조성(造成)에서 일어난 크고 작은 변화들이 오늘날 우리가 보는 생명의 다양성을 만들어낸 것이다.(159 페이지) 단백질은 눈에 보이지 않지만 우리는 매일 단백질을 접한다. 콩, 우유, 고기처럼 우리가 먹는 많은 음식에 단백질이 풍부하게 들어 있다. 이런 음식을 먹으면 단백질은 아미노산으로 분해된 뒤 우리 몸에 필요한 단백질로 다시 만들어진다. 효소는 아미노산이 고유한 순서로 연결되어 특정 기능을 수행하는 형태로 접힌 단백질이다. 효소가 다른 단백질과 다른 점은 화학반응을 직접 일으킨다는 점이다. 효소는 반응 속도를 엄청나게 높여 생명 활동을 가능하게 한다. 이 과정에서 효소 자신은 변하지 않는다. 지구상의 거의 모든 생체 분자가 효소의 손을 거친다고 해도 지나친 말이 아니다. 그레첸 앤더슨은 효소를 불씨에 비유했다. 저자는 그레첸 앤더슨을 효소 같은 사람에 비유했다. 당신을 알아보고, 당신 안의 잠재력을 알아채고 당신을 끌어당겨 안으로 품고 변화할 수 있는 환경을 만들어준다. 때로는 당신을 뒤틀고 불편하게 만들기도 하지만 바로 그 자리에서 변화가 일어난다. 준비가 되면 손을 놓는다. 변화하고 재구성된 새로운 당신을 세상으로 내보낸다. 식물의 자외선 차단제 역할을 하던 페닐프로파노이드가 효소의 작용에 의해 리그닌이 되었다. 이 리그닌 덕분에 나무가 높이 자랐고 그에 따라 이산화탄소를 더욱 많이 흡수하게 된 만큼 산소가 많이 배출되어 데본기가 막을 내리고 석탄기가 시작되었다. 산소가 풍부해진 지구에서 생명은 폭발적으로 번성했다. 이 모든 변화의 출발점은 나무에서 목질을 만드는 한 줌의 효소였다. 리그닌을 분해할 수 있는 효소가 등장하기까지 약 6000만년이 걸렸다. 저자는 인간이 무수히 버리는 플라스틱을 분해하는 효소들을 연구하는 최신 이슈를 전한다. 효소는 귀중한 영양분을 순환시키는 자연의 방식이고 그렇게 돌아간 영양분은 다른 생명체로 흡수된다.(198 페이지) 흥미롭게도 루시페린은 먹이사슬을 타고 퍼져나간다. 이 덕분에 바다의 수많은 생물이 빛을 낼 수 있게 된다. 어떤 의미에서 바다는 하나의 거대한 발광(發光) 네트워크다. 혈액응고 인자가 너무 늦게 활성화되면 출혈이 멈추지 않고 너무 일찍 활성화되면 혈전이 생긴다. 활성화와 억제의 정밀한 균형 위에서 우리 몸은 매 순간 이 아슬아슬한 줄타기를 하고 있다. 에쿼린은 발광 해파리에서 발견되는 칼슘 결합 발광 단백질이다. 루시페린과 대비된다. 단백질은 생명체를 만들고 생명의 반응을 촉진하는 데 그치지 않는다. 죽음의 도구로도 진화해왔다.(268 페이지) 가장 위험한 독소가 반드시 동물에게서 나오는 것도 아니다. 식물 역시 포식자를 막기 위해 단백질 독소를 진화시켜왔다.(277 페이지) 독은 용량에 달려있다. 인슐린조차 과다 투여되면 치명적이다.(282 페이지) 방울뱀의 인테그릴린은 혈전 위험이 높은 환자의 항응고제로 사용된다. 먹이감의 피를 멈추지 않게 하던 단백질이 이제는 혈전으로 인한 죽음을 막는 약이 된 것이다. 뒷마당 흙 속에 사는 박테리아가 지구상에서 가장 강력한 독소를 만들어내는 이유는 수수께끼다. 어쩌면 그것이 진화의 본모습인지도 모른다. 목적도 방향도 알 수 없는 방식으로, 때로는 누구도 예측하지 못한 결과를 만들어내면서 생명은 지금 이 순간에도 계속 진화하고 있다.(289, 290 페이지) 생존하기 위해 죽여야 하는 세상에서 모든 생명체는 어느 정도 독성을 띠는 존재다. 삶이라는 극장에서 살인은 이야기의 줄거리이고 단백질은 주연을 맡는다. 결국 막이 내리면 우리 모두에게 죽음이 찾아오며 그 배후에는 어김없이 단백질이 있다. 단백질은 질병과도 관계된다. 저자는 한때 뉴런의 건축가였던 단백질들이 뉴런 사이의 신호 전달을 가로막는 잔해가 되어 우리에게 익숙한 치매와 기억상실 증상을 만들어낸다고 설명한다. 근위축성 측삭 경화증, 알츠하이머 공히 잘못 접힌 단백질들로 뒤엉킨 그물망이 관계한다. 단백질은 유전물질 없이 스스로를 복제하고 전파할 수 있는 단 하나의 존재다. 저자는 점액을, 달라붙을 만큼은 끈적이되 쉽게 흐를 만큼은 유동적인 적절한 점도를 유지하는 것이라 설명한다.(311 페이지) 효소 하나하나, 단백질 하나하나가 생명이라는 교향곡을 이루는 음표다. 그중 단 하나라도 음이 어긋나면 그 여파는 오케스트라 전체로 퍼져나간다. 그러나 희망은 있다. 과학자들은 이 흐트러진 선율을 다시 조율하는데 점점 더 가까워지고 있다. 최신 연구들은 알츠하이머처럼 산발적으로 발생하는 질환부터 낭포성 섬유증처럼 유전되는 질환까지 치료와 예방 모두에 적용할 수 있는 새로운 맞춤형 접근법의 문을 열었다. 대부분의 단백질 기반 질환들은 여전히 과학적으로 규명되지 않았다. 저자는 유전자 편집의 희망은 단순히 오류를 바로잡는 데 있지 않고 완전히 새로운 단백질을 창조하는 데 있다고 말한다. 생명의 진화는 선형적인 진보가 아니다. 수많은 가지마다 잎사귀가 무성한 거대한 나무로 상상하는 것이 더 적절하다. 문제가 항상 단백질의 지나친 활성에서 비롯된 것은 아니다. 오히려 단백질이 제 기능을 못해 질병이 생기는 경우도 많다. 이러한 기능상실은 유전 질환에서 특히 흔하게 나타난다. 문제는 망가진 것을 고치는 일이 작동하는 것을 멈추는 일보다 훨씬 어렵다는 점이다.(341 페이지) 저자는 우리가 아는 단백질의 세계는 거대한 빙산 위의 눈송이 하나에 불과하다고 말한다. 아주 짧은 단백질이라도 꿈틀대고 비틀리면서 서로 다른 부위가 결합할 수 있는 방식은 거의 무한에 가깝다. 지구 온도 상승, 온실가스 배출 증가, 매년 쌓여가는 오염물질과 플라스틱 쓰레기 문제는 단백질 공학을 통해 해결할 수 있다.(352 페이지) 저자는 모든 생명체 안에서 단백질은 그들만의 세계에 존재한다고 말한다. 역동적이고 서로 호응하며 끊임없이 생동하는 세계라고 말한다. 단백질은 단순한 분자 기계가 아니다. 여러 면에서 단백질은 미시 세계에서 기적을 행하는 존재들이다.(357 페이지)

몸의 사막화로 인한 병과 해결책까지 다룬, 인문학적 건강 책 - [몸이 메마르면 병이 된다 - 만성 질환의 고리를 끊는 근본 치료 혁명]

벤투의스케치북 — Wed, 01 Jul 2026 19:45:00 +0900

몸이 메마르면 병이 된다 - 만성 질환의 고리를 끊는 근본 치료 혁명
손원록 지음 / 푸른숲 / 2026년 05월

현대인이 겪는 질병과 고통의 근본 원인이 스트레스가 유발하는 메마름증에 있다고 보는 책이다. 우리의 몸이, 생명 활동 그 자체가 지나치게 타오르며 고갈되고 있는 상태 즉 몸이라는 토양 자체가 사막화되고 있다고 주장하는 책이다. 저자(약리학 박사/ 약사인 ‘현강; 玄江‘ 신원록)는 세 가지 지나침을 이야기한다. 1) 숨이 얕고 빨라지는 과호흡, 2) 신경이 항상 곤두서 있는 과흥분, 3) 몸이 쉼 없이 에너지를 태우는 과대사가 그것이다. 저자는 2000년 전의 화(禍)와 지금 우리가 겪는 열(熱)은 그 근본 결이 다르다고 말한다. 현대 의학은 병든 잎사귀를 떼어내는 데 집중하고 한의학은 숲 전체의 기운을 말하지만 정작 잎사귀를 병들게 한 오염된 토양 즉 현대인의 삶 그 자체를 바꾸는 데는 구체적인 답을 주지 못했다고 말한다. 그래서 저자가 이야기하는 것은 현대 의학이 인체를 바라보는 관점에 뿌리 깊게 존재하는 데카르트의 기계론적 한계가 있다는 것이다. 생명체는 기계와 결정적으로 다르다. 기계는 부품을 갈아 끼우면 새것처럼 작동하지만 생명체는 전체적인 환경과 관계를 고려하지 않으면 아무리 비싼 새 부품을 넣어도 금방 다시 망가진다. 우리는 세포 속 미토콘드리아의 모양이 어떤지, 어떤 유전자가 암을 유발하는지까지 알게 되었지만 역설적이게도 너무 작게 쪼개어 보다 보니 정작 살아 있는 사람이라는 전체 그림은 놓치게 되었다는 것이다. 저자에 의하면 너무 많이 먹어서 혈관에 기름이 끼는 대사증후군, 24시간 쏟아지는 정보 자극으로 인한 뇌의 과열, 쉴 새 없이 몰아치는 경쟁사회의 압박감 등이 우리 몸에 열을 만든다. 책을 읽으면 현대인들이 얼마나 편의주의적이고 자기 몸을 망치는지 알게 된다. 두통이라는 것은 뇌가 지쳤으니 쉬라는 신호인데 진통제를 먹고 밤새 야근을 한다. 이것은 불이 났는데 불을 끌 생각은 하지 않고 시끄럽다고 화재경보기의 전선만 잘라버리는 것과 같다. 집은 타고 있는데 경보음만 끄고 안심하는 꼴이다. 저자는 높은 혈압, 높은 혈당, 높은 염증 수치가 새로운 정상으로 굳어버리는 것, 몸이 비상사태를 일상으로 착각해버리는 것이야말로 바로 우리가 겪는 만성질환의 뿌리이자 자신이 말하는 메마름증의 시작이라고 말한다. 저자는 병원에서 말하는 자율신경실조증을 생명력의 고갈이라 부른다. 저자는 닫힏 계 안에서 에너지가 계속 투입되면 압력이 높아지듯 우리 몸속에 갇힌 에너지는 필연적으로 열로 변질된다고 말한다. 이 열은 장작불처럼 활활 타오르는, 외부 감염에 대항하는 건강한 실열(實熱)이 아니라 엔진 오일이 바닥난 자동차가 고속도로를 주행할 때 엔진 내부에서 마찰로 인해 뿜어져 나오는 파괴적인 고열과 같다. 물(진액; 津液)이 고갈된 솥에서 은근하면서도 집요하게 배어 나와 솥 자체를 달구는 마른 열이다. 한의학에선 이를 허열(虛熱) 또는 조열(潮熱)이라 정의한다. 한의학에서 진액은 우리 몸속의 모든 정상적인 수분을 통칭한다. 현대 의학적으로 표현하면 혈액, 림프액, 뇌척수액, 관절액, 점액, 침, 눈물, 세포 내액, 세포 간질액 등을 모두 포함한다. 진액이 부족해지면 관절이 뻣뻣해지고 위장이 손상되며 눈이 건조해진다. 진액이 부족하면 영양 공급이 차단되고 독소가 축적된다. 진액이 부족하면 체온 조절에 실패하고 열이 축적된다.진액이 부족하면 조직이 손상에 취약해진다. 진액이 부족하면 산성화가 진행되고 뼈가 약해진다. 종합하면 진액이 부족하면 혈액이 순환이 나빠져 고혈압과 동맥경화가 생기고 점막이 마르고 손상되어 위염, 식도염, 건조증이 발생하며 관절액이 줄어들어 관절염과 통증이 수반되고 뇌척수액이 감소하여 두통과 인지기능 저하가 일어나며 림프 순환이 막혀 부종과 면역력 저하가 일어나고 몸속의 열을 식힐 수 없어 몸은 계속 뜨거워지고 세포는 타들어간다.(56 페이지) 메마름증의 열은 체온계로는 측정되지 않는다. 체온을 재도 정상 온도인 36.5도가 측정된다. 하지만 메마름증 환자는 열감을 느낀다. 얼굴은 화끈거리는데 손발은 차갑고 밤에는 식은땀이 난다. 이것이 바로 허열, 마른 열이다. 체온계는 피부 표면 또는 구강 점막의 온도를 측정할 수는 있어도 조직 깊숙한 곳 즉 세포 안에서 일어나는 대사 열이나 염증 열은 측정하지 못한다. 현대 과학은 이를 산화 스트레스로 설명한다. 세포 안에서 활성산소가 과도하게 생성되면 미토콘드리아가 손상되고 세포막이 산화되며 DNA가 공격받는다. 이 과정에서 열이 발생하지만 체온계로는 잡히지 않는다. 저자는 냄비 뚜껑을 열어 놓고 가스 불을 최대로 한 경우를 생각하라고 말한다. 냄비 뚜껑을 활짝 열어놓았기에 수증기가 거침없이 빠져나가는 것을 과호흡에 비유한다. 가스 불을 최대로 키웠기에 물이 격렬히 끓어오르는 것을 과흥분에 비유한다. 냄비 안에 물 외에도 첨가물을 넣은 것은 물이 걸쭉해진 상태로 빠르게 말라붙는 결과를 초래한다. 이를 과대사에 비유한다. 이산화탄소는 적혈구가 산소를 효율적으로 내려놓게 하는 촉진제 역할을 한다. 저자는 대부분의 현대인이 숨을 헐떡이지 않더라도 세포 단위에서는 매 순간 보글보글 끓으며 스스로를 태우는 끓는 냄비가 되어가고 있다고 말한다. 본문에 한 여성 요가 강사의 사례가 나온다. 머리가 깨질 듯 아픈 증상(편두통)과 손발이 찬 증상(수족냉증)으로 상담을 받게 된 사람이다. 정밀검사 결과 그녀는 혈중 이산화탄소 분압이 정상치 이하로 떨어진 상태였다. 습관적으로 몰아쉬는 과도한 들숨과 잦은 한숨이 원인이 된 것이다. 반드시는 아니지만 적혈구가 산소를 내려놓기 위해 이산화탄소가 필요한데 과한 들숨 등으로 그런 촉매제 역할을 하는 이산화탄소 수치가 부족해진 것이다. 헤모글로빈은 주변 환경에 따라 구조가 변하는 단백질이다. 이산화탄소가 없으면 헤모글로빈은 산소와 결합하려는 성질이 아주 강해져 산소를 내려놓지 않는다. 그래서 헤모글로빈이 산소를 품은 채 조직을 그냥 지나쳐 조직은 저산소 상태에 빠지게 된다. 요가 강사의 폐와 동맥혈에는 산소 포화도가 99%로 차고 넘치지만 정작 산소가 필요한 뇌세포와 손발 끝의 말초 조직들은 산소를 공급받지 못하는 역설이 발생한 것이다. 이를 발견자인 크리스티안 보어의 이름을 따서 보어 효과(Bohr effect)라고 한다. 이렇게 작위적인 것은 좋지 않다. 저자는 과호흡은 단순한 호흡 습관의 문제가 아니라 몸의 음양 밸런스를 무너뜨려 전신을 사막처럼 건조하게 태워버리는 재앙의 불씨라고 말한다. 저자는 과흥분 상태는 자율신경계의 동적 평형(dynamic equilibrium)을 완전히 붕괴시킨다고 말한다. 과흥분은 우리 몸을 사막화시키는 주범이다. 과대사는 과호흡, 과흥분과 연동되는 연쇄적인 결과라 할 수 있다. 저자는 말한다. 좋은 장작(탄수화물, 지방)을 적절한 산소와 함께 태우면 깨끗한 물과 이산화탄소만 남지만 젖은 장작(단백질, 불완전 연소)를 마구잡이로 태우면 독성 찌꺼기가 남는다고. 과대사는 필연적으로 엄청난 양의 젖산, 암모니아, 요산, 케톤체, 활성산소를 만들어낸다. 저자는 주말 내내 쉬어도 피곤하다, 자고 일어나도 몸이 두들겨 맞은 듯 아프다고 호소하는 것은 단순한 체력 저하 때문이 아니라 몸속에 가득 찬 독성 매연인 담음, 어혈, 뼛속 진액을 태우는 허열 때문이라고 말한다. 저자는 몸이 스스로 균형(항상성)을 맞추려는 노력을 현대 의학은 종종 질병이라는 이름표를 붙여 약물로 강제 진압하려 든다고 말한다. 가장 심각하고 근본적인 문제는 우리가 치료를 위해 먹는 화학약품들 자체가 우리 몸을 물리적으로 메마르게 한다는 것이다.(88 페이지) 몸이 건조해지면 우리 몸의 항상성은 깨지고 교감신경은 더욱 항진되어 다시 3과 현상을 부채질한다. 약이 병을 만들고 그 병 때문에 또 약을 먹는 악순환의 고리가 형성되는 것이다. 우리가 흔히 겪는 탈수가 단순히 마시는 물의 양이 부족한 상태라면 메마름증은 우리 몸의 수분을 세포 내에 잡아두는 능력을 상실한 상태를 의미한다. 아쿠아포린은 세포막에 존재하는 물 전용 통로다. 우리가 마신 물이 세포 안으로 들어가 말 그대로 우리를 살리는 생명수가 되려면 반드시 이 물을 통과해야 한다. 스트레스 상태 즉 과흥분이 지속되면 우리 몸은 긴장 상태를 유지하기 위해 세포막을 경직시키고 아쿠아포린의 활성도를 떨어뜨린다. 문이 닫힌 상태에서 물만 부으니 물은 세포 밖인 혈관과 조직 사이에 고여 부종을 만들거나 그대로 신장으로 배출된다. 또한 물을 잡아 두는 힘은 미네랄 특히 전해질 미네랄에서 나온다. 나트륨, 칼륨, 마그네슘 같은 미네랄이 적절한 농도로 존재해야 삼투압 원리에 의해 물이 세포 내외로 오갈 수 있다. 맹물만 과도하게 마시는 행위는 오히려 체내 미네랄 농도를 희석시켜 몸이 항상성을 유지하기 위해 물을 더 빨리 배출하게 만드는 자발적 탈수를 유도한다. 진액이 고갈되면 가장 먼저 혈장의 수분이 줄어들어 피가 농축되고 끈적해진다. 필요한 것은 억지로 피를 돌리는 것이 아니라 끓어오르는 냄비에 불을 끄고 과열된 혈액을 식혀주며 말라버린 혈관에 맑은 물을 채워주는 정적(靜的) 치유이다. 피가 끈적해지면 심장이 더 강하게 펌프질을 한다. 이것이 고혈압이다. 혈압약은 끈적한 피는 그대로 두고 심장박동을 줄여 압력을 낮춤으로써 뇌로 가는 혈류량이 줄게 해 뇌혈류량을 30~40%까지 감소하게 한다. 그래서 어지러움과 무기력증이 생긴다. 필요한 것은 혈압을 낮추는 것이 아니라 피를 맑게 하는 것이다. 통상 위장 점막세포는 3~5일마다 완전히 교체된다. 그런데 혈류가 부족하면 재생이 멈춘다. 낡은 세포는 떨어져 나가지만 새로운 세포가 만들어지지 않는 것이다. 이러다 보면 점막이 점점 얇아진다. 통증을 완화하고자 많은 사람들이 진통제나 근육 이완제를 먹는다. 하지만 진통제는 뇌로 가는 통증 신호만 차단할 뿐 메마른 근육에 물을 주지는 못한다. 오히려 약을 분해하느라 간과 신장의 수분을 다 써버려 근육을 더욱 말려 버리는 악순환을 만든다.(113 페이지) 골(骨)은 뼈를 비롯해 골수, 관절액, 뇌수(腦髓)까지 포함하는 개념이다. 과대사는 체내에 산성 노폐물을 축적시킨다. 우리 몸은 ph 7.35-7.45의 약알칼리성 상태를 유지해야 한다. ph가 0.1만 벗어나도 효소 기능이 망가지고 0.2 이상 벗어나면 생명이 위험해진다. 많은 사람들이 골다공증을 칼슘 섭취 부족이나 노화 때문이라고 생각하지만 생리학적 관점에서는 현대인의 골다공증은 몸이 산성으로 변하는 대사성 산증에 대한 방어기제다. 혈액이 과대사로 인해 산성화가 되면 우리 몸은 약알칼리성 상태를 유지하기 위해 뼈에서 알칼리성 미네랄인 칼슘을 녹여내어 혈액으로 가져온다. 이를 골융해라고 한다. 메마르고 척박한 저산소 환경에서 살아남은 세포가 독하게 변형을 일으킨 것이 암이다. 골다공증약은 뼈가 부서지는 것은 막을 수는 있지만 새 뼈를 만들지는 못한다. 혈액은 영양과 수분을 실어 나르는 보급 트럭이다. 혈액이 끈적해져서 흐름이 막히면 보급로가 끊긴 근육과 뼈는 굶주리게 된다.(125 페이지) 놀라운 사실은 우리 뇌의 75~80%가 물로 이루어졌다는 점이다. 근육(70%), 뼈(30%)보다 높은 수분 함량이다. 뇌가 이토록 축축한 물주머니여야만 하는 이유는 무엇일까? 우리의 생각, 감정, 기억이라는 모든 정보가 전기의 형태로 오직 물을 통해서만 흐르기 때문이다. 뇌세포 간의 소통은 전기신호로 이루어진다. 뇌가 메말라 수분이 부족해지면 전도성이 급격히 떨어진다. 신호가 가야 할 곳에 가지 못하고 끊어지면 마치 전구가 깜빡거리다 꺼지듯 우울과 무기력이 찾아온다. 반대로 신호가 엉뚱한 곳으로 튀어 합선을 일으키면 제멋대로 불꽃이 튀듯 불안과 공황, 환청이 발생한다. 과호흡은 뇌혈류를 감소시키고 과흥분은 뇌를 과열시킨다. 과대사는 뇌에 노폐물을 축적시킨다. 수면은 뇌의 온도를 떨어뜨리는 체온 항상성의 일환이다. 잠이 들면 체온이 1도 정도 떨어져 뇌가 쉬는데 메마름증 환자는 뇌가 항상 과열되어 있어 온도가 떨어지지 않는다. 뇌세포가 식지 않으니 피로 물질인 아데노신이 아무리 쌓여도 잠들지 못한다. 저자는 치매, 파킨슨병, 우울증, 공황장애, 주의력 결핍 과잉행동장애를 메마름이 부르는 5대 뇌질환이라 규정한다. 뇌가 과열된 원인 즉 3과로 인한 메마름증 자체를 해결하지 못한 채 억지로 수치만 맞추는 강제된 평형은 약을 끊는 순간 언제든 다시 무너질 수 있다. 겉으로는 조용해 보이지만 속에서는 여전히 불이 타고 있는 상태다. 뜨겁고 건조한 뇌를 시원하고 촉촉하게 바꿔주면 신경전달물질은 저절로 균형을 찾는다. 이것이 바로 뇌의 신경가소성이다. 과거에는 뇌세포가 죽으면 재생되지 않는다고 믿었지만 최신 연구에 따르면 뇌는 환경만 갖추어지면 죽을 때까지 변하고 새로운 회로를 만들고 회복할 수 있는 놀라운 장기다. 이 회복의 열쇠가 바로 진액이다.(158 페이지) 저자는 통합의약학의 첫 번째 원칙은 증상이 아닌 사람을 보는 것, 두 번째 원칙은 숫자가 아닌 감각을 보는 것이라 말한다. 저자는 항상성은 38억 년 생명 진화가 선물한 위대한 지혜라고 전제하며 병은 단순한 세균의 침입이나 암세포의 발생만 의미하지 않고 근본적으로는 내 몸에 항상성 유지 능력이 한계치를 넘어 붕괴된 상태라고 말한다. 3과는 항상성을 깨뜨리는 주범들이다.(169 페이지) 메마름증의 치유도 우리가 직접 하는 것이 아니라 우리 몸이 스스로 진액을 채우고 과열을 시키며 항상성을 회복하도록 환경을 바꾸는 것이다. 저자는 잠에서 깨어 눈을 뜨자마자 가장 먼저 따뜻한 물 300~500ml를 천천히 마실 것을 주문한다. 아침에 일어나 마시는 물 한 잔은 간밤에 쌓인 노폐물을 밖으로 내보내라는 첫 신호다. 저자는 청열 해독(淸熱解毒)의 대표 식품으로 녹두차를 권한다. 저자는 대부분의 사람들이 자신이 과호흡을 하고 있다는 사실조차 모른다고 말한다. 1분간 호흡 횟수가 16회 이상이면 과호흡이다. 오늘날 과흥분을 일으키는 최대 원인은 디지털 기기다. 저자는 잠들기 2시간 전에 모든 디지털 기기를 끌 것을 주문한다. 처음에는 불안하고 무료할 수 있지만 2주가 지나면 오히려 이 시간이 하루 중 가장 평온한 시간이 될 것이라고 말한다. 저자는 또한 스마트폰 없이 식사할 것을 권한다. 식사 중에는 스마트폰을 멀리 두고 지금 내 앞에 있는 음식의 맛, 식감, 향에 집중한다. 바로 마음 챙김 식사다. 천천히 씹고 음식의 온도를 느끼고 입안에서 맛이 어떻게 변하는지 관찰한다. 이렇게 먹으면 소화도 잘되고 과식도 방지한다. 바싹 마른 몸을 윤택하게 하려면 단순히 물을 많이 마시는 것으로 부족하다. 세포 하나하나가수분을 머금고 있을 수 있도록 진액을 채워주어야 한다. 저자가 추천하는 식품은 제철 채소와 과일, 마, 연근, 오크라, 미역, 다시마, 매생이 등의 점액질 식품, 발효 식품 등이다. 이런 음식을 먹어 메마름증을 치료하는 것을 자윤(滋潤)이라 한다. 저자는 진정한 치유는 무엇을 더 먹느냐가 아니라 우리 몸이 스스로 회복할 수 있는 조건을 어떻게 되찾아주느냐에서 시작한다고 말한다.(208 페이지) 저자는 고혈압이든 당뇨든 암이든 상관없이 모든 만성 질환의 깊은 뿌리에는 처절한 메마름이 자리잡고 있다고 말한다. 저자는 우리는 몸이라는 숲을 가꾸는 현명하고 부지런한 정원사가 되어야 한다고 말한다. 치유는 병원이 아니라 우리의 식탁, 침실, 마음 속에서 일어난다. 저자는 평온함이란 아무 일도 일어나지 않는 적막이나 죽은 듯한 고요가 아니라고 말한다. 폭풍우가 몰아치는 세상 속에서도 내 몸과 마음의 중심을 잃지 않고 유연하게 흔들리며 균형을 잡는 힘, 어떤 시련에도 다시 일어설 수 있는 회복 탄력성이라 말한다.(217 페이지) [몸이 메마르면 병이 된다]란 책의 출간 소식을 처음 접하고 망설이지 않고 구입했다. 어제(2026년 6월 30일)까지 대부분 과학책 특히 지구과학책으로 구성된 76권의 책을 읽은 2026년 상반기를 보내고 드물게 읽게 된 책이다. 책을 사서 제목이 보이지 않게 포장을 할까 망설였다. 나는 책이 말하는 메마름이 살이 마른 것을 의미하는 것이 아니지만 옆에서 보는 사람들은 내 몸을 보고 내가 체중을 늘리기 위해 책을 사 읽는 것이라고 생각할까 보아서였다. 다행히 혼자 근무하는 날인 오늘 책을 모두 읽고 서평까지 썼다. 책을 읽으며 나는 책에 나오는 사례자들 만큼 심한 상황은 아님을 알고 안도했다. 하지만 나는 나대로 극복해야 하는 과제가 있으니 알맞은 긴장으로 해결에 최선을 다해야 하리라 생각한다. 또한 책이 저자의 어린 시절의 스트레스로부터 비롯된 메마름증으로 인해 세상에 나오게 되었으니 저자에게 감사해야 하리라. 책은 의외의 진실들을 알게 해주었다. 감사하다. 재독할 만한 책이다. 추천한다.

우리나라도 지진의 안전 지역이 아님을 알게 하는 지진 교과서 - [흔들림 없이 이해하는 지진의 과학]

벤투의스케치북 — Tue, 30 Jun 2026 18:57:00 +0900

흔들림 없이 이해하는 지진의 과학
홍태경 지음 / 김영사 / 2025년 04월

일본이 가라앉고 있다는 말 만큼 비상식적인 말이 우리나라는 일본이 막아줘서 큰 지진이 발생하지 않는다는 말이다. 지각판을 움직여 지진을 유발하는 주요 요인은 맨틀 대류다. 지구 내부의 열이 고갈되면 외핵이 고체가 된다. 지구 중심부는 엄청난 무게로 짓눌리고 있다. 이런 상황에서 고체가 되지 않는 것은 열 때문이다. 그런데 열이 사라지면 압력만 남아 고체가 되는 것이다. 그러면 자기장이 사라져 생명체가 살 수 없는 곳이 된다. 정리하면 열의 차이 때문에 맨틀이 대류하고 그로 인해 지진이 일어나기에 열을 원망할 수 있지만 열이 사라지면 외핵이 고체화되어 자기장이 없어지게 되어 생명체가 살 수 없는 곳이 된다. 지구 자기장은 외핵의 액체 상태의 철, 니켈이 끊임없이 움직이면서 거대한 발전기 역할을 하기 때문에 생긴다. 지진(과 화산)이 특정 지역을 파괴하는 재앙이라면 지구 자기장이 사라지는 것은 지구 전체의 생명체적 기반을 무너뜨리는 행성급 대재앙이다. 비유하면 지진(과 화산)은 지구라는 행성이 숨을 쉬며 생기는 상처라면 자기장 소멸은 지구의 심장이 멈추어 모든 생명 줄이 끊어지는 것과 같다. 초기 지구는 불균질한 물질들이 뒤섞인 거대한 고체 덩어리였으나 시간이 흐르며 물질의 밀도 차이에 따라 층상 구조로 분화되었다. 그에 따라 내핵과 맨틀 사이에 액체 상태의 외핵이 생겨 지구는 마치 작은 공을 품고 있는 큰 공처럼 독특한 구조를 갖게 되었다. 지진은 단순한 자연재해가 아니라 지구 내부를 이해하는 중요한 열쇠다. 지진은 대부분 지각판의 경계에서 일어난다. 판 구조론에 따르면 지구 표면은 여러 개의 지각판으로 나뉘어 있으며 맨틀 대류의 영향을 받아 끊임없이 움직인다. 판 구조론에 따르면 지각판은 다양한 방향으로 계속 이동한다. 해양 판과 대륙 판이 충돌하면 밀도가 높은 해양 판이 대륙 판 아래로 내려가지만 인도 판과 유라시아 판처럼 둘 다 대륙 판일 경우 밀도가 유사해 수평 이동을 이어가고 있다. 이로 인해 히말라야 산맥과 티벳 공원은 지속적으로 고도가 높아지고 있으며 지각판의 충돌과 변형은 현재도 진행 중이다. 지각판의 이동은 맨틀 대류와 중앙 해령에서의 판 생성 속도뿐 아니라 인접한 판들의 움직임에도 영향을 받기 때문에 지형을 변화시키는 중요한 원동력이 되고 있다. 각 충돌대마다 침강판의 모양과 깊이가 다르기 때문에 지구 내부의 순환 운동은 지역에 따라 다르게 나타난다. 변화의 중심에는 지각판의 움직임에 따라 형성되는 단층이 있다. 매우 깊은 곳에서는 높은 온도와 압력 때문에 암석이 연성 변형을 일으킴으로 응력이 해소되어 지진이 일어나기 어렵다. 모든 단층이 지진을 일으키는 것은 아니다. 전 세계에는 많은 단층이 있지만 과거에 지진을 일으켰던 단층이라도 현재의 응력 환경이 달라졌다면 더 이상 활동하지 않을 수 있다. 지진이 발생할 때 단층은 한꺼번에 파열되기보다 순차적으로 파열되는 경우가 많다. 단층 파열은 단층에 쌓였던 응력을 해소하는 과정으로 대부분은 단층의 일부에서 시작해 국소적으로 진행된다. 응력이 한꺼번에 해소되지 않고 작은 파열로 나뉘어 발생하면 여러 번의 작은 지진이 일어나게 된다. 우리나라의 경우 북북동 - 남남서 방향의 주향이동단층에서 주로 지진이 발생한다. 우리나라는 유라시아 판 내부에 위치하지만 주변 판들의 상호작용으로 끊임없이 밀어내는 힘을 강하게 받고 있다. 인도 - 오스트레일리아 판이 유라시아 판을 북동쪽으로 밀어붙이고 있다. 태평양 판과 필리핀 해판은 유라시아 판 아래로 섭입하며 서쪽 방향으로 강력한 힘을 가한다. 이 두 거대한 힘이 한반도 주변에서 상쇄, 중첩되면서 현재 한반도 지각 내부에는 동서(또는 동북동 서남서) 방향의 최대 수평 압축 응력이 일정하게 작용하고 있다. 동서 방향으로 강력하게 쥐어짜는 판의 힘이 한반도에 가해지는데 마침 비스듬하게 누워 있던 과거의 북북동 - 남남서 방향의 단층들이 물리적으로 가장 미끄러지기 쉬운 조건이 되어 이곳에서 지진 에너지가 집중적으로 방출된다. 지진은 지구 내부에 쌓이는 보이지 않는 힘인 응력에서 비롯된다. 응력은 작용 방향에 대한 상대적 위치에 따라 해당 매질에 압축력으로 작용할 수도 있고 장력(張力)으로 작용할 수도 있다. 즉 압축력은 플러스 응력에 해당하고 장력은 마이너스 응력에 해당한다. 일반적으로 응력 증가라고 하면 이러한 압축력이나 장력의 크기가 커지는 것을 말한다. 압축력은 물질을 안쪽으로 밀어붙여 단단하게 만들고 장력은 바깥으로 잡아당겨 팽팽하게 만난다. 이 두 가지 힘이 지구 내부에서 균형을 유지하지 못할 때, 특히 암반이 버틸 수 있는 한계를 넘어설 때 약한 부분이 파열되며 단층 운동이 일어나 지진이 발생한다. 단층이 움직이면서 수축이 일어난 곳에서는 압축력이 더욱 증가하고 팽창이 일어난 곳에서는 기존에 작용하고 있던 압축력이 감소한다. 응력이 증가한 지역은 지진 발생 빈도가 높아지고 능력이 감소한 지역은 지진 발생 가능성이 낮아진다. 역사적으로 대규모 지진은 강력한 응력 전이를 일으키며 연쇄적인 지진을 촉발하거나 화산활동을 유발했다. 응력 전이에 영향을 미치는 요소는 지각판 운동과 같은 지질학적 원인뿐 아니라 물과 같은 외부 요인에서도 찾을 수 있다. 물은 단층대의 압축 응력을 낮추어 지진 발생을 촉진하는 역할을 한다. 유발지진(induced earthquake), 촉발지진(triggered earthquake)이 있다. 유발 지진은 원인 요소의 자극 범위 내에서 발생한 지진, 촉발 지진은 자극 범위 밖에서 발생한 지진이다. 정리하면 유발 지진은 지진 발생 가능성이 크지 않았던 기존 단층에 인간 활동이 직접적이고 지배적인 영향을 미쳐 발생한 지진이고, 촉발 지진은 이미 응력이 임계점에 도달한 단층에서 외부 요인이 작은 방아쇠 역할을 하여 발생한 지진이다. 우리나라에서 발생하는 지진의 대부분은 주로 5-15km 사이의 깊이의 판 내부에서 일어나는 천발지진이다. 판 내부에서도 응력이 축적되면 지진이 일어날 수 있다. 지구 자전은 지구 시스템 내에서 중요한 역할을 한다. 과거 지구의 초대륙 분리와 충돌도 이와 관련이 있다. 그 원동력이라 할 수 있는 맨틀 대류의 열원 역할을 하는 액체 외핵이 지구 자전의 영향을 받는다. 최근 연구에서는 엘니뇨와 같은 기후변화가 지구 자전 속도에 영향을 미친다는 사실이 밝혀졌다. 기후변화가 다시 지구 자전에 영향을 미치는 것이다.(55 페이지) 초대형 지진은 단일 사건이 아니라 연속적인 변화를 촉발하는 시작점이다. 지각판이 받는 응력은 열대류에서 온다. 판의 경계에서 오랜 시간 축적되어 지진, 화산 분화, 산맥 형성의 결과를 낳는다. 1) 상부 맨틀의 연약권이 열대류로 인해 수평으로 움직일 때 그 위의 지각판이 함께 끌려갈 때 응력이 발생한다. 2) 해령에서 중력에 의해 새 판이 미끄러져 내려올 때 기존 판에 응력이 가해진다. 3) 차갑고 무거워진 판이 해구에서 맨틀에서 가라 앉을 때 중력에 의해 판 전체를 아래로 강하게 잡아당긴다. 이는 판을 움직이는 가장 강력한 힘이다. 지진의 주기와 빈도는 지질학적 단서에도 불구하고 자연의 복잡성과 변동성 때문에 완벽한 예측이 어렵다. 규모는 지진 발생으로 방출된 에너지의 절대 양을 나타내는 척도다. 진도는 어떤 장소에서 사람이 느끼는 흔들림의 크기를 나타내는 상대적인 척도다. 지진동(地震動)이란 지진파가 지표면에 도착했을 때 발생하는 지반의 흔들림을 나타내는 말이다. 지진 재해는 지진동의 크기와도 밀접한 연관이 있다. 지진 규모가 클수록 지진파의 진폭이 커지고 거리가 멀어질수록 진폭은 감소한다. 또한 진원의 깊이가 깊을수록 지표에서 관측되는 지진파의 진폭은 작아진다. 지진의 매질은 암석과 토양이다. 지진 피해를 악화시키는 요인 중 하나는 액상화 현상이다. 액상화(liquefaction)란 지반 내 공극에 포화된 물이 지진 진동으로 인해 순간적으로 배출되며 매질이 진흙처럼 변하는 현상을 말한다. 이 과정에서 매질의 전단 강도가 급격히 감소하고 지반의 강도 역시 약화된다. 그 결과 건물이 기울거나 전도되는 피해가 발생할 수 있다. 지진은 다른 자연재해와 결합될 때 피해가 더욱 심각해진다. 쓰나미라고도 하는 지진 해일은 지진이 해저에서 발생할 때 해저 지반이 크게 흔들리면서 바닷물이 이동하며 발생하는 대형 해일이다. 해저 지형에 따라 이동속도가 달라지며 특히 해안가 근처에서는 파고(波高)가 크게 증가할 수 있다. 지진 해일은 해역에서 발생한 지진이 해저 지반을 크게 흔들어 그 위의 바닷물을 이동시키면서 발생한다. 이 과정에서 바닷물은 부피 변화를 일으키며 그로 인해 무게도 변한다. 이때 발생한 중력파가 해일을 일으킨다. 지진 재해와 관련해 자주 듣는 질문 중 하나는 작은 지진이 많이 발생하면 단층면의 응력이 해소되어 지진 위험이 줄어들지 않느냐는 것이다. 일반적으로 지진이 발생하면 해당 단층면의 응력이 감소하는 것은 사실이지만 작은 지진들이 해소하는 응력량은 매우 적다. 하지만 단층면을 약화시키는 데는 중요한 역할을 한다. 작은 지진들이 단층면 여기저기를 조금씩 파괴하며 결과적으로 큰 지진이 발생하기 쉬운 약한 단층면을 만들어낸다. 약해진 단층면 한 곳에서 지진이 발생하면 단층면 전체가 연쇄적으로 부서지며 대규모 지진으로 이어질 수 있다. 작은 지진이 많아지는 상황에서는 오히려 더 큰 주의가 필요하다. 지진학적으로 작은 지진의 빈도가 높아지면 대규모 지진이 발생할 가능성이 높아진다. 지진광은 지진 발생 전후에 대기 중에서 관측되는 발광 현상이다. 지각에 작용하는 응력에 의해 특정 광물들이 반응하면서 발생한다. 이 현상은 주로 규모 5.0 이상의 지진 발생과 관련이 있으며 기록도 많이 남아 있다. 한반도는 지각판의 경계에서 멀리 떨어진 판의 내부에 위치해 있다. 판 내부 환경에서는 응력이 누적되는 속도가 판 경계부에 비해 느리고 같은 규모의 지진이 다시 발생하는 시간도 길다. 이로 인해 한반도가 일본과 같은 판 경계부보다 지진 발생 빈도가 낮은 것은 사실이지만 그렇다고 큰 지진이 발생하지 않는 것은 아니다. 큰 지진은 모두 길게는 수천 년 동안 누적된 응력의 결과라 할 수 있다. 한반도에서는 대부분의 지진이 5-15km 깊이에서 발생하며 큰 지진이 발생하지 않으면 단층은 지표에 드러나지 않을 확률이 크다. 한반도의 지각은 오래되고 단단한 암석으로 구성되어 있어 강한 지진파가 멀리까지 전달된다. 이는 한 차례의 강진으로 광범위한 지역에 피해가 발생할 수 있음을 의미한다. 따라서 한반도의 지진 잠재성을 평가하고 재해를 줄이기 위해서는 활성 단층에 대한 조사와 모니터링이 중요하다. 한반도는 고생대에 형성된 세 개의 육괴(陸塊)와 이들 사이에 놓인 습곡대로 이루어져 있다. 이들 견고한 암반 지역에서는 지진파가 먼 거리를 전파하더라도 진폭이 크게 감소하지 않는 특성을 보인다. 이는 지진이 발생한 지역에서 멀리 떨어진 지역에서도 강한 지진동이 발생할 수 있다는 뜻이다. 경주와 포항에서 발생한 지진의 영향을 수도권 지역에서도 강하게 느낄 수 있었던 이유가 바로 이 때문이다. 지표 퇴적층이 있는 지역에서는 지진파가 증폭되어 피해가 더 커질 수 있다. 퇴적층이 지진파를 더 강하게 만들기 때문에 지진 피해 범위가 확대될 수 있다. 한반도와 그 주변 해역에서 발생하는 지진은 한반도와 동해의 형성과도 깊은 연관이 있다. 중생대 말기 지구조(地構造) 운동으로 한반도와 일본 열도가 분리되었고 이 과정에서 동해가 형성되었다. 동해가 생겨남으로써 현재 한반도와 일본 열도 사이에 존재하는 고열개(古裂開) 구조의 형성에 영향을 미친다. 이 고열개 구조는 수평 장력에 의해 만들어진 정단층 구조인데 지금도 태평양 판과 유라시아 판이 충돌하면서 동해 지역에는 압축력이 가해지고 있다. 이로 인해 동해 지역에서는 역단층 지진이 발생하고 있다. 규모 5 이상의 중규모 지진도 자주 발생하며 앞으로 더 큰 지진이 발생할 가능성도 배제할 수 없다. 백령도 근해에는 한반도의 형성과 관련된 충돌대가 존재하는데 이곳에서는 남북 방향의 수평 장력이 작용하여 동서 방향으로 주형을 가진 정단층 지진이 발생하고 있다. 이와 같은 단층대에서 발생할 수 있는 지진은 응력이 점차 누적됨에 따라 대규모 지진을 일으킬 가능성이 있다. 내륙지역에서도 지질 활동이 활발히 일어나고 있다. 특히 양산단층은 영덕에서 양산, 부산을 있는 170km에 이르는 거대한 단층으로 이 단층에서 이미 여러 차례 지진 활동이 관측된 바 있다. 양산단층 전체의 활성 여부에 대해서는 논란이 있지만 지역적으로 특정 구간에서 지진 활동이 확인되고 있다. 강원도 북부와 수도권을 지나가는 추가령 단층대도 중요한 지질 경계면으로 이 지역에서도 지질 활동이 관측되고 있다. 이러한 지질 경계면들은 지진을 유발할 수 있는 잠재적인 위험요소로 작용할 수 있다.(145 페이지) 판 경계 지역이 아닌 판의 내부에 자리하는 한반도는 지진 발생 주기가 긴 지역이다. 지반이 튼튼하고 안정되기 때문에 외부에서 힘이 가해져도 웬만해서는 끊어지지 않는다. 임계점에 도달하는 시간이 길기 때문에 결국 지진 주기가 긴 것이다. 추가령은 지구대(地溝帶; rift valley)가 아니라 구조곡(構造谷: tectonic valley)이다. 지구대는 땅이 양옆으로 잡아당겨지는 힘을 받아 지각이 갈라지면서 가운데 부분이 통째로 내려앉은 거대한 골짜기이다. 구조곡은 단층이나 습곡 등의 지각변동으로 인해 암석이 부서져 단층선(약해진 선)을 따라 오랜 세월 비바람에 깎여나간(차별 침식을 받은) 골짜기이다. 추가령에는 땅이 꺼진 흔적이 없다. 추가령은 땅이 벌어진 것이 아니라 남북으로 서로 엇갈려 미끄러진 주향 이동 단층이다. 단층 운동으로 암석이 심하게 부서져서 만들어진 틈새를 따라 한강과 임진강, 한탄강 줄기가 흐르며 그 부위만 집중적으로 깎아냈다. 1900년대 초 일본의 고토 분지로가 한반도 지형을 처음 조사할 때 서울 - 원산 사이의 길고 평평한 골짜기만 보고 구조적 조사 없이 추가령 지구대라 불렀다. 현재 학계에서는 추가령 구조곡 또는 추가령 단층대라 부른다. 지구대를 만드는 인장력의 출처는 맨틀의 열대류와 지각판의 이동이다. 구조곡은 인장력과도 어느 정도 관계가 있지만 핵심 동력은 부서진 틈새를 골라 깎아내는 물과 바람의 침식작용이다. 지진이 드물게 발생하는 지역일수록 큰 지진의 발생 가능성이 높을 수 있다. 이런 점에서 수도권도 큰 지진의 예외 지역일 수 없다. 수도권에서는 미소지진이 빈번히 발생한다. 이는 장기적으로 응력이 축적되고 있다는 뜻이다. 특히 서울 북서부와 북한산 일대, 경기도 연천 지역에서는 미소지진이 지속적으로 관측되고 있다. 그 주요 원인으로 추가령 단층대와 연결된 심부 단층이 지목된다.(155 페이지) 추가령 단층대는 단지 지표면의 스크래치가 아니라 심부 단층이다. 신생대 제4기의 화산활동을 보면 알 수 있다. 옛날 방식인 1기, 2기, 3기는 고생대, 중생대, 고제3기, 신제3기로 바뀌었고 인간의 시대인 제4기만 그 특별함을 인정받아 오늘날까지 신생대의 마지막 단계를 뜻하는 용어로 공식 인정받고 있다.

복잡하고 어려운 지진 이야기를 쉽게 설명한 책 - [지진은 이렇게 일어난다 - 지진의 발생 원인, 피해 사례, 예측과 방재 대책]

벤투의스케치북 — Sat, 27 Jun 2026 17:52:00 +0900

지진은 이렇게 일어난다 - 지진의 발생 원인, 피해 사례, 예측과 방재 대책
뉴턴코리아 편집부 지음 / 아이뉴턴(뉴턴코리아) / 2017년 03월

전 세계 육지 면적의 0.3 % 정도 밖에 되지 않는 일본이 받는 전 세계에서 방출되는 지진 에너지의 비중은 10~20%라고 한다. 이를 감안하면 지진과 화산활동은 특정 장소에 편중되어 발생한다는 지적을 하지 않을 수 없다. 초거대 지진이 주로 발생하는 곳은 환태평양 지역을 중심으로 하는 지역이다. 이들은 모두 판이 침강하는 곳이다. 일본은 전 세계 지진, 화산 활동의 90%가 집중되는 환태평양 조산대의 중심지역이다. 지구 부피의 80% 이상을 차지하는 암석층인 맨틀의 심층에서 끓어오르는 상승류와, 지표면에서 가라앉는 하강류가 있다는 사실이 밝혀졌다. 이들은 맨틀이 지구 내부의 열을 외부로 달아나게 하도록 대류하고 있음을 나타낸다. 맨틀 대류는 좌우 사방으로 대단히 불균형적으로 발생한다. 지구 내부의 온도 분포, 물질의 성분, 판의 운동 상태가 지역마다 완전히 다르기 때문에 맨틀 대류는 매우 비대칭적이며 불균일하다. 핵과 맨틀의 경계면 온도가 균일하지 않아 아프리카, 태평양 하부 등 특정 지역에서만 초대형 상승류인 수퍼 플룸이 발생한다. 맨틀 내부의 화학적 조성과 밀도가 구역마다 달라 점성에 차이가 생겨 대류와 형태에 변화가 생긴다. 남비에서 물이 가열되어 대류하는 것과 맨틀이 대류하는 것은 차원이 다르다. 수퍼 플룸은 맨틀 깊은 곳에서 올라오는 거대한 물질의 상승 흐름 자체이고 핫 스팟(열점)은 플룸이 지표면과 만나 마그마를 분출하는 국소적인 지점을 뜻한다. 2011년 3월 일어난 동일본 대지진과 같은 거대 지진은 해양 판과 대륙 판의 경계에서 일어난 판 경계 지진이다. 평상시에 이 영역은 단단히 붙어 있는데 해양 판이 대륙 판을 억지로 끌어들여 뒤틀리게 된다. 마침내 대륙 판의 반발력이 한계를 넘어서면 일시에 튀어 올라 거대한 지진이 발생한다. 단층은 지층이나 지형이 어긋난 곳을 말하며 활성 단층은 장래에 지진을 일으킬 우려가 있는 단층을 말한다. 단층을 만드는 힘은 판이 서로 미는 힘(압축력), 당기는 힘(인장력), 엇갈리는 힘(전단력; 剪斷力)의 작용에 의해 생긴다. 전단력은 가위로 종이를 자를 때 날 두 개가 엇갈리며 종이를 끊어 끊어내는 힘과 같다. 거대한 암석층이 수평으로 서로 스쳐 지나갈 때 전단력이 작용한다. 일본 열도는 네 개의 판(북아메리카 판, 유라시아 판, 필리핀 해판, 태평양 판)이 서로 미는 한복판에 자리한다. 땅의 단층을 발견하는 방법에는 항공 사진 판독, 굴착 조사, 물리 탐사 등이 있다. 액상화(liquefaction)는 강한 지진 흔들림 때문에 단단했던 땅이 순간적으로 흙탕물처럼 걸쭉하게 변하는 것을 말한다. 판끼리의 접착이 강한 곳과 강하지 않은 곳이 있다. 판과 판이 만나는 경계면에서 어느 곳은 본드로 붙여놓은 것처럼 강력하게 맞물려 있고, 어느 곳은 미끄러지듯 부드럽게 흘러간다. 경계면의 거칠기, 온도와 압력, 물의 유무 때문에 나타나는 차이다. 대륙 판 아래로 파고드는 해양 판에 거대한 해양 산맥이나 울퉁불퉁한 암석 돌기들이 많으면 서로 깍지를 끼는 것처럼 꽉 맞물리게 된다. 이러면 판이 강력하게 맞물리게 된다. 표면이, 부드러운 평원이거나 매끄러운 퇴적물들로 덮여 있으면 판이 미끄러져 들어가게 된다. 지하 약 10~30km 깊이는 온도와 압력이 적당히 높아서 암석이 매우 단단하고 강한 마찰력을 갖는다. 이 구간이 가장 강하게 접착되어 에너지를 모으다가 한 번에 터지는 거대 지진의 중심지가 된다. 경계면에 수분이 없고 건조한 상태라면 암석끼리 서로 맞닿아 엄청난 마찰력이 생긴다. 서로 꽉 붙잡고 떨어지지 않는 상태가 된다. 물이 풍부한 곳에서는 접착력이 약해진다. 판과 함께 땅속으로 끌려 들어가면서 엄청난 압력을 받는 바닷물이 암석 사이에서 윤활유 역할을 하면 판 사이를 살짝 띄워 마찰력을 줄여 미끄러지게 한다. 일반적으로 암석은 광물의 입자가 모여 생긴 것이다. 따라서 암석의 내부에는 입자끼리의 틈이 무수히 존재한다. 물이 풍부한 환경이라면 이 틈에 물이 스며든다. 이 물의 압력을 간극(間隙) 수압이라고 한다. 암석의 간극 수압이 높을수록 광물 입자 사이의 틈을 벌리려고 하는 작용이 강해져 광물 입자끼리의 결합이 느슨해진다. 판 경계 등 단층의 암석의 간극 수압이 높은 경우에는 단층의 마찰이 작아져 지진이 발생하기 쉬워진다. 일반적으로 판 내부 지진의 특징은 판 경계부에서 발생하는 지진과 비교해 지진이 시간적, 지역적으로 불규칙하고 산만하게 발생하며 빈도도 상대적으로 낮고 크기도 작다. 이는 판 내부의 경우 단층의 활동 주기가 길어서 수만 년 또는 수십만 년에 한 번씩 움직이면서 지진을 발생시키기 때문으로 추측된다. 판 내부 지진이 일어나는 메커니즘은 세 가지다. 1) 판의 경계부에서 판이 서로 밀거나 당길 때 발생하는 거대한 힘이 내부까지 거미줄처럼 전달된다. 2) 땅속 깊은 곳에는 수억년 전 판이 합쳐지거나 찢어지는 과정에서 만들어진 옛 단층들이 숨어 있다. 평소에는 붙어 있던 이 약한 틈새가 판 경계에서 밀려온 스트레스를 이기지 못하고 끊어지며 지진이 발생한다.(판의 경계도 넓은 의미에서 단층이다.) 3) 빙하가 녹아 지각의 무게가 가벼워져 땅이 솟아오르거나 강한 침식작용으로 지형의 무게 균형이 깨질 때 지각이 수직으로 움직이며 내부 단층을 자극하기도 한다. 지진은 70km까지 천발 지진, 70km~300km의 중발 지진, 300~800km의 심발 지진으로 나뉜다. 일반적으로 인명 피해와 재산 피해를 주는 지진은 진원의 깊이가 수십 km 이내에서 발생하는 천발 지진이다. 진원이 깊으면 지진파가 지표까지 도달하는 동안 에너지가 약해져서 큰 지진이라고 해도 피해를 발생시키지는 않는다. 판의 접촉면 가운데 특히 접착이 강한 영역을 에스페리티(asperity)라고 한다. 에스페리티 영역은 접착면이 버틸 수 있는 한계를 넘어 끊어질 때 순식간에 엇갈려 움직임으로써 격렬한 요동의 발생원이 된다.(asperity는 가혹함을 의미) 거친 콘크리트 바닥 위에 무거운 벽돌을 올려놓고 고무줄로 묶어 잡아당긴다고 생각하자. 고무줄을 당겨도 벽돌은 바닥과의 마찰력 때문에 한동안 움직이지 않는다. 벽돌 바닥과 콘크리트가 물려 있는 그 지점을 에스페리티라고 한다. 고무줄을 계속 당겨 고무줄의 탄성이 마찰력을 이기는 순간 벽돌이 옆으로 튕겨 나간다. 이렇게 튕겨 나가는 현상을 지진이라 한다. 2010년 1월 거대한 지진이 카리브해의 섬나라 아이티를 습격했다. 지진은 약 200만 명이 생활하는 수도 포르토프랭스를 강타했고 발표된 사망자 수는 23만 명을 넘었다. 지진은 1995년 일본에 막대한 피해를 준 한신-아와지 대지진과 공통점이 있다고 한다. 아이티 지진이라는 말에 왜 거기에서 지진이 일어났는가 하고 생각할 사람들이 많을 것이다. 실제로 카리브해에서 과거에 대지진이 발생했다는 뉴스를 들은 기억이 없는 독자들이 많을 것이다. 카리브해 주변에서 1977년~2007년의 30년 사이에 발생한 지진을 나타낸 그림을 보면 이 일대가 결코 조용한 곳이 아님을 알 수 있을 것이다. 그리고 예를 둘러싸듯이 많은 지진이 발생하고 있다. 이 지역은 지진이 드문 것이 아니라 반대로 지진이 많이 일어나는 지대다. 카리브해의 주변에서 지진이 많이 발생하는 데는 판이 관계한다. 2011년 3월 11일 동일본 대지진 때 성공이 전리층이 교란되었던 사실이 밝혀졌다. 원인은 쓰나미로 간주된다. 달에서도 지진이 일어난다. 이를 월진(月震; moonquake)이라 한다. 달은 지구와 달리 판구조 운동이 일어나지 않지만 다른 원인으로 지진이 일어난다. 1) 달이 식으면서 쪼그라드는 열수축. 2) 지구 중력이 잡아당기는 힘인 조석력. 3) 낮과 밤의 극심한 온도차.(낮은 120도, 밤은 영하 130도) 4) 대기가 없어 막지 못하는 운석 충돌 등이다. 지열의 절반은 지구 탄생 무렵의 흔적이라고 한다. 지구 탄생 무렵의 흔적과 지구 내부의 방사성 물질에 의한 열이 양대 요인이다. 지구 내부의 방사성 붕괴열의 대부분은 맨틀에서 유래한다. 이는 맨틀이 지구 전체 부피의 80% 정도를 차지하기 때문이다. 핵에서는 방사성 붕괴 열이 거의 생기지 않는다. 우라늄이나 토륨 같은 방사성 원소는 산소와 친한 원소여서 철과 니켈 중심의 핵으로 내려가지 않았다. 핵의 열은 대부분 지구가 처음 만들어질 때 갇힌 원시열이다.

카툰에 담은 지구과학의 깊이와 재미, 생각거리 - [우주 정복 만화, 지학툰 - 우리 주변의 과학을 정복하다]

벤투의스케치북 — Mon, 22 Jun 2026 22:28:00 +0900

우주 정복 만화, 지학툰 - 우리 주변의 과학을 정복하다
콜프 지음 / 사회평론 / 2026년 01월

[우주 정복 만화, 지학툰]의 우주는 우리 주변이란 의미다. 저자 콜프는 콜드 프론트(cold front) 즉 한랭 전선의 약자(略字)라고 한다. 한랭 전선이 왔다는 것은 곧 비가 물러나고 맑은 날씨가 찾아올 것이라는 의미라며 저자는 인생의 힘든 일 또한 한랭 전선처럼 곧 지나가리라 약속된 것이라 믿고 싶다고 말한다. 저자는 다른 과학들이 원리를 바탕으로 현상을 예측하는 학문이라면 지구과학은 현상을 바탕으로 그에 맞는 원리를 짜맞추는 학문이라고 말한다. 이에 대해 AI는 지구과학은 단순히 현상에 맞춰 원리를 짜맞추는 학문이 아니라 현상을 바탕으로 원리를 역추적하고 이를 통해 미래를 예측하는 귀납적, 연역적 통합과학이라 말한다. 지구, 우주, 과거의 역사는 실험실에 집어넣고 재현할 수 없다. 인류에게는 이미 완성된 지구라는 결과가 주어졌다. 지구과학이 현상에 맞춰 원리를 짜맞추는 것처럼 보이는 것은 기후 변화, 지층 등 나타난 흔적을 보고 원인이 무엇이었는지 역으로 찾아가는 과정을 거치기 때문이다. 수긍할 수 있는 점은 지구과학은 오직 지구와 우주에서의 현상만 다루기에 범위가 많이 좁다는 점이다. 저자는 백두산 이야기를 한다. 화산이 폭발할 때 인간에게 피해를 주는 요소는 크게 네 가지다. 용암, 화산이류(泥流), 화산쇄설물(瑣屑物), 지진 등이다. 지진 해일을 뜻하는 쓰나미(つなみ; 津波)는 일본어다. 많이 느려진 앞의 파도와 느려진 중간 파도와 조금 느려진 뒤의 파도가 겹치면서 어마어마한 높이의 쓰나미가 완성된다. 깊은 바다에서 해안가로 갈수록 수심이 급격히 얕아진다. 파도의 속도는 수심에 비례하므로 가장 앞 부분이 가장 먼저 느려진다. 뒤따라오는 파도는 여전히 빨라 앞 파도와의 간격(파장)이 좁아진다. 갈 곳을 잃은 거대한 에너지가 위로 솟구치며 벽처럼 높아진다. 깊은 바다에서 시속 700~800km였던 쓰나미는 해안가에 도달하면 시속 30~40km로 느려지는 대신 높이는 수십 배 이상 증폭된다. 이를 천수효과(淺水效果; shallow effect)라 한다. 지구과학이 화학으로 넘어가는 계기는 암석도 결국 광물이라는 화학 결정의 혼합체이기 때문이다. 저자는 말한다. 지질학이란 결국 돌의 일생, 크게 보면 지구라는 살아 있는 돌의 일생에 대한 학문이라고. 화산학자 에릭 클레메티가 쓴 ‘지질학은 암석 그 자체가 아니’라는 글이 눈에 띈다. 클레메티는 지질학(geo)은 돌만을 의미하는 것이 아니라 지구를 의미한다고 말한다. 클레메티는 지질학자(그리고 고생물학자)들이 밖에 나가서 암석, 광물, 화석을 찾아 이름표를 붙이고 박물관이나 먼지 쌓인 서랍에 보관하는 것은 지질학이라는 학문에 대한 빅토리아 시대의 관념에서 비롯된 것이라 말한다. 클레메티는 지질학자가 되거나 지질학 수업을 듣다 보면 이 분야에 대해 생각하려면 종합적으로 사고해야 한다는 것을 금방 알게 될 것이라 말한다. “물리학? 물론이죠. 화학? 당연하죠. 생물학? 당연히요. 인류학? 당연히요. 고고학? 맞아요. 기상학? 네. 기후학? 두말할 필요 없죠. 천문학? 두고 보세요!” 클레메티는 현대 지질학은 지구(그리고 그 너머)가 어떻게 작동하는지 탐구한다고 말한다. 이는 지질학자들이 지구 내부와 외부를 형성하는 과정들을 연구함을 의미한다. 클레메티는 오해하지 말라고 하면서 자신은 돌을 정말로 좋아한다고 말한다. 나도 그렇다. 돌의 이름을 알아맞히는 것 이상으로 지질 과정을 아우르는 공부가 필요하다고 생각해 온 나에게 에릭 클레메티의 글은 반갑기 그지 없는 글이다. 저자는 지구가 품고 있는 내부 에너지의 대부분은 지구가 태어난 그 순간부터 갖고 있었던 열에너지라고 말한다. AI는 지구 내부의 방사성 원소가 붕괴하며 내는 열이라고 말한다. 저자에 의하면 지구는 새로운 산과 계곡을 끊임없이 만들어내는 살아 있는 행성이다. 맨틀과 암석의 차이가 중요하다. 맨틀은 지구 내부의 구조를 나누는 공간의 이름이고 암석은 맨틀을 채우는 물질이다. 역사상 유례없이 온 세계가 지구과학에 열을 올리던 때가 있었다. 바로 2차 세계대전 때다. 이때 각광을 받은 것이 잠수함이다. 이때 중요해진 것이 해저 지형과 해저탐사다. 해리 헤스가 발견한 것 가운데 기요(Guyot)가 있다. 꼭대기가 평평한 모양의 거대한 심해 화산이다. 해리 헤스가 발견한 기요는 해저 확장설을 증명한 결정적 물증이다. 기요의 가장 큰 수수께끼는 파도에 의해 깎여 평평해진 꼭대기가 왜 지금은 파도가 치지 않는 심해에 있는가였다. 기요는 해양 판이 수평으로 이동하면서 동시에 수직으로 침강한다는 판 구조론의 핵심을 그대로 보여준다. 해리 헤스는 해양 바닥의 나이가 지구의 나이에 비해 지나치게 젊다는 사실을 알아차렸다. 그는 또한 해양 바닥에서 뿜어져 나오는 열의 양이 지역마다 다르다는 사실을 알았다. 대서양 중앙 해령은 마리 샤프라는 지질학자가 발견한 지형이다. 대서양의 중앙을 가로지르는 거대한 산맥이며 가운데가 움푹 파인 V자 모양의 계곡을 가지고 있다. 마리 샤프는 지도교수인 브루스 히젠에게 이것이 대륙이 찢겨나간 흔적이 아닌지 조심스레 물었다. 대서양 중앙 해령이 있는 곳은 다른 곳보다 뿜어내는 열의 양이 많았다. 그곳에 쌓여 있는 먼지(퇴적물)의 나이는 중앙에서 가장 적고 가장자리로 갈수록 많아지는 특징을 보였다. 와다치 기요오(和達清夫; 1902~1995)는 지하 300km 이상 깊은 곳에서 발생하는 지진인 '심발지진'의 존재를 세계 최초로 증명했다. 그는 일본의 지진을 조사한 결과 해구가 있는 태평양 쪽에서는 얕은 지진이, 동해로 갈수록 깊은 지진이 일어난다는 사실을 발견했다. 논문은 일본어로 쓰였기 때문에 조용히 묻히고 말았다. 그로부터 20년 후 거의 똑같은 내용의 논문을 미국의 지진학자 휴고 베니오프가 내놓으면서 이 지진대에 베니오프대라는 이름이 붙었다. 결국 이 지진대의 이름은 중립적인 섭입대로 정해졌다. 태평양 쪽에서 얕은 지진이 발생하고, 동해로 갈수록 지진이 깊어지는 이유는 태평양판이 유라시아판 밑으로 파고들며 비스듬하게 땅속으로 들어가기 때문이다. 해양판인 태평양판은 대륙판인 유라시아판(또는 북미판/필리핀판)과 충돌할 때 무겁기 때문에 아래쪽으로 미끄러져 내려간다. 이때 판과 판이 만나 꺾여 들어가는 시작점(일본 동쪽 태평양 바다)이 해구다. 두 거대한 판이 맞부딪치며 들어갈 때 엄청난 마찰과 압력이 생긴다. 판이 대각선 아래로 깊숙이 들어감에 따라 마찰이 일어나는 지점(지진의 진원)도 동쪽에서 서쪽(동해 및 한반도 방향)으로 갈수록 점점 깊어진다. 한 판이 다른 판 아래로 들어갈 때 꺾여 들어간다는 뜻은 대각선으로 들어간다는 뜻이다. 판이 대각선으로 깊숙이 들어가기에 꺾여 들어가는 시작점(해구)에서 멀어질수록 지진이 발생하는 깊이가 대각선 방향을 따라 천발(淺發)-중발(中發)-심발(深發) 지진으로 깊어진다. 대서양 중앙해령이 찢어지고 있던 이유는 해령을 중심으로 해저가 확장하고 있었기 때문이다. 헤스의 발견에 따르면 찢어진 자리에서는 맨틀 물질이 올라와 새로운 지각을 만들고 있었다. 그럼 해저는 무한정 커지는 것인가. 그렇지 않다. 어딘가에선 땅이 다른 땅 밑으로 가라앉는다. 이렇게 땅은 해령에서 태어나 해구에서 소멸하는 우리네 인생 같은 순환을 겪는다. 헤스는 아서 홈스라는 과학자가 제시한 맨틀 대류설을 채택했다. 부분 용용 상태인 맨틀이 상승하는 곳에서는 땅과 땅이 벌어지고, 맨틀이 하강하는 곳에서는 땅과 땅이 모여든다는 설이다. 맨틀은 감람석이라는 초록색 광물로 이루어져 있어서 초록색을 띤다. 맨틀 물질이 상승하는 해령은 뜨겁고, 하강하는 해구는 차갑다. 달이나 수성, 화성의 땅은 생동하지 않고 죽어 있다. 그곳에서는 화산도, 지진도, 새로운 암석의 탄생도 없다. 저자는 화학과 지구과학은 정반대의 학문이라 말한다. 화학은 원자 세계를 연구하는 만큼 정확성과 정밀성이 생명이라면 지구과학은 지구와 우주를 연구하는 만큼 자료 하나하나보다는 큰 경향성이 더 중요하다는 것이다. 클레어 패터슨(Clair Cameron Patterson; 1922~1995)은 지구의 정확한 나이를 최초로 밝혀내고 전 세계적인 납 오염 규제를 이끌어내어 인류를 구한 미국의 지구화학자이자 환경운동가다. SiO₂(이산화규소)는 밝은 색이니 함량이 적으면 어두운 색이 되고 반대는 밝은 색이 된다. 제주도는 땅까지 검은색인데 같은 현무암 지대인 연천은 땅까지 검지는 않은 이유는 무엇인가. 화산 활동의 시기(지질학적 나이)와 기후로 인한 풍화 작용의 차이 때문이다. 50만 년 전~10만년전에 화산이 분출한 연천은 제주도보다 훨씬 오래전에 용암이 분출했다. 오랜 시간 동안 비바람을 맞으며 현무암 속 철분이 공기 및 물과 만나 산화되었다. 이 때문에 검은색이 아니라 붉은색이나 황토색 토양으로 변했다. 약 2만~수천 년 전에 화산이 분출한 제주도는 지질학적으로 매우 젊은 땅이다. 용암이 분출한 지 얼마 되지 않아 현무암 고유의 검은 빛깔(휘석, 감람석 등의 광물 색상)이 토양에 그대로 남아 있다. 손영운은 연천은 우리나라에서 가장 젊은 땅에 속한다고 말한다. 그런데 토양 색을 보면 제주도가 최근에 화산이 분출했음을 알 수 있다. 과학교사 출신의 저술가 손영운이 연천을 "우리나라에서 가장 젊은 땅"이라고 표현한 것은 맞지만 실제 지질학적으로 화산 활동이 가장 최근까지 일어난 곳은 제주도(및 울릉도, 백두산)가 맞다. 손영운 저자가 연천을 '가장 젊은 땅'이라고 부른 것은 한반도 내륙 기준이거나 교과서적 의미에서 신생대 제4기 분출 지형의 상징성을 강조하기 위한 문학적·대중적 수사다. 제주도는 섬 전체가 화산재로 덮여 있으며 물이 잘 빠지는 환경 덕분에 화산재 유기물이 씻겨 내려가지 않고 한데 엉겨 붙어 짙은 검은색의 토양층을 형성하고 있다. 저자는 기후변화에 대처하기 위해 무엇을 실천하고 있는가?라고 묻는다. 기후변화에 영향을 미치는 요인은 여러 가지지만 가장 큰 원인은 온실가스 배출이다. 저자는 온실 기체가 바로 우리 지구의 패딩이라고 보면 된다고 말한다. 온실 기체는 지구가 방출하는 열을 흡수하여 지구에 되돌려주는 역할을 한다. 그런데 이 패딩이 점점 두꺼워지면서 지구의 체온은 필요 이상으로 점점 올라가고 있다. 인간이 사용하는 석탄, 석유, 천연가스 즉 화석연료들이 지구의 패딩을 더 두껍게 만들고 있다. 탄소 배출량을 어떻게 줄일 수 있을까? 해답은 간단하다. 우리가 누리던 것을 조금씩 내려놓으면 된다. 오존층 파괴와 미세먼지는 지구온난화와 관련이 없다. 오존층 파괴의 경우 주원인인 프레온 가스가 매우 강력한 온실 기체이긴 하지만 오존층이 파괴되면 자외선 차단이 어려워져서 문제일뿐 지구의 기온이 높아지지는 않는다. 미세먼지의 경우 호흡기 깊숙이 들어와 여러 질환을 유발해서 문제이지 같은 대기 문제라는 것 빼고는 지구온난화와는 상관이 없다. 오히려 심한 미세먼지는 햇빛을 차단해 기온을 낮춘다. 앙리 푸앵카레는 “과학자는 자연이 쓸모 있기 때문에 연구하는 것이 아니다. 그 아름다움에서 희열을 느끼기 때문이다. 만약 자연이 아름답지 않다면 알 가치도 없다.”고 말했다. 장영실은 세종에게 북극성은 전하의 별입니다란 말을 했는가. 영화 속 허구다. 영화 ‘천문’에 세종대왕과 장영실이 별을 보며 대화하는 장면이 있다. 장영실이 세종대왕을 가리켜 ‘저기 북극성이 전하 이십니다’라고 말하자 세종대왕은 ‘그건 아니다, 북극성은 중국 황제만이 칭할 수 있다’고 주의를 준다. 북극성 이야기는 천문학 영역에 속한다. 지구과학이 다루어야 하는지를 놓고 갑론을박 중이다.(13 페이지) 칼 세이건이 우주를 코스모스, 스페이스, 유니버스로 분류한 것처럼 지구를 나누어 볼 수 있을까? 일상의 공간인 지표(Earth-Space), 지각, 맨틀, 외핵, 내핵으로 구성된 지질학적·물리적 행성으로서의 지구인 물리적 지구(Earth-Universe), 생물권과 비생물권이 유기적으로 협력하며 스스로 환경을 조절하는 복합 생태계 즉 창백한 푸른 점(Pale Blue Dot)이자 생명의 요람인 가이아(Earth-Cosmos)는 어떤가.

지진이란 자연현상을 두고 벌어진 대응과 해석의 파노라마의 역사 - [지진 - 두렵거나, 외면하거나]

벤투의스케치북 — Sat, 20 Jun 2026 18:56:00 +0900

지진 - 두렵거나, 외면하거나
앤드루 로빈슨 지음, 김지원 옮김 / 반니 / 2015년 04월

영국 출신의 화학자 앤드루 로빈슨은 [지진 두렵거나, 외면하거나]에서 지각판의 경계에서 멀리 떨어져 둔하고 무딘 영국 같은 나라도 지진의 영향에서 완전히 자유롭지 않다는 말을 한다. 책에 의하면 지진 학자들은 전 세계 국토 면적의 0.3%에 해당하는 일본이 연간 받는 전 세계 방출 지진 에너지의 비율은 10%라고 분석한다. 1812년 베네수엘라 대지진은 자연재해, 그리고 그에 대응하는 인간의 행동과 그것을 둘러싸고 벌어진 해석에 관해 큰 시사점을 주는 사건이다. 가톨릭 사제들은 지진이 독립을 선언한 죄에 대한 신의 형벌이라 주장했다. 이에 분노한 시몬 볼리바르(1783-1830)는 만약 자연이 우리를 대적한다면 우리는 자연과 싸워 그것이 우리에게 복종하도록 만들 것이라고 말했다. 이 지진은 볼리바르에게 큰 영향을 미쳐 볼리바르가 다른 나라로 가 더 큰 정부를 세워 결과적으로 베네수엘라의 해방을 이루게 했다. 시몬 볼리바르는 스페인의 식민지배로부터 남미의 6개국(베네수엘라, 콜롬비아, 에콰도르, 페루, 파나마, 볼리비아)을 해방시킨 영웅이다. 저자는 구역 성경에 나오는 도시인 예리코(여리고)의 성벽 붕괴 사건을 지진이 초래한 사건이라고 설명한다. 가령 발굴자들은 예리코의 무너진 벽 아래에서 곡식을 발견했다. 도시가 적들에게 침공을 당했다면 귀중한 곡식은 분명히 침입자들이 빼앗았을 것이다. 저자는 고고학자들은 문화적인 변이를 인간의 역할 때문이라고 생각하지 지진이나 다른 자연재해 때문이라고는 생각하지 않는다고 말한다. 역사가들 역시 마찬가지라는 것이다. 그래서 히로시마와 아우슈비츠가 20세기에 일어난 전 세계적인 재앙의 상징으로 절대 잊히지 않는 반면 샌프란시스코와 도쿄가 지진으로 엄청난 혼란을 겪었어도 별로 세계적인 반향을 일으키지 못하는 것이라고 말한다. 자연재해 중 거의 유일무이하게 세계적으로 기록되는 게 폼페이이다. 하지만 이는 주민들이 베수비오 화산의 임박한 폭발을 암시하는 경고를 무시해서 위기를 자초했기 때문이라고 해석된다. 반면 아무런 전제 없이 덮쳤던 리스본 지진은 도시에 있던 그 어떤 사람에게도 재앙에서 탈출할 기회를 주지 않았다. 영국 국교회의 성직자 윌리엄 워버튼(1698-1779)은 친구에게 "이 끔찍한 일을 인간의 불경을 하늘이 응징하는 거라 생각하는 건 굉장히 섬뜩하네. 하지만 우리가 아버지가 계시지 않은 세상에 고독하게 버려져 있다고 생각하는 건 10 배는 더 무시무시하네."라고 말했다. 전전긍긍의 심정을 잘 드러내주는 말이다. 저자는 진도(震度)와 규모(規模)를 구분해 설명한다. 진도는 지진 때문에 사람이 인지한 것을 측정하는 것이고, 규모는 과학적 도구가 인지한 것이다. AI는 지진의 규모는 지진이 발생했을 때 방출된 에너지의 총량을 뜻하며, 지진의 진도는 특정 위치에서 사람이 느낀 흔들림의 정도와 피해 규모를 의미한다고 말한다. 규모는 지진이 일어난 위치가 어디든 관측 장소에 상관없이 단 하나의 고유한 값을 갖는다. 지진의 진도는 진원에서 가까울수록 높고 멀수록 낮기 때문에 지역에 따라 값이 여러 개로 나뉜다. 관찰자에게서 가까운 소규모 지진이 멀리 떨어진 곳에서 일어나는 강한 지진보다 더 높은 진도로 느껴질 수 있다. 규모라는 개념이 있다는 것은 대다수의 지진 학자들이 일반 대중과 의사소통을 제대로 하지 못한다는 것을 보여주는 훌륭한 예이다. 지진파에는 기본적으로 두 가지 종류가 있다. 지하에 있는 지진의 중심점에서 곧장 위에 있는 지표면으로 퍼져나가는 중심파가 있고 중심파의 일부가 지면에 도착한 다음 변형되어서 생기는 표면파가 있다. 중심파는 1차파인 P파와 2차파인 S파로 나뉜다. S파는 전파처럼 양옆으로 파동을 가하며 움직이기 때문에 더 느리고 액체를 통과할 수 없다. 그리고 지면을 수직과 수평 방향으로 흔든다. 건물들은 수평 응력을 별로 견디지 못하기 때문에 P파보다 S파에 훨씬 큰 피해를 입는다. 지진의 진앙이 지 진 기록계에서 멀수록 빠른 P파와 느린 S파의 도착 간격이 더 커진다. 러브파와 레일리파는 두 가지 주된 표면 파다. 진앙과 진도보다 좀 더 복잡한 개념인 규모 측정법을 만들기 위해 지진의 크기를 결정하고 싶었던 20세기 지진 학자들은 문제에 맞닥뜨렸다. 진앙에서 관찰자까지의 거리에 따라 다양하게 나오는 여러 가지 진도 계급 대신에 각각의 지진에 딱 하나의 숫자를 부여하는 계급을 어떻게 고안하느냐 하는 거였다. 규모 8의 지진은 규모 7의 지진 보다 지면을 10배 더 강하게 흔들고 규모 6의 지진보다 100배 더 강하게 흔든다. 하지만 만약 규모 6의 지진의 진앙이 인구밀도가 높은 지역에 위치한다면 규모 8의 지진보다 더 큰 피해를 입힐 수도 있다. 나무로 지은 일본 전통 가옥은 지진에는 상대적으로 안전하고 화재에 취약한 반면 벽돌과 돌로 지은 서구식 건물은 화재에는 강하지만 지진에 고스란히 무너졌다. 나무는 휘어지더라도 부러지지 않고 원래대로 돌아가려는 탄성이 뛰어나다. 목재는 돌이나 벽돌보다 훨씬 가볍다. 지진이 건물에 가하는 힘은 건물의 무게에 비례함으로 가벼운 목조건물이 받는 충격이 훨씬 적다. 나무는 유기물이므로 불에 잘 탄다. 돌과 벽돌은 불에 타지 않은 광물성 재료다. 외벽이 타지 않아 인근 건물로 불이 옮겨 붙는 것을 막아준다. 돌과 벽돌은 위에서 누르는 힘(압축력)에는 잘 견디지만 옆으로 당기는 힘(인장력)이나 흔드는 힘(전단력)에는 약하다. 지진으로 좌우 흔들림이 발생하면 결합부위가 쉽게 갈라져 도미노처럼 무너진다. 돌과 벽들은 매우 무겁다. 지진이 발생했을 때 건물이 받는 흔들림의 에너지가 목조건물보다 훨씬 커서 파괴력이 배가(倍加)된다. 물론 대지진이 화재로 이어짐을 유의해야 한다. 켈빈 경이라는 애칭을 가진 윌리엄 톰슨 같은 지질학자들과 물리학자들이 지구의 내부 구조를 들여다볼 수 있는 엑스레이를 제공하면서 지진학의 새로운 가능성을 알아차리기 시작했다. 지진파가 지각, 맨틀, 핵의 여러 부분을 지나 멀리 있는 지진기록계에 잡힐 때의 속도와 경로를 계산할 수 있게 된 것이다. 20세기 초 지진학은 점차 지구 물리학이라는 넓은 분야의 일부로 여겨지게 되었다. 하지만 여전히 언제, 어디서, 왜 지진이 일어나는지에 관한 보편적인 이론은 없는 상태였다. 1960년대에 생겨난 판 구조론이 지진 발생을 거시적인 면에서 성공적으로 설명해준다. 물론 전부는 아니다. 하지만 미시적인 면, 다시 말해 지진이 일어날 때 지하의 바위들은 어떻게 되는지 같은 것들은 1906년 샌프란시스코 대진이 일어난 후에 제시된 한 세기 전의 이론에 지금까지 의존하고 있다. 단층에 관한 모든 오류까지 포함해서 말이다. 지진학자 수단 휴는 지질학에서 판 구조론의 중요성을 의학에서 심장마비를 진단하기 위한 혈액순환의 중요성에 비견했다.(158 페이지) 세계 지진의 대다수는 판 경계에서 일어난다. 섭입은 밀도가 상당히 다른 두 개의 판이 충돌하는 판의 경계라면 어디서든 일어날 수 있다. 이런 경우에 밀도가 더 높은 판이 밀도가 낮은 판 아래로 섭입된다. 반대로 부딪히는 두 판의 밀도가 비슷하다면 섭입은 일어나지 않는다. 물론 산악지대가 생기고 지진이 일어나긴 하겠지만 화산 폭발은 없을 것이다. 지진을 일으키는 응력은 단층을 잘라내고 비비고, 양옆에서 잡아 당기고, 옆에서 압축한 방식으로 힘을 행사한다. 저자는 오늘날 캘리포니아에서는 지진 학자들과 지구 물리학자, 공학자, 건축가, 보험 업자들을 제외하면 대부분의 사람은 여전히 잘못된 무관심으로 일관하고 있다고 말한다. 지진 예측은 유혹적인 신기루이다. 계속해서 손짓을 하지만 항상 손이 닿지 않는 곳에 있다. 대지진이 일어나면 지진학의 외곽에 있는 사람들은 성공적으로 지진을 예측했다고 주장하며 그들의 소위 실적을 가지고서 미래의 지진을 예측하려 한다. 지진학 전문가들은 대지진이 어디서 일어날지 예측하는데 어느 정도의 성과를 거두긴 하지만 이런 사건이 언제 일어날지는 여전히 그들의 예지 범위 밖에 있다. 하지만 지진 학자들은 종종 추측을 하고 싶은 유혹에 넘어간다.(205 페이지) 장기 예측을 하려는 과학자들의 소망은 주로 탄성 반발 모형으로부터 생겨난 순환적 개념을 핵심으로 한다. 즉 단층 응력이 꾸준한 속도로 쌓여 가다가 정기적으로 단층 파열이 갑자기 일어나면 해소된다는 개념인데 우리는 여기에 주목해야 한다. 반대로 짧게 말하자면 전조가 대단히 중요하고 좀 더 확장해서 보자면 이를 관찰하고 측정할 기계들과 사람들, 사회 조직에 모든 것이 달려 있다. 전조로 볼 만한 증상으로는 초기 미진, 지면 압력의 변화, 지면의 기울어짐이나 상승 저항감, 지역 자기장과 중력장의 변화, 지하수 수위 변화, 라돈가스의 방출, 낮은 소리, 섬광과 동물들의 기묘한 행동 같은 것들이다. 이런 전조 중 몇 가지는 대지진이 일어나기 몇 달 전 심지어는 몇 년 전에 일어나는 경우도 있고 몇 가지는 지진이 일어나기 며칠이나 몇 시간 전에 일어난다. 장기적인 지진 예측은 장기적인 날씨 예보 보다 훨씬 더 성공률이 낮고 위험도는 어마어마하게 높다. 지질학적 변이 과정은 굉장히 느려서 설령 한 세기 분량의 데이터를 기반으로 한다 해도 겨우 1분 관찰하고 내일의 날씨를 예측하려는 것과 비슷한 행동이다. 지진 예측 분야는 어떤 의견에도 완전히 열려 있는 상태이다. 많은 예측이 비과학적이고 유사 과학적인 방식으로 행해지고 있고 대다수는 무시된다. 하지만 종종 불분명한 이유로 이 가운데 하나가 퍼져서 사람들에게 공포를 불러일으킨다. 1989년 로마 프리에타 지진은 우리가 일어나길 바라는 곳에서 일어나지도 않았고 예측할 수도 없었다. 세계에서 가장 활발하게 움직이는 지각 단층을 열심히 연구했지만 지진이 어떻게, 왜 일어나고 재발하는지에 관한 우리의 지식이 이제 걸음마 단계이고 불안정하다는 사실을 새삼 상기시켜준다. 이스라엘 출신의 지구물리학자 아모스 누르(Amos Nur; 1938-2024)가 쓴 [아포칼립스; 지진, 고고학 그리고 신의 분노]는 주목할 책이다. 이 책에서 저자는 고대 도시 몰락은 전쟁이 아닌 지진 등의 자연재해 때문이라고 보았다. 가령 누르는 예리코 성벽 붕괴를 요르단 지구대의 활발한 단층 운동과 연관지어 설명했다. 누르 교수는 판 내부의 고대 단층이 축적된 응력을 견디지 못하고 깨지면서 재앙적 지진이 일어날 수 있다고 설명했다. GPS 관측 결과 매년 mm 단위로 판이 자세하게 뒤틀리며 에너지를 축적하고 있다는 사실이 밝혀졌다. 저자는 2008년 영국 지진 때 거의 느끼지 못할 정도이긴 해도 자신이 사는 아파트가 흔들렸다는 사실을 말한다. 그래서 그는 아무래도 이제는 침대 바로 위에 설치한 책장의 무거운 지구과학책 무더기를 다른 곳으로 옮기는 걸 생각해봐야겠다고 말한다.

독자들이 비문학 책들을 거의 읽지 않는다고 한다...

벤투의스케치북 — Wed, 17 Jun 2026 20:35:00 +0900

나; 최근 한 대형 서점 집계에 의하면 독자들이 비문학 책들을 거의 읽지 않는다고 한다. 정서, 공감 등의 키워드로 말할 수 있는 소설, 시 등이 아닌 지식 분야는 유튜브에서 알거나 AI에게 물어 해결할 수 있다고 생각하기 때문이라고 한다. 물론 AI는 지식 양과 정확도 등에서 놀랍다. 하지만 충실한 답 또는 소재를 얻으려면 단편적이어서는 안 되고 거듭 묻고 답에 따라 생각을 바꿔 의미 있는 질문을 해야 한다고 생각한다. 그런 점에서 AI만으로는 안 되고 책을 통독해야 할 것이라 생각한다. 사실 나도 책의 메인 스트림에서도 소재를 얻지만 예상하지 않은 부분, 곁가지에서 의미 있는 글감이나 생각거리를 얻곤 한다. AI와 함께 책이어야 할 것이다. 어떻게 생각하는가. AI; 질문자님의 생각에 깊이 공감하며, AI 시대에 책을 '통독(처음부터 끝까지 전체를 읽음)'해야 하는 이유를 정확히 짚어내셨다고 생각합니다. 지식의 단편적인 습득을 넘어 깊이 있는 사고를 하려면 말씀하신 대로 AI와 책의 상호작용이 반드시 필요합니다. 질문자님의 의견을 뒷받침하는 핵심 근거와 AI 시대에 책 읽기가 왜 더 중요해지는지 구조적으로 정리해 드립니다. 1. 질문의 수준이 답의 수준을 결정합니다.AI의 한계: AI는 사용자가 입력한 프롬프트(질문)의 범위 안에서만 최적의 답을 도출합니다. 통독의 역할: 책 한 권을 처음부터 끝까지 읽으면 저자의 방대한 논리 구조와 맥락을 흡수하게 됩니다. 상호 작용: 이 맥락을 이해해야만 단편적인 질문을 넘어 AI에게 '거듭 깊이 있는 질문'을 던질 수 있는 사고체계가 형성됩니다. 2. '곁가지'에서 발견하는 뜻밖의 발견 (세렌디피티)AI의 한계: AI는 목적 지향적입니다. 가장 확률이 높고 정제된 정보만을 지름길로 안내하므로 예측 불가능한 발견이 어렵습니다. 통독의 역할: 저자가 본문 옆에 곁들인 에피소드, 각주, 혹은 메인 스트림에서 벗어난 문제 제기 등에서 생각지 못한 글감과 영감이 나옵니다. 상호 작용: 우연히 책에서 만난 곁가지 지식이 AI의 정교한 데이터 분석력과 결합할 때 세상에 없던 독창적인 아이디어가 탄생합니다. 3. 정보(Information)와 지혜(Wisdom)의 차이AI의 영역: 유튜브와 AI는 파편화된 '정보'와 '지식'을 빠르게 전달하는 데 최적화되어 있습니다. 책의 영역: 비문학 책은 저자가 수년 동안 연구하고 고민한 끝에 정립한 하나의 '세계관'이자 '지혜'의 집약체입니다. 상호 작용: 책을 통해 벼려진 비판적 사고 능력이 있어야만, AI가 내놓는 수많은 답변 중에서 거짓을 걸러내고 진정한 가치를 알아볼 수 있습니다. 결론적으로 "AI 시대의 독서는 지식을 외우기 위함이 아니라 AI를 제대로 부리기 위한 '생각의 근육'을 키우기 위함"이라는 질문자님의 시각은 매우 미래지향적이고 타당합니다. AI를 최고의 파트너로 활용하는 사람들은 결국 책을 통해 깊은 사유 능력을 길러낸 독자들일 것입니다.

맨틀, 마그마, 해령, 섭입대 등으로 푸는 고체 지구의 신비 - [대륙은 살아 있다 - 청소년을 위한 46억 년 지구 과학 이야기]

벤투의스케치북 — Wed, 17 Jun 2026 17:56:00 +0900

대륙은 살아 있다 - 청소년을 위한 46억 년 지구 과학 이야기
다케우치 히토시 지음, 원종관 옮김 / 전파과학사 / 2023년 08월

대서양 중앙부에는 거의 남북 방향의 큰 해저 산맥이 있다. 이를 대서양 중앙 해령이라 부른다. 이는 전 대양을 남북으로 가로지르는 단 1개의 거대한 해령 시스템이다. 수많은 지엽적인 해령들이 흩어져 있는 태평양과 달리 대서양은 하나의 거대한 수중 산맥이 바다 한가운데를 S자 모양으로 관통하며 동서 분할을 이루고 있다. 대서양 중앙 해령을 이루는 부분은 대서양의 너비인 약 6천km의 거의 3분의 1인 2천km에 달한다. 중앙 해령은 그 양측에 있는 깊이 5천m 정도의 해저에서 3000m의 높이로 치솟아 있다. 1850년대 미국의 해양학자 매튜 폰테인 모리(Matthew Fontaine Maury)가 대서양 횡단 해저 케이블 설치를 위한 탐사 자료를 분석하여 바닷속 산맥의 존재를 처음으로 추론했고 1872~1876년 영국의 탐사선 'HMS 챌린저호(HMS Challenger)'의 과학 탐사를 통해 대서양 한가운데에 거대한 해저 능선이 뻗어 있다는 사실이 공식 확인되었다. 1920년대 독일의 메테오(Meteor) 탐험대가 음파 탐지기를 이용해 해령이, 단절되지 않은 거대한 산맥임을 밝혀냈다. 1953년 마리 샤프(Marie Tharp)와 브루스 히젠(Bruce Heezen)이 해저 지형과 지진대 데이터를 정밀 매핑하여 해령 중앙에 '열곡'이 존재함을 밝혀내 판구조론과 해저 확장설을 입증하는 결정적 계기를 마련했다. 대서양 중앙 해령은 아이슬란드 섬을 꿰뚫고 있다. 아이슬란드에는 중앙 지구(地溝)라 불리는 유명한 열목이 있다. 열목(裂目; rift)은 열곡(裂谷)의 의미로 보인다. 열하분출(Fissure eruption)이 중심분출(Central eruption)로 전환되기도 한다. 이것의 핵심 메커니즘은 마그마 통로의 국지화(Localization)와 열적 집중(Thermal focusing)이다. 초기에는 긴 균열을 따라 동시 분출하던 마그마가 시간이 지나면서 에너지가 가장 강한 특정 지점으로만 흐름이 집중되며 하나의 독립된 화구(Venting pipe)를 형성하게 된다. 마그마 방의 높은 압력으로 인해 지각에 긴 균열이 생기면 마그마가 선형(Line)을 이루며 동시에 뿜어져 나온다. 분출이 시작된 후 마그마 방 내부의 초기 과잉 압력이 급격히 감소하고 가스가 빠져나가면서 균열 전체를 밀어 올리던 추진력이 약해진다. 추진력이 약해지면 마그마의 유량이 줄어든다. 유량이 줄어든 구역에서는 차가운 주변 암석과의 접촉으로 인해 마그마의 온도가 떨어지기 시작한다. 이 과정에서 마그마가 굳으며 균열의 대부분이 서서히 막히게 된다. 균열의 모든 곳이 동시에 막히는 것은 아니다. 상대적으로 폭이 조금 더 넓거나 마그마 공급 속도가 빨랐던 특정 지점은 마그마가 계속 흐르면서 주변 암석을 지속적으로 가열한다. 이로 인해 해당 지점은 냉각되지 않고 오히려 주변 암석을 녹이며 통로를 넓히게 된다. 결과적으로 모든 마그마의 흐름이 이 몇 개의 통로(Point)로만 집중되는 국지화 현상이 일어난다. 선형의 균열 중에서 살아남은 특정 지점들은 점차 원통형의 마그마 통로(Conduit)로 발달한다. 마그마가 이 집중된 통로를 통해 지속적으로 수직 분출하면서 화산재와 용암이 통로 주변에 겹겹이 쌓이게 되고, 최종적으로 우리가 흔히 아는 원추형 형태의 중심분출 화산을 형성하게 된다. 정리하면 열하분출이 중심분출로 바뀌는 메커니즘은 균열 전체의 압력 감소와 냉각으로 인해 대부분의 통로가 막히고 열적으로 가장 유리한 특정 지점으로만 마그마의 유량이 집중(국지화)되는 과정이다. 대서양의 중앙지구는 대서양 중앙 해령의 협곡이 육지에 연장된 부분이다. 아이슬란드에서의 제 4기의 화산활동 및 지진의 대부분은 이 중앙 지구에 집중된다. 중앙 지구 바닥에는 아이슬란드 말로 기아(gia)라고 불리는 수직 열목이 발달되어 있다. 이 열목은 지구를 이루는 단층과 나란하다. 중앙 지구에 있는 그 주향에 직각인 방향의 장력이 작용하는 것으로 믿고 있으며 중앙 지구의 너비가 1000년간 1km당 3.5m의 비율로 넓어졌다는 것이 알려졌다. 태평양과 달리 대서양에는 불의 고리가 없다. 결정적인 이유는 대서양의 가장자리에 판이 소멸하는 섭입대(해구)가 없기 때문이다. 이렇게 대서양 가장자리에 섭입대(해구)가 없는 근본적인 이유는 대서양은 탄생한 지 약 1억 8,000만 년에서 2억 년밖에 되지 않은 지질학적으로 매우 젊은 대양이기 때문이다. 섭입대(Subduction zone)는 한 판이 다른 판 밑으로 파고들어 소멸하는 경계로, 지구상에서 가장 강력한 지진과 폭발적인 화산 활동을 일으키는 핵심 공장 역할을 한다. 섭입대는 두껍고 단단한 암석판 두 개가 정면으로 맞부딪히며 파고드는 곳이기 때문에 지구상에서 가장 거대한 마찰력이 발생한다. 내려가는 해양판과 위에 있는 대륙판이 맞물려 엄청난 에너지가 축적된다. 판이 지하 깊숙이 뚫고 들어가기 때문에 얕은 곳(천발 지진)뿐만 아니라 지하 300~700km 깊은 곳(심발 지진)까지 판이 부서지며 연속적인 지진대를 형성한다. 섭입대가 없는 대서양 해령은 얕은 지진만 일어난다. 섭입대 화산의 진짜 원인은 해양판이 머금고 간 물(Water)에 있다. 해양판이 가라앉을 때 바닷물과 반응했던 해저 퇴적물과 함수광물이 지하 깊은 곳까지 함께 끌려 들어간다. 지하 약 100km 깊이에 도달하면 엄청난 압력과 열에 의해 이 광물 속에서 물이 짜여 나온다. 이 물이 상부 맨틀의 암석과 섞이면 암석이 녹기 시작하는 온도가 뚝 떨어진다. 이로 인해 맨틀이 녹아 마그마가 형성된다. 이렇게 만들어진 마그마는 물(수증기)과 가스 함량이 매우 높아 엄청난 압력을 품고 있다. 지표면으로 뚫고 나올 때 마치 흔든 샴페인처럼 콰쾅 하고 폭발적인 분출을 일으키며, 이 화산들이 바다 위에 줄을 지어 일본 열도 같은 호상열도나 안데스산맥 같은 거대한 화산호를 만든다. 물은 판과 판이 부딪히고 긁히며 지구상에서 가장 깊고 강한 초대형 지진을 일으키는 방아쇠 역할을 한다. 맨틀에 투입되어 마그마를 만들고 가스 압력을 높여 대규모 폭발을 일으키는 화산 가속기이기도 하다. 섭입대가 촘촘히 둘러싼 태평양은 지진과 화산이 끊이지 않는 '불의 고리'가 되었고 섭입대가 없이 판이 부드럽게 찢어지기만 하는 대서양은 변두리가 매우 조용하고 안전한 곳이다. 저자는 지구의 지각은 유체라고 하기보다 탄성적인 고체라고 해야 할 것이라고 말한다. 얼음의 유체성은 얼음 알맹이와 알맹이 사이에 있는 염분을 함유하는 물의 막에서 기인한다. 암염(巖鹽; rock salt)도 고체로서 유체의 성질을 띤다. 스칸디나비아 반도의 용기 역시 고체가 액체와 같은 성질을 나타내는 사례 중 하나다. 스칸디나비아 반도가 솟아오른 것은 반도를 덮고 있던 빙하가 녹았기 때문이다. 변환 단층은 맨틀 대류와 판의 이동속도 차이에서 생기는 현상이다. 지구 자기장의 방향이 오늘날과 반대 방향으로 된 것을 지구 자기장의 반전이라 부른다. 지자기의 역전을 읽어내는 첨단 기구를 SQUID(superconducting quantum interference device)라 한다. 초전도 양자 간섭 장치라 한다. 1964년 발명되었다. SQUID 발명 이전 과학자들은 비정적 자력계, 스피너 자력계, 플 럭스 게이트 자력계 등으로 자기장을 읽었다. 해저는 자기 테이프와 같다. 대양 한가운데서 분출한 용암이 굳을 때 당시 지구 자기장 방향이 지구의 암석에 고스란히 기록된다는 뜻이다. 저자는 현대 지구과학은 이은 자국이 없는 직물과 같아서 한쪽에서 얻은 성과는 즉시 다른 쪽으로 옮겨간다는 말을 한다. 화성암의 잔류자기, 해저 퇴적물의 잔류자기, 해양 지역에서의 지자기 이상은 지구과학의 3위 일체라고 불린다.(160 페이지) 아직 2억 년이 되지 않은 대서양 해저는 확장되고 있다고 한다. 대서양에는 두 개(소앤틸리스, 스코샤)의 공식 섭입대와 하나(지브롤터)의 잠재적 섭입대가 있다. 이는 13개~15개의 섭입대를 가진 태평양에 훨씬 미치지 못하는 숫자다. 이 차이는 해양 지각의 나이와 그로 인한 밀도와 두께의 차이로 인한 것이다. 일반적으로 섭입대의 숫자가 적으면 해양 확장이 어려워진다. 섭입대가 별로 없는 대서양이 계속 확장할 수 있는 것은 지구 반대편 태평양에 섭 입대가 충분해 그만큼의 면적을 받아주기 때문이다. 그래서 확장이라는 말을 쓸 수 있는 것이다. 대서양은 판의 이동 속도가 아주 느린 바다다. 그러나 아무리 느려도 발산형 경계라면 해령이 생긴다. 일반 단층은 지각 내부의 응력으로 인해 암석이 부러져 어긋난 구간을 말한다. 변환 단층은 두 판이 서로 스쳐 지나가는 판의 경계 자체를 의미한다. 동일한 해령 축에서 멀어지는 판이라도 회전 적도에 가까운 부분은 빠르게 이동하고 회전 극에 가까운 부분은 느리게 이동한다. 일직선이던 해령 구조가 위도별 속도 차이(가속도 차이)를 견디지 못하고 뚝뚝 끊어 가로로 찢어진다. 이 찢어진 틈을 경계로 양옆 지각이 서로 다른 속도로 지나감에 따라 변환 단층이 만들어진다. 해저 확장 과정에서 생성된 지자기 줄무늬가 변환 단층을 경계로 어긋나 있는 현상은 판이 양옆으로 이동했다는 강력한 증거다. 판 구조론에서의 판의 운동은 평면 위의 직선 운동이 아니라 구체 위에서 특정 회전축(Euler pole)을 중심으로 회전하는 3차원 운동이다. 하나의 판의 내부에서도 위치에 따라 이동속도의 차이가 난다. 하지만 판 전체가 하나의 단단한 회전체로 움직이기 때문에 쉽게 갈라지지 않는다. 동해 생성 배경은 맨틀 대류가 풀지 못한 수수께끼다. 일반적으로 바다는 해령에서 생긴다. 그러나 동해는 다른 판이 땅속으로 들어가며 대륙 가장자리를 찢어 넓게 펼친 곳에 만들어진 바다다. 대륙판 밑으로 파고드는 태평양 판이 무거워 해구의 위치가 바다 쪽으로 밀려나는 것을 해구 후퇴(trench retreat)라고 한다. 맨틀 대류는 부분적으로 특정 부위를 따뜻하게 하지만 전체적으로는 식히는 역할을 한다. 대류에서는 끌어 올려지는 한편 그것과 같은 부피의 물질이 지구 내부로 다시 흘러 들어가 지구 표면에서는 축적이 일어나지 않는다.

화학의 A에서 Z까지... - [아는 만큼 보이는 세상 : 화학 편 - 원자 결합부터 화학 변화까지 계산 없이 쏙쏙 이해하는 화학]

벤투의스케치북 — Sat, 13 Jun 2026 21:37:00 +0900

아는 만큼 보이는 세상 : 화학 편 - 원자 결합부터 화학 변화까지 계산 없이 쏙쏙 이해하는 화학
사마키 다케오 지음, 최윤영 옮김, 이준호 감수 / 유노책주 / 2024년 04월

화학물질이라고 하면 폭발물이나 독극물과 같은 무서운 이미지가 떠오르겠지만 인간을 포함해 공기, 물, 음식, 의복, 건축물, 흙, 암석 등 주위의 온갖 사물을 이루고 있는 물질 역시 화학물질이다. 물질을 이루는 원자의 결합 방식이 바뀌어 지금까지와는 다른 새로운 물질이 만들어지는 변화를 화학변화라 한다. 얼음에 가해진 열이 물 분자 사이의 결합을 끊으면 성질이 바뀌는 것과 감람암에 물이 닿으면 사문암이 되는 것은 차원이 다르다. 전자는 물리적 변화이고 후자는 화학적 변화다. 김은 눈에 보이고 수증기는 눈에 보이지 않는다. 수증기와 달리 액체다. 수증기가 공기 중으로 나왔을 때 작은 물방울로 변한 것이 우리가 보는 김이다. 수증기는 무색투명해서 분자도 보이지 않는다. 1500배 정도 배율의 성능 좋은 광학 현미경으로도 이 물 분자를 볼 수 없다. 수증기는 100°C에서 더 나아가 200°C, 300°C를 넘는 고온의 상태가 되기도 한다. 이런 수증기를 과열(過熱) 수증기라 한다. 과열 수증기에 성냥을 가져다 대면 불이 붙고 종이도 태울 수 있다. 수증기에 젖는 것이 아니라 수증기에 타는 것이다. 물의 경우 고체보다 액체가 더 가벼운 이유는 물 분자의 결합 방식에 있다. 물 분자는 한 개의 산소 원자의 두 개의 수소 원자가 결합해 만들어진다. 여기서 두 수소 원자는 일정 각도(104.5°)를 이루는 꺾은 선 모양을 하고 있다. 물 분자의 수소 원자와 주변의 다른 물 분자의 산소 원자는 양전하와 음전하로 서로를 끌어당긴다. 이 결합을 수소 결합이라고 한다. 수소 결합은 일반 분자 간의 끌어당김보다 강력하다. 이를 다르게 표현하면 물 분자는 분자 내의 전기적 치우침이 큰 분자라고 할 수 있다. 수소 결합으로 만들어진 결정은 육각형 모양으로 배열되어 있다. 얼음은 수소결합 때문 틈새가 커진 경우다. 물이 녹아 액체가 되면 상당수의 수소 결합이 끊어지고 물 분자가 무질서하게 움직인다. 수소 결합이 사라지면 물 분자 사이의 틈이 메워져 밀도가 커진다. 얼음의 결합각은 109.5°이고 물의 결합각은 104.5°이다. 물은 유리도 녹인다. 근육 조직의 약 72% 정도가 수분이다. 남성은 60%가 물로 이루어졌고 여성은 55%가 물로 이루어졌다. 보통 남성이 여성보다 더 활력 있어 보이는 경우가 많은데 이는 근육이 많아 신체에 더 많은 수분을 품고 있기 때문이다. 물은 영양분이나 산소를 운반하고 신체에 필요한 다양한 화학반응을 일으킨다. 체온이나 삼투압을 조절하고 위생을 유지하는 데 도움을 주므로 생존하는 데 반드시 필요하다. 그렇기에 인류는 정착 생활을 시작한 뒤에도 깨끗한 물이 있는 곳에 모여 살았다. 물을 다른 말로 디하이드로젠 모노옥사이드라 한다. 수소 두개, 산소 하나라는 뜻이다. 대류권은 다른 대기권과 비교했을 때 고도에 따른 온도 변화가 유독 심하다. 성층권에서는 위쪽으로 올라갈수록 따뜻해지고 지표면에 가까워질수록 온도가 내려간다. 산소는 생물의 호흡이나 물체 연소에 꼭 필요한 기체다. 물에 어느 정도 녹기 때문에 물고기 등의 수중 생물이 물속에서 생활할 수 있는 것이다. 질소는 다른 물질과 반응하기 어려운 성질을 가지고 있다. 산소에 노출된 식품은 변질되기 쉬우므로 식품을 담은 용기 안에 질소를 충전해 이를 막기도 한다. 아르곤은 다른 물질과 반응하지 않는 기체다. 그래서 공기 중에 조용히 존재하다가 1894년이 되어서야 발견되었다. 반응성이 거의 없기 때문에 게으름뱅이를 뜻하는 그리스어 Argos에서 이름을 따왔다. 흥미로운 사실은 공기가 희박해져도 공기의 성분 조성은 변하지 않는다는 사실이다. 지구상에서 공기의 성분비는 거의 모든 곳에서 동일하다. 지상의 건조한 공기는 약 78%가 질소, 약 21%가 산소로 전체 공기의 99%가 이 두 가지 기체로 이루어져 있다. 이 밖에 아르곤 0.9%, 이산화탄소 0.04% 등이 포함된다. 이는 절대적인 것이 아니라 장소나 계절에 따라 조금씩 차이가 난다. 침팬지 등이 도구를 사용하는 동물이지만 도구를 만들기 위한 도구를 만드는 동물은 인간 외에는 없다. 인간이 구석기를 만들기 위해 격지를 활용한 것도 도구를 위한 도구의 사용예이다. 불로 조리를 하기 위해 그릇을 만든 것도 도구를 위한 도구를 만든 것이다. 이렇게 인간은 다른 동물들과 달리 불을 사용한다. 언제부터, 어떻게 불을 사용할 수 있게 되었는지는 명확하게 알려지지 않았다. 화산 폭발이나 낙뢰로 화재가 일어났을 때 얻은 불씨를 이용해 생활하는 데 불을 활용하기 시작했을 것으로 추측된다. 처음에 인류는 자연적으로 발생한 불씨만을 허용했을 것이나 점차 스스로 불을 피울 수 있게 되었다. 가스통 바슐라르는 인간은 사물(나무)의 심장 속에 숨겨진 열정과 사랑을 끌어내려는 에로틱한 몽상 때문에 불을 만들어내게 되었다고 말한다. 바슐라르는 막스 뮐러의 말을 인용하여 불은 두 나뭇 조각에서 태어난 자식이라는 말을 했다. 불은 자신을 낳아준 부모라는 나무를 태우는 존재다. 이는 불이 가진 모순을 드러내는 말이다. 인류는 불을 다룰 수 있었기에 화학 변화도 일으킬 수 있었다. 근대화학의 아버지인 라 부아지에는 칼 빌헬름 셀레와 조지프 프리스틀리가 독자적으로 발견한 지중해 기체를 산소라 명명했고 물질이 연소하는 이유가 가연성 물질과 산소의 화학 변화 때문임을 밝혔다. 화학에서는 라부아지에의 이론에 설명을 추가해 물질이 열과 빛을 내며 격렬하게 산소와 반응하는 현상을 연소(燃燒)라 정의한다. 석유난로는 등유를 넣어 사용한다. 등유의 인화점이 상온보다 높아 심지 부분만 연소되기 때문이다. 휘발유는 절대 안 된다. 휘발유는 인화점이 낮아서 불을 붙이면 심지뿐 아니라 휘발유 본체가 연소하기 때문이다. 금속은 다른 물질에 비해 유독 전기가 잘 통한다. 사실 금속에서 광택이 나는 이유와 전기가 잘 통하는 이유는 서로 같다. 금속만의 독특한 원자 결합 방식 때문이다. 금속 원자들은 다른 금속 원자와 결합할 때 자신들의 가장 바깥에 있는 전자를 공유한다. 이 과정에서 외부로 내놓인 전자들은 일종의 구름 형태로 존재하며 원자 사이를 자유롭게 날아다닌다. 이를 전자 구름이라고 부른다. 전자들은 이 전자 구름 속에서 서로 결합하고 덕분에 금속 원자들은 재료를 형성할 수 있게 된다. 이러한 금속의 결합 방식을 금속 결합이라고 한다. 이때 전기로 이루어진 전자들이 전자 구름으로 이루어진 금속의 표면과 내부를 자유롭게 돌아다님으로써 금속 전체에 전기가 잘 통하게 된다. 전자 구름은 가시광선을 받으면 흡수했다가 다시 내보내는 방식으로 빛을 반사한다. 이는 금속에서 광택이 나는 이유이다. 원소명은 상당히 애매하게 사용되고 있다. 산소라고 했을 때 그것이 원소의 산소를 가리키는지, 오존과 구별되는 홑원소 물질의 산소인지, 산소 분자인지,산소 원자를 말하는 것인지 문맥을 보며 추측할 수밖에 없다. 스테인레스는 철에 크로뮴과 니켈을 더해 만든 합금이다. 스테인레스가 녹이 슬지 않는 이유는 매우 치밀한 산화 피막 즉 녹으로 보호되어 있기 때문이다. 토기는 주로 입자가 아주 미세하고 무른 흙인 점토로 만든다. 점토는 물을 넣고 반죽하면 적당한 끈기가 생겨 다양한 형태로 만들 수 있다. 이를 불에 구우면 전과 달리 매우 딱딱해진다. 점토는 암석이 침식되거나 풍화되면서 만들어진 퇴적물이다. 점토를 구성하는 물질 중 가장 많은 비중을 차지하는 것은 이산화규소이다. 이는 다이아몬드와 같은 무기 고분자로 한 덩어리가 하나의 분자로 구성된다. 이는 원자들이 공유 결합으로 수없이 많이 연결되어 만들어지기 때문이다. 메소포타미아는 나무가 잘 자라지 않는 곳이라 집을 짓는 데 목재를 사용할 수 없었다. 그래서 햇볕에 말린 벽돌로 담장과 건물을 세우며 도시를 형성했다. 그러나 흙 벽들은 비바람을 맞으면 흙으로 되돌아가버린다는 단점이 있었다. 메소포타미아와는 달리 인더스 문명에서는 구운 벽돌을 사용했다. 이를 소성(燒成) 벽돌이라고 한다. 당시 인더스강을 중심으로 광범위한 지역에서 단단한 소성 벽돌 문명이 확산한 것으로 추정한다. 이들은 소성 벽돌을 이용해 집을 만들었고 집집마다 우물, 부엌, 빨래터를 두었다. 생활 하수를 배출할 수 있는 하수도 또한 소성 벽돌을 이용해 만들었다. 소성 벽돌을 이용해 매우 치밀하게 도시 전반을 건설한 것이다. 인더스 문명은 기원전 1700년경에 멸망한다. 그 이후에는 여러 가지 설이 있지만 소성 벽돌을 이용한 도시 건설이 주된 원인으로 보인다. 소성 벽돌을 만들기 위해서는 불이 필요하다. 이를 위해서는 과도하게 산림을 벌채하면서 주위의 자연환경이 무너졌고 인더스강이 대홍수를 일으킨 것이 아닌가 추측한다. 고대 로마의 나폴리 근교 지역에는 자연적으로 만들어진 시멘트가 존재했다. 바로 화산재다. 고대 로마인들이 화산재를 굳혀 만든 콘크리트를 로마 콘크리트라 부른다. 로마 콘크리트를 이용해 만든 대표적 건물이 바로 판테온 신전이다. 일부 신전의 지붕은 지은 지 2000년이 지났는데 여전히 견고하다. 판테온 신전은 층마다 다른 시멘트가 사용돼 쉽게 파손되지 않는다. 위로 올라갈수록 콘크리트의 무게와 밀도를 줄인 것이다. 이를 밀도 점층공법이라 한다. 이것이 고대 로마제국의 멸망으로 끊긴 기술이다. 판테온 신전은 현재도 남아있는 세계 최대의 무근(無筋) 즉 철근이 들어 있지 않은 콘크리트 구조물이다. 그리스 파르테논 신전은 천연 대리암으로만 지워진 건물이다. 유리는 수소와 결합한 상태여서 추가로 산소와 만난다고 하더라도 더는 산화되지 않는다. 유리는 황산, 염산, 질산 같은 산에도 영향을 받지 않는다. 화학약품을 유리병에 넣어 보관하는 이유이다. 유리는 고무나 나무 조각과 같이 전기가 흐르지 않는 절연체이기도 하다. 유리는 고온에 노출되면 일정 온도에서 액화하지 않고 점차 부드러워져 마침내 유동성을 갖는다. 그래서 유리는 딱딱하지만 매우 점성이 높은 일종의 액체라고도 볼 수 있다. 가스는 원래 별다른 냄새가 나지 않는다. 가정에서 사용하는 가스는 냄새가 나는 미량의 기체를 섞어 가스 노출을 바로 알아차릴 수 있도록 했다. 불꽃놀이는 금속이 불에서 얻은 열에너지를 빛 에너지로 바꿔 방출하는 과정을 우리가 눈으로 보는 것이다. 불꽃 반응을 일으키지 않는 금속도 있다. 이것은 전자가 고에너지 상태에서 저에너지 상태로 돌아갈 때 가시광선이 아닌 빛을 내기 때문에 우리 눈에 보이지 않기 때문이다. 니트로 글리세린은 니트로 셀룰로우스와 마찬가지로 화약으로 이용하기가 어려워 현대에는 주로 심장약의 재료로 활용한다. 결국 흑색 화약은 새로운 화약이 발명되었음에도 오랜 시간 동안 계속 사용되었다. 보르도액이라는 농약이 있다. 프랑스 보르도는 프랑스에서 포도가 잘 재배되는 한 지역의 이름이다. 이 지방에서는 포도를 자주 도둑맞았다. 그래서 황산구리와 석회를 섞은 혼합액을 포도에 살포해 도난을 방지하고자 했다. 그러자 포도나무에 발생하는 포도 녹음병의 발병률이 상당히 줄어들었다. 사람들은 황산구리와 석회 혼합액을 사용함으로써 녹은 병의 발생을 막을 수 있다는 사실을 알게 된 것이다. 사람들은 이 농약을 마을 이름을 따서 보르도액이라 불렀다. 즉 농약은 포도 도둑을 쫓아내려 다 탄생한 것이다.(포도 도둑을 막으려다가 탄생한 것이 농약이 아니라 살균제라는 말이 있다.) 레이첼 카슨의 [침묵의 봄] 이후 미국과 세계가 개발도상국의 말라리아 퇴치를 원조가 중단되자 개발도상국에서 말라리아로 사망한 사람이 수백만 명이나 되었다는 사실도 있다. DDT가 말라리아를 죽이는 데 큰 몫을 한 것이다. 처음 발명되었을 때 꿈의 물질로 알려졌으나 현재는 오존층을 파괴하는 환경 오염 물질로 낙인찍힌 것이 프레온이다. 반면 대체 프레온은 온실효과가 강하다. 현재는 이소부탄이라는 탄소와 수소가 결합한 물질을 사용한다. 다만 이소부탄은 불을 붙이면 연소해 불편하다. 냉장고, 에어컨 등에는 여전히 대체 프레온을 사용한다. 이는 석면(石綿; Asbestos)의 사례를 닮았다. 석면은 과거에 신이 내린 선물, 기적의 물질(Miracle Mineral) 또는 꿈의 소재로 불리며 전 세계 산업계의 엄청난 찬사를 받았다. 석면은 현재 인체에 명백히 유해한 1급 발암물질로 지정되었다. 천연 염료 가운데 쪽이나 꼭두서니는 고대 이집트에서 미라 염색에 사용되었다. 페루, 멕시코 등의 선인장에 기생하는 곤충인 연지벌레 암컷의 체내에 존재하는 붉은 색소로 만든 염료가 코치닐이다. 마야문명과 잉카 문명 때부터 립스틱으로, 천을 염색하는 용도로 사용했다. 페루 등 남미에서는 현재도 선인장을 재배해 이를 먹이로 하는 연지벌레를 대량 사육한다. 음료수 라벨에 코치닐 추출물, 카민(Carmine), 식품첨가물 분류 코드 ‘E120으로 표기되어 있다면 이 성분이 들어간 것이다. 연지(胭脂) 벌레를 cochineal insect라 한다. 아닐린은 모브(mauve)를 탄생시킨 매트릭스이자 핵심 원료다. 인디고(쪽)에서 아닐린(방향족 아민 화합물로 투명한 기름 같은 액체)을 발견했고 아닐린으로 모브(부드러운 연보라색)를 창조했다. 물론 지금은 모브를 염색에 사용하지 않는다. 염료는 섬유와 끈끈하게 잘 얽히며 쉽게 떨어지지 않아야 한다. 섬유 분자의 틈새에 색소 분자가 들어가 화학적으로 결합해 단단히 부착되어야 한다. 염색 견뢰도(Color Fastness)는 염색된 섬유나 가죽 제품이 세탁, 햇빛, 마찰 등 외부 자극을 받았을 때 원래의 색을 얼마나 잘 유지하는가를 나타내는 저항성(품질 표준)이다. 안료는 물과 기름에 녹지 않고 염료는 녹는다. 고대인들은 산화철 분말에 짐승의 기름 등을 섞어 사용했다. 산화철 분말은 지금도 적색 안료로 사용된다. 수지(樹脂)에는 천연과 합성 두 가지가 있다. 플라스틱은 합성 수지다. 수지란 나무껍질에 상처를 내면 분비되는 끈적끈적한 액체가 굳은 것으로 가장 유명한 것이 송진(松津)이다. 플라스틱은 가소성(可塑性) 또는 소성(塑性)을 의미한다. 소성이란 물질에 가해지는 압력이 강해 탄성을 잃은 상태 즉 변형된 채로 있는 성질을 말한다. 플라스틱은 인위적으로 만든 물건이어서 먹이로 삼는 미생물이 없어 자연 분해가 어렵다. 생분해성 플라스틱은 일반 플라스틱과 제품성은 동일하지만 사용 후 미생물의 작용을 통해 물과 이산화탄소로 분해된다. 생분해성 플라스틱은 환경 오염을 줄일 수 있는 훌륭한 기술이지만 별도의 수거 및 전문 퇴비화 시스템이 함께 갖춰져야만 효과를 내는 미완의 대안이다. 원유를 채굴하면 가장 먼저 분별 증류를 한다. 분별 증류란 두 개 이상의 물질이 섞여 있는 용액에서 끓는 점의 차이를 이용해 성분을 나누는 방법이다. 분별 증류를 이용하면 휘발유, 액화 석유 가스, 나프타, 등유, 경유 등을 얻을 수 있다. 원유에 포함된 나프타, 등유, 경유 등의 끓는점이 다른 이유는 각 성분을 구성하는 탄화수소 분자의 크기(탄소 개수)와 무게가 다르기 때문이다. 탄화수소 분자가 무겁다(분자량이 크다)는 말과 탄소와 수소의 양(개수)이 많다는 말은 동의어다. 탄화수소 양이 많으면 끓는점이 높다. 원유에서 이들을 뽑아낸 후 얻어지는 점성유를 중질유라 한다. 중질유는 선박 연료로 사용된다. 이를 한 번 더 분별 증류하면 끈끈한 고체 상태의 아스팔트가 된다. 경질유는 끓는점이 비교적 낮고(대략 200℃ 이하), 탄소 개수가 적어 비중이 작고 끈적임 없이 투명하게 흐르는 기름들이다. 석유가스, 휘발유, 항공유 및 등유, 석유 나프타 등은 경질유다. 경유는 중간유다. 윤활유, 아스팔트, 벙커C유(선박용 연료) 등은 중질유다. 경질유가 비싸고 고급이다. 중질유와 경질유 가운데 경질유가 먼저 나온다. 끓는점이 낮아 먼저 분리되는 경질유가 더 비싼 이유는 현대 산업에서 수요가 압도적으로 높은 고부가가치 제품을 훨씬 많이 만들 수 있기 때문이다. 대형 화물선이나 화력발전소는 하루에 소비하는 연료의 양이 상상을 초월한다. 중질유는 원유를 정제하고 남은 찌꺼기 기반이라 휘발유나 경유에 비해 가격이 매우 싸다. 대형 산업에서는 연료비가 곧 사업의 성패를 가르기 때문에 환경 규제를 만족하는 선에서 가장 단가가 낮은 중질유를 쓰는 것이 비용을 획기적으로 줄이는 방법이다. 중질유는 상온에서 조청처럼 끈적거리고 불순물이 많아 승용차 같은 소형 정밀 엔진에 넣으면 노즐이 바로 막히고 엔진이 터진다. 중질유는 가벼운 경질유에 비해 탄소 원자가 빽빽하게 뭉쳐 있는 무거운 구조여서 부피당 발열량(에너지 밀도)이 매우 높아 한 번 불이 붙으면 엄청나게 강하고 지속적인 열을 내뿜는다. 수만 톤의 화물을 싣고 태평양을 건너야 하는 대형 선박이나 끊임없이 터빈을 돌려 전기를 생산해야 하는 화력발전소에 필요한 지치지 않는 강력한 뚝배기 같은 화력을 제공하기에 완벽한 연료다. 벙커C유라는 이름은 선박의 연료 창고(Bunker)에 들어가는 가장 무거운 C등급 중유라는 뜻이다. C유란 점도가 높다는 의미다. A유는 점도가 낮다는 의미다. B유는 중간 점도라는 의미다. 석유 생성 가설에는 생물 기원설과 비생물 기원설이 있다. 석유 속 헤모글로빈 고리 모양의 분자 때문에 생물 유래설이 유력하다. 비생물 기원설은 지구가 만들어질 당시 내부에 갇힌 탄화수소가 열과 압력으로 변한다는 주장이다. 과거 생물이 존재하지 않았을 것으로 보이는 장소에서도 유전(油田)이 발견되기 때문에 비생물 기원설도 완전히 부정할 수 없다. 원유가 비생물 기원(무기원설) 기름이라면 화석 연료라는 표현은 과학적으로 틀린 말이 된다. 이 경우 지하 광물 자원 또는 탄화수소 연료라고 해야 할 것이다. 현재 과학이 목표로 하는 것은 녹색 화학이다. 녹색 화학이란 유해물질 배출을 최소화 하고 폐기물의 발생량을 줄이며 에너지와 자원을 효율적으로 이용하며 사고 예방을 위한 근본적인 방법을 생각하고 환경오염 예방을 위한 실시간 분석을 진행하는 등의 다섯 가지 목표를 추구하는 화학이다.

신화와 역사를 통해 알아보는 지구과학 이야기 - [가이아의 향기 - 신화 역사 그리고 지구]

벤투의스케치북 — Wed, 10 Jun 2026 19:48:00 +0900

가이아의 향기 - 신화 역사 그리고 지구
좌용주 지음 / 이지북 / 2005년 11월

아틀란티스 전설은 그리스의 현인(賢人)인 솔론이 이집트의 사이스 신관에게서 들은 이야기를 플라톤이 기록한 것이다. 티탄족의 거인 아틀라스에서 섬 아틀란티스와 대양(大洋) 아틀란틱 오션 즉 대서양이란 이름이 유래했다. 그리스 산토리니 섬이 아틀란티스의 모델일 가능성이 높다. 산토리니 폭발은 인류역사상 가장 거대했던 재난 중 하나인 기원전 17세기의 미노스 분화를 말한다. 마그마가 상승할 때 생기는 커다란 압력이 지진을 일으키는 경우(화산성 지진)도 있고 그렇지 않은 경우도 있다. 지진을 일으키는 경우는 1) 마그마 통로의 암반 파괴, 2) 화산 가스의 급격한 팽창, 3) 마그마 방의 팽창으로 인한 지반 균열, 4) 마그마 분출 후 함몰 등이다. 일으키지 않는 경우는 1) 통로가 열려 있는 경우, 2) 점성이 낮은 경우다. 산토리니 화산분출 과정도 지진, 폭발, 칼데라, 쓰나미 현상을 차례로 동반했을 것이다. 쓰나미는 화산섬이 폭발하고 그 중심부가 가라앉아 칼데라가 생길 때 바닷물이 칼데라의 공백을 메우기 위해 사방에서 모여들고 공간을 메우고 넘쳐난 물이 다시 주변으로 퍼져나가 해안에 다다라 커다란 높이의 해일로 변하는 것이다. 데우칼리온의 홍수 이야기에는 재미있는 부분이 하나 있다. 홍수를 일으키려던 제우스가 자기가 가진 물이 모자라 동생인 포세이돈에게 도움을 청하자 포세이돈이 바닷물을 역류시키고 해 일을 일으켜 거의 모든 땅을 물에 잠기게 한 것이다. 이것이야말로 바로 쓰나미를 연상하게 하는 부분이다. 서기 79년 로마제국의 도시 폼페이는 지하로 그 흔적을 감췄다. 신의 분노인가? 역사의 심판인가? 입으로만 전해지던 폼페이의 멸망은 화산이 가져온 재앙이었다. 79년 8월 24일 베수비오는 불을 뿜었다. 이는 엄청난 재앙의 시작이었다. 재와 돌덩이가 순식간에 폼페이를 덮어버렸다. 하지만 폼페이 사람들은 속수무책이었다. 열광적으로 숭배하던 여신 이시스도 이 재앙 앞에서는 아무런 힘이 되지 못했다. 그렇게 폼페이는 묻혔다. 이 재앙으로 3,400명에 가까운 사람이 죽었다. 베수비오가 폭발할 당시 화산 분출 기둥의 높이는 무려 32km 정도였을 것으로 추정된다. 약 20시간 정도에 걸쳐 4km³에 이르는 화산재가 분출되었다. 폼페이에 비해 (베수비오에서 서쪽으로 7km 정도 떨어진 도시) 헤르클라네움에 쌓인 재가 매우 두터운 것도 이 도시가 베수비오에 가까웠기 때문이다. 베수비오 화산과 폼페이 유적지 사이의 실제 직선거리는 약 10km다. 괴테는 폼페이에 대해 세상에 수많은 재앙이 있었지만 이토록 후세에 많은 즐거움을 가져다준 재앙은 드물 것이라고 말했다. 괴테가 그렇게 말한 것은 파괴적인 화산재가 도시를 순식간에 뒤덮어 산소와 빛을 차단하면서 로마 시대의 건물, 벽화, 공공시설이 부패하지 않고 완벽하게 보존되었고, 단순히 왕족의 유적이 아니라 활기 넘치던 상업 거리, 빵집, 목욕탕 등 고대인들의 생생한 삶의 현장을 후세가 직접 들여다볼 수 있었고 미술과 건축 등 인류의 역사적·고고학적 연구에 헤아릴 수 없이 큰 가치와 기쁨을 주었기 때문이다. 베수비오 화산에서 폼페이까지의 거리(10km)와 베수비오 화산에서 헤르클라네움까지의 거리(7km)가 달라 생긴 차이점은 이렇다. 1) 폼페이는 화산재와 부석(浮石)이 비처럼 내려 서서히 묻혔고, 헤르클라네움은 초고온의 화산 진흙(화산쇄설류)이 들이닥쳐 순식간에 굳었다. 2) 폼페이는 공기가 통해 목재가 썩었고, 헤르클라네움은 진흙이 공기를 완벽히 차단하고 열로 탄화시켜 목재 가구, 가옥, 가죽 등이 그대로 보존되었다.(화산 분출 당시의 바람 방향과 지형적 위치 때문에 두 도시의 상황이 완전히 뒤바뀔 가능성도 충분히 존재했을 것으로 추정된다.) 3) 폼페이는 썩어 없어진 육체 자리에 석고를 부은 석고 인간이 남았고, 헤르클라네움은 초고온에 살이 즉시 증발해 생생한 뼈(골격)만 남았다. 4) 폼페이는 퇴적층이 얕아 도시 전체(넓음)가 발굴되었고 헤르클라네움은 20m가 넘는 단단한 바위층과 현대 도시 아래 묻혀 있어 일부(좁음)만 발굴되었다. 괴테는 화성론과 수성론 사이에서 수성론을 지지했다. 반면 [종의 기원]의 저자 찰스 다윈은 수성론을 매우 경멸했다. 수성론과 화성론의 차이는 지구 표면의 모든 암석과 지형이 형성된 근본적인 원인이 물(바다)인가 불(지하의 열)인가의 차이다. 괴테는 토양이 암석의 풍화물이라는 사실을 알고 있었다. 더욱이 그는 어떤 암석으로부터 토양이 만들어지느냐에 따라 토양의 성질이 다르게 나타난다는 사실을 알고 있었다. 이는 토양의 성질에 따라 경작하기에 적당한 땅을 판단할 수 있음을 의미한다. 1787년 3월 2일 괴테는 나폴리에 머물고 있었다. 괴테는 그때 처음으로 연기가 솟아오르고 있는 활화산 베수비오에 올랐다. 그리고 며칠 후 전에 뿜어져 나온 용암 덩어리를 밟고서 분화구를 들여다보았다. 연기가 더 높이 치솟자 괴테는 불안한 마음의 발길을 돌렸다. 괴테는 발견한 용암 덩어리들의 대부분을 잘 알고 있다고 기록하고 있다. 이탈리아로 가기 이전 이미 괴테는 여러 곳에서 용암을 본 듯하다. 3월 6일 괴테는 다시 베수비오에 올랐다. 하지만 그날은 베수비오에서 연기와 함께 돌, 화산재가 분출되던 날이었다. 괴테는 머리 위로 돌멩이가 쏟아지는 것도 무릅쓰고 분화구 봉우리까지 올랐다. 저자는 괴테의 지질학적 경험으로 미루어 보아 그가 수성론에 약점을 충분히 간파했을 것이라고 생각한다고 말한다. 그럼에도 불구하고 쉽사리 수성론을 포기할 수 없었던 이유가 분명히 있었을 것이라고 말한다. 저자는 대자율(帶磁率) 측정을 이야기한다. 대자율이란 외부의 자기장에 대해 물질이 자성을 띠는 정도를 말한다. 대자율은 모든 화강암에서 동일하게 나타나지 않는다. 화강암에는 매우 강하게 자성을 띠는 자철석 같은 광물이 포함되는 경우가 있다. 이런 광물이 많으면 대자율이 높게 나타나고 적으면 낮게 나타난다. 그리고 이런 광물의 양은 화강암마다 다르다. 경주 주변의 화강암 산지는 세 종류 이상의 다른 화강암들로 이루어져 있다. 화강섬록암, 흑운모 화강암, 남산 화강암이다. 이 화강암들은 육안으로 관찰할 수 있는 특징에서나 대자율에서도 확실하게 구별된다. 이미 상식이 되어버린 지구의 구조는 지표에서 지구 중심을 향하여 지각, 맨틀, 핵의 순서로 되어 있다. 지각이 제일 가볍고 핵이 제일 무거우며 맨틀은 그 중간이다. 육지가 높은 것은 가볍고 두꺼운 지각이 무거운 맨틀 위에 떠 있기 때문이다. 이런 사실은 19세기 중엽에 이미 밝혀졌고 베게너 시대에 들어와 보편화되었다. 이런 설명을 아이소스타시(지각평형설)이라고 부른다. 베게너는 지각 평형 가설을 중요시하였다. 가벼운 지각이 맨틀 아래로 침강하는 것은 있을 수 없는 일이다. 과거 대서양을 차지했던 육지가 그대로 가라앉아 그 장소에 바다가 생긴다는 것은 모순일 수밖에 없다. 때문에 육교설과 대륙 이동설 사이에 치열한 한판 승부가 시작된 것이다. 알프스나 히말라야 같은 높은 산맥들은 어떻게 생기는 것일까? 하나의 의문은 이 산맥의 높은 봉우리는 바다에서 퇴적된 물질들로 이루어졌다는 점이다. 어떻게 바다의 물질이 높이 솟아 대산맥을 이루게 된 것일까? 이 물음에 대해 20세기 초반에는 지향사 조산론 또는 지구 수축설이 유일한 설명이었다. 지향사 조산론이란 지향사 즉 땅의 움푹 패인 장소에 두꺼운 물질이 쌓이고 그것이 나중에 솟아올라 높은 산을 만든다는 것이다. 그리고 이와 같은 지향사는 뜨거웠던 지구가 수축될 때의 횡압력 때문에 만들어진다는 것이다. 그러나 베게너는 이런 생각이 불합리하다고 생각했다. 지구가 수축할 정도로 냉각되었다고 생각할 수 없기 때문이었다. 베게너는 이러한 산맥의 형성은 대륙의 이동으로 쉽게 설명할 수 있다고 생각했다. 이동하는 대륙끼리 서로 만나 충돌하게 되면 그 경계부는 높이 솟아올라 산맥이 형성된다. 알프스와 히말라야는 바로 그런 예다. 실제로 히말라야 산맥은 과거 남극대륙 부근에 위치하던 인도 대륙이 약 7천만년 사이에 7천km 이상 북상하여 아시아 대륙과 충돌한 결과다. 충돌과정에서 두 대륙 사이에 있던 바다의 퇴적물질이 솟아올랐다. 히말라야 최고봉인 에베레스트에 나타나는 노란색의 석회암층은 이렇게 솟아오르는 것 자체를 나타낸다. 인도 대륙은 지금도 아시아 대륙을 들어 올리고 있다. 히말라야는 언젠가 지금보다 더 높아질 수 있다. 만일 산 정상부의 침식 속도보다 융기 속도가 더 빠르다면 말이다. 해리 헤스(1906-1969)는 해저 확장설(Seafloor Spreading)과 판 구조론(Plate Tectonics)의 기틀을 마련한 미국의 지구과학자다. 헤스가 주장한 해저확장설은 과학적 상상력을 바탕으로 한 흥미로운 지질학 이야기라는 의미에서 지오포이트리(Geopoetry)라고 불렸다. 저자는 많은 과학자들이 그래왔듯 지구과학 분야에 종사하는 과학자들도 전 지구에서 일어나는 자연 현상을 어떻게 하면 더욱 합리적으로 설명할 수 있을까에 자신의 인생을 투자한다고 말한다. 과학의 근본은 자연 현상을 제대로 관찰하는 일에서 시작된다고 해도 지나친 말이 아니다. 그리고 그 현상을 설명할 수 있는 가설을 세우고 그 가설을 뒷받침해주는 증거를 찾아간다. 그러면 그 증거에 의해 검증된 가설들은 비로소 과학 이론으로 자리 잡는다. 해저 확장성을 발표하면서 헤스는 독자들에게 매우 재미있는 부탁을 했다. 이것을 과학 이론이라기보다 지오포이트리 정도로 이해해 달라라는 것이다. 왜 그랬을까? 그 스스로도 자신의 가설에 대해 완전한 확신이 없었던 것은 아닐까? 로버트 디츠도 해저확장설을 발표했다. 해리 헤스도 해저확장설을 발표했으니 공동 발견 사례에 해당한다. 그들은 서로 다른 경로로 연구를 진행하여 같은 이론을 완성했기 때문에 (헤스가 약간 앞서 발표했으나 이론의 뼈대와 핵심 개념은 공유됨) 과학사에서는 이 두 사람을 해저확장설의 공동 주창자로 인정하고 있다. 해령을 중심으로 양쪽 지각의 자기적 성질이 대칭인 이유는 해저확장설과 지구 자기장 역전 현상 때문이다. 해령을 중심으로 지각의 자기적 성질이 대칭으로 변한다. 해령에서 멀어질수록 자기의 극이 정상-역전-정상-역전식으로 계속 반복된다. 지구 자기의 띠 모양은 마치 데칼코마니의 모습과 같다. 프레드 바인, 드러몬드 매슈즈 외에도 캐나다의 로렌스 몰리 역시 같은 아이디어를 발표했다. 지금 이 아이디어(바인-매슈즈-몰리 가설; Vine-Matthews-Morley hypothesis)는 해양 지각의 확장에 대한 가장 강력한 증거 중 하나였다. 그러나 당시 사람들은 이 아이디어를 칵테일 파티에서의 농담 정도로 여겼다. 해저에서 발견된 띠 모양의 지구 자기의 역전 모습은 더 이상 수수께끼가 아니다. 지금 우리는 과거 2억년 동안 200번 이상이나 지구 자기의 역전이 있었다고 알고 있다. 그리고 해양 지각의 나이는 해령에서 멀어질수록 오래 되었다는 것도 알고 있다. 지구의 바다는 오래되었어도 해양 지각의 윤회는 항상 새로운 지각을 바다 밑에 남겨놓은 것이다. 2억 년보다 오래된 해양 지각이 존재하지 않는 것은 지각이 확장하여 해구에서 소멸되기 때문이다. 해저는 마치 컨베이어 벨트 같고 대륙은 그 위에 실려 움직이는 짐과 같다. 판구조론(plate tectonics)에서 구조론(tectonics)이란 목수를 의미하는 그리스어 tekton에서 따온 말이다. 목수(지구)가 널빤지(지판)를 가지고 집을 짓는 행위(구조론)를 판구조론이라 부른다. 하나의 판에서 대륙 지각이 우세하면 대륙판, 해양 지각이 우세하면 해양판이라고 하여 구별한다. 맨틀대류는 왜 일어날까? 대륙 지각과 해양 지각 아래의 맨틀은 온도가 서로 다르다. 같은 깊이라도 해양 지각 아래에서 온도가 더 높고 대륙 지각 아래에서 온도가 더 낮다. 대류의 기본은 온도 차이에 의한 열대류다. 맨틀의 대류 운동이 생겨야 하는 또 다른 이유가 있다. 지구는 과거 46억 년 동안 내부에서 막대한 양의 에너지를 생산해왔다. 지구 내부에는 방사성 붕괴를 하는 원소들이 있고 이 원소들이 만들어내는 열 에너지가 축적되어 있다. 지구의 내부 에너지가 어느 정도 소비되지 못하면 지구 내부는 상당 부분 녹아버릴 것이다. 그런데 지구 내부에서 녹은 부분은 외핵 뿐인데다 46억 년 동안 지구는 적절히 내부 에너지를 소비시켜왔다. 지구 내부에 에너지를 소비시키는 방법은 무엇일까? 쉽게 생각할 수 있는 것은 화산 폭발 때와 같이 뜨거운 열을 지표로 내보내는 것이다. 그러나 그 정도로는 지구 내부에서 만들어진 에너지를 충분히 소비시킬 수 없다. 가장 좋은 방법은 내부의 열 에너지를 다른 에너지 원소로 바꿔 소비하는 것이다. 즉 맨틀이 대류를 하게 되면 지구 내부의 열에너지가 운동에너지로 바뀌어 많은 양이 소비될 수 있다. 같은 깊이라도 해양 지각 아래에서 맨틀의 온도가 더 높고 대륙 지각 아래에서 온도가 더 낮은 이유는 1) 지각의 두께(대륙지각이 훨씬 두껍다), 2) 방사성 동위원소의 분포, 3) 맨틀 대류의 위치 때문이다. 해양 지각 아래의 맨틀은 깊은 곳의 뜨거운 마그마와 맨틀 물질이 계속 위로 공급되어 온도가 높고 대륙 지각 아래의 맨틀은 식은 해양판이 파고들거나 두꺼운 대륙 뿌리가 열을 막아 온도가 낮다. 수천만 년 동안 바닷물에 의해 차갑게 식고 무거워진 해양판이 파고드는(섭입하는) 곳은 주로 대륙판 아래다. 식은 해양판이 대륙판 아래로 파고드는(섭입하는) 가장 결정적인 이유는 두 판 사이의 밀도(두께와 암석 성분) 차이 때문이다. 해령에서 갓 태어난 뜨거운 해양판은 밀도가 낮아 맨틀 위에 잘 떠 있지만 해령에서 멀어지며 수천만년 동안 식어갈수록 판이 수축하고 두꺼워지면서 밀도가 점점 더 커진다. 두꺼운 대륙 뿌리가 열을 막아 온도가 낮다는 것은 오래된 대륙판 아래에 형성된 단단한 암석층이 지구 깊은 곳에서 올라오는 뜨거운 열(맨틀 대류의 열)을 차단하는 두꺼운 단열재 역할을 하여 그 구역의 온도가 올라가지 못하게 막고 있다는 뜻이다. 해양판 아래의 암석층은 대륙 뿌리에 비해 두께가 너무 얇고 시간적으로 너무 젊으며 무엇보다 구조적으로 끊임없이 움직이고 교체된다. 일본이 위치한 판의 경계는 보통 침강 경계라고 부르는 곳이다. 태평양 판과 필리핀 판(해양 판)이 유라시아 판(대륙 판) 아래로 침강해 들어가는 장소다. 판이 다른 판 아래로 기어 들어갈 때 그곳에서는 판 사이의 마찰로 인해 지진이 발생한다. 그리고 기어 내려간 판이나 맨틀 물질이 녹게 되어 마그마가 만들어진다. 그리고 그 마그마는 지표를 분출하여 화산이 된다. 일본 열도는 기어 내려가는 태평양 판이나 필리핀 판에 놓여 있는 것이 아니라 대륙판인 유라시아 판 위에 놓여 있다. 태평양 판이나 필리핀 판 위에 일본이 있다면 일본 열도는 언젠가 가라앉아야 마땅하다. 그러나 그렇지 않다. 어떤 경우에도 대륙 판은 해양 판 아래로 침강하지 않는다. 판의 운동에 의하지 않고서 일본을 가라앉게 하는 것은 불가능하다. 일본 열도 아래에도 지각은 존재한다. 가벼운 지각이 무거운 맨틀 아래로 가라앉을 수 없다. 정확히는 일본 열도의 서남쪽 지역(교토, 오사카, 규슈 등)이 유라시아 판(또는 그 세부 판인 아무르 판) 위에 얹혀 있다. 샌프란시스코의 반듯한 오렌지 밭에 어느 날 이상이 생겼다. 나무의 배열이 어긋난 것이다. 커다란 오렌지 밭이 거의 남북 방향으로 가로질러 왼쪽 나무의 배열과 오른쪽 나무의 배열이 어긋난 것이다. 누가 그랬을까? 아무래도 사람이 한 것 같지는 않다. 오렌지 나무의 배열을 바꿔놓은 것은 바로 단층이라는 지질 현상의 결과였다. 나무가 옮겨진 것이 아니라 나무가 심어진 땅이 움직인 것이다. 실제 이 단층의 연장은 그 길이가 1,000km 이상이다. 남동쪽으로는 캘리포니아 만으로, 북서쪽으로는 샌프란시스코를 거쳐 태평양으로 연결되어 있다. 샌안드레아스 단층으로 불리는 이 단층이 단 한 번의 땅의 움직임으로 생긴 것은 아니다. 샌안드레아스 단층은 계속 움직였으며 단층이 움직일 때마다 캘리포니아에는 지진이 발생했다. 최근에 일어난 샌프란시스코 지진과 로스앤젤레스 지진은 바로 이 단층의 움직임에 의한 자연재해였다. 단층에 의한 땅의 이동은 샌안드레스 단층이 오른쪽에서는 정남쪽으로, 왼쪽에서는 서북쪽으로 움직인다. 1년에 수 센티미터 정도 움직이는 것에 불과하지만 순간적으로 움직임의 에너지가 크게 방출될 때가 있다. 이때 지진이 발생한다. 샌안드레아스 단층의 운동이 커다란 피해를 가져오면서 이 단층에 대한 조사가 이루어지기 시작했다. 지구의 육지에 샌안드레아스 단층만큼 길게 연장되어 있는 단층은 드물다. 과연 샌안드레아스 단층의 비밀은 무엇일까? 이 수수께끼는 1965년 캐나다의 지질학자 윌슨에 의해 풀렸다. 우선 윌슨은 샌안드레아스 단층이 보통 육지에서 발견되는 단층과는 양상이 다르다고 생각했다. 육지의 보통 단층은 단층선을 경계로 두 땅의 이동 방향이 항상 반대다. 그리고 단층의 움직임이 많아질수록 이동하는 땅의 뒤쪽에는 공간이 생긴다. 샌안드레아스 같은 긴 단층이 멀리 이동할수록 뒤쪽 공간은 더 넓어지게 되는데 하지만 캘리포니아에서는 이 공간을 찾을 수 없었다. 이 문제를 해결하는 방법 중의 하나로 윌슨이 생각한 기발하고 독창적인 모델은 단층 뒤에 공간이 새로 생겨난 지각에 의해 보충된다는 것이었다. 지각이 새로 생겨난 곳은 바다의 해령이다. 만일 샌안드레야스 단층의 뒷면에 해령이 존재한다면 샌안드레아스 모델은 증명되는 것이다. 윌슨은 샌안드레아스 단층의 전체 연장선을 추적하였다. 남쪽 캘리포니아 만에서 육지로 올라온 이 단층은 샌프란시스코를 거쳐 태평양으로 사라졌다. 캘리포니아 만의 해저와 태평양에 과연 해령이 존재할까? 계속된 조사에서 윌슨은 캘리포니아 만과 태평양에서 해령을 발견해내었다. 샌안드레아스 단층은 해령과 해령 사이에 만들어진 단층이었던 것이다. 해령에서 갈라져 나온 단층은 먼 거리를 이동하여 다시 해령과 만나는, 다른 표현으로 해령으로 바뀌는 것이었다. 윌슨은 이러한 단층을 바뀌는 단층이란 뜻의 변환 단층이라 불렀다. 변환 단층의 발견은 판구조론을 이론으로서 완성시키는 매우 중요한 과학적 업적이 되었다. 변환 단층의 대부분은 해저에 존재한다. 변환 단층은 해령과 해령 사이에 위치하는 단층이고 해령은 해양 지각이 만들어지는 바닷속에 있기 때문이다. 샌안드레아스 단층은 그 단층의 연장이 육지를 통과하는 매우 드문 경우다. 해령에서 생겨난 해양 지각은 해령을 축으로 하여 양쪽으로 이동한다. 그런데 지각의 이동은 지구의 면 다시 말해 구면에서의 운동이다. 구면에서의 이동은 평면에서 이동과는 다르다. 구면에서의 이동은 이동의 중심이 있기 마련이다. 그리고 양쪽으로 이동하는 해양 지각들은 이 중심에서 항상 같은 거리에 있지 않다. 그렇게 되면 이동 속도의 차이가 생긴다. 이 차이는 해양 지각을 해령의 수직 방향으로 조각조각 찢어버리게 된다. 조각난 해양 지각들의 경계가 되는 곳이 변환 단층이다. 자세히 살펴본 이 변환 단층이 해령과 해령을 잇는다는 사실을 알 수 있다. 육지에서의 일반적인 단층과 변환 단층이 다른 가장 두드러진 점은 운동의 방향이다. 일반적인 단층의 경우 땅의 이동은 항상 서로 반대 방향이다. 그러나 변환 단층의 경우에는 땅의 이동이 반대인 경우는 해령과 해령 사이일뿐 해령을 벗어나면 땅의 이동은 같은 방향을 가리킨다. 샌안드레아스 단층은 변환 단층이다. 그리고 그것이 이동하면서 커다란 에너지를 방출할 때 캘리포니아에는 지진이 발생한다. 지진에 의해 발생 발생하는 파동은 세 가지다. P파, S파, 표면파다. P파와 S파는 지구 내부를 통과하는 파동이며 표면파는 지구 표면을 따라 전파해가는 파동이다. 지진파 중에서 지구 내부를 알 수 있게 해주는 것은 P파와 S파다. P파와 S파는 성질이 다르다. P파는 S파보다 빠르게 전파된다. P파는 고체와 액체 모두를 통과하고 S파는 고체는 통과하지만 액체는 통과하지 못한다. 만약 지구 내부에 액체로 된 부분이 있다면 S파는 기록되지 않게 된다. 이러한 지진파의 전파 모습으로 지구의 구조를 파악할 수 있는 것이다. 특히 외핵이 액체로 되어 있다는 사실이 알려지게 되었다. P파는 모든 물질을 통과하긴 하지만 항상 전파 속도가 일정한 것은 아니다. 고체를 통과할 때의 속도가 액체를 통과할 때보다 빠르다. 그리고 지구 내부의 물질이 온도가 낮은 경우에 P파의 속도는 빨라지고 온도가 높은 경우에는 느려진다. 이 성질을 이용하여 지구 내부에 차가운 부분과 뜨거운 부분을 알게 되었다. 지하의 같은 깊이에서도 온도가 다른 지역에 존재한다는 것이 밝혀진 것이다. 그리고 그 모습이 3차원적으로 그려지게 되었다. 20세기 후반에 들어 지구 표층부의 운동은 판구조론으로 잘 설명되었다. 하지만 여전히 풀리지 않는 수수께끼는 많다. 맨틀로 기어들어간 판은 어디까지 내려갈 것인가? 분명 판이 내려간다는 것은 알고 있는 사실이다. 적어도 670km의 깊이까지는 지진이 발생하고 있다. 이 정도의 깊이까지 지진이 발생한다는 것은 그 깊이에서도 판과 맨틀 사이에 마찰이 존재한다는 것이다. 그러나 그보다 깊은 땅속은 어떨까? 670km보다 깊은 곳에서 발생한 지진은 아직 기록된 적이 없다.(이 책이 나온 2005년 이후인 2015년 일본에서 드물게 751km로 기록되었다.) 지하 670km 부근까지 기어들어간 판의 운명을 살피다가 새로운 사실을 발견하게 되었다. 지하 670km의 깊이에서 주변 맨틀보다 차가운 판은 어느 정도의 무게가 될 때까지 그 자리에 머물러 있다. 그리고 어느 정도의 무게가 되었을 때 그것들은 점차 맨틀 아래로 낙하한다. 그리고 낙하하는 판은 맨틀과 핵의 경계까지 내려간다. 판의 잔해들이 지하 670km 깊이에 머무르고 있는 것은 우물 속에 던진 두레박이 가라앉는 현상과 비슷하다. 두레박을 우물 속에 던지면 처음에 두레박은 물위에 떠 있다. 그러다가 물이 채워져 무거워지면 두레박은 물속으로 가라앉는다. 낙하하는 판의 잔해들은 이윽고 맨틀과 핵의 경계 바닥에 쿵 소리를 내며 떨어진다. 그러면 주변의 뜨거운 맨틀 물질은 반동적으로 상승하기 시작한다. 맨틀 물질의 상승은 맨틀과 핵의 온도 차이 때문에 생기기도 한다. 뜨거운 핵이 그 위에 놓인 맨틀을 가열시키면 맨틀 물질의 상승류가 생겨난다. 핵의 경제에서 생긴 상승류는 어디까지 올라갈까? 지표까지 상승한다. 무려 3000km에 가까운 거리를 올라가는 것이다. 이렇게 차가운 판이 낙하하고 뜨거운 맨틀이 상승하는 현상을 플룸이라고 한다. 차가운 판의 낙하를 차가운 플룸, 뜨거운 맨틀의 상승을 뜨거운 플룸이라 한다. 지진파 토모그래피 관측에 의하면 지구 내부의 맨틀에는 차가운 부분과 뜨거운 부분이 있다. 차가운 부분은 차가운 플룸이 낙하하는 장소이고 뜨거운 부분은 뜨거운 플룸이 상승하는 장소다. 지구 내부의 역동적인 모습을 플룸으로 설명하는 이론을 플룸 구조론이라 한다. 플룸 구조론은 판구조론이 설명하지 못하는 부분을 잘 보충해준다. 지구 표층의 운동은 판 구조론이, 더 깊은 지구 내부의 운동은 플룸 구조론이 지배하고 있다. 판이 움직인다는 사실은 증명했으나 상부 맨틀의 대류만으로는 거대한 판을 움직이는 전체적인 힘의 근원을 모두 설명할 수는 없었다. 이에 지구 내부 전체를 관통하는 거대한 열대류(차가운 플룸의 하강과 뜨거운 플룸의 상승) 세계를 보여줌으로써 지구 전체의 물질 순환과 판을 움직이는 에너지를 더 깊이 이해하게 되었다. 거대한 대륙이 뭉쳐 있으면 지하의 열이 방출되지 않고 축적된다.(지질학에서는 이를 대륙 단열 효과 또는 담요 효과라 부른다.) 이로 인해 대륙 아래에서 거대한 뜨거운 플룸(수퍼 플룸)이 생성되어 솟구치면서 대륙을 밀어 올리고 찢어뜨렸음을 알게 되었다. 해양 지각은 두께가 약 6~7km로 얇고 차가운 바닷물과 맞닿아 있어 열을 잘 방출한다. 반면 대륙 지각은 두께가 약 30~70km에 이르며 수십억년 동안 굳은 안정된 암석권(craton)을 가지고 있어 열이 빠져나가는 것을 막는 거대한 담요 역할을 한다. 대륙들이 한곳으로 모여 초대륙을 이루면 지구 내부를 식혀주던 차가운 해양 판의 하강(섭입)이 대륙 내부가 아닌 초대륙의 가장자리에서만 발생한다. 결과적으로 초대륙 바로 아래의 맨틀은 차가운 판의 공급이 끊겨 온도가 계속 올라간다. 대륙 지각에는 우라늄, 토륨, 칼륨 같은 방사성 원소가 해양 지각보다 훨씬 풍부하다. 대륙 지각을 이루는 화강암은 마그마 분화작용의 최종 선물이다. 방사성 원소들은 고체에 끼지 못하고 액체 상태의 마그마를 따라 끝까지 이동하다가 결국 대륙 지각을 형성하는 화강암 속에 집중적으로 갇히게 된다. 방사성 원소들은 원자 크기가 크거나 전하량이 커서 주변의 단단한 고체 광물결정 구조에 쉽게 들어가지 못한다. 암석이 녹아 마그마가 되면 원자 배열이 느슨해져 큰 원소들도 여유있게 들어갈 수 있다. 결과적으로 암석이 녹을 때 이들 방사성 원소는 마지막까지 있다가 화강암에 들어가 대륙 지각을 구성하는 것이다. 이 원소들이 붕괴하며 내는 열이 대륙 아래에 고스란히 쌓이게 된다. 초대륙 아래 맨틀의 온도가 주변 보다 약 50도씨에서 100도씨 이상 상승하면 변화가 생긴다. 뜨거워진 맨틀 물질은 부력을 받아 위로 솟구치는 거대한 열기둥(플룸)을 형성한다. 열 때문에 초대륙 중심부가 부풀어 오르며 장력이 발생하고 지각이 찢어지는 열곡대가 생긴다. 찢어진 틈 사이로 엄청난 양의 마그마가 분출하면서 새로운 바다가 생기고 뭉쳐있던 대륙들이 사방으로 흩어지게 된다. 지구 역사는 약 3억년에서 5억년을 주기로 대륙이 모였다가(열 축적) 다시 흩어지는(열 방출) 초대륙 주기를 반복해 왔다. 대륙의 열축적 현상은 이 순환을 이끄는 핵심 동력이다. 우리는 지금 간빙기에 살고 있다. 과거 지구에 빙하기가 있었다는 사실은 어떻게 알 수 있는가? 1. 빙하에 의한 지형, 2. 빙하가 할퀸 자국, 3. 빙하가 운반한 물질 등을 찾는 것이다. 원래의 장소로부터 먼 거리를 이동해 온 돌을 미아석(迷兒石) 또는 표이석(漂移石)이라 한다. 이 돌들은 크기가 매우 크다. 주변에 그 돌과 비슷한 돌이 없다. 내린 눈이 쌓이고 치밀하게 굳어 얼음이 되고 이것이 두껍게 덮이면 빙하가 된다. 빙하는 경사진 땅 위에 덮여 있다. 그래서 빙하가 전진할 때 경사의 아래로 흐른다. 이때 빙하는 땅의 암석을 파내려가며 할퀸 자국을 만들고 부서진 암석들은 빙하의 아랫면에서 쓸려 내려간다. 부서지는 암석은 작은 파편에서 집채만한 돌덩이까지 크기가 다양하다. 미아석은 이렇게 운반된다. 빙하가 녹으면 미아석은 그 자리에 그냥 남는 것이다. 밀란코비치는 빙하기의 원인이 태양 주위를 공전하는 지구의 운동 때문이라고 생각했다. 지구의 운동이 항상 일정하지는 않다. 태양의 주위를 공전하는 궤도의 거리는 항상 바뀌고 지구의 축은 21.5도와 24.5도 사이에서 변화한다. 현재 지축은 23.5도 기울어져 있다. 지구는 세차 운동이라는 팽이 운동도 한다. 이 현상들 때문에 지구가 태양으로부터 받아들이는 에너지의 양의 차이가 생긴다. 이것이 빙하기의 원인이 되는 것이다. 겨울이 너무 추워져서 빙하기가 오는 것이 아니라 지구의 여름이 덥지 않아서 빙하기가 온다. 여름이 충분히 덥지 않아 내린 눈이 녹지 않으면 얼음이 계속 불어나 빙하기가 찾아오는 것이다. 남아프리카 동쪽에는 줄루 랜드라고 불리는 줄루족의 영토가 있다. 그 땅에는 빙하의 흔적이 남아 있다. 줄루랜드는 빙하의 흔적을 간직한 채 3억년의 세월을 견뎌온 땅이다. 3억년 전 줄루랜드는 남극 대륙 가까이에 빙하로 덮여 있었다. 빙하는 전진과 후퇴를 반복하며 많은 흔적을 그 땅에 남겨놓았다. 세월이 흘러 빙하가 물러나 그 땅은 다시 하늘을 볼 수 있게 되었다. 그리고 3억 년 동안 그 땅에도 새로운 땅이 생겨났고 아프리카는 북쪽으로 이동했다. 그동안 남아메리카는 아프리카에서 떨어져 나갔다. 빙하가 운반한 암석의 파편은 매우 재미있는 모양을 하고 있다. 대개 오각형으로 생겼고 모서리도 매우 날카롭다. 암석들이 빙하의 아랫면에서 부서져 움직일 때 큰 힘을 견디다 못해 모서리가 예리하게 잘려져 나간 것이다. 이 크고 작은 파편들은 먼 거리까지 이동하였을 것이다. 그리고 어느 날 빙하가 물러가자 빙하로 운반된 파편들은 그 자리에 남게 되었다. 여러 가지 파편들은 하나로 뭉쳐 암석이 되었다. 이것을 빙하 퇴적암이라 부른다. 지구가 뜨거웠을 당시 지구를 구성하고 있던 물질들 중 가벼운 것은 떠오르고 무거운 것은 가라앉는 소위 밀도 차이에 의한 중력분리가 일어났다. 그 결과 무거운 핵이 지구의 중심에 자리하고, 가벼운 지각이 지구의 표면에 자리하고, 중간 것이 맨틀을 이루게 되었다. [가이아의 향기]는 '신화, 역사, 그리고 지구'라는 부제처럼 인문과 자연이 잘 어우러진 의미있는 책이다. 보고 배우기에 좋은 책이다.

하늘을 보는 임금, 땅을 보는 지리학자, 몸과 마음을 보는 유학자 - [하늘과 땅과 사람의 과학 - 세상을 널리 이롭게 하는 우리 과학 이야기]

벤투의스케치북 — Mon, 08 Jun 2026 06:58:00 +0900

하늘과 땅과 사람의 과학 - 세상을 널리 이롭게 하는 우리 과학 이야기
김연희 지음 / 이음 / 2026년 05월

김연희의 [하늘과 땅과 사람의 과학]은 우리 전통의 3재(才)인 천지인(天地人) 즉 하늘, 땅, 사람이라는 이슈에 담긴 과학을 분석한 책이다. 서두부터 흥미로운 개념을 만나게 된다. 치윤법(置閏法)이 그것이다. 이는 윤달을 끼워 넣는 것을 말한다. 재이론(災異論)은 재이를 하늘이 집권자에게 보내는 경고로 해석하는 것을 말한다. 아라가야 고분에 남두육성이 그려져 있다. 남두육성은 천구의 남쪽에 위치할뿐 우리나라에서도 여름에 남쪽 밤하늘에 있는 것을 육안으로 확인할 수 있다. 북반구에서 남십자성은 보이지 않는다. 조공(朝貢) 책봉(冊封) 관계에서 조공의 조는 제후국의 국왕 또는 대행자가 중국 황제에게 인사를 올리는 일을 의미했고 공은 공물을 바치는 일을 뜻했다. 조공책봉 관계란 제후국이 황제국에게 조공을 바치고 황제국이 제후국의 통치권을 인정해주는 외교체제를 의미한다. 고려시대로 넘어오면서 중국과의 교류를 도모했으나 의도하지 않은 변수들이 발생해 추세 유지가 쉽지 않았다. 918년 왕건이 고려를 건국하고 936년 후삼국을 통합했을 무렵 중국 대륙이 극심한 혼란을 겪고 있었기 때문이다. [고려사]는 군주의 통치 기록인 본기(本紀), 신하들의 전기인 열전(列傳), 제도와 문화를 담은 지(志), 연표(年表)로 구성된다. [고려사]는 고려시대에 편찬된 책이 아니라 조선시대에 편찬된 책이다. [고려사]는 조선 태종 대에 편찬이 시작되어 문종 대까지 무려 57년에 걸쳐 완성되었고 이는 조선인에 의해 고려의 역사가 서술되었음을 의미했다. 이는 서술의 관점과 공정성 측면에서 문제가 될 수 있다. 정삭(正朔)은 한 해의 시작과 한 달의 첫날인 초하루를 의미하는 말이다. 정삭을 준수하는 것은 조공 책봉 관계를 확인하는 상징적 실천이었다. 관상수시(觀象授時)는 하늘의 별자리와 움직임을 관측하여 백성에게 농사에 필요한 절기와 시간을 알려주던 고대 동아시아의 통치기법을 의미한다. 동아시아에서 황제는 하늘의 움직임 즉 천체의 운동을 파악하고 이를 바탕으로 시간 체계를 정한 뒤 역서를 만들어 배포하는 일을 중요한 책무로 여겼다. 이처럼 관상 수시의 이념은 유교적 통치질서 속에서 더욱 체계화되었다. 관상의 주체는 천자인 황제다. 조선은 형식적으로 명나라의 제후 국이었지만 나름대로 왕천하자(王天下者) 즉 천명을 받아 나라를 열었다는 독자적인 왕도 정치사상을 견지했다. 천자국 중국의 제후국이면서도 스스로는 독립적으로 천명을 받은 나라라고 여겼다는 뜻이다. 이러한 이유로 조선왕조 특히 세종은 독자적인 관상수시 이념을 전개하며 천문학 활동을 적극 발전시켰다. 중국이 관상수시 이념을 실행하기 위해 흠천감(欽天監)을 운영했다면 조선은 서운관(瑞雲觀)을 두었다. 서운관은 세조 12년인 1446년 관상감(觀象監)으로 이름이 바뀌었다. 관상감이란 관상수시에서 나온 말이다. 일부 유학자들은 황제국이 아닌 제후국 조선이 천문학 활동을 하고 그 결과물인 역서(曆書)를 간행해 배포하는 일을 그릇된 것으로 보기도 했다. 조선의 국왕은 명나라의 제후로서 천자나 황제를 자처할 수 없다고 여겼기 때문이다. 그러나 조선왕조는 스스로 천명을 받았다고 믿었고 더 나아가 이를 드러내고자 했다. 이러한 인식은 세종대에 만들어진 최초의 한글 시가인 [용비어천가]에 뚜렷이 나타난다. 세종은 조선왕조가 왕천하자가 세운 나라임을 강력히 표명하며 그에 걸맞은 가장 중요한 의미를 수행하겠다고 선언했다 그 핵심 가운데 하나가 천문학 활동을 바탕으로 한 관상수시였다. 조선은 스스로 천명을 받은 왕조라는 인식을 바탕으로 독자적인 천문학 활동을 수행했고 자체 역서를 꾸준히 가능했다. 그러나 황제국이 아니었던 만큼 이 활동은 조심스러울 수밖에 없었다.(65 페이지) 세종의 관상수시(觀象授時)와 강무(講武)는 유교적 왕도정치의 핵심인 천명(天命)을 완수하기 위한 표리일체(表裏一體)의 행위로 매우 밀접한 관계가 있었다. 본문에 혼효중성(昏曉中星)이란 말이 나온다. 이는 해가 질 무렵(황혼)과 해가 뜰 무렵(새벽)에 남쪽 하늘의 자오선을 지나는 별자리를 의미한다. 혼효중성을 고쳐야 할 만큼 고구려의 구본 천문도와 조선의 실정은 맞지 않았다. 고구려의 천문도는 평양(북위 약 39도) 중심이었으나 조선의 실정에 맞춘 천문관측은 한양(북위 약 37.5도)을 기준으로 이루어졌다. 위도가 다르면 남중하는 별자리의 위치와 시간이 달라지므로 수정이 불가피했다. 왕조가 바뀔 때 역법을 새로 제정했다. 이에는 정치적 정당성을 부여하기 위한 형식적인 개정(차이 없음)과 관측 기술과 수학의 발전에 따른 근본적인 계산법의 혁신(차이 큼)이 공존했다. 왕조 시대의 일월식 예측은 단순한 별자리 관측이 아니었다. 그것은 반란을 막고 국가 예산 낭비를 방지하며 외교적 자립을 이루고 농업 경제를 지탱하는 최고의 국가 통치 수단이었다. 청나라는 조선의 시헌력 도입 노력을 저지하거나 방해했다. 그러면서 한편으로는 조선 학자들의 유학은 허용했다. 이는 겉보기에는 모순적이지만 전통적인 동아시아의 조공-책봉 체제라는 정치적 문맥에서 보면 매우 정교하게 계산된 통치 전략이었다. 청나라가 조선의 자체적인 달력 제작(시헌력 계산법 독자 개발)은 견제하면서도 북경으로의 천문학 유학을 허용한 실질적인 이유는 독자적인 중심이 되지 말고 청나라가 구축한 중심(천자) 체제 안에서만 움직이라는 철저한 길들이기 방식이었다. 책에 반가운 이름이 나온다. 1795년 정조가 관상감 최고 책임자에게 새로운 택일서 제작을 지시했는데 책임자란 바로 서유방(徐有防)이란 인물이다. 1795년 혜경궁 홍씨의 회갑연을 기념해 진행된 을묘년 화성원행시 행렬의 가장 맨 앞에 섰던 경기감사다. 고대 및 전통사회의 천체 연구를 점성이나 제의 해석 같은 영역으로만 볼 수는 없다. 그들이 수행한 정밀한 천문 관측과 운행 예측을 위한 수학적 노력은 비록 오늘날과 다른 이론과 체계를 바탕으로 했더라도 자연을 체계적 질서로 이해하고 예측하려 한 지속적인 지적 활동이기 때문이다. 지도는 단순한 그림이 아니라 분명한 의도를 가진 매체라 할 수 있다. 물론 길을 찾아가는 것을 목적으로 한 실용성을 부각시킨 지도도 그려졌다. 지도에는 인류 문명의 역사는 물론 인류가 세계를 이해하고자 했던 근원적인 궁금증 그리고 장소에 대한 인식론의 변화 과정이 담겨 있다. 더 나아가 오늘날의 지도를 갖기 전까지 땅에 대한 인류의 상상력이 어떤 목적을 가지고 펼쳐졌는지도 나름대로 추측해볼 수 있다. 양택 풍수는 명당에 사는 사람이 직접 생기를 받는 구조인 반면 음택 풍수는 생기를 받은 유골이 자손에게 영향을 미친다고 본다. 음택 풍수는 현대적 관점에서 비합리적으로 보일 수 있지만 양택 풍수는 지역 공동체의 안정 유지에 중요한 역할을 했다. 산수분합(山水分合) 논리란 산과 물을 대칭적이면서도 조화를 이루는 음양의 구조로 이해해 서로 분리하지 않고 인식한 것을 말한다. 인지의(印地儀)는 원근측정기로 세조가 직접 고안했다. 세조는 인지의를 이용해 아버지 세종의 영릉(英陵)에서 측량한 기록을 남겼다. 인지의는 원근측정기, 나침반은 방위측정기, 기리고차는 거리측정기, 규형은 높이측정기다.(98 페이지) 조선왕조는 건국의 정당성을 확보하고 민심을 안정시키기 위해 지도를 제작했다. 건국 이후 조선은 고려 시대보다 영토를 확장했고 이 지역에 대한 정보를 새로 수정해야 했다. 특히 압록강 상류의 사군(四軍), 두만강 하류의 육진(六鎭)은 국방상 요지였기에 이에 대한 정보의 필요성은 더욱 컸다.(111 페이지) 조선이 취한 사대정책(事大政策)은 국가주도로 제작된 16세기의 세계지도에 그대로 반영되었다. 중국을 중심으로 한 동아시아 일대로 지도 범위가 축소된 것이다.(113 페이지) 조선의 지도 제작은 성리학적 이념의 강화와 강력한 중앙집권 체제 구축이라는 국가사회적 환경에 따라 변화되었다. 국제적으로 화이관(華夷觀)이 강화되었고 주변국에 대한 관심은 건국 초보다 줄어들었다. 반면 국내 지역에 관한 관심이 높아져 이를 반영한 지도들이 제작되었다. 지도의 도입은 곧 땅은 둥글다라는 개념의 도입이라고 할 수 있다. 하지만 천원지방의 개념이 확고했던 조선에서 이를 전적으로 받아들이기는 쉽지 않았다. 서양의 지식을 적극적으로 받아들이려는 움직임이 있었지만 이는 극히 일부였다. 당시 조선에 유입된 서양지리 지식에 대해 대부분은 판단을 유보하거나 오히려 부정적인 반응을 보였다. 여지전도(輿墬全圖)의 지(墬)는 지(地)의 옛 글자다. 견딜 감, 수레 여를 쓰는 감여(堪輿)는 만물을 포용하여 싣고 있는 수레라는 뜻으로 하늘과 땅을 의미한다. 풍수의 다른 이름이기도 하다. 한편 혼천설(渾天說)의 혼(渾)은 둥글다는 의미다. 혼천(渾天)은 둥근 하늘이다. 혼천은 하늘의 운행 방식을, 천원(天圓)은 하늘의 생김새를 나타낸다. 두 번의 전란을 겪은 조선은 지도의 개인 소유를 금지했던 전기와 달리 사대부를 중심으로 지도 소유도 허용했다. 정교한 지도를 제작할 수 있게 된 것은 국방에 대한 관심이 전례 없이 고조된 17세기의 사회적 분위기 때문이었다. 새로 조성되거나 복구된 성곽이나 산성 등 각종 군사시설을 그려놓은 군사용 지도가 여럿 제작되었다. 이중환의 [택리지]는 조선 후기 지리지의 백미(白眉)다. 여지(輿地)는 땅의 정보를 의미한다. 고산자 김정호가 전국을 답사하고 백두산을 오르내리며 지도를 제작했다는 설은 근거가 희박하다고 한다. 전국 답사설은 전통적 지도 제작법과 근대적 측량 기반 제작법을 구분하지 못한 데서 나온 오해일 수 있다. 실제로 전통 사회에서 국토 전체를 실측해 전국 지도를 완성하는 일은 현실적으로 거의 불가능하다. 더구나 국가의 대대적 지원을 받지 못한 개인이 전국을 홀로 답사하며 [대동여지도] 같은 정밀 지도를 제작한다는 것은 더욱 어렵다. 김정호는 이런 한계를 알고 있었기에 당대까지 축적된 조선 지도학의 성과를 종합하려고 끊임없이 노력했다. 그가 [대동여지도]를 제작할 무렵 조선의 지도 제작 전통은 매우 두터웠고 특히 조선 후기에 만들어진 [신증동국여지승람]을 비롯한 각종 지리서가 중요한 밑거름이 되었을 것이다.(173 페이지) [대동여지도]의 형식상 가장 큰 장점은 탁월한 휴대성이다. 이는 이용자 관점에서 지도를 설계하겠다는 발상의 전환에서 비롯되었다. 필사본 지도와 달리 대동여지도는 목판 인쇄본으로 제작되어 더 많은 사람이 볼 수 있도록 기획했으며 각층이 이어지도록 구성했다. 나아가 이를 순서대로 맞추면 조선 전도가 되도록 고안되었다. [대동여지도]는 산맥 중심의 지형 인식을 강하게 드러낸다. 무엇보다 모든 산맥의 시작점을 백두산에서 이어지게 그린 점이 눈에 띈다. 조선시대 국가 주도 제작 지도 가운데 군사적 목적을 지닌 것이 많았다는 구절이 눈에 띈다. 외적의 침입을 막아 국토를 수호하는 것은 무엇보다도 중요한 일이었기에 지형 지세를 파악하고 적절한 장소의 군사시설을 설치하기 위한 지도는 필수적이었다. 이런 용도의 지도를 관방 지도라 하며 이는 곧 군사 지도다.(138 페이지) 고산자 김정호가 국가 기밀 누설 죄로 흥선대원군에 의해 옥에 갇혀 죽었다는 말이 있다. 이런 이야기는 1925년 10월 8, 9일 동아일보에 실린 '고산자를 회함'이라는 제목의 기사를 토대로 형성된 것으로 보인다.(173 페이지) 국가 기밀을 누설했다는 죄목으로 고산자를 처벌했다면 군사 지도도 제작하지 않아야 말이 된다. 군사 지도야말로 가장 민감한 내용을 담은 정보이기 때문이다. 고려 후기 사회의 의약 생활을 이해하는 데 독보적인 기록은 이규보의 [동국이상국집]이다. 퇴계 이황은 주희 이후 주자학의 최고 대가로 평가받는 대학자로 주희의 자연관과 자연 과학 분야에 대해서도 관심이 적지 않았다. 그는 혼천의를 제작해 그 이치를 따졌고 상수학의 깊은 내용도 일일이 공부했다. 성리학을 이해하기 위해서라면 어려운 공부를 마다하지 않았으며 천문학과 수학 역시 깊은 수준에서 이해했다.(231 페이지) 이황은 건강 유지에도 깊은 관심을 가졌다. 그는 [활인심방]이라는 양생술 책을 필사해 몸소 실천했다. 의학과 의술, 병에 대한 이황의 태도는 단지 자신의 삶에만 국한되지 않았다. 그가 조선 최고의 유학자로 인정받고 제자들이 그를 추종하며 학문을 계승했을 뿐 아니라 1599년에 간행된 그의 문집이 널리 읽히게 되면서 [퇴계집]에 남긴 병과 의학에 관한 수많은 언행과 실천이 후대 사대부에게 귀감이 되었기 때문이다. 공교롭게도 그것은 그가 살아 있을 때 직접 필적으로 남긴 사람을 살리려는 마음 즉 활인심이라는 한마디로 요약된다. 유배당하기 전 정약용은 어떤 병을 앓았을까? 그가 냉혹한 자연조건 즉 절반 이상이 죽는 두 창이나 홍역 같은 역병을 큰 피해 없이 극복했다는 점은 매우 주목할 만하다. 두창은 누구나 앓는다고 해서 조선 초에 백세창이라고도 불렸을 만큼 전염력이 컸다. 정약용 역시 2살 되던 해인 1763년에 두창을 알았다. 다행히 병을 무사히 치러냈으며 얼굴이 얽는 후유증도 남지 않았다. 오른쪽 눈썹 위에 자국이 남아 눈썹이 셋으로 나뉜 것처럼 보였고 이에 따라 7세 때인 1768년에 삼미자(三眉子)라는 호를 사용하게 되었다. 다산은 몽수(蒙叟) 이헌길(李獻吉)의 치료 덕분에 홍역에서 죽을 뻔 했다가 살아났다. 감사의 마음을 담아 [몽수전]을 지어 그의 행적을 찬양했으며 그의 마진학(痲疹學)을 확장하여 [마과회통(麻科會通)]을 썼다. 마진(痲疹)은 홍진(紅疹) 또는 홍역이라 불린다. 정약용이 1798년 앓은 여질(沴疾)은 오늘날의 인플루엔자로 추정된다. 흑산도에 유배된 형 정약전은 동생이 건강을 돌아보지 않고 하늘과 땅 사이의 일에 대한 연구에만 몰두하는 것을 꾸짖으며 당장 연구를 중단하고 수양에 힘쓸 것을 권했다. 특히 온몸을 펴고 뻗치며 구부리고 호흡을 가다듬는 도인술을 권했다. 하지만 정약용은 도인술이 분명 유익하다는 점을 잘 알지만 자신은 게으르고 산만하여 소용이 없다고 답했다. 고요히 앉아 마음을 맑게 하려 하면 세상의 온갖 잡생각이 천 갈래 만 갈래로 어지럽게 일어나 오히려 무엇 하나 제대로 파악하지 못할 지경이 되기 때문이라는 것이다. 오히려 그는 저술할 때 마음이 더 집중되고 안정된다고 했다. 정약용의 몸과 마음을 지탱해준 원천은 새벽부터 밤 늦게까지 매일 규칙적으로 행한 연구였다. 정약용의 삶에서 정조를 빼놓을 수 없다. 다산이 1797년 완성한 [마과회통(麻科會通)]은 1790년 한양에서 마진이 유행하자 민간에 처방집에 관한 의견을 물은 정조에 대한 답이라 할 수 있다. 1790년은 정조가 경술년 각과를 시행한 해로 다산은 이에 역시 응했다. 노년의 정약용을 힘들게 한 것은 조정에서 그를 정치가로 부르지 않았다는 점이었다. 사람들은 의약으로만 그를 찾고 그의 의술만을 칭송했다. 심지어 10년 후 조정이 그를 두 번째로 부른 것도 그가 그토록 고려하던 승지 같은 인간이 아니라 의학 동참 부호군인 무관으로서였다.의약은 정약용에게 양면적인 존재였다. 한편으로는 자신의 병을 다스려주고 세상의 칭송을 받도록 했으나 다른 한편으로는 자신의 고질병을 완전히 치료하지도 못했고 심지어 그에게 원치 않는 명성을 씌어준 것이기도 했다. 결국 의약은 그의 인생에서 신체적으로는 의존할 수밖에 없었고 정치적으로는 부담이 되는 이른바 계륵(鷄肋) 같은 존재였다. 정약용은 나이가 들면서 의약에 매달리기보다 벗어나려고 했다. 고칠 수 없는 병은 천명에 순응하는 자세로 받아들이려 했고 정치적인 역경 역시 운명이라니 여기며 미련을 두지 않으려 했다. 그의 마지막 선택은 더 이상 세상의 부름에 연연하지 않고 자연과 학문 속에서 조용히 삶을 마무리하는 것이었다.

[두 개의 논어]를 통해 접하는 주자와 다산의 명백한 대비, 그리고 다산의 현대성 및 설득력 - [두 개의 논어 - 철학자 주자와 정치가 다산, 공자의 가르침을 논하다]

벤투의스케치북 — Thu, 04 Jun 2026 22:19:00 +0900

두 개의 논어 - 철학자 주자와 정치가 다산, 공자의 가르침을 논하다
한형조 지음 / 김영사 / 2025년 11월

철학자 한형조(1958-2024)는 박사 학위 논문을 바탕으로 쓴 [주희(朱熹)에서 정약용으로](1996년)를 상재(桑梓)한 직후 ‘정약용에서 주희로’의 연구가 필요하다고 생각했다. 이는 정약용에서 마침표를 찍는 것이 아니라 주희에게 다시 거슬러 올라가 조선 유학사 전체의 역동성과 드라마를 완성된 형태로 파악하고자 했기 때문으로 보인다. 타계 후 1년이 지난 시점에 나온 유작(遺作)인 [두 개의 논어]에 단서가 있다. 이 책의 부제는 ‘철학자 주자(朱子)와 정치가 다산(茶山) 공자의 가르침을 논하다’다. 저자는 얕고 잔잔한 남한강에 익숙했던 다산을 강진의 시퍼런 동해 물결이 압도했다고 설명했다. 이는 강진에 유배된 다산을 서술하는 말이다. 저자는 주자와 다산의 고전 해석을 추적하는 것은 신나는 모험이라고 말한다. 장면 하나하나마다 드라마틱한 대치(對峙)가 손에 땀을 쥐게 만든다고 말한다. 다산은 개인의 도덕성에 근거를 둔 주자의 사상이 마음에 들지 않았다. 안정된 시기에는 주자의 기획이 유효한지 모르나 난세에는 아니라고 보았다. 그런데 주희가 살았던 시대 역시 송나라가 금나라에 밀려 강남으로 쫓겨간 난세였다. 두 사람의 독법은 왜 그렇게 다른가? 그것은 죽간(竹簡)에 쓴 매체의 한계로 인해 대개 시간이 결여되어 있고 맥락이 불분명하고 질문과 대답이 모두 짧은 논어 자체로부터 비롯된 일이다. 하지만 근본적으로는 두 사상가가 가진 입장 및 현실을 보는 차이에서 비롯된 일이다. 저자는 다산의 절규로부터 타락한 도시를 질타하는 구약의 예언자 이사야의 목소리를 듣는다. 다산은 요순(堯舜) 시대의 순 임금이 무위(無爲)했다는 구절을, 그렇게 펼쳐진 이상적인 군주들의 정비된 통치질서를 찬탄한 감탄사일 뿐이라고 말한다. 두 개의 논어는 주자와 다산의 상반되는 논어 해석을 염두에 둔 말이다. 다산은 공자 사상에서 도덕은 有道의 한 날개일뿐 전체일 수 없다고 보며 그의 꿈을 정치적인 것이었다고 보았다. 저자는 두 사람의 대립을 명상 vs 활동으로 파악한다. 저자는 논어를 학(學), 인(仁), 천(天), 정(政)의 네 가지 주제로 대별한다. 저자는 주자의 자연론적 정착은 이(理)에, 다산의 유신론적 전회는 천(天)이라는 한 글자에 집약되어 있다고 말한다. 다산은 주자가 불교에 물들고 내적 명상에 골몰했다고 분석했다. 이는 이(理)란 유교 형이상학이 불교의 공(空)으로부터 배워 체계화한 것이라는 한 논자의 지적과도 통하는 말이다. 다산은 주자의 통찰과 성취를 존중하고 인정하면서도 논어를 읽는 눈, 그리고 공자가 창도하고자 한 유교의 근본원리와 세부적 설계를 읽는 눈에서 완전히 다른 안목과 비전을 가졌다. 다산은 주자학을 아예 불교라고까지 극언했다.(781 페이지) 다산은 덕을 내면화한 주자의 기획은 오랜 불교의 영향이며 유교의 본래 즉 공맹의 원 기획의 심각한 일탈이라고 말했다.(484 페이지) 다산이 의거한 방식이 보이지 않고 가려진 곳에 접근하려는 노력인 경학(經學)이다.(82 페이지) 주자가 불욕(不欲)을 ‘위정자가 탐욕을 부리지 않는다면’으로 읽었다면 다산은 ‘백성들이 도적이 되기를 원치 않는다면’으로 읽었다. 구자지불욕(苟子之不欲) 수상지불절(雖賞之不竊)이란 구절에서 구(苟)는 진실로, 수(雖)는 비록을 의미한다. 주자는 진정 당신(공자에게 문의한 ‘계강자; 季康子’)이 탐욕을 부리지 않는다면 그들(백성들)을 떠민다고 해도 도둑질을 하지 않을 것이라고 보았고 다산은 백성들이 도적이 되기를 원치 않는다면 정치를 바르게 하라(생산을 보장하고 각자 생업에 힘쓰게 하며 세금을 줄여주라)고 읽은 것이다. 저자는 이를 다산이 도덕(을 가르치는 구절)이 아닌 정치(를 잘하라는 구절)로 읽었다고 설명한다.(102 페이지) 저자는 공자의 도는 크게 둘로 갈라진다고 말한다. 소극적 준비와 적극적 기여, 정신의 평정과 사회적 기여로 구분할 수 있을 것이라는 말이다. 특히 다산은 이 둘의 결합과 연장을 강조한다.(224 페이지) 논어 안연(顏淵)편에 편언(片言)이란 말이 나온다. 주자는 이를 토막말을 의미하는 반언(半言)으로 읽었고 다산은 한쪽 편 말이라 읽었다. 주자는 유도(有道)한 세상을 만들겠다고 천하를 유랑한 공자와 그 일행이 한가한 소풍을 즐기고 있다고 보았다. 주자는 이 지점을 자신의 새로운 사유의 주축에 세웠다. 다산은 바로 이 점 때문에 주자학에 비판적 스텐스를 취했다. 유교의 이상이 주자와 만나 사회적 관계에서 자연에의 동참으로 일대 전회(轉回)를 하게 된 것이다. 다산은 소요(逍遙)는 공자의 정치적 열정과 어울리지 않고, 주자가 외치는 완전한 인간 즉 사욕이 없는 인간은 안회(顔回)의 극기복례에서나 있을 수 있는 경지라고 보았다. 저자는 주자학은 인간의 이기성과 고착, 자기중심성이 인간성 밖에 있다고 역설한다고 말한다. 즉 그것은 인간의 타고난 본성도 아니고 자연적 본성도 아니라는 것이다. 이 점에서도 주자학은 순자(荀子)를 내치고 맹자(孟子)에 틀을 잡았다. 주자학의 낙관주의는 명상과 정치를 연속으로 읽는다. 그런데 이것은 너무 순진한 생각이 아니냐는 비판이 늘 있어왔다. 조선에서 그 역할을 다산이 맡았다. 그의 비판은 신랄하고 전방위적이다.(262, 263 페이지) 공자는 기본적 품성 못지않게 문화적 도야가 그만큼 중요하다고 말한다. 충신(忠信)이 바탕(질; 質)이라면 거기 호학(好學)이 문화(문; 文)로 보완되어야 한다. 그런 점에서 문질빈빈 둘 중 하나도 결여될 수 없다.(301 페이지) 오거하류 이산상자(惡居下流而訕上者)란 말이 있다. 양화(陽貨) 편에 나오는 말로 "아랫자리에 있으면서 윗사람을 헐뜯는 자"를 뜻한다. 주자는 하류(下流)를 그냥 신분과 지위를 기준으로 잡아 아랫사람으로 해석했다. 다산은 하류를 덕성과 재능이 없는 이들을 가리킨다고 보았다. 이들은 천박한 삶을 누리며 무비판적 삶을 영위한다. 그들은 뛰어난 자, 덕을 갖춘 자들을 헐뜯는다. 그것은 일종의 질투다. 저자는 다산의 해석이 탁월하다고 생각한다고 말한다. 인간의 심성을 족집게처럼 짚어냈기 때문이라는 것이다.(311 페이지) 주자학은 우주를 거대한 생명의 유기체로 본다. 그 중심에 인(仁)이 있다. 저자에 의하면 주자는 내부를 향해 자연을 찾고 있고, 다산은 타자와 더불어 덕성을 구축한다. 그래서 저자는 주자를 명상, 다산을 정치로 대치시켰다고 한다.(346 페이지) 다산은 유교의 정신을 우주론적 자연론이 아니라 사회적 관계 속에서 되찾고 싶어 한다. 그것이 비조(鼻祖) 공자를 축으로 내놓은 유교의 유구한 전통 아닌가. 그런데 주자와 송대 유학이 이 기본 원리를 왜곡, 변질시켜버렸다. 그렇게 유교가 무력해졌고 낯설어졌다. 하나의 이치가 인간과 우주를 통관(洞觀)하고 뒤섞음으로써 형이상학의 늪에 빠졌고 인간은 일상에서 무엇을 성취해 나가야 할지 모르게 되었다.(365 페이지) 주자는 공맹(孔孟) 유학에 함유된 천(天), 명(命), 상제(上帝), 귀신(鬼神) 등의 초월적 존재와 그 명령을 모두 이(理)로 통일하고 자연론적 사유의 틀을 구축했다 다산은 공맹 사유의 원형을 일상의 관계, 덕성의 구축이라는 테제에서 확인하고자 한다.(367 페이지) 다산은 주자가 말하는 자연의 천리(天理)는 아무 지각이 없어 말하려 해도 할 수가 없다고 말했다. 다산은 수도사가 아니라 정치가다. 그는 실학자답게 가정의 생계를 걱정하고 정치를 책임진 사람답게 경제가 얼마나 중요한지를 알고 경영에 눈을 뜬 사람이다. 주자는 안회가 철학자의 삶을 즐겼다고 말하고 다산은 그가 정치가의 도를 연마하고 있었다고 강조한다. 다산은 [논어] 전체를 정색하고 읽는 것이 큰 병폐임을 지적했다. 조지프 니덤은 이런 말을 했다. 주자학이 깨달았던 것은 도덕적인 것이 근본적으로 자연 안에 심겨 있다는 것이었다. 그것은 자연으로부터 생겼는데 일종의 진화 과정에 의해서 그리고 올바른 조건이 존재했다고 우리가 말할 수 있을 때 나타났다. 그렇다면 주자학은 진화론적 유물론과 유기체 철학의 세계관에 아주 가깝게 근접했던 셈이다. 이러한 관점에서 주자학은 도가(道家)로부터 더 많은 것을 빌렸던 듯 하다. 다산은 주자학을 비판할 수 있었다. 이는 후발의 장점이고 주자는 대답할 수 없다. 그를 대신해 다산의 창견(創見)을 본다면 어떻게 반론할 것인가?(495 페이지) 저자는 고전을 읽는 데 두 가지 함정이 있다고 말한다. 하나는 자신의 선입견과 인상으로 고전을 재단하는 독단, 다른 하나는 고전의 산만함이나 모호함 앞에서 길을 잃는 지리다. 지리는 지리멸렬(支離滅裂)의 지리로 보인다. 조선 후기 노론과 정치적으로 대치하던 소론과 남인 계열에서 주자학의 교조(敎條)를 회의(懷疑)하는 학자들이 나오기 시작했고 이들이 주자의 고전학에 대한 반발로 새로운 주석을 내놓았다. 백호 윤휴의 독창, 서계 박세당의 사색, 하곡 정제두의 양명학이 그것이다. 그리고 다산이 있다. 그는 주자학을 향해 거의 전쟁을 선포하시다시피 했다. 주자학이 터하고 있던 사서(四書)에서 육경(六經) 체제로 복귀할 것을, 그리하여 이를테면 주자의 명상에서 유가의 행동으로 돌아설 것을 촉구했다. 육경이란 시경(詩經), 서경(書經), 악경(樂經), 주역(周易), 예기(禮記), 춘추(春秋) 등이다. 저자는 [논어]의 주인공인 공자를 제외하고 [두 개의 논어]라고 제목을 정한 것은 공자는 두 사람의 해석을 통해 드러날 뿐이기에 그런 것이라 말한다. 저자는 자신의 작업이 고전이 말해주는 바를 따라가는 것일뿐 자신의 독창은 아니라고 말한다. 주자학자들은 공자가 자신은 태어나면서 모든 것을 안 사람이 아니라 했음에도 그 분은 태어나면서 모든 것을 알고 완전히 행동하시는 분으로 공자의 회고는 인생 길을 힘겹게 살아가야 할 후학들을 위한 가설적 배려일 뿐이라고 생각했다. 개인적으로 [논어]에서 마음에 드는 구절을 고르라면 생이지지(生而知之), 학이지지(學而知之) 곤이지지(困而知之)다. 나면서부터 아는 것, 스승이나 책을 통해 배워서 아는 것, 고난과 역경에 처해 아는 것이다. 물론 고난이나 역경에 처해서도 배우지 않음을 의미하는 곤이불학(困而不學)도 있다. 저자는 주자가 폭탄선언을 한다고 말한다. 공자의 지학(志學), 이립(而立), 불혹(不惑), 지천명(知天命), 이순(耳順), 종심소욕불유구(從心所欲不踰矩)는 사실이 아니라는 것이다. 나면서부터 모든 것을 터득한 사람으로 후인들을 위한 단계를 대략 설정해준 것이라는 의미다.(597 페이지) 공자는 사(思)가 아닌 학(學)에서 출발하라고 가르쳤다. 생각이 아닌 배움에서 출발하라는 말이다. 공자는 스스로 옛것의 전달자를 자처했다. 술이부작(述而不作)이 그것이다. 개인적으로 배우기만 하고 생각하지 않으면 얻는 것이 없어 허망해진다는 학이불사즉망(學而不思則罔)과 생각만 하고 배우지 않으면 독단에 빠져 위태롭다는 사이불학즉태(思而不學則殆)란 말을 좋아한다. 주자는 덕(德)을 인간 내부에 장착된 본성이라 보았고 다산은 행동을 통해 쌓이는 공적이라 보았다. 주자는 인의예지가 그 본성이라 설득했고 다산은 이것들은 유덕(有德)한 행동의 결과라고 주장했다. 저자는 정말 달라도 너무 다르다고 말한다. 어떻게 같은 책, 같은 글자를 두고 엇갈리다 못해 이렇게 서로 부딪히는 해석들이 존재할 수 있는가? 묻는다. 과연 누가 공자를 더 리얼하게 보여주고 유학 정신에 더 가까이 가 있는가? 아니면 둘 다 기실은 서로 가까우며 병존함에 아무런 해됨이 없는가?라고 말한다. 다산의 윤리학은 주자보다 더 험준하다. 나날의 전쟁터 앞에 서 있는 듯할 것이다. 주자는 천도(天道)의 자연성을 회복한다는 점에서 훨씬 평탄하다. 다만 기질과 물욕으로 인한 일탈에 유의하고 자신을 잘 보존해 나가면 될 것이다. 다산은 그렇지 않다. 인간 속에 상반되는 욕구들이 주도권을 갖고 다툰다. 흡사 천사와 악마가 인간 내부에서 끊임없이 싸우는 것으로 윤리적 정황을 소묘했다. 주자가 천리(天理)를 말하고 다산이 천명(天命)의 본연을 강조할 때 이 서로 다른 윤리학의 방향이 예고된 것이나 다름없다. 저자는 공자의 역정을 궁리의 심화로 읽은 주자보다 다산의 해석이 아무래도 실상에 더 근접해 있다는 생각이 든다고 말한다.(600 페이지) 다산은 공자가 말한 이순(耳順)을 일러 바깥의 마음에 어떤 내적 동요도 일으키지 않는 상태로 읽어야 한다고 말한다. 저자는 다산은 주자와 달리 하느님(‘천; 天‘, ’상제; 上帝‘)을 믿었다고 말한다. 다산이 말하는 하늘은 관찰자이고 감독자다. 이는 인격신을 말한다. 다산은 유교의 몰락은 천(天)이 이(理)로 치환되면서 시작되었다고 보았다.(608 페이지) 물론 다산이 본 하늘은 질투하거나 변덕을 부리지 않는다. 그런 점에서 전혀 인격적이지 않다. 이(理)는 본래 옥(玉)의 결이나 무늬를 가리켰다. 주자는 우주를 수축과 응축, 분화와 생명의 쉼 없는 폭죽으로 읽었다. 자연은 창조의 과정이고 생명의 약동이다. 누가 시킨 것도 아닌데 어디선가 수많은 생명이 태어나고 성장하며 살아가다 사라진다. 우주는 흡사 대장간의 풀무를 닮았다. 이 특성을 주자는 [주역]에서 빌려온 원형이정(元亨利貞) 즉 생명의 탄생, 성장, 원숙, 저장으로 특화했다. 이는 곡식의 생장과 결실 그리고 이와 연관된 계절에 비견되었다.(631 페이지) 사람들은 여전히 미심쩍어할 것이다. 주자의 이야기를 더 따라가 보자. 질문은 두 개다. 1) 만일 인간의 본질이 이토록 선하다면 사람들의 악(惡)은 어디서 연유하는 것인가? 2) 인간은 무슨 노력을 어떻게 해야 하느냐? 이 둘은 서로 연관되어 있다. 악은 어디서 생기는가? 이상하게 들릴지 모르지만 그것은 신체의 구성(’기품; 氣稟‘)에서 온다. 인간의 물질은 서로 다르다. 이 물질은 신체적, 정신적 나아가 영적 특질을 포함한다. 각자의 유전적 구성이 다르기 때문에 본성인 인의예지는 일정한 제약과 왜곡을 피할 수 없다. 즉 그 본성을 온전히 구현하는 것은 요순 같은 예외적 성인 뿐이다. 이 제약의 지도는 천차만별이다. 누구는 인(仁)에 치우쳐 인정에 눈물이 많고 누구는 의(義)의 성분이 많아 정의에 단호한 성격일 수도 있다. 이 차이를 주자학은 기의 청탁수박(淸濁粹駁)으로 정식화했다. 기(氣)가 맑은 사람들은 지적 센스가 뛰어나고 탁한 사람은 우둔하다. 기가 순수한 사람은 법 없이도 살 사람이고 잡박(雜駁)한 사람에게는 도덕적 센스는 기대할 수 없다. 기의 순수성과 민감성 그리고 견고성이 그려내는 지도는 사람마다 뚜렷한 차이가 있다. 인간의 노력은 이들 편중(偏重)과 그로 인한 일탈(逸脫)을 교정하고 되돌려 본래의 본성을 회복해나가는 일과 다름없다.(634 페이지) 저자는 주자학이 말하는 인간 본성의 전체가 선하다는 것은 과도한 주장이 아닌가? 라고 묻는다. 저자는 인간은 타인과 공동체 전체를 희생하더라도 개인의 욕구를 충족시키고자 하는 무서운 동물이 아닌가?라고 묻는다. 저자는 신의 죽음과 부활을 둘러싼 오랜 격론은 서양의 것만이 아니라고 말한다. 동양에서도 양상은 달랐지만 똑같은 문제를 안고 격한 쟁론이 벌어졌다. 서양의 근대가 합리주의와 과학이 점차 신의 지위를 탈환해나갔다면 동양의 근대는 이미 12세기 주자에 의해 완성된 형태로 등장했다고 할 수 있다. 그 도저한 합리주의에 대한 신학적 반동이 18세기에 일어났고 그 운동의 불씨를 제공한 것이 서학이라 불리는 서양의 종교였다.(655 페이지) 불씨만 있었다면 불은 붙지 않았을 것이다. 풍부한 기름은 동양의 오랜 고전적 전통이 마련했다. 다산은 사서삼경이라는 고전을 정제함으로써 공맹유학이라는 원시 유가를 재발견해나갔다. 그 중심에 그의 유신론적 신앙이 자리 잡고 있다. 저자는 “미안한데 주자의 주석은 혼란스럽다. 다산에 기울어서가 아니”라는 말로 다산(茶山)에 대한 경도(傾度)를 고백한다.(678 페이지) 다산은 공자의 평생 학습을 꿰고 있는 중심 원리는 천리(天理)가 아니라 충서(忠恕)라고 말한다. 유교를 한 글자로 집약한다면 그 또한 리(理)가 아니라 서(恕)여야 한다.(690 페이지) 다산은 조선조 후기 정치의 문란과 난맥 그리고 그것을 고쳐 나갈 의지 부족이 무위(無爲)의 정치를 내건 무책임과 무기력에 있다고 극언했다.(822, 823 페이지) 다산이 경세 3부작이라 불리는 [목민심서]의 관료 매뉴얼, [경세유표]의 국가 시스템, [흠흠신서]의 형률 재정비라는 실학적 작업과 더불어 아니 그보다 경학이라 불리는 고전 해석에 더 집중적으로 매달린 이유를 여기서도 읽을 수 있다. 그런데 공자는 왜 순임금이 무위로 다스렸다고 말했을까? 다산은 이것이 찬탄의 과장법이라며 이를 잊지 말라고 신신당부(申申當付)한다.(826 페이지) 요순(堯舜)은 유교 정치의 이상을 상징한다. 그것이 실제였는지 상상이었는지에 대해 분분한 논란이 있지만 다산은 이 기록의 실제성을 의심하지 않았다. 나아가 이 정치의 실제 현장을 힘써 파고들었다. 다산은 그 정치가 그야말로 물샐 틈 없는 정치적 행동과 정책들로 가득 차 있다는 것을 알려주고 싶어 했다. 요순의 정치는 그저 사람 좋은 내맡김, 온유한 성품으로 이룩한 한가한 유토피아가 아님을 그토록 알리고 싶어 했다. 왜? 조선의 정치 풍토를 바꾸고 싶어 했기 때문이다. 다산은 흑산도에 있는 형님에게 요순의 정치를 발견해나가는 기쁨과 감격을 편지에 담아 보냈다.(829, 830 페이지) 다산은 고전 학습하고 일상의 몸가짐을 닦는 학자와는 다른 지평의 정치적 자질과 태도를 주문하고 있는 듯하다. 다산은 교육이 정치의 최종적 목표이지만 그 전에 생업과 부(富)가 우선되어야 함을 역설했다. 다산은 [주역]의 한 구절을 인용한다. “악인을 보더라도, 허물이 없다(’견악인; 見惡人‘ ’무구; 无咎‘)"가 그것이다. 다산의 이 인식은 조선조 유학의 정치학적 인식을 일거에 뒤흔드는 뇌관을 끌어안고 있다. 저자는 조선 후기 당파와 지목, 예송과 사람 사이의 은원을 보건대 그리고 엄격한 자의적 군자 소인론을 보건대, 그리하여 실무적 에너지가 명분 속에서 소모되고 소비되어 버린 안타까운 역사에 비추어 보면 다산의 인식은 대서특필할 필요가 있는 것이었고 지금도 참고해야 할 소중한 자산이라고 생각한다고 말한다.(888 페이지) 결어(結語)에서 저자는 [논어]는 하나가 아니라고 말한다. 불교는 티베트에는 승려 수만큼의 불교가 있다고 하고 [성경]은 아버지의 집에는 수많은 방이 있다(요한복음 14장 2절)고 말한다. 유교에도 주석가만큼의 [논어]가 있을 것인데 그럼에도 특히 조선의 오랜 해석의 권위는 주지하다시피 주자가 독점해왔다고 말한다. 다산의 [논어]는 주자와의 비교 혹은 대결 없이는 그 의미가 충분히 드러나지 않는다고 말한다.(897 페이지) 이 부분에서 AI에게 질문을 던졌다. ”한형조 교수는 [두 개의 논어]에서 주자와 다산의 논어 해석을 소개한다. 주자와 다산은 논어 해석에서 커다란 차이를 보인다. 이를 구조주의에서 말하는 이원적 대립(binary opposition)으로 읽어도 좋은가.“ 그러자 AI는 ”주자와 다산의 [논어] 해석 차이는 본질적이고 격렬하지만 이를 구조주의의 이원적 대립으로 규정하는 것은 지양해야 합니다. 구조주의적 이분법은 대상들을 정태적이고 절대적인 모순으로 환원하기 쉽기 때문입니다.“란 말을 한다. 그래서 ”두 사람을 변증법에서 말하는 비적대적 모순 관계로 읽어도 좋은가.“라고 물으니 AI는 ”한형조 교수의 유작 [두 개의 논어]에서 주자와 다산은 각각 내면과 개인의 수양(주자)과 사회적 실천과 관계(다산)를 강조하며 근본적인 대결 구도를 보입니다. 두 거장의 이러한 차이를 변증법적 관점의 비적대적 모순(Non-antagonistic Contradiction)으로 읽는 것은 철학적으로 타당하며 유용한 접근입니다.“란 말을 한다. 다시 말하지만 저자는 주자와 다산을 명상 vs 활동으로 읽는다. 나는 비슷한 말이지만 관조(觀照) vs 역행(力行)으로 읽는다. 당연히 나는 다산에 기울었다는 저자처럼 다산의 독법과 모색에 공감한다. 이제 이정우 교수의 [인간의 얼굴](1999년 출간)에 들어있는 제3장 ’도덕적 주체의 탄생 – 다산의 인간 존재론‘을 제대로 읽을 수 있을 것 같다.

지구를 지키는 성층권 오존의 소중함을 느끼게 하는 책 - [지구의 수호신, 성층권 오존]

벤투의스케치북 — Wed, 03 Jun 2026 19:30:00 +0900

지구의 수호신, 성층권 오존
시마자키 다쓰오 지음, 한명수 옮김 / 전파과학사 / 2026년 02월

고층 대기 물리학 전공인 시마자키 다쓰오(島岐達夫)의 책이다. 저자는 남극의 오존홀을 보았다, 그 아래를 지나면 피부가 타는 느낌이 든다, 오존홀이 확대되어 지구 전체를 덮어버리면 어떻게 되는가?와 같은 잘못된 보도를 접하고 이 책을 쓰게 되었다고 말한다. 이 책에는 흥미 있는 인물이 한 명 나온다. 바로 스위스의 물리학자인 오귀스트 피카르(Auguste Piccard: 1884-1962)이다. 1931년 피카르는 인류 최초로 성층권을 탐험한 선구자다. 피카르는 압력이 아주 낮은 성층권을 탐사하는 데 쓰인 기술을 압력이 극단적으로 높은 심해를 탐사하는데 활용했다. 그가 만든 현대적 심해 잠수정인 배씨스케이프(Bathyscaphe)가 그것이다. 성층권의 오존을 모두 모아 상온, 상압 상태로 압축하면 두께가 약 3mm 정도에 불과하다. 대기 전체를 마찬가지로 하면 수 킬로미터가 되므로 오존은 전체 대기의 100만분의 1 이하의 아주 소량이다. 하지만 오존은 320nm보다 짧은 파장의 자외선을 강하게 흡수하기 때문에 태양 자외선 중 이 짧은 파장의 빛이 지상에 전혀 도달하지 못하도록 막아주고 있다. 지구를 둘러싸고 있는 공기 전체를 대기라고 한다. 대기의 약 75%는 대류권에, 약 25%는 성층권에 존재하며 성층권 위쪽에는 겨우 0.02%만이 분포한다. 11km까지의 대기에서는 상하 대류 운동으로 인해 고도가 높아짐에 따라 기온이 감소한다. 이 영역을 대류권이라 부른다. 구름의 발생, 고/저기압의 발달 등 각종 기상 현상은 모두 이 대류권에서 일어난다. 11km에서 50km까지의 영역에서는 오존이 태양 자외선을 흡수하면서 대기가 데워지기 때문에 기온이 다시 상승한다. 이 영역에서는 더운 공기가 찬 공기 위에 얹혀 있기 때문에 대기는 열적으로 안정되며 층을 이루고 있어 성층권이라 부른다. 성층권에서는 기온이 상승하지만 11km를 지나도 잠시 동안은 기온이 상승하지 않고 등온 상태가 계속되는 일이 있다. 이런 이유로 처음에는 성층권을 등온층이라 불렀다. 기온이 감소하다가 증가하기 시작하는 높이는 대류권과 성층권의 경계인 대류권계면이다. 대류권계면은 약 50km의 성층권계면에서 끝나며 그 위에서는 오존이 줄어들기 때문에 가열이 감소해 온도가 다시 하강한다. 이 영역을 열권(熱圈)이라 부른다. 지구는 태양이나 다른 행성과 같은 시기 즉 46억 년 전에 원시태양성운을 이루던 가스와 먼지가 응집해 형성되었다. 그러나 그때 생긴 대기 성분은 고온으로 인해 입자의 자유 속도가 커져 우주 공간으로 날아가거나 강대한 태양풍에 날려 거의 대부분 사라진 것으로 생각된다. 그 뒤에 지구 대기는 주로 지하에서 분출된 화산가스로 이루어졌다. 주성분은 이산화탄소, 질소 분자, 수소 분자, 수증기였다. 메테인, 암모니아, 황화수소, 일산화탄소, 염화수소 등도 함유되어 있었다. 이 가운데 수소가스는 아주 가벼워 우주 공간으로 빠져나갔고 수증기는 온도가 내려감에 따라 액화되어 땅속에서 스며 나온 물과 함께 해양을 형성했다. 그 속에 이산화탄소가 많이 녹아들었다. 화산가스 등으로 지구 대기가 형성된 시기와 초신성 폭발로 죽어간 거대 별 내부에서 합성된 후 성간 먼지와 가스 구름에 섞여 있다가 지구가 형성될 때 모여든 철, 니켈 같은 무거운 원소들이 지구 핵 쪽으로 가라앉은 시기는 거의 동시다. 지구 형성 과정에서 중력에 의한 밀도 차이에 따라 층상 구조화가 일어났다. 철, 니켈 등 무거운 원소들은 지구 중심부로 가라앉았고 산소, 규소, 마그네슘, 알루미늄 등은 지각과 맨틀을 이루었고 수소, 헬륨 등 가벼운 원소들은 지구 대기를 이루었다. 산소, 규소, 알루미늄, 마그네슘 등은 별에서 만들어진 후 지각이나 맨틀을 이루다가 화산분출로 대기권, 수권, 암석권을 순환하며 판구조 운동에 의해 맨틀 속으로 가라앉거나 지각 변동을 통해 새로운 암석으로 재탄생하는 기나긴 순환 과정을 거친다. 성층권 오존은 태양 자외선에 의해 생성된다. 그러므로 자외선이 강한 저위도나 여름철에 더 많이 생성될 것으로 예상되지만 실제 관측 결과는 정반대다. 특히 겨울철에 고위도 지역에서는 하루 종일 태양광이 비치지 않는데도 세계에서 가장 많은 오존량이 관측된다. 고위도에서 오존이 많은 원인은 무엇인가? 이는 운동에 의해 오존이 저위도로부터 고위도로 운반되기 때문이다. 공기가 운동하는 모양을 파악하기 위해서는 공기와 함께 운동하는 물질을 찾아내 그 이동 경로를 추적하면 된다. 이 목적에 사용되는 물질을 추적자(tracer)라고 부른다. 인간 활동으로 공기 중에 방출되는 프레온 가스는 발생 원인이 명확하고 자연적으로 발생하는 일이 없는 데다가 화학적으로 매우 안정되어 지면이나 다른 물질에 부착되어 소멸하는 일도 없기에 추적자로서 이상적이다. 오존 자체가 하부 성층권이나 대류권에서 추적자 역할을 한다. 수증기도 추적자다. 1883년 8월 27일 인도네시아의 크라카타우섬에서 일어난 화산 분화로 역사상 최대 규모의 사건으로 분출된 분진은 32km까지 치솟았다. 이후 몇 주 지나 25km 부근까지 내려온 분진은 오랜 기간 동안 그 고도에 머물렀으며 강한 돌풍을 타고 지구를 몇 바퀴 도는 것을 볼 수 있었다고 한다. 남북 방향의 운동도 더해지면서 이 분진 때문에 일몰 때와 같은 붉은 태양이 관측되었다. 몇 년 동안 지구의 평균기온이 0.5°C나 낮아졌다. 이산화탄소는 지표면의 열을 가두어 상공으로 열이 올라가는 것을 막는 방패 역할을 한다. 성층권 입장에서는 아래층에서 올라오는 열을 공급받지 못해 부족해지고 결국 온도가 떨어지게 된다. 성층권은 고도가 높아질수록 온도가 상승한다. 그 이유는 오존 때문이다. 오존이 태양으로부터 쏟아지는 자외선을 흡수하면서 막대한 열에너지를 방출하기 때문이다. 성층권에서는 이런 이유로 공기가 열적(熱的)으로 안정되어 있어 상하 방향의 공기 혼합이 거의 일어나지 않는다. 대류권에서 올라온 프레온 등의 물질은 대류권계면의 벽에 가로막혀 성층권으로 침투할 수 없다. 그러나 적도 지방에서는 강한 지면 가열로 생기는 상승기류의 일부가 대류권계면을 통과해 상층권으로 들어갈 수 있을 것이다.(104 페이지) 성층권이 대류하지 않는 것은 오존층 때문이다. 농산물을 더 많이 수확하려면 비료가 많이 필요하다. 그러나 질소를 포함한 화학비료를 대량으로 사용하면 증가한 질소산화물이 촉매로 작용해 성층권 오존이 감소할 가능성이 있으므로 주의가 필요하다. 오존층이 형성되(어 유해 자외선이 차단되)고서야 육상 식물이 번성할 수 있었다. 광합성은 바닷속 플랑크톤과 같은 조류에서도 일어나므로 오존층이 형성되지 않아 육상 생물이 발달하지 못하던 시기에도 해양 조류(藻類)로부터 산소 분자가 발생했을 것이다. 초기 지구의 대기는 지하 깊은 곳에서 분출된 화산가스로 이루어져 있었기 때문에 그 속에 오존이 없었다는 점은 명백하다. 오존 생성에 바탕이 되는 산소 분자도 화산가스에는 함유되어 있지 않았다. 산소는 식물의 광합성 과정에서 엽록소가 태양의 가시광선을 흡수해 물과 이산화탄소로부터 탄수화물을 만들 때 부산물로 만들어진다. 오존은 산소 원자 세 개로 이루어진 물질이다. 오존층은 주로 성층권에 있다. 오존 생성에 필요한 강한 자외선과 산소의 양 때문이다. 오존 생성에 자외선이 필수적인 이유는 다음과 같다. 태양으로부터 오는 강한 자외선이 산소 분자를 강제로 쪼개 산소 원자 두 개를 만든다. 이렇게 떨어져 나와 불안정해진 산소 원자가 주변의 산소 분자와 결합해 오존이 된다. 성층권은 안정된 대기층이라는 의미다. 성층권 에어로졸은 지구로 들어오는 태양 복사 에너지를 우주로 반사해 온도를 떨어뜨린다. 대기 중 이산화탄소 증가로 인해 지표에서 올라오는 열이 대부분 대류권에 갇힘으로써 성층권으로 전달되는 복사 에너지가 감소해 성층권은 온도가 떨어진다. 남극의 겨울에는 태양이 전혀 비치지 않기 때문에 오존홀 관측은 주로 달빛을 이용해 이루어진다. 남극 오존홀의 정식 이름은 남극의 봄 기간 동안 성층권 오존의 이상적인 감소이며 오존이 아주 없어져 구멍이 뚫려 있거나 1년 중 오존이 계속 감소하는 것은 아니다. 오존홀이란 지구 대기 중 성층권에 있는 오존층의 오존 농도가 급격히 감소하여 마치 구멍이 난 것처럼 보이는 현상을 지칭한다. 감소한 오존은 긴 시간에 걸쳐서이지만 회복된다. 오존파괴물질 사용을 자제하는 것이 무엇보다 필요하다. 성층권 오존 문제는 자연과학 문제를 넘어 정치, 경제, 사회, 윤리 문제까지 아우르는 복합적 사안이다. 인간이 물질적 욕망 나아가 생활의 풍요로움과 편리함만을 추구하며 지구환경 파괴를 돌아보지 않고 살아가는 것은 이제 허용되지 않는다.

세상의 진정한 새로움을 이해, 발견하게 하는 물리학 이야기 - [물리학은 어디까지 설명할 수 있는가 - 현대 물리학의 존재론적 질문들에 대한 도발적인 답변]

벤투의스케치북 — Mon, 01 Jun 2026 07:22:00 +0900

물리학은 어디까지 설명할 수 있는가 - 현대 물리학의 존재론적 질문들에 대한 도발적인 답변
자비네 호젠펠더 지음, 배지은 옮김 / 해나무 / 2024년 07월

독일의 이론 물리학자 자비네 호젠펠더의 책이다. 원제는 [실존적인 물리학(Existential Physics)]다. 책은 다루는 분야(다중우주, 빅뱅, 만물의 이론 등)로 인해 어러운데다가 저자 자신도 상세하고 친절한 설명과는 거리가 있는 학자이고 연구자다. 인내하며 읽으면 얻을 수 있는 것들이 꽤 있는 책이다. 본문 내용이 어렵게 느껴지더라도 에필로그를 통해서는 잔잔한 감동을 느낄 수 있을 것이다. 자신을 불가지론자이자 비종교인이되 종교적 신념에는 반대하지 않는다고 설명하는 저자는 자신의 책은 현재 물리학이 제기하는 거대한 물음에 대해 다룬 책이라고 말한다. 가령 지금 이 순간이 과거와 다른지, 각각의 기본 입자에 우주가 깃들어 있는지, 자연 법칙이 우리의 판단을 결정하는지 같은 의문은 다루는 책이라는 것이다. 당연하게도 저자는 자연에 기반한 증거를 바탕으로 수립된 이론만 고수할 것이라고 말한다. 물론 이 말은 과학이 발전하면 내용이 바뀔 수도 있음을 인정한다는 뜻이다. 특수상대성 이론에서 상대성이란 절대적인 정지 상태가 없다는 뜻이라고 설명하는 것으로 포문을 연 저자는 시간의 흐름은 보편적이지 않다고 결론 낸다. 저자는 양자역학이 관련되기 이전에 당시 알려져 있던 자연 법칙은 결정론적이었다고 말한다. 저자는 물리학자들은 자기가 쓰는 수학이 실재에 관해 실재보다 더 많은 것을 드러낸다고 생각하는 오류를 자주 범한다고 말한다. 저자는 과학의 목적이란 세상을 유용하게 서술할 방법을 찾는 것이라 말한다. 설명은 단순할수록 더 유용하다고 말하는 저자는 과학 이론은 우리가 세상에 관해 하는 이야기를 대폭 단순화한다고 결론 낸다. 저자는 흥미로운 말을 한다. 창조주 가설은 설명력을 정량화할 수 없다. 이 가설로는 아무것도 계산할 수 없다. 그렇다고 틀렸다는 건 아니지만 확실히 비과학적이다라고. 덧붙여 저자는 6000년 전에 이 세상 모든 것이 제 자리에 있도록 창조되었다는 말은 틀릴 것도 없고 쓸모도 없다고 말한다. 이 가설은 정량적으로 대단히 복잡해서 초기 조건으로 어마어마한 양의 데이터를 집어넣어야 한다.(58, 59 페이지) 우리는 가능한 한 많은 데이터를 취하고 거기에서 단순한 설명을 찾는다. 계산할 수 있는 데이터 안에 패턴이 많을수록 설명은 좋아진다. 저자는 초기 우주에 관한 모든 가설은 순수한 추정일 뿐으로 이러한 가설들은 수학이라는 언어로 쓰인 현대판 창조 설화라고 말한다. 여기에는 증거가 없을뿐더러 그 중 옳은 가설을 가려내려는 논쟁을 잠재울 수 있는 증거가 무엇인지 그 자체를 생각해내기도 어렵다고 말한다.(73, 74 페이지) 저자는 우주는 오직 제한된, 축복받은 시간 틀 안에서만 생명을 지원해줄 뿐이고 마침 우리는 그 틀 안에 있다고 말한다. 저자는 아주 인상적인 말을 한다. 자연 법칙은 갑자기 바뀌지 않는다는 것이다. 그 이유는 만일 휙휙 바뀐다면 애초에 그것을 법칙이라고 부르지 않았을 것이라는 의미다. 저자는 의식이 있는 존재가 만들어지려면 입자 이상의 무언가가 필요할까?라고 묻는다. 저자는 전체는 부분들의 합일 뿐이며 그 이상도 그 이하도 아니라고 말한다. 저자는 자신을 대단히 수학적인 사람이라 소개하며 개인적으로 수학을 일상생활의 언어로 번역할 필요를 느끼지 못한다고 설명한다. 저자에 의하면 추상적 수학의 직관적 언어로 설명할 때 뭐가 문제인지를 단적으로 보여주는 예가 바로 양자역학이다.(174 페이지) 저자는 양자역학의 기이함은 대부분 양자역학을 일상의 언어로 억지로 설명하려는 데에서 비롯된다는 것을 독자들이 알았으면 좋겠다고 말한다. 양자역학에 대해서는 정확한 비유 같은 것은 없다. 그 비유가 정확하다면 더 이상 비유가 아니기 때문이다. 저자에 의하면 양자역학에서는 모든 것을 파동 함수로 서술한다.(176 페이지) 양자역학에서 결과 측정이 불확실한 것은 초기 조건에 대한 지식이 부족해서가 아니라 양자역학 자체가 그냥 그런 것이기 때문이다. 저자에 의하면 혼돈 법칙도 실은 결정론적이다. 다만 초기 조건에 대단히 민감하게 의존하기 때문에 예측하기가 어려울 뿐이다. 양자 사건은 근본적으로 무작위적이며 그 어떤 것에도 영향을 받지 않는다. 저자는 자유의지는 존재하지 않는다고 말한다. 자유의지는 그 자체로 일관성이 없는 아이디어다. 의지가 자유로우려면 다른 무엇도 그 의지의 원인이 되어서는 안 된다. 우리 뇌의 신피질에는 자연 법칙을 능가할 수 있게 해주는 마법의 용액 같은 것은 없다. 우리가 하는 일이라고는 제한된 정보 안에서 내릴 수 있는 최선의 결정이 무엇인지 가늠하는 것이 전부다. 결정은 우리 진화의 결과이며 자연 법칙 이상의 무언가를 요구하지 않는다. 저자는 자유의지가 있든 없든 우리는 지금 여기에 있고 그러므로 우리는 중요하다고 말한다. 또한 자유의지가 없어도 도덕적인 판단을 내릴 수 있다고 말한다. 저자는 자신에게 가장 아름답고 가장 강력하고 가장 통합적인 원리를 꼽으라고 한다면 단연 최소 작용의 원리를 꼽을 것이라고 말한다. 최소작용의 원리란 자연계의 모든 물리적 현상이 항상 가장 효율적이고 작용이 최소화되는 경로를 따른다는 법칙이다. 자연 상수들이 왜 지금의 값인지를 알아내려는 시도는 물론 관측이 원천적으로 불가능한 평행우주를 끌어들이는 이론들도 모두 과학이 아니라고 말한다. 그냥 수학이라는 허울을 뒤집어쓰고 과학으로 변장한 종교라고 말한다. 저자는 적어도 과학자라면 자신들이 속한 분야의 한계를 인정해야 한다고 말한다. 가끔 우리가 내놓을 수 있는 과학적인 답이 “그건 우리도 몰라요“ 밖에 없을 때도 있다고 말하는 저자 다. 저자는 여전히 진행 중인 지식 발견 과정에서 종교와 과학은 앞으로도 한참 더 공존해야 할 것 같다고 말한다. 과학 자체로는 한계가 있고 인간은 과학이 끝나는 지점에서 다른 방식의 설명을 갈구하기 때문이라는 것이다. 저자는 참으로 인상적인 말을 한다. 우리가 안고 있는 한계에도 불구하고 우리는 먼 길을 꽤 잘 걸어왔다. 우리는 지구 위에서 진화를 직접 떠안은 최초의 종이다. 우리는 더 이상 자연환경에 의해 선택되지 않는다. 그 대신 우리의 필요에 맞게 환경을 바꾼다. 물론 이것을 잘해 나가고 있는지는 다른 문제다. 지구의 기후를 살기 좋은 범위로 유지하는 데 어려움을 겪고 있는 걸 보면 우리가 복잡계인 동시에 일부는 혼돈계인 계를 정확히 인지하는 능력이 과연 있는지 심각한 의심이 든다. 어쩌면 기후처럼 다면적인 비선형성 계를 이해하기에는 우리 뇌가 역부족이어서 그런지도 모르겠다. 아마도 그렇다면 종국에는 과학 지식을 사용해 서식지 통제를 더 월등히 해낼 수 있는 종이 인간의 자리를 대체하리라는 의미가 될 수도 있다. 모든 것은 시간이 말해줄 것이다. 저자는 과학만이 유일한 뉴스라고는 생각하지 않는다. 그는 자신에게 과학은 직업이기 전에 영감이라 말한다. 과학은 세상을 이해하고 진정한 새로움을 발견하는 방법이라고 말한다.

나뭇잎이 초록색인 이유와 현무암이 검은색인 이유를 미시적으로 설명하는 것

벤투의스케치북 — Thu, 28 May 2026 20:46:00 +0900

인공지능에게 물리학, 지구과학에서 전자와, 전자의 에너지 상태는 중요한가?라고 물으니 두 분야에서 다 중요하다고 말한다. 지구과학에서는 광물 동정(同定)과 원소 분석에서 유용하며 오로라 현상 분석, 대기화학 등에서도 그렇다고 한다. 두 학문은 모두 미시세계의 전자 행동을 통해 거시 세계의 현상들을 명쾌하게 풀어내는 학문이라고 한다. 볼프강 파울리의 배타원리와 전자 오비탈에 대해 알게 해주는 책을 추천해달라고 하니 1. [스핀](이강영 지음), 2. [양자역학 이야기](팀 제임스 지음), 3. [우리집 강아지에게 양자역학 가르치기](채드 오젤 지음) 등을 추천한다. 사이토 가쓰히로의 [한 권으로 읽는 원자, 소립자, 양자의 세계]는 전자와 전자의 에너지 상태, 오비탈 등에 대해 말하는 책인가?라고 물으니 그렇다고 한다. 오비탈은 원자핵 주위에서 전자가 발견될 확률을 공간으로 나타낸 함수나 모형을 뜻한다. 과거에는 전자가 태양계 행성처럼 정해진 궤도를 돈다고 생각했지만 현대 양자역학에서는 전자가 워낙 빠르고 작아 정확한 위치를 알 수 없다고 본다. 따라서 전자가 나타날 수 있는 '확률적인 구름' 모양의 공간을 오비탈이라고 한다. 지질학과 전자, 지질학과 오비탈은 관계가 있는가?라고 물으니 매우 깊은 관계가 있다고 한다. 전자는 물리, 화학, 지구과학, 생물 중 어떤 학문과 가장 관계가 큰가?라고 물으니 물리학이 가장 높고 화학은 높고 생물학은 보통이고 지질학은 낮다고 한다.(매우 관계가 깊다고 하면서 가장 낮다는 것이 부조화스러워 보인다.) 인공지능은 전자는 지질학이나 지구과학에서 지구 자기장 형성, 광물 분석 등과 관계되지만 직접적인 연구 대상은 아니라고 한다. 나는 그럼에도 전자, 오비탈, 파울리의 배타원리 등에 대해 관심이 많다. 현무암은 왜 검은가?라는 질문에 철이 많아서라고 답할 수 있지만 결국 전자의 에너지 상태 때문이라고 이야기하는 것이 바람직하다고 생각한다. 현무암은 철이 많아서 검다고 말하는 것은 지질학적 설명이고 현무암 속 철 화합물들이 가시광선 영역의 빛을 거의 흡수하기 때문이라는 것은 물리학의 설명이라고 인공지능은 답한다. 그런데 숲해설사들은 나뭇잎이 초록색인 것은 광합성에 필요하지 않은 초록빛을 반사하기 때문이라고 설명한다. 이런 식이라면 지질해설사들도 물리학 차원의 설명을 할 수 있다.

고려 수도 개경을 손바닥 들여다 보는 것 같게 서술한 책 - [중세 도시 개경]

벤투의스케치북 — Wed, 27 May 2026 20:31:00 +0900

중세 도시 개경
박종진 지음, 한국역사연구회 기획 / 푸른역사 / 2026년 05월

개성(開城)은 풍수지리에서 말하는 명당의 기본 요소인 사신사(四神砂)를 갖춘 것으로 알려져 있다. 사신사란 풍수의 대상이 되는 땅의 동서남북에 있는 산을 말한다. 그런데 개성은 일찍부터 물과 관련된 지세 즉 구불구불 흐르지 않고 거의 일직선으로 흐르는 것으로 인해 수덕(水德)이 불순하다는 말을 들어 왔다. 개성 내부에서는 상대적으로 물이 귀했지만 비가 많이 오면 그 물이 한 방향으로 쏟아져 내려와 수해로 연결될 가능성이 컸다. 크게 보아 개성은 예성강과 임진강, 넓게는 한강을 끼고 있는 지역으로 우리 국토의 중심부에 해당하는 곳이며 오래전부터 중요하게 여겨지던 곳이다. 태조 왕건은 918년 6월 태봉의 철원 도성 포정전(布政殿)에서 즉위한 지 7개월 만인 919년 1월 개경으로 수도를 옮겼다. 수도를 옮기는 것은 쉬운 일이 아니다. 노동력 징발 등 경제적 부담도 크고 이전 수도에 터를 잡고 사는 세력의 반대도 많기 마련이다. 그렇지만 태조는 건국 직후 반란이 이어지는 불안정한 정세 속에서 정치적 안정을 위해서 천도(遷都)를 단행했다. 적현(赤縣) 6개와 기현(畿縣) 7개로 구성됐던 개성부는 현종 9년인 1018년 지방 제도 개편에 따라 혁파되고 개성현 지역과 장단현 지역을 중심으로 특별구역이 재편성되었다. 그것을 경기(京畿)라 부르게 되면서 우리 역사에서 처음으로 제도적으로 경기라는 명칭이 등장했다. 이후 경기 영역은 몇 차례 개편이 있었지만 왕도를 지원하고 보유하기 위한 특별구역의 위상은 고려 말까지 계속 유지됐다. 경기는 고려 왕도인 개경을 유지하고 보위하기 위하여 개경 바깥에 설치한 특별 구역이다. 경(京)은 천자의 도읍, 기(畿)는 천자가 직접 관할하는 도성 주변의 땅을 의미했다. 경기는 사방의 근본이기 때문에 다른 지역보다 무역을 가볍게 하고 왕의 교화도 먼저 시작해야 할 것으로 인식되었다. 실제 경기 지역은 수도 개경을 둘러싸고 있는 곳이어서 오히려 다른 지역보다 요역(徭役)을 비롯해서 여러 가지 조세 부담이 많은 곳이었다. 또 국가의 위급한 일이 생기면 경기 지역에서 군역 징발(徵發)을 먼저 했고 경기는 다급한 재정 수요를 해결하기 위해서 임시세인 과렴(科斂)이 자주 시행된 곳이기도 했다. 이렇게 경기는 다른 지역보다 부담이 많은 지역이었기 때문에 조세 감면과 구휼(救恤)이 자주 수행되는 곳이기도 했다. 개경 도성 밖 사방에 설정된 사교(四郊)는 도성과 경기에 속한 군현 경계까지의 공간으로 조선 시기 한양의 성저십리(城底十里)와 비슷한 공간이었다. 사교는 도성은 아니지만 도성의 배후지로서 역, 절, 왕릉, 제사 공간 등 중요한 시설이 설치된 곳이었고 도성 안에서 할 수 없는 의례를 하는 공간이었다. 또 사교는 왕이 사냥을 하거나 군사가 주둔하고 훈련하는 곳이기도 했다. 대표적인 제사 공간인 태묘는 나성 밖 동교에 있었다. 또 고려 때 하늘에 제사를 지내던 원구단(圜丘壇)은 원나라 이후의 천단이 북경 남쪽에 있었던 것과 같이 남교에 있었을 것으로 보인다. 조선 중기에 편찬된 [신증동국여지승람]에 원구가 회빈문 밖에 있었다고 한 것도 이를 뒷받침한다. 또 동남쪽에 있었던 적전(籍田) 역시 의례 시설에 속한다. 이 외에 송악산 정상과 박연폭포 근처에 있던 신사(神祀), 개경 주변에 분포한 왕릉과 절이 위치한 곳 역시 사교의 범위에 포함할 수 있다. 성을 성곽이라 하는 것은 보통 성을 내성과 외성으로 쌓았기 때문이다. 내성을 성(城)이라 하고 외성을 곽(廓)이라 한다. 고려 시기의 모든 길은 개경으로 통했다. 개경의 주요 길은 궁궐, 관청, 시전(市廛) 등 중요한 시설과 성곽의 성문을 연결했다. 왕조시대 궁궐은 도성의 핵심 공간이었다. 궁궐은 국왕의 정치 공간이자 생활공간이었고 또 의례 공간이기도 했다. 고려 시기 개경의 정궁 곧 본궐은 송악산 남쪽에 있었다. 고려 말 이후 전각은 사라지고 터만 남은 고려 본궐터인 만월대의 경관은 조선의 법궁이었던 경복궁과 사뭇 다르다. 북한의 개성에 있는 고려 궁궐터는 지금 가기도 어렵지만 그것 말고도 고려 궁궐에 대한 이해는 쉽지 않다. 우선 송악산 남쪽의 본궐은 이름도 없다. 원래 이름이 없었는지 아니면 본래는 이름이 있었는데 지금 전해지지 않는 이유는 정확히 모른다. 고려의 본궐은 고려 초기부터 전쟁과 화재 등으로 훼손되었다가 중건되는 일이 반복되었다. 제일 먼저 확인되는 궁궐의 피해는 거란의 2차 침입 때인 1011년(현종 2년) 1월로 현종은 거란의 침입으로 개경을 떠난 나주까지 내려갔다. 개경에 돌아와서 본 궁궐에 들어가지 못하고 이궁인 수창궁으로 들어갔던 현종은 이후 두 번 궁궐 공사를 했다. 강화 천도 직후까지 남아 있던 개경의 수창궁은 몽골과의 전쟁 기간에 파괴된 것으로 보인다. 연경궁은 본궐 동쪽 가까운 곳에 있던 이궁이었다. 본래 현종의 비 원성태후의 궁이었던 연경궁은 덕종 때 왕의 누이 연경궁장공주에게 지급되어 공주 궁으로 바뀌었다가 1098년 숙종이 태자를 세우고 첨사부를 설치한 이후 공주 궁에서 왕의 이궁이 되었다. 고려 시기에 태묘와 사직이 정비된 것은 성종대였다. 이때 유교의 정치 이념을 바탕으로 중앙정치제도를 정비했고 건국 이래 제대로 갖추지 못했던 태묘와 사직을 설치했으며 아울러 유교적 교육기관인 국자감을 설치했다. 태묘와 사직은 도성의 상징적인 제도였기 때문에 그 위치에 대해서는 오래전부터 정해진 격식이 있었다. [주례]에는 궁궐을 중심으로 태묘는 왼쪽에, 사직은 오른쪽에 위치해야 한다고 했는데 이것은 태묘는 동쪽에, 사직은 서쪽에 위치해야 한다는 뜻이다. 고려 시기 수도인 개경에 설치된 대표적인 교육기관이 국자감이다. 국자감은 교육기관이지만 교육만 맡았던 것은 아니다. 국자감에서는 공자를 비롯한 유학의 성인들에게 제사를 지내는 일과 과거의 첫 번째 시험인 국자감시를 주관했다. 그래서 국자감에는 그 기능을 수행할 수 있는 조직, 시설, 관원이 배치되었다. 많은 사람이 모여 사는 도시에서 시장은 꼭 필요한 시설일 뿐 아니라 도시의 상징이기도 하다. 인구의 집중과 시장의 발달에서 도시가 발생했다고 보는 견해는 도시사의 고전이론이다. [주례] 고공기에 조정 곧 관청은 궁궐 앞에, 시장은 뒤에 둔다고 한 것은 시장이 아주 오래전부터 도성에 꼭 필요한 시설이었음을 알려주고 있다. 개경의 절은 풍수적으로 개경을 비보(裨補)하는 기능을 했다. 고려 태조는 개경으로 천도하면서 개경에 절과 탑을 세워 개경의 풍수를 보완하는 작업을 했다. 고려왕릉은 조선 건국 후 제대로 관리하지 않아서 시간이 지나면서 많이 훼손되었고 일제강점기를 지나면서 도굴 등으로 본 모습을 잃었다. 해방 후 북한에서 고려 왕릉을 정비하고 그중 일부는 발굴조사도 했다. 최근에는 개성에 있는 고려 왕릉 일부가 세계유산에 등재되었지만 주로 개성 주변에 있는 고려 왕릉은 여전히 우리에게 낯설다. 조선 건국 후 고려 왕릉에 대한 관심은 크지 않았다. 조선 태조 즉위교서에서 왕우를 귀의군으로 봉하여 왕씨의 제사를 받들게 했지만 태조 때에는 고려왕릉의 관리까지는 관심을 가지지 못했다. 조선 초 고려왕릉에 대한 관리는 부실했고 숭의전에 모신 태조, 현종, 문종, 원종을 제외한 다른 왕의 능들은 거의 방치되었다. 조선 초 고려왕릉에 대한 관리는 1476년 성종 7년에 완성한 [경국대전]에 규정되었다. 그 내용은 역대 시조 및 고려 태조 이하 4위(태조, 현종, 문종, 원종)의 능침은 소재지의 수령이 매년 돌아보고 또 밭을 일구거나 나무 하는 것을 금(禁)한다는 것이다.(141 페이지) 고려는 몽골과 전쟁 중이던 1232년 7월 강화로 천도 했다가 1270년 5월 개경으로 돌아왔다. 919년 고려의 수도가 된 이후 개경은 강도(江都)로 천도하기 전까지는 외적의 침입과 정변 등으로 궁궐 등 주요 시설이 훼손되기도 했지만 수도의 위상은 크게 흔들리지 않았다. 그렇지만 1232년 수도를 강도로 옮기면서 개경은 수도의 지위를 내어주었다. 고려 말 개경의 위상은 공민왕 이후 천도 논의가 등장하면서 흔들렸다. 고려 전기에는 정종(定宗)이 서경 천도를 주장했고 문종과 숙종 때는 남경을 건설했으며 인종 때에는 묘청이 중심이 되어서 서경 천도를 주장했다. 또 강도로 천도했다가 개경으로 환도한 이후에는 1290년 원나라의 반란 세력인 카다인이 침입했을 때 충렬왕이 잠시 강도로 피신한 것을 제외하고는 별다른 천도 논의는 없었다. 고려 말에 대두된 천도 논의에는 개경의 지리적 위치가 외적의 침입에 취약하기 때문에 내륙으로 수도를 옮겨야 한다는 논리가 보이기도 하지만 천도론은 대체로 이전 시기와 마찬가지로 개경의 지덕이 쇠했다는 지기쇠왕설을 바탕으로 하고 있었고 아울러 천도론이 등장하는 배경에는 불안정한 정국의 변화를 꾀하려는 정치적 의도가 있었다. 고려 말 천도 대상지로 주목된 곳으로는 철원, 연주(지금의 연천군), 강화, 충주, 기달산, 회암(경기도 양주 회암사지) 등 다양했지만 실제 왕이 움직인 곳은 남경 곧 한양(백악)뿐이었고 그것도 천도라기보다는 몇 달 정도 왕이 거처를 옮긴 정도였다. 공민왕 후반기 이후 궁궐 운영과 관련하여 주목되는 것은 수창궁과 화원이다. 고려 초부터 중요한 이궁 중 하나였던 수창궁은 몽골군과의 전쟁 중에 소실된 것으로 보인다. 1370년(공민왕 19년) 공민왕은 수창궁 터에 행차해 조영(造營)을 명령했는데 이때 훼손된 본궐의 강안전과 연경궁 대신 수창궁을 중건하여 사용하려고 한 것으로 보인다. 다만 수창궁은 공민왕 대에는 완공되지 못했고 1384년 윤 9월 낙성되어 그 후 중요한 궁궐로 기능했다. 수창궁에서 공양왕과 조선 태조가 즉위한 것은 고려 말 수창궁의 위상을 보여준다. 또 충혜왕 때부터 보이던 화원은 1373년(공민왕 22년) 6월 2층 8각전을 건설한 후 우왕 때 주요한 궁궐 공간이 되었다. 우왕 14년 이성계가 위화도에서 회군하여 개경을 압박하자 수세에 몰렸던 우왕과 최영이 머문 곳이 화원이었는데 그것은 당시 화원이 우왕에게 가장 중요한 공간이었기 때문이다. 개경의 태묘는 나성(羅城) 밖 부흥산 남동쪽에, 사직은 나성 안 오공산 남쪽에 있었다. 나성은 고려의 수도인 개경을 둘러싸고 있던 거대한 외성이다. 수도 방어와 도시 구획을 위해 쌓은 성곽이다. 나성을 기준으로 보면 태묘는 나성 밖, 사직은 나성 안에 있게 되어 그 위치가 자연스럽지 않게 보일 수도 있다. 그렇지만 태묘와 사직이 설치되었던 성종 때는 아직 나성이 축조되기 전이었기 때문에 당시 태묘와 사직은 모두 도성인 황성 밖이었다. 또 사직은 궁궐에서 비교적 가까운 곳에, 태묘는 궁궐에서 상당히 먼 곳에 있게 되어 태묘와 사직의 위치는 궁궐을 중심으로 좌우 대칭성이 많이 어그러진다. 그렇지만 개경 궁궐의 위치 역시 서쪽의 오공산과 동쪽의 부흥산의 중심이 아니라 북쪽에 치우쳐 있었다. 즉 아직 나성이 축성되기 이전에 동쪽의 부흥산 남쪽에 태묘를 설치하고 서쪽에 오공산 남쪽에 사직을 설치했는데 나중에 나성이 축성되면서 결과적으로 사직은 성안에, 태묘는 성 밖에 위치하게 되었다.

열역학의 기본을 아는 방법 - [볼쯔만이 들려주는 열역학 이야기 - 과학자들이 들려주는 과학이야기 44]

벤투의스케치북 — Tue, 26 May 2026 20:59:00 +0900

볼쯔만이 들려주는 열역학 이야기 - 과학자들이 들려주는 과학이야기 44
정완상 지음 / 자음과모음 / 2005년 08월

뜨겁고 차가운 정도를 나타낼 때 온도를 사용한다. 우리는 물이 어는 온도를 섭씨 0°C로, 물이 끓는 온도를 섭씨 100°C로 하고 그 사이를 100 등분한 눈금을 섭씨 1°C로 하여 온도를 정의한다. 온도는 왜 달라지는 것일까? 물질을 구성하는 분자들의 움직임이 달라지기 때문이다.
분자란 물질을 이루는 것으로 눈에 보이지 않는 아주 작은 알갱이를 말한다. 분자는 온도가 낮을 때는 느리게 움직이고 높을 때는 활발하게 움직인다. 이러한 분자들의 움직임이 얼마나 활동적인가를 나타내는 것이 바로 온도다. 온도가 높은 물질에서 온도가 낮은 물질로 이동하는 에너지를 열이라 한다. 이때 이동한 열의 양을 열량이라고 하며 단위로는 칼로리를 사용한다. 1cal의 열은 물 1g을 섭씨 1°C 올리는 데 필요한 열량을 말한다. 열량은 물질의 질량에 비례한다. 또한 열량은 온도 변화량에 비례한다. 철의 비열은 8분의 1이다. 같은 질량의 두 물체에 같은 열량을 공급해도 비열이 작을수록 온도 변화가 크다. 비열이 작은 물질에는 열을 잘 흡수하는 성질이 있다. 물보다 철이 열을 잘 흡수하여 분자들의 운동이 더 활발해지기 때문에 온도가 더 많이 올라가는 것이다. 다른 물질에 비해 비열이 큰 편에 속하는 물은 온도가 잘 변하지 않는다. 사람의 몸도 온도가 잘 변하지 않는데 그것은 우리 몸의 70%가 물이기 때문이다. 비열이 낮은 철이 주요한 구성 성분인 현무암은 그 만큼 풍화 특히 온도에 약한가? 그렇지 않다. 현무암은 철과 마그네슘이 풍부하여 비열이 상대적으로 낮지만, 이 특성 때문에 온도 변화에 따른 풍화에 특별히 더 취약한 것은 아니다. 오히려 암석의 치밀한 구조와 화학적 성질 덕분에 물리적 풍화에 대한 저항력이 강한 편이다. 바닷가에서는 낮과 밤에 부는 바람의 방향이 서로 다르다. 낮에는 바다에서 육지로 해풍이 불고 밤에는 육지에서 바다로 육풍이 분다. 햇빛을 받는 낮 동안 물은 비열이 높아서 온도가 적게 높아지고 모래는 비열이 작아 온도가 크게 높아진다. 따라서 온도가 높은 모래쪽의 공기는 뜨거워져서 위로 올라가고 그 빈 곳 바다 쪽으로 공기들이 밀려들어오게 되는데 이것이 바로 해풍이다. 밤에는 비열이 큰 물은 온도가 조금 내려가고 비열이 작은 모래는 많이 내려간다. 이때는 바다 쪽 공기가 더 뜨거워 위로 올라가고 그 빈 곳을 모래쪽 공기들이 채우므로 육풍이 부는 것이다. 비열이 크다는 것은 온도 변화가 크지 않다는 것이다. 올라가는 것도 크게는 아니고 내려가도 크게는 아닌 것이다. 철사줄을 뜨겁게 가열하면 길이가 길어진다. 이는 철사줄에 열이 공급되기 때문이다. 이렇게 열에 의해 물체의 길이가 늘어나는 것을 열팽창이라 한다. 왜 열팽창이 일어날까? 뜨거워지면 분자들의 운동이 활발해지기 때문이다. 뜨거울수록 분자들 사이의 거리가 멀어지기 때문에 분자로 이루어진 물질들이 길어지게 된다. 같은 열을 가열해도 잘 늘어나는 물질이 있고 그렇지 않은 물질이 있다. 이때 비례상수를 열팽창 계수라고 한다. 이 계수가 클수록 열팽창이 잘 되는 물질이다. 고체와 액체 중 액체가 더 잘 팽창한다. 아주 더운 날 자동차 기름탱크에 휘발유가 넘쳐 흘러나오는 것은 바로 액체인 휘발유가 고체인 기름 탱크보다 팽창이 크기 때문이다. 물은 섭씨 4°C 이상이 되면 팽창한다. 온도가 섭씨 4°C 이하로 내려가도 팽창한다. 물은 섭씨 4°C 때 부피가 제일 작고 섭씨 4°C보다 커지거나 작아지면 부피가 커진다. 부피가 작다는 것은 밀도가 크다는 것을 말한다. 여기서 밀도라는 말이 나왔다. 밀도는 물질의 질량을 부피로 나눈 값이다. 부피가 작으면 밀도가 커진다. 즉 온도가 섭씨 4°C일 때 물의 밀도가 가장 크다. 온도가 큰 물질은 밀도가 작은 물질에서 가라앉는다. 4°C일 때 물의 밀도가 가장 크다. 즉 가장 무거운 물이 된다. 그러므로 온도가 섭씨 4°C인 물과 다른 온도의 물을 섞으면 온도가 섭씨 4°C인 물이 무거워 밑으로 가라앉게 되는 것이다. 공기의 온도가 내려가면 공기와 부딪히는 호수 물의 온도도 내려간다. 이때 공기와 가장 가까운 호수 표면의 수온이 먼저 내려간다. 이렇게 표면의 수온이 내려가 섭씨 4°C가 되면 무거워져서 호수 바닥으로 가라앉는다. 이런 식으로 물의 온도가 섭씨 4°C가 되면 아래로 가라앉아 결국 모든 물은 섭씨 4°C가 된다. 이후 호수 표면의 온도가 더 내려가면 얼음이 된다. 얼음은 섭씨 4°C의 물보다 가볍기 때문에 호수 표면 위에 뜨게 된다. 이렇게 호수 표면이 얼게 되면 얼음 아래의 물은 차가운 공기와 만나지 않게 되므로 원래의 온도인 섭씨 4°C를 유지할 수 있다. 그래서 호수 표면의 얼음 아래는 물의 온도가 섭씨 4°C로 유지될 수 있는 것이다. 열은 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동한다. 열이 전달되는 방식에는 전도, 대류, 복사가 있다. 물체를 통해 열이 직접 전달되는 것이 열의 전도다. 열의 전도가 일어나려면 분자들 사이의 거리가 가까워야 한다. 즉 열의 전도는 주로 고체 상태의 물질에서 이루어진다. 액체나 기체에서 열이 전달되는 것을 대류라 한다. 검은색은 태양에서 오는 빛을 잘 흡수하고 흰색은 잘 반사시킨다. 이런 이유에서 겨울에는 검검은색 옷을 많이 입고 여름에는 흰색 옷을 많이 입는 것이다. 고체는 부피가 일정하고 모양이 일정하다. 고체가 열에너지를 받게 되면 분자들의 운동이 활발해져 분자들 사이의 거리가 멀어진다. 이러한 상태를 액체라고 한다. 기체는 부피도 일정하지 않고 모양도 일정하지 않다. 물 1g을 증발시키기 위해서는 539cal의 열을 공급해주어야 한다. 기체는 열에너지를 받아서 달아나게 되므로 남아 있는 물질은 열에너지를 잃어버린 셈이 된다. 그래서 남아 있는 물질의 온도는 내려간다. 증발은 액체가 열을 공급받아 기체가 되는 과정이다. 반대로 기체가 열을 빼앗겨 액체가 되는 과정을 응축이라 부른다. 구름이나 안개가 만들어지는 것도 응축 현상이다. 더운 공기가 위로 올라가면 다른 공기 분자들과 충돌하여 열에너지를 잃고 차가워진다. 이때 차가워진 공기 속 수증기가 응축하여 액체인 물방울로 바뀌어 구름을 만든다. 응축 현상이 땅 근처에서 일어나면 안개라고 부른다. 그러므로 사실 알고 보면 안개와 구름은 같은 현상이다. 이산화탄소는 섭씨 영하 78°C에서 고체인 드라이아이스가 됩니다. 이것이 열을 받으면 액체를 거치지 않고 곧바로 기체인 이산화탄소가 된다. 기체 이산화탄소는 눈에 보이지 않는다. 열역학 제1 법칙은 에너지 보존법칙이다. 물질이 받은 에너지는 다른 종류의 에너지로 바뀌지만 모든 에너지의 합은 변하지 않는다는 것이다. 바닥에 있는 돌멩이가 저절로 위로 올라가지 않는다. 이런 일을 불가능하게 만드는 원리가 바로 에너지 보존법칙이다. 바닥에 있는 돌멩이는 정지해 있으므로 운동 에너지가 0이고 바닥을 기준선으로 하면 위치 에너지 역시 0이다. 그러므로 돌멩이가 가진 에너지의 총합은 0이 된다. 만일 이 물체가 저절로 위로 올라간다고 하면 바닥보다 위로 올라갔으므로 위치 에너지는 플러스가 된다. 그런데 전체 에너지가 0이었고 이것이 보존되니까 운동 에너지는 음수가 되어야 한다. 하지만 운동 에너지는 속력의 제곱에 비례하므로 음수가 될 수 없다. 그래서 돌멩이가 저절로 위로 올라가는 일은 절대 없다. 에너지가 보존된다고 했는데 그럼 왜 물체를 밀면 물체가 조금 움직이다 멈출까? 물체를 밀면 물체는 운동 에너지를 가지게 된다. 하지만 물체는 바닥과의 마찰 때문에 운동 에너지를 잃어버리면서 속력이 줄어들고 마지막에는 속력이 0이 되어 멈추게 된다. 그럼 이때 물체의 에너지는 사라진 것일까? 그렇지 않다. 이때 사라진 운동 에너지는 다른 종류의 에너지로 바뀐 것이다. 물체와 바닥의 마찰에 의해 생긴 열에너지가 바로 그것이다. 이렇게 물체가 가지고 있는 모든 종류의 에너지 총합은 보존되고 다른 종류의 에너지로 바뀌는 것이다. 모터는 전기 에너지를 운동 에너지로 바꿔주고, 전등은 전기 에너지를 빛 에너지로, 전열기는 전기 에너지를 열 에너지로, 발전기는 운동 에너지를 전기 에너지로, 열기관은 열 에너지를 운동 에너지로 바꿔준다. 외부로부터 에너지의 공급 없이 물체가 저절로 움직이는 일은 없다.옛날 사람들은 외부 에너지의 도움 없이 저절로 움직이는 기관을 생각했다. 그것을 제1종 영구기관이라고 부른다. 물론 열역학 제1 법칙에 따르면 그런 기관은 만들 수 없다. 엔트로피는 무엇으로 변하다라는 뜻을 가진 그리스어 엔트로피에서 나온 말이다. 엔트로피란 무질서한 정도로 나타내는 양이다. 즉 무질서할수록 엔트로피가 크다고 말한다. 위로 올라간 공은 저절로 아래로 떨어진다. 물체는 위에서 아래로는 저절로 움직이지만 아래에서 위로는 저절로 움직이지 않는다. 자연에서의 어떤 과정은 한 방향으로만 진행이 되고 그 반대 방향으로의 과정은 저절로 일어나지 않는다. 이것이 바로 열역학 제2 법칙이다. 열역학 제2 법칙은 엔트로피가 증가하는 방향으로 움직인다는 법칙이다.
엔트로피가 점점 커져 최대가 될 때까지 반응이 이루어진다. 모든 열기관은 자신이 받은 열을 모두 일로 바꿀 수 없다. 이때 열기 관이 받은 열 즉 열기관이 한 일의 비율을 열기관의 효율이라고 부른다. 효율이 100%인 열기관은 존재하지 않는다. 만일 그런 기관이 있다면 그것은 열역학 제2 법칙에 위배된다. 그런 기간은 제2종 영구기관이라 부른다. 물론 그런 연구기관을 만들 수 없다.

좋은 과학책 특히 좋은 지구과학책을 기다리며

벤투의스케치북 — Mon, 25 May 2026 13:53:00 +0900

2020년부터 지질공원해설사 일을 했다. 2019년 말 발생한 COVID 19 때문에 근무 초부터 여러 모로 어려웠다. 해설사가 되기 위해 받은 교육은 퀄리티나 퀀티티 면에서 많이 부족했고 근무 이후 받은 교육도 그와 별 다를 바가 없었다. 대부분 스스로 알아서 해야 했다. 몇 차례 현장 답사와 실내 교육을 받았지만 체계와 지속성 면에서 많이 아쉬운 일정이었다. 나의 경우 연천 해설사가 되기 전 3년의 서울 해설 경험이 있었고 비교적 과학책을 많이 읽어 나름의 자신감을 가졌다. 2022년 말부터 서울대학교 지구과학교육 전공/ 일본 모(某) 대학 이학부(理學部) 박사 출신의 교수님께 메일을 드려 질문을 드리고 답을 받은 것이 큰 도움이 되었다. 해설사가 된 지 6년이 된 지금 어느 정도 안정(安定)적인 모습을 보이고 있다고 할 수 있다. 하지만 나는 이 안정이 안일(安逸)이 되지 않도록 늘 경계한다. 올해는 최근 몇 년간 부진했던 읽기를 떨치고 많은 책을 읽고 있다. 아직 5월이 며칠 남았는데 현재까지 63권을 읽었다.(나는 서평을 쓴 것만 읽은 것으로 계산한다.) 4권 정도를 제외하고 전부 과학책이다. 해설사가 되기 전과 후에 차이가 있다면 주로 의거하는 것은 과학책이나 되기 전은 여러 분야를 읽었고 지금은 지구과학 분야에 집중한다는 점이다. 물론 그런 가운데서도 올해는 물리학 책도 많이 읽었다. 원래 책을 많이 읽었지만 더욱 그러하게 된 것은 2025년 3월부터 더 칼럼니스트에 지구과학 글을 쓰게 되면서부터다. 특기할 만한 책은 많지만 전공과 관련해 언급하지 않을 수 없는 책이 두 권 있다. 존 맥피의 [이전 세계의 연대기], 헬렌 고든의 [깊은 시간으로부터]다. 제목만 보면 지구과학 책이라 짐작하기 어려운 이 책은 문인(文人)이 쓴 인상적인 지구과학 책이라는 공통점으로 묶을 수 있는 책이다. 인류의 역사나 지구의 기록된 역사를 아득히 초월하는, 상상하기 힘들 정도로 거대한 지질학적 시간 규모를 뜻하는 깊은 시간이란 표현은 존 맥피의 표현이다. 그것을 헬렌 고든이 책 제목으로 쓴 것이다. 올해 초 한 지질학 교수님께 헬렌 고든의 [깊은 시간으로부터]에 나오는 구절에 대해 문의했다. 그 구절은 “영국을 남동에서 북서로 잇는 선(이스트앵글리아에서 하일랜드 서부로 이어지는 대각선)을 따라서 이동한다면 쌓인 지 얼마 안 되는 이스트앵글리아의 제4기 퇴적층에서부터 시간을 거슬러 올라가기 시작해서 런던 분지의 고제3기 점토, 노스다운스의 백악기 상부 백악, 코츠월드의 쥐라기 어란석, 페나인 산맥을 둘러싸고 있는 트라이아스기의 사암, 레이크 지방의 오르도비스기와 실루리아기 암석들, 그램피언스 산맥의 캄브리아기 노두를 거쳐서 하일랜드 북서부와 헤브리디스 제도에 있는 가장 오래된 암석들에 이른다.”는 글이다. 교수님을 통해 나는 저 글이 그 교수님의 대학원 시절 영어(지구과학 영어) 해석 시험 지문으로 나왔다는 사실을 알았다. 이렇게 많은 부분은 통한다. 나는 이 인상적인 구절을 접하며 육지가 아닌 바다에 대해 전하고 싶었다. 판구조론이 보는 해양은 끊임없이 생성되고 소멸하며 지구 내부와 물질을 순환시키는 거대한 판(Plate)의 경계이자 무대다. 우리는 이렇게 근원적인 개념으로 상상력을 펼칠 필요가 있다. 그렇게 할 수 있게 하는 최선의 도구는 책이다. 책은 최고의 스승이다. 가령 AI가 놀라운 능력을 발휘해도 좋은 질문을 하려면 좋은 책을 많이 읽어야 하다. 지난 번 알라딘의 나도 서점 주인 코너에서 나는 한 번역가에게 좋은 지구과학 책 많이 번역해달라고 부탁했다. 번역이 번역가가 홀로 정하는 것이 아니지만 바람을 표현한 것이다. 독기견서 여우고인(讀旣見書如遇故人), 독미견서 여봉양우(讀未見書如逢良友)란 구절이 있다. 이미 읽었던 책을 다시 읽을 때는 오랫동안 만나지 못했던 옛 친구를 만난 것과 같이 반갑고 아직 읽지 않은 새로운 책을 읽을 때는 좋은 친구를 처음 사귀는 것과 같이 설레고 기쁘다는 말이다. 이런 구절을 음미하는 5월은 책 읽기 좋은 계절이다.

남극이 북극보다 더 추운 이유는? - [스콧이 들려주는 남극 이야기]

벤투의스케치북 — Sun, 24 May 2026 20:40:00 +0900

스콧이 들려주는 남극 이야기
좌용주 지음 / 자음과모음 / 2010년 09월

북극에는 북극곰이 살고 남극에는 펭귄이 산다. 남극은 세계에서 가장 춥고 가장 높고 가장 거친 대륙이다. 전 세계 얼음의 90%가 남극에 있다. 남극대륙에서 벌어지고 있는 일들은 수천 km나 떨어져 있는 우리와 아주 깊은 관계가 있다. 남극대륙은 지구의 기후와 해양 시스템에 커다란 영향을 주기 때문이다. 좁은 의미에서 남극은 남극대륙만을 가리킨다. 하지만 남극이라는 독특한 환경은 대륙 주변에 차가운 바다를 떼어놓고는 생각할 수 없다. 남극을 둘러싸고 있는 지구에서 가장 차가운 바다를 남빙양이라 부른다. 넓은 의미의 남극은 대륙과 그 주변의 남빙양을 모두 포함하는 개념이다. 남빙양과 다른 바다들과의 울퉁불퉁한 경계 즉 남위 50°~ 60° 사이를 넘나드는 이곳을 남극수렴선이라 부른다. 남극대륙은 평균 고도가 약 2,300m로 세계에서 가장 높은 대륙이다. 남극대륙 땅은 얼음 아래 숨어 있다. 대륙의 많은 부분이 평균 2,160m 두께의 얼음에 눌려져 있다. 남극대륙이 높은 것은 땅이 높은 것이라기보다 땅 위에 쌓인 얼음이 높기 때문이다. 만약 이 얼음들이 모두 녹는다면 남극의 땅은 위로 솟아오를 테지만 언제 그런 날이 올지는 예측할 수 없다. 남극에는 3794m의 활화산인 에레버스산이 있다. 이 산 분화구에서는 액화된 금이 뿜어져 나온다. 에드워드 아드리안 윌슨(1872~1912)은 스콧의 남극 탐험에 수석 과학자 및 의사로 참여한 인물이다. 1912년 남극점에 도달했으나 식량 부족과 혹독한 기온 때문에 귀환 도중 사망했다. 남극점을 정복하고 돌아오던 길에 윌슨은 부지런히 암석 시료를 모았다. 13kg 정도 되었던 것 같다. 완전히 탈진하여 걸을 기운도 없던 때에도 윌슨은 그 시료들을 버리지 않았다. 이 숨진 대원들을 찾아낸 수색대에 의해 암석 시료들은 영국 자연사 박물관에 전해졌다. 윌슨이 수집한 시료들 가운데에는 고생대 페름기 식물인 글로솝테리스 화석이 있었다. 펭귄 루커리(Penguin Rookery)란 수천에서 수만 마리의 펭귄이 번식과 양육을 위해 함께 모여 생활하는 집단 서식지를 말한다. 허들링(huddling)이란 매서운 남극의 추위 속에서 알을 품고 새끼를 키우기 위해 모이며 체온 유지를 위해 서로 빽빽하게 모이는 것을 의미한다. 남극대륙이 지금처럼 눈과 얼음으로 덮이게 된 것은 남극대륙의 이동과 관계가 있다. 남극대륙이 곤드와나 랜드에서 떨어지기 전에는 기후가 따뜻해서 많은 동식물들이 살 수 있었다. 그러나 남극대륙이 서서히 남쪽으로 움직여가면서 조금씩 날씨 변화가 생기기 시작했다. 추워지기 시작한 것이다. 남극은 처음부터 얼음으로 덮여 있었던 것이 아니다. 오랜 옛날에는 남극에도 따뜻한 시절이 있었다. 세월이 흐르면서 거의 대부분의 땅이 얼음으로 덮여버렸다. 남극대륙이 곤드와나 랜드에서 거의 떨어졌을 무렵 남극대륙 주변에는 차가운 바닷물의 흐름이 남극대륙을 둘러싸게 되었다. 바닷물의 흐름을 해류라 하는데 해류에는 따뜻한 흐름과 차가운 흐름이 있다. 남극 주위를 빙 둘러싸는 남극순환해류는 세계에서 제일 차가운 해류다. 남극순환해류가 적도로부터 남쪽으로 내려가는 따뜻한 해류를 막으면서 남극대륙은 고립되었고 날씨는 매우 추워졌다. 과학자들은 5000만 년 전부터 지금까지 남극대륙의 기온이 내려갔을 것으로 생각한다. 남극 대륙은 이렇게 지구에서 가장 추운 지방으로 남게 되었다. 남극대륙의 98% 정도가 눈과 얼음에 덮여 있다. 거의 전부라고 할 수 있다. 얼음의 두께는 평균 2160m이고 가장 두꺼운 곳은 4800m나 된다. 남극대륙의 얼음은 전 세계 얼음의 90%나 된다. 이 얼음을 모두 녹이면 세계의 바다 표면이 무려 70m 가량 올라가게 된다. 남극 대륙을 덮고 있는 두꺼운 얼음 덩어리를 빙상이라 부른다. 남극의 빙상은 지구에서 가장 큰 얼음 덩어리이다. 얼음의 면적만 해도 한반도의 약 60배에 가깝다. 남극을 동쪽과 서쪽으로 나누어보면 동남극의 빙상은 대부분 육지를 덮고 있고 서남극의 빙상은 바다를 덮고 있다. 남극 주변 바다에서 증발한 수증기가 눈이 되어 남극에 내린다. 이 눈은 솜털처럼 아주 가볍다. 밀도가 0.3g/cm³도 채 되지 않는다. 눈이 계속해서 쌓이면 먼저 내린 눈은 위에 쌓인 눈에 의해 점점 압축된다. 이런 과정이 계속되면 남극 표면의 눈은 어느새 만년설이라는 좀더 단단한 눈이 된다. 그리고 이 만년설도 점점 더 단단하게 굳어서 결국에는 얼음이 된다. 이 얼음을 빙하 얼음이라고 한다. 남극은 오랜 기간 동안 쌓인 눈으로 말미암아 거의 대부분의 땅이 얼음으로 덮였다. 이 두꺼운 얼음이 빙상을 이루는 것이다. 얼음은 고체처럼 보이지만 빙상에서 엄청난 압력을 받게 되면 꿈꾸는 액체처럼 흐른다. 이 사실은 남극의 얼음을 이해하는 데 매우 중요하다. 빙상이 새로운 눈이 내려 두꺼워지기만 하는 것이 아니라 중력 작용에 의해 바다를 향해 흐르기도 한다는 것이다. 세상은 마치 컨베이어 벨트 같이 움직인다. 바다에서 증발한 수증기가 눈이 되어 남극에 내리고 눈은 얼음이 되어 빙상이 된다. 빙상은 다시 흐르고 흘러서 언젠가는 바다로 되돌아간다. 빙상이 바다쪽으로 뻗게 되면 빙상의 아래는 땅이 아니라 바다와 접촉하게 된다. 두꺼운 얼음층이 바다 위에 떠 있게 되는데 이것을 빙붕이라 한다. 빙붕은 빙상에 붙어 있기도 하지만 때로는 깨져나가기도 한다. 이때 바다를 돌아다니는 커다란 얼음의 산인 빙산이 생기는 것이다. 빙붕이 깨져 빙산이 생기는 것은 지구의 기후변화와 관계가 있기 때문에 매우 중요한 현상이다. 남극대륙에만 얼음이 덮이는 것은 아니다. 겨울이 되면 남극 주변 바다가 얼게 된다. 그러면 바다가 얼음으로 덮이게 된다. 바다의 얼음을 해빙이라 한다. 남극대륙의 얼음은 눈이 쌓여 만들어진 것이다. 해빙은 소금기 있는 바닷물이 얼어 만들어진 것이다. 해빙은 비록 몇m 두께의 얼음에 불과하지만 바다와 대기 사이의 열교환을 감소시켜 남극은 더욱 차갑고 건조하게 만든다. 남극은 지구에서 가장 춥고 가장 바람이 센 대륙이다. 두꺼운 빙상으로 덮여 있지만 가장 건조한 지역 중 하나다. 남극대륙 지방의 대부분은 1년 동안 내리는 눈의 양을 물로 계산해서 50mm도 되지 않기 때문에 기후로 말하면 사막 기후라고 할 수 있다. 빙하는 얼음이 흘러가는 듯한 모습을 하고 있다. 정말로 흐르고 있다. 땅 위에 얼음이 두껍게 쌓이면 얼음의 아래쪽은 위에서부터 내려 누르는 엄청난 힘을 받게 된다. 이 힘 때문에 얼음의 아래쪽은 비교적 부드러운 성질을 가지게 된다. 그리고 땅은 경사져 있기 때문에 얼음의 아래쪽은 낮은 곳으로 흐르려고 한다. 빙하는 이런 식으로 흘러간다. 빙상이 바다쪽으로 흐르게 되면 곳곳에 크고 작은 깨진 틈이 생긴다. 이 틈을 크랙 또는 크레바스라고 한다. 자동 오거(auger) 시료 채취기가 있다. 오거는 스크류 모양의 회전식 드릴 장치다. 빙상 위에 구멍을 내서 무엇을 할까?라고 생각했는데 단순히 구멍을 내는 것이 아니라 내려갔다 올라온 파이프에는 너무나도 투명하고 깨끗한 얼음기둥이 들어 있다. 이것을 얼음 시추 코어라고 한다. 남극 빙상의 얼음은 쌓인 눈이 아주 단단하게 된 곳이다. 재밌는 것은 남극에 내린 눈이 얼음이 되더라도 눈 속에 느슨하게 들어 있던 공기방울은 그대로 얼음에 갇혀버린다는 것이다. 남극의 얼음 속에는 많은 공기방울이 들어 있다. 과학자들은 이 공기방울을 이용하여 남극의 기후를 연구한다. 얼음 속에 공기 방울이 들어 있다. 그리고 그 공기는 눈 내리던 당시 지구의 공기를 대표한다. 그래서 얼음을 통해 과거 지구의 공기를 알아 낼 수 있는 것이다. 빙상에 공기방울이 갇히는 것과 용암에 공기방울이 갇히는 것은 차원이 같을까? 공기방울이 갇힌다는 물리적 차원은 같다. 하지만 그 메커니즘과 정보의 차원은 다르다. 빙하 얼음 속 공기방울은 대기 중에 있던 공기가 얼음이 얼어붙는 과정에서 빠져나가지 못하고 갇힌 것이다. 이 기포는 수십만 년 전 지구의 대기 성분을 그대로 간직하고 있는 타임캡슐이다. 용암 속 기포는 갇힌 것이 아니라 용암 내부에서 생성되어 팽창한 것이다. 이 기포의 양과 형태는 마그마의 점성과 화산폭발의 격렬함을 결정하는 핵심 요소다. 남극 빙상의 얼음 안에는 최근 지구 대기의 오염물질도 같이 들어 있다. 얼음 속에 갇혀 있는 공기 중에 그 오염물질이 포함되어 있다. 과학자들은 얼음에서 지구 대기의 오염이 어떻게 진행되었는지를 찾으려고 애쓰고 있다. 남극의 얼음 중에는 보통의 공기에는 포함되어 있지 않은 재와 유황 성분도 들어 있다. 화산이 폭발할 때 나온 것들이다. 남극의 얼음에서 과거 지구 표면에서 폭발한 화산을 찾을 수 있다는 말이다. 남극에서 알 수 있는 지구 환경의 위기 사례로 오존층 파괴를 들 수 있다. 오존층은 지표에서 약 15km~ 50km 상공에 있다. 산소 원자 3개가 모여 만들어진 오존 분자가 있다. 이 오존이 태양에서 지구로 들어오는 강력하고 위험한 자외선을 막아준다. 오존층은 아주 얇다. 성층권에 퍼져있긴 해도 두께가 3mm에 불과하다.(이는 사람 무릎 연골 두께와 같다.) 지구 내부의 막대 자석은 지구의 진짜 극과 약 11.5° 기울어져 있다. 신기하게도 남극에는 석탄이 묻혀 있다. 나뭇잎 화석도 있다. 이는 과거 남극에 아주 따뜻한 기후가 있었다는 이야기이다. 남극이 따뜻했을 무렵 남극대륙은 바로 지금의 남극 자리에 있지 않았다. 과학자들은 여러 가지 방법으로 대륙들의 이동 방향과 속도를 계산한다. 지구상에는 많지는 않지만 움직이지 않는 고정점이 있다. 이를 열점이라 한다. 남극 대륙은 거의 움직이지 않는다. 1년에 고작 1cm 정도 움직인다. 남극 주변 대륙들은 좀 더 빠른 속도로 움직인다. 남극에 비가 내리지 않는 이유는 너무 춥기 때문이다. 비가 아니라 눈으로 내리지만 양이 그리 많지 않다. 눈의 양도 너무 적어서 남극은 사막으로 취급된다. 사막은 연간 강수량이 254mm보다 적은 곳을 말한다. 남극의 1년 강수량은 50mm 정도다. 사하라 사막보다 적다. 남극은 사막이어도 매우 춥기 때문에 증발이 거의 일어나지 않는다. 쌓인 눈이 증발로 없어지지 않는다는 뜻이다. 그래서 오랜 기간 두꺼운 얼음이 형성되는 것이다. 남극의 춥고 건조한 환경은 드라이 밸리라는 특이한 지형을 만들어 놓았다. 이 드라이 밸리는 마치 화성의 환경과 비슷하다고 해서 거기서 화성탐사를 위한 바이킹 계획을 시험하기도 했다. 드라이 밸리에는 최소한 200만 년 동안 눈이 내리지 않았던 것으로 알려지고 있다. 북극은 대부분 바다이기 때문에 남극보다 춥지 않다. 북극이 바다가 두껍게 얼어버린다 해도 얼음 아래의 물은 북극의 온도는 남극보다는 높게 유지하게 한다. 바닷물은 대개 마이너스 2도에서 언다. 남극은 두꺼운 대륙 빙상으로 덮여 있다. 남극의 평균 고도는 2300m이고 가장 높은 곳은 4000m나 된다. 100m 올라가면 기온이 1도씩 떨어진다. 그래서 남극대륙은 평균적으로 얼어붙은 해안보다 23도나 낮은 기온이 된다. 남극대륙은 세계에서 가장 차가운 해류인 남극 순환류에 둘러싸여 고립되어 있다. 남극 순환류는 적도로부터 남극대륙 쪽으로 흐르는 따뜻한 물을 차단시켜 남극을 더욱 차가운 곳으로 만든다. 남극은 두꺼운 빙상의 무게만큼 지구를 내리누르고 있다. 그런데 빙상이 전부 녹으면 남극의 땅은 서서히, 아주 서서히 육지로 솟아오를 것이다. 1만년에 500m 정도 솟아오를지 모른다. 남극에는 나무가 없다. 다만 남극 잔디를 포함해 두 종류의 꽃이 피는 식물이 남극 반도 지역에 있을 뿐이다. 꽃이라 해도 너무 작아 확대경으로 보아야만 보일 정도다. 남극에 있는 대부분의 식물은 이끼류나 선태식물이다. 이끼류는 햇빛이 비치는 바위 표면 바로 아래 틈새에서 생장한다. 북극에는 에스키모라 불리는 이누이트족이 살고 있다. 그들은 사냥을 하면서 살아가고 독특한 문화를 가지고 있는 북극의 원주민이다. 하지만 남극에는 원주민이 없다. 남극에 있는 사람들은 모두 연구를 위해 잠시 방문한 사람들이다.

나비 효과의 영향력은 단기 예보 영역에 묶인다고 말하는 기상학자 자가디시 슈클라 - [내일 날씨는 맑음 - 날씨의 장기 예측을 가능케 한 어느 기후학자 이야기]

벤투의스케치북 — Sat, 23 May 2026 08:00:00 +0900

내일 날씨는 맑음 - 날씨의 장기 예측을 가능케 한 어느 기후학자 이야기
자가디시 슈클라 지음, 노승영 옮김 / 반비 / 2026년 04월

인도 출신의 세계적인 기후 역학자인 자가디시 슈클라(Jagadish Shukla; 1944 - )의 [내일 날씨는 맑음]은 ‘10억 마리의 나비’라는 의미의 [A billion butterflies]가 원제인 책이다. 브라만 출신인 저자의 어린 시절부터 미국 유학 시절, 세계적 석학(碩學)들과의 만남과 과업 수행 등이 실감나게 그려진 이 책의 원제에 담긴 의미는 두 가지이다. 1) 계절예측 가설(나비효과에 대한 과학적 반박), 2) 기후 변화에 대응하는 인류의 연대 등이다. 스스로 규모가 큰 대학이라 칭한 조지 메이슨 대학에서 지구온난화를 가르치는 저자는 해마다 첫 강의 시간에 밤이 되면 왜 추워지는지 아는 사람 손 들어보라는 말을 한다고 한다. 한 학생이 해가 져서 지구가 햇빛을 받지 못해 추워진다는 대답을 하자 저자는 불완전한 답이니 B를 주었다고 한다. 이 말에 학생들은 어리둥절한 표정을 짓는다고 한다. 저자는 아마 독자인 당신들도 그럴 것이라 말한다. 물론 나는 복사 냉각 때문이라고 생각한다. 밤에 추운 것은 낮에는 태양이 지구 온도의 손실분을 상쇄시켜주지만 밤에는 그렇지 못하기 때문이다. 이 일화에 나오는 답에는 저자가 가르치는 지구 온난화와도 관련된 의미가 들어 있다. 즉 지구가 해로부터 받은 에너지를 복사 형태로 내보내는데 온실가스인 이산화탄소가 열을 가두어 지구온난화가 빚어지는 것이다. 저자는 몬순을 연구하는 과학자다. 몬순이란 계절에 따라 주기적으로 일정 방향으로 부는 바람을 말한다. 그런데 본문에 나오듯 몬순강우는 해마다 다르게 나타난다는 데에 문제가 있다. 저자는 자신이 몬순을 연구하게 된 것은 몬순으로 인해 가뭄과 홍수가 반복되어 고통받는 고향 사람들을 보고서였다. 예측할 수 없는 불가사의한 자연현상인 몬순에 대해 저자는 날씨에 대한 이해는 원시적일지언정 날씨와의 관계는 친밀하고 깊고 유구하다고 설명한다. 우리가 날씨가 왜 그런 식으로 전개되는지를 알아내기 시작한 것은 지난 100년에 지나지 않는다. 책에는 유명 과학자들이 많이 나온다. 그 중 한 사람인 로버트 피츠로이는 다윈이 탄 비글호의 선장이었던 사람으로 최초로 날씨 예보를 했지만 부정확함에 비난을 받다가 스스로 목숨을 끊은 인물이다. 저자의 지도 교수는 유명한 줄 차니와 에드워드 로렌즈였다. 폰 노이만의 컴퓨터가 완성되어 날씨를 길고 정확하게 예측하게 됨에 따라 여러 대학으로부터 교수 임용 제의를 받은 차니는 자신을 보스턴으로 유인할 수 있는 유일한 방법은 에드워드 로렌즈를 임용하는 것이라 답했다. 로렌즈는 초기조건에 대한 민감한 의존도를 제시한 학자다. 그 유명한 나비 효과가 그것이다. 두 교수는 성향이 정반대였다. 차니는 모든 연구가 가능하다고 보았고 로렌즈는 김칫국 마시지 말라고 받아쳤다고 한다. 저자는 자신이 이제껏 본 선생 중에서 로렌즈가 의심의 여지없이 가장 훌륭하다는 확신이 들었다고 말한다. 모든 수업이 깨우침의 순간이었다고 말한다. 로렌즈는 말투가 단조로웠지만 모든 문장을 어찌나 유려하고 명징하게 구사하던지 공들여 다듬고 여러 번 연습한 대본을 보는 것 같았다고 한다. 저자는 날마다 교실을 나설 때마다 그날 배운 모든 것과 자신이 몰랐던 모든 것에 얼떨떨하고 어리벙벙했다고 말한다. 놀라운 사실은 로렌즈의 워싱턴 DC 강연 제목에는 원래 나비라는 말이 들어 있지 않았다는 사실이다. 갈매기의 날갯짓 한 번이면 날씨의 경로를 영원히 바꾸기에 충분할 것이다라는 말이 원문이었다. 저자의 집 다이닝 룸에서 저자의 열세 살 난 딸 소니아가 로렌즈에게 카오스 이론에 대해 물었을 때 로렌즈는 다시 한 번 갈매기 날갯짓을 예로 들어 설명했다. 그런데 갈매기가 나비로 바뀌었다. 거기에는 사연이 있다. 로렌즈의 동료 과학자이자 워싱턴 DC 학회를 조직한 필립 메릴리스의 눈에 화면에 투사된 결과가 나비 모양으로 보였다. 메릴리스는 로렌즈와 상의하지 않고 갈매기에서 나비로 제목을 바꿨다. 저자는 로렌즈 박사가 카오스와 예측 가능성에 대한 기념비적 논문을 발표한 지 40년 되는 2004년 4월 17일 로렌즈와의 통화에서 1960년대 카오스 연구가 너무 비관적이지는 않았는지, 기상 예측에 대한 그의 전망이 너무 암울하지 않았는지 은근슬쩍 물었다고 한다. 로렌즈는 잠시 침묵하더니 저자의 말에 수긍했다고 한다. 저자는 그 유명한 마나베 슈쿠로 아래에서 연구도 했다. 마나베 슈쿠로는 기후 모델링을 만든 공로를 인정받아 2021년 노벨물리학상을 공동 수상한 일본 출신의 미국 기상학자이자 대기 과학자이다. 저자에 의하면 마나베는 무시무시한 천재다. 저자는 지식의 토대를 쌓으면 어느 과학자라도 자신감이 생길 것이라 말하지만 논문을 쓰려면 어느 주제를 고르느냐가 관건이라고 말한다. 중요한 점은 독립적으로 생각하고 스스로 논문 주제를 찾아 흥미로운 연구를 추구하는 것이다. 즉 스스로 두 발로 서는 것이다. 기후 연구에서 문제는 비선형 관계다. 그것은 변수들이 서로 일정하거나 예측 가능하게 의존하지 않는 관계를 말한다. 가령 일을 많이 할수록 목적의식을 더 많이 느끼고 행복해지지만 문턱 값을 넘으면 행복이 급락하는 것과 같은 관계다. 저자에 의하면 방정식을 선형화하려면 변수들이 예측 가능한 방식으로 맞아떨어지도록 까다로운 수학 방정식을 풀어야 한다. 저자는 몇 시간 앞을 예측하는 것이 아닌 계절을 예측하겠다는 큰 목표를 가졌다. 평균 기후를 결정하는 것은 몇 가지이다. 가장 큰 요인은 태양으로부터 받는 에너지, 지구에서 우주로 방출되는 에너지, 지구가 태양을 향해 또는 태양으로부터 기울어진 각도, 대기 중 기체의 조성 등이다. 지구의 자전 속도, 질량, 반지름 등은 더 중요한 요인이다. 높은 산, 메마른 사막, 넓은 바다 같은 지리적 특징도 평균 기후를 결정하는 데 한몫한다. 대기와 해양이 너그러운 분배자 역할을 맡아 더운 열대지방에서 추운 극지방으로 에너지를 끊임없이 이동시키기 때문에 적도 지방은 점점 뜨거워지지 않고 극지방은 점점 차가워지지 않는다. 기상학자는 대기의 과정과 현상을 관찰하고 설명하며 하루하루의 날씨를 예측하는 반면 기후학자는 전체 기후계(대기권, 생물권, 빙권, 수권)를 관찰하고 설명하며 미래 기후를 예측하고 전망하기에 기후 학자는 기상학자이지만 기상학자가 반드시 기후 학자인 것은 아니다. 저자는 열대 북대서양이 시원하면 브라질 북동부에 비가 내리고 열대 북대서양이 더우면 브라질 북동부가 가뭄에 시달린다는 아름다운 쌍극자 패턴을 발견했다. 저자는 바다에서 증발하는 물이 육지 강수의 원천이라는 통념이 수백 년간 이어졌지만 지표면 조건과 육지 증발이 연 평균 강수량의 무려 65%를 차지하므로 육지는 전지구적 물 순환의 필수 요소였다는 말을 한다. 알고 보니 육지는 날씨를 수동적으로 받아들이는 것이 아니라 적극적으로 만들어냈다. 이것이 이단에 가까운 발상이라고 저자는 말한다.(152 페이지) 저자는 나비효과에도 불구하고 바다와 육지의 경계 조건을 토대로 계절 예측을 할 수 있겠다는 확신이 들었다고 말한다. 결국 이는 지도교수인 에드워드 로렌즈의 이론에 반기를 드는 일이었다. 정확하게 말하면 어떤 상황에서는 나비효과의 예외가 있음을 지적하려는 것이었다. 저자의 이런 메시지가 담긴 강연을 들은 로렌즈는 "자네가 이런 연구를 하고 있는 줄 몰랐네. 아주 흥미로웠어." 라는 말을 했다고 한다. 요즘은 기상위성 사진 덕에 날씨 예보를 비교적 정확하게 할 수 있다. 하지만 그렇다 해도 미래의 날씨는 예측하지 못한다. 다들 알다시피 일기예보는 복잡한 수학 모델에 의해 만들어지며 슈퍼컴퓨터가 수십억개의 방정식을 풀어야 한다. 이 방정식들은 대기의 초기조건을 정확하게 기술할 것을 요구하지만 초기조건이 어떻게 미래 날씨로 이어지는지를 한 장의 사진만으로 알아낼 수는 없다. 저자는 핵심적인 말을 한다. 위성이 제공하는 실제 데이터에서는 초기조건 자체를 직접 얻을 수조차 없다. 지구에서 방출되는 복사만 측정할 수 있기 때문이다. 저자는 바다와 육지가 기후에서 중요한 역할을 한다는 사실에 대한 이해가 깊어지면서 모델들도 달라지기 시작했다고 말한다. 저자는 자연은 나름의 방법으로 과학자에게 겸손을 가르친다고 말한다. 이는 계절예측이 빗나간 뒤 한 말이다. 저자는 우리가 유일하게 아는 사실은 기후계의 많은 요소가 지금까지도 수수께끼라는 점이라고 말한다. 아직 할 일이 많은 것이다. 저자는 카를로스 노브레 이야기를 한다. 저자에 의하면 저자와 카를로스 노블레는 처음으로 육지를 현실적으로 다루는 정교한 모델을 만든 사람들이다. 이는 영국의 기상학자 출신의 NASA의 우주비행사 피어스 셀러스(Piers Sellers; 1955-2016)의 단순 생물권 모델 덕분이었다. 이는 지표면의 식생과 대기 사이의 에너지, 물, 탄소 교환을 물리적 생물학적으로 모형화한 지구 시스템 과학 최초의 현실적인 지표 모델을 말한다. 저자는 10억 마리 나비 실험을 거행했다. 한 마리 나비의 날갯짓을 바꾸듯 모델의 초기 조건을 미세하게 바꿔 한 계절에 대해 실행하는 것이 아니라 10억 마리 나비의 날갯짓을 바꾸듯 초기 조건을 극단적으로 바꾼 모델을 동일한 해수면 온도에서 실행하는 것이다. 저자는 자신의 대담한 추측은 삶에 대한 전반적 낙관주의와 자연이 그토록 많은 인류에게 그토록 잔인할 리 없다는 철학적 사상에 오로지 근거했다고 말한다. 정리하면 한 마리의 나비 날개짓(국소적 미시 혼돈)은 2주 뒤 특정 지역의 폭풍을 일으키거나 막을 수 있으나 10억 마리의 나비가 동시에 날개짓을 한다면 이들의 미시적인 무작위적 요동은 서로 상쇄되거나 거대한 통계적 평균(거시적 추세) 속에 흡수된다는 의미다. 슈클라의 관점에서 나비 효과는 예측을 완전히 가로막는 절대적 장벽이 아니라 거시적인 경계 조건의 지배하에서 발생하는 통계적 노이즈(Noise)의 위상을 지닌다. 슈클라의 체계 안에서 나비 효과는 소멸하지 않고 그대로 유지되지만 그 영향력은 단기 예보 영역에 묶인다. 저자의 논문은 '사이언스'에 '카오스 한가운데에서의 예측 가능성(Predictability in the Midst of Chaos)'이라는 제목으로 발표되었다. 미국에서는 사람들이 계절예측에 하도 익숙해져서 그것이 있는지조차 모를 때가 많다. 국립 기상청은 3개월 단위로 기온과 강수량 전망을 발표하고 해양대기 청도 같은 기간에 대한 가뭄 전망을 내놓는다. 저자에 의하면 열대지방에서 지표면 공기를 밀어 올려 폭풍을 일으키는 물리적 역학적 과정과 온대 지방에서 폭풍을 일으키는 과정은 다르다. 우리의 기상 예측 능력이 열대지방과 온대 지방에서 다르게 나타나는 것은 이 때문이다. 기후위기는 한편으로는 실존적 충격을 주었고 한편으로는 왜곡하고 부정하는 사람들을 만들었다. 저자는 신중한 편이어서 기후위기에 대한 충분한 자료가 축적되지 않은 상황에서 기후위기를 확정적으로 이야기하다가 혹 틀리기라도 하면 과학은 오류라는 역공을 마주할 것이라는 우려를 했다. 하지만 저자도 말했듯 기후위기는 누구도 부정할 수 없는 현실이다. 기후는 들어오는 태양에너지와 나가는 장파 복사의 균형에 의해 결정된다. 구름은 이 과정에서 이중의 역할을 한다. 태양 복사를 반사하여 지구를 냉각하기도 하고 지구 복사를 가두어 우주 공간으로 도망가지 못하게도 한다. 구름이 얼마나 높고 두꺼운지, 구름이 어디에 있는지에 따라 효과가 달라진다. 구름 안에 물이 얼마나 있는지, 물방울이 얼마나 큰지, 얼어서 결정이 된 물의 비율이 얼마인지 등 구름의 미시 물리학을 고려하면 더 복잡해진다. 이 모든 정보를 전 지구적 복합기후모델에 포함하는 것은 여전히 난제다. 저자가 언급한 부분에는 기후 위기의 실상을 왜곡하고 부정하며 과학자들을 공격하는 미국에 대한 부분도 포함되어 있다. 저자는 고향을 떠난 뒤로 보편 상수와 불편하는 물리법칙은 언제나 자신의 피난처였다고 말한다. 연구에 몸담은 기간 내내 카오스의 한가운데에서 예측 가능성을 찾은 것이 우연이었다고는 생각지 않는다고 말한다.(325 페이지) 저자는 자신이 과학계에 몸담은 55년간 연구자들은 지구의 대기, 기후계, 날씨 패턴의 경이로운 면모를 거듭 거듭 발견했다고 말한다. 해수 온도가 수백 킬로미터 떨어진 지역에 극적 영향을 미칠 수 있다는 것, 우리 발 아래서 변하지 않는 것처럼 보이는 육지가 우리 머리에 떨어지는 비의 양을 좌우한다는 것도 그중 하나라고 한다. 2024년 미국 기상학회 총회에서 자가디시 슈클라 지구 시스템 예측 가능성 상의 첫 시상이 진행되었다. 저자는 80세 생일을 맞고서도 계속 가르치는 이유가 긍정적이고 똑똑한 학생들 때문이라고 말한다. 대부분은 자신이 기후학자여서 미래를 비관하리라 예상하겠지만 자신은 학생들을 보면서 미래를 훨씬 낙관한다고 말한다. 저자는 과학에 대한 이해, 이산화탄소로 가득한 공기를 뿜어내는 일을 멈추게 할 수 있는 기술 등은 이루었었지만 과학에 귀 기울이고 기술을 받아들일 의지는 필요하다고 말한다. 우리의 발목을 잡는 것은 마지막 세번째 조건이며 정치체제에 기생하는 기업의 탐욕이 걸림돌이라고 말한다. 저자는 우리를 구하는 것은 미래 세대를 위한 책임을 몸소 받아들이고 행동을 선택하는 모든 사람이라고 말한다. 마지막으로 말하고 싶은 바는 바다에 관한 책들을 몇 권 읽은 나에게 자가디시 슈클라의 [내일 날씨는 맑음]은 육지로의 전환을 이루게 한 책이라는 점이다. 물론 자가디시 슈클라에게 영향을 준 마나베 슈큐로의 [기후의 과학]도 읽었기에 묘한 인연이라는 생각마저 든다.

신비하고 새로운 남극의 사계, 남극의 기후, 지질 - [극지과학자가 들려주는 남극의 사계 - 여름, 가을, 겨울 그리고 봄]

벤투의스케치북 — Wed, 20 May 2026 18:26:00 +0900

극지과학자가 들려주는 남극의 사계 - 여름, 가을, 겨울 그리고 봄
안인영 지음 / 지식노마드 / 2017년 12월

남극 해양생물학자의 책이다. 저자 안인영은 남극을 기후변화에 민감한 탄광의 카나리아라고 칭한다. 오랜 옛날 광부들은 탄광을 무너뜨릴 수 있는 독가스에 매우 민감한 카나리아를 데리고 들어갔다. 광부들이 카나리아가 노래를 부르다가 독가스 때문에 죽게 되면 철수한 데서 비롯된 말이 탄광의 카나리아란 말이다. 남극이 기후 변화에 민감한 곳이라는 뜻이라면 남극은 지구의 카나리아라고 해야 하지 않을까? 한반도의 62배에 달하는 남극대륙은 평균 2.1km 두께의 얼음으로 덮인 지구상 최대의 얼음 저장고다. 전 세계 얼음의 90%, 담수의 70%가 남극에 담겨 있다. 남극대륙을 덮고 있는 얼음은 쌓이고 쌓인 눈이 오랜 세월 다져져서 만들어진 것으로 제자리에 있지 못하고 경사면을 따라서 계속 이동한다. 이를 빙하라 한다. 남극 얼음의 대부분이 빙하 형태로 존재한다. 오늘날 남극 곳곳에서는 종자고사리, 삼엽충, 암모나이트, 공룡 화석들이 발견된다. 이들 화석의 존재로부터 우리는 과거 남극대륙이 지금보다는 훨씬 온난한 환경이었음을 알 수 있다. AI에게 이런 질문을 했다. "남극에서 종자고사리, 암모나이트, 삼엽충, 공룡 등의 화석이 발견되는 것을 근거로 남극은 과거에 지금보다 훨씬 따뜻한 곳이었다고 하는데 따뜻했던 적도지방이 판운동으로 지금의 극지방인 남극으로 이동해간 것이라고는 할 수 없는가?" 남극대륙은 과거에 적도 부근에 있었던 것이 아니라 다른 대륙들과 한 덩어리인 채 남반구에 위치했었고 대륙의 위치와는 무관하게 고생대, 중생대는 지구의 평균 기온이 높았던 때다. 따라서 당시 남극이 지금의 남극점 근처에 있었다 해도 얼음 대륙이 아닌 울창한 숲과 호수가 있는 따뜻한 환경이었다는 것이 AI가 제시한 답이다. 고생대나 중생대 지층에서는 따뜻한 기후에서만 서식하는 산호초, 악어, 거북, 대형 파충류 등의 화석이 극지방 근처에서도 발견되었다. 고사리나 종려나무 화석 같은 열대, 아열대 식물 화석이 한반도를 비롯한 중위도와 고위도에서 발견되는 점도 증거다. 페름기(고생대 말), 쥐라기(중생대), 백악기(중생대)에는 활발한 화산 활동으로 대기 중 이산화탄소 농도가 매우 높아 기온이 높았다. 생물체의 껍데기나 얼음 등에 남아 있는 산소동위원소 비율을 분석하면 당시의 바닷물 온도를 알 수 있다. 이를 통해 공룡이 살던 중생대 백악기 등은 지금보다 평균 기온이 5~10도 높았던 것으로 드러났다. 당시 빙하의 흔적이 극지방을 포함한 전지구적으로 발견되지 않았고 무성한 숲과 사막이 넓게 분포했다는 점도 증거다. 남극대륙은 극점으로 온 이래 동토의 땅으로 변했고 육상생물은 거의 멸종했다. 이와 반대로 전 세계 바다의 10% 정도를 차지하는 남빙양에는 미생물, 무척추동물, 어류, 펭귄, 고래에 이르기까지 수많은 해양생물이 살고 있다. 극점으로 이동한 직후인 6500만년 전만 해도 바닷물의 온도가 섭씨 9~15도로 온화했다. 이후 주변 대륙들이 떨어져 나가고 남극순환류가 형성되면서 대륙에는 얼음이 쌓이고 바닷물도 급속히 냉각되기 시작했다. 이때 해양생물도 60~70% 멸종했으나 이후 큰 수온변화가 없어 생물이 충분히 적응, 진화할 수 있게 되었다. 남극대륙이 영하 90도까지 내려가는 것과 달리 바다는 최저 온도가 영하 1.8도이고 계절적 변동도 미미하다. 수온은 낮지만 변화는 거의 없어서 해양생물들은 각기 적응하며 진화해왔다. 남극의 여름은 짧지만 모든 생물들은 이 기간을 최대한 이용해 먹고 새끼를 낳고 키운다. 보통 11월에 시작해 다음 해 2월 말까지가 남극의 여름이다. 남극에서 빙산을 볼 수 있다. 물 위로 드러난 부분이 5미터가 넘으면 빙산이라 한다. 남극은 온난화로 인한 빙하 후퇴, 해양 산성화로 인한 피해에 노출되어 있다. 해양 산성화는 석회질 껍질을 갖고 있는 조개, 성게, 산호, 불가사리 등 해저 무척추동물에게 큰 피해로 직결된다. 규조류(硅藻類)는 이산화규소로 이루어진 단단하고 투명한 유리질 껍질을 가진 식물성 플랑크톤으로 광합성을 한다. 최근 독일 알프레드 베게너 극지해양연구소에서 영하의 남극 바닷속에서 문어가 살 수 있는 이유로 혈액 속의 높은 헤모시아닌(haemocyanin) 농도로 인해 저온에서 산소 공급을 잘 받는 것을 꼽았다. 대표적인 동물성 플랑크톤인 크릴은 헤엄칠 때는 투명한데 죽어가면서 점점 붉은 색으로 변해간다. 이는 아스타잔틴이란 효소 때문이다. 크릴보다 작은 생물 중 크릴이 먹지 않는 것이 없고 크릴보다 큰 것 중 크릴을 먹지 않는 것이 없다고 한다. 생태계의 중요한 연결고리인 셈이다. 크릴은 아가미가 외부에 드러나 있고 새우는 가려져 있다. 남극의 사계는 눈과 얼음으로 채워지지만 겨울은 특별하다. 겨울이 되면 바다까지 얼어붙는다. 남극에는 팩 아이스(pack ice)가 유명하다. 바닷물이 얼어서 된 해빙(海氷) 조각들이 바람과 해류에 밀려 빽빽하게 뭉쳐서 형성된 거대 얼음 지대다. 요지부동이던 팩 아이스도 블리자드가 세게 불면 균열이 생겨 일시적으로 열리는 등 역동적인 모습이 연출된다. 블리자드는 초속 14미터 이상의 강풍과 함께 저온에서 눈이 날려 시정(視程)이 150미터 이하로 감소하는 기상현상이다. 일종의 눈폭풍으로 일반적인 강풍과 달리 발원지의 기온이 낮아서 눈보라와 눈날림 현상이 동반된다. 겨울의 블리자드는 바다를 터전으로 살아가는 남극의 야생동물들에게는 먹잇감을 전해주는 기상현상이다. 체감 온도(perceived temperature)라는 말을 만든 사람이 미국의 남극 탐험가 폴 사이플(Paul Siple; 1908~1968)이다. 자신의 남극 탐험을 [남위 90도]라는 책으로 낸 인물이다. 한국전쟁에도 참전했다. 남극에는 스노우페트럴, 자이언트 페트럴, 남극풀마갈매기, 알락풀마갈매기 등 여러 종류의 페트럴(Petrel)들이 있다. 물 위에서 사냥한 후 날아오르는 모습이 마치 성경에 나오는 물 위에서 걸었다는 베드로 사도를 연상시킨다고 해서 이름이 붙여졌다고 한다. 스노우페트럴은 흰풀마갈매기라 하며 남극에서만 서식하는 토착종이다. 저자는 남극의 3백(白)으로 얼음, 눈, 스노우페트럴을 꼽는다. 눈, 안개, 모래 먼지 등으로 주변이 온통 하얗게 변해 지평선이나 사물의 구분이 불가능해지고 방향감각과 시야를 완전히 잃는 경우를 화이트 아웃이라 한다. 화이트 아웃은 남극에서 일어나는 주요 기상 현상 중 하나다. 남극의 빙하는 암석의 일종이다. 일반적인 상식의 돌과는 다르지만 암석으로 분류되는 근거가 몇 가지 있다. 1) 단일 광물성 변성암, 2) 끊임없는 변형과 흐름이다. 지질학에서 암석은 하나 이상의 광물이 뭉쳐 굳은 것을 말한다. 얼음을 구성하는 빙하 얼음은 자연적으로 생성된 고체 광물이다. 빙하는 눈이 쌓인 뒤 엄청난 압력을 받아 다져 생성된다. 이것은 퇴적암의 생성 원리와 같다. 빙하는 생성 후에도 자신의 무게를 이기지 못하고 변성 작용을 거쳐 육지를 따라 서서히 이동한다. 이런 이유로 극지방을 연구하는 과학자들은 빙하를 융점에 아주 가까운 상태의 단일 광물 변성암으로 정의한다. 눈이 층층이 쌓여 엄청난 압력을 받으면 눈송이 사이의 공기가 빠져나가며 광물이 재결정된다. 이 과정이 변성암이 만들어지는 과정과 동일하다. 다져진 얼음은 본래의 구조를 잃고 거대한 덩어리가 되어 중력에 의해 천천히 흐르는 연성 변형을 일으킨다.

바다를 향해 수렴되는 지질시대 이야기 - [과학공화국 지구법정 5 - 지질시대]

벤투의스케치북 — Tue, 19 May 2026 20:39:00 +0900

과학공화국 지구법정 5 - 지질시대
정완상 지음 / 자음과모음 / 2007년 05월

인간의 역사와 대비되는 지구의 역사를 의미할뿐이지만 지질시대란 말은 묘한 감정을 일으킨다. 무게감 있고 지적이라는 생각이 드는 것이다. 사실 지질에는 무궁무진한 이야기가 들어 있다. 요즘 정완상 교수의 책을 요즘 많이 보게 된다. 열성적 저술 활동이 눈에 띈다. 자음과 모음사(社)의 과학 공화국 지구 법정 시리즈의 다섯 번째 책이 [지질시대]란 이름으로 나온 지 19년만에 읽게 되었다. 구성은 과학의 이슈들을 법정에서 가린다는 컨셉을 하고 있다. 지구의 구성 성분부터 시작이다. 지구의 어떤 구성 성분으로 인해 땅이 움직이는 것일까? 답은 지구 대부분을 구성하는 맨틀이다. 맨틀 가운데 물렁한 고체 부분인 연약권이다. 우리가 살고 있는 땅은 연약권 위에 떠 있다. 암석이 녹아서 흐르는 맨틀 위에 땅이 판자처럼 둥둥 떠다니는 것이다. 우리가 살고 있는 땅은 지구의 일부이며 지구의 구성 성분 중 맨틀의 연약권과 붙어 있다. 지구의 역사에서는 바다가 먼저 생겼다. 약 40억 년 전 지구의 온도가 점차 식으면서 화산 활동으로 뿜어져 나온 수증기가 엄청난 양의 비가 되어 수백만 년 동안 쏟아져 내렸고 이로 인해 원시 바다가 형성되었다. 바다가 형성된 이후 지각 변동과 마그마의 냉각, 고화(固化)로 대륙(육지) 지각이 만들어졌고 이것이 솟아오르며 최초의 육지가 되었다. 이 때문에 초기 지구는 거대한 물의 행성이었다. 암석권, 연약권, 중간권에서 중간권은 지각과 핵 사이의 물질이란 의미이다. 판의 지각 운동이 진행되고 있는 지대를 변동대라고 한다. 이 지대에서는 화산작용과 지진 현상이 수반된다. 대표적인 지대가 환태평양 변동대와 알프스 히말라야 변동대 등이고 해저에는 중앙 해령대와 해구지대다. 이런 변동대에서는 화산작용과 지진 현상이 일어나며 습곡 산맥이 형성된다. 그러나 최근 학계 일각에서는 한반도는 유라시아판 내부의 소규모판인 아무리아판(Amurian Plate)의 주변부에 위치하고 있으며 현재 이 판이 활기차게 움직이고 있어 지진의 빈도가 증가하고 있다는 주장이 제기되고 있다. 역대 우리나라 주변의 지각 운동을 분석한 결과 우리나라와 일본이 하나로 붙어 있다가 약 2천만 년 전에 동해가 생겨나면서 떨어졌고 최근 1년에 1cm 가량 가까워지고 있다는 주장이 우세하다. 이는 동해의 해양 지각이 대륙 지각 밑으로 침강하고 있는 만큼 우리나라에도 강도가 높은 지진과 해일이 일어날 가능성이 크다는 것을 의미한다. 중부 지대의 용암 대지는 철원/ 평강 용암대지와 신계/ 곡산 용암대지로 구분된다. 철원, 평강 용암대지는 신생대 제4기에 유동성이 강한 현무암의 열하(裂罅) 분출로 이루어진 용암대지다. 지구의 모든 산이 화산 활동으로 만들어진 것은 아니다. 산이 만들어지는 원인은 크게 세 가지다. 1) 판의 충돌에 의한 습곡산맥, 2) 지각 변동에 의한 단층산(지각의 거대한 힘에 의해 암석층이 깨지면서 한쪽이 솟아오른 산), 3) 화산 활동에 의한 산 등이다. 분출된 용암이 매우 빨리 식을 때 그 안에 공기가 갇힌 상태로 굳은 돌을 부석(浮石)이라고 한다. 부석은 물에 뜨고 잘 부서진다. 부석은 색이 밝고 가볍고 스펀지처럼 구멍이 많고 물에 뜬다. 현무암은 어둡고 구멍이 비교적 적고 무겁고 물에 뜨지 않는다. 화산지형에 많은 현무암은 이산화규소 함량이 적고 어두운 색을 띠며 철과 마그네슘이 비교적 풍부한 분출 화성암이다. 현무암은 칼크 알칼리 현무암과 알칼리 현무암으로 나뉜다. 두 현무암의 가장 큰 차이는 마그마가 형성되는 판의 위치와 물의 유무이다. 칼크 알칼리 현무암질 용암은 지배적인 유색 광물로 보통 휘석과 감람석을 포함한다. 알칼리 현무암은 해양 분지 내의 용암에 많고 산맥 지대의 용암에서도 흔히 발견된다. 알칼리 현무암은 대륙 내부의 열점(Hot spot)이나 열곡대에서 생성된다. 나트륨과 칼륨 같은 알칼리 산화물 함량이 높다. 이산화규소가 부족하여 석영 대신 감람석이나 준장석 광물이 주로 나타난다. 칼크(칼슘)-알칼리 현무암은 해양판이 대륙판 아래로 들어가는 섭입대에서 생성된다. 마그마 생성 과정에서 물이 많이 공급되는 환경적 특성을 갖는다. 철과 마그네슘의 함량 변화가 산소 분압에 의해 독특하게 조절되며 분화가 진행될수록 알루미나 함량이 비교적 높게 유지되는 경향이 있다. 칼슘이 상대적으로 풍부하고 나트륨 및 칼륨 같은 알칼리 금속의 비율이 낮은 마그마에서 생성된다. 사장석이 주로 정출된다. 섭입대에서 칼슘 비중이 높은 현무암이 생성되는 핵심 이유는 해양판에서 빠져나온 다량의 물이 맨틀의 용융점을 낮춰 탈수 용융을 일으키고 이로 인해 칼슘이 풍부한 광물(사장석 등)이 집중적으로 녹아 나오기 때문이다. 사장석에 칼슘이 많은 이유는 마그마가 분화할 때 칼슘이 나트륨보다 먼저 결정화되기 때문이다. 1972년 경남 하동에서 공룡알 화석이 발견돼 한국에서 공룡의 존재가 처음으로 확인되었다. 이후 경북 의성에서 몇몇 단편적인 공룡 뼈가 발견돼 한반도에도 공룡이 살았다는 사실이 입증되었다. 1980년에는 그때까지 무심히 지나쳤던 이상한 퇴적 구조의 대부분이 공룡이 남긴 발자국 화석이라는 점이 밝혀졌다. 현재 한국은 세계적으로 유명한 공룡 발자국 화석 산지로 알려지고 있다. 경상도와 전라남도 일대에 분포하는 경상 누층군에서 많은 공룡 화석이 발견되고 있다. 발자국 화석은 경상 누층군이 지층으로 드러난 곳을 잘 찾아보면 발견할 수 있을 정도로 많은 지역에서 산출되고 있다. 흔히 발자국 화석은 나무나 풀로 덮이지 않은 해안가나 하천 바닥, 도로 개설을 위해 인위적으로 산을 깎은 곳에서 자주 발견된다. 경상 누층군은 지금의 경상도와 전라남도 일대에 주로 분포하는 전기와 중기 백악기 지층들로 바다에서 형성된 것이 아니라 강과 호수의 퇴적물이 쌓여 이루어진 육성층이다. 때문에 육상 동물인 공룡이 화석으로 보존되기 위한 좋은 지질학적 조건을 가지고 있다. 심해어는 몸속에 공기주머니가 없고 대신 물이 많이 들어 있다. 즉 부레가 없다. 이는 엄청난 수압을 견뎌내기 위해서이다. 그런 이유로 심해어들은 몸 밖의 수압과 몸 안의 수압이 평형을 이루어 터지지 않고 잘 살 수 있다. 바다 속에서 상대적으로 온도가 낮고 염분 농도가 높은 물은 더 아래로 흘러들어 폭포를 만든다. 수심 4000m~6,000m의 바다 아래에는 육지의 대산맥과 같이 규모가 웅대한 지형을 볼 수 있다. 이것을 해저의 거대한 산 즉 해령이라고 한다. 지구과학자들의 말에 의하면 해령의 생성은 판구조론으로 설명할 수 있다. 판구조론이란 지구의 가장 바깥쪽을 구성하는 지각과 맨틀의 상부가 몇 개의 판으로 나뉘고 그것들이 서로 일정한 방향으로 움직이고 있다는 이론이다. 이 이론에 의하면 해령은 맨틀에서 마그마가 지각을 뚫고 나와 판이 생성되는 곳이다. 해령은 너비가 넓은 것도 있고 좁은 것도 있다. 이는 맨틀로부터 분출한 마그마의 양이 많고 적음에 따른 것이다. 해령에서 생성된 판은 양쪽으로 떨어져 이동하게 된다. 그리고 이로 인해 해령의 축에 갈라지는 틈이 생기고 이 틈새로 맨틀에서 녹은 암석인 마그마가 다시 솟아올라 분출한다. 여기서 마그마는 식어서 굳고 새로운 판으로서 낡은 판에 붙어 양쪽으로 이동해 나간다. 이것은 바로 해양저 확대 현상이라고 한다. 결국 해령에서 판이 끊임없이 생성되고 해양저 확대 현상을 통하여 오래된 판은 점차 해령에서 멀리 밀려나가며 새로운 판이 다시 생성되는 것이다. 해령으로부터 멀리 이동한 오래된 판은 나중에 해구에서 침강한다. 산호는 폴립이라는 작은 벌레가 만든다. 폴립은 바닷속에서 수억 마리가 모여 사는 데 몸이 아주 연약하다. 그래서 몸을 보호하기 위해 탄산칼슘이라는 물질로 돌처럼 단단한 껍질을 만든다. 폴립이 죽고 단단한 껍질만 남는 것이 바로 산호다. 산호를 자르면 구멍이 나타난다. 이곳이 바로 폴립이 있던 곳이다. 고래는 아가미가 없어 물속에서는 숨을 쉴 수 없지만 산소를 오랫동안 몸속에 지니고 있을 수는 있다. 그래서 조금씩 쓰던 산소가 부족해지면 물 위로 올라와 한꺼번에 숨을 몰아쉰다. 지질시대를 주제로 한 책이지만 읽는 이의 입장에서 지구에 육지보다 먼저 생겼으며 육지보다 훨씬 오묘하고 신비한 바다를 중심으로 책을 읽게 되었다. 지질시대에 대해 알려면 판구조론을 알아야 한다는 생각을 한다. 나와 무관할 수 없는 한탄강 유역의 현무암이 칼크 알칼리 현무암이라는 사실을 확인하게 되어 다행이다. 이는 내륙의 베개용암과 해양 지각과 그 아래의 상부 맨틀이 융기하여 지표면에 노출된 암석 덩어리인 오피올라이트의 한 부분인 베개용암을 비교하는 것과도 연관이 된다. 결국 나는 바다 특히 심해와 그 곳의 생명체에 대해 더 알고 싶은 것이다.

화학자 라이너스 칼 폴링의 위대함을 음미하게 되는 책 - [폴링이 들려주는 화학 결합 이야기]

벤투의스케치북 — Sun, 17 May 2026 22:06:00 +0900

폴링이 들려주는 화학 결합 이야기
최미화 지음 / 자음과모음 / 2010년 09월

책 제목에 나오는 폴링은 라이너스 칼 폴링(1901-1994)을 말한다. 1954년 노벨 화학상과 1962년 노벨 평화상을 수상한 미국의 화학자이다. 현대화학의 시조이자 반핵 운동가이다. 양자역학을 화학에 접목하여 현대 구조화학의 기초를 마련한 20세기의 가장 위대한 화학자 중 한 명이다. 혼성 오비탈, 전기음성도, 공명 이론, 폴링 규칙, 단백질 구조 연구 등의 업적을 세웠다. 핵반응 이외의 방법으로 원자가 쪼개지지는 않는다. 그래서 물질을 이루는 기본 입자는 전자나 양성자가 아니라 원자다. 핵반응 이외의 방법으로 원자가 쪼개지지 않는다는 것은 그 만큼 입자들 사이의 결합 에너지가 강하다는 의미다. 원자의 세계는 나노의 세계다. 1나노미터는 1m를 10억 조각으로 나눈 길이를 말한다. 수소 원자의 지름은 0.1나노미터이다. 수소 원자 10의 24승 개의 질량은 1그램에 지나지 않는다. 이렇게 작고 가벼운 원자들이 만나 결합하면 분자 나라가 만들어진다. 물질이 만들어지는 것이다. 가령 수소 기체와 산소 기체를 불꽃 방전하면 물이 만들어진다. 수소 원자와 산소 원자가 결합하여 물 분자를 만들어내는 것이다. 수소 기체와 산소 기체를 불꽃 방전하는 것은 수소 기체와 산소 기체의 혼합물에 전기 스파크를 가하는 것을 말한다. 물 분자는 수소 원자와 산소 원자로 이루어졌지만 수소나 산소와는 전혀 다른 성질을 갖는다. 물질 세계에서 일어나는 이러한 일을 화학반응이라고 한다. 화학반응은 화학 결합이 깨지거나 새로 만들어지면서 일어난다. 수소와 산소의 성질은 어디 가고 물의 성질이 만들어졌을까? 그 답은 바로 화학 결합에 있다. 원자 세계에서 분자 나라로 가려면 화학 결합이라는 문을 통과해야 한다. 화학 결합이란 원자들이 헤쳐 모여서 전혀 새로운 성질을 가지는 분자를 만드는 것을 말한다. 분자 나라는 원자들이 결합해서 펼치는 새로운 세상이다. 원자들이 서로 밀고 당기는 힘겨루기를 함에 따라 분자가 만들어진다. 원자들이 밀고 당기는 힘겨루기를 화학 결합이라고 할 수 있다. 원자들의 밀고 당김을 통해 새로운 짝짓기를 할 때마다 새로운 분자가 만들어지는 것이다. 몇 종류 되지 않는 원자로부터 세상을 가득 채우고 있는 그렇게 많은 종류의 분자가 만들어지는 것이 놀라울 뿐이다. 지금까지 알려진 원소는 모두 110종이지만 그중 지구상에 흔하게 존재하는 원소는 40여 종 정도이고 그중에서도 사람의 몸은 겨우 10여 종의 원소로 이루어져 있다. 세상에 존재하는 분자의 종류는 무려 3,700만 가지라고 한다. 이것이 바로 원자들이 밀고 당기면서 만들어내는 분자 나라의 신비라고 할 수 있다. 같은 원자들이라도 몇 개가 결합하느냐에 따라 전혀 다른 물질이 만들어진다. 겨우 수십 가지에 지나지 않는 원자들이 수없이 많은 물질을 만들어낼 수 있는 이유이다. 원자들이 겉으로는 모두 비슷하게 생겼지만 화학적 성질이 서로 다른 이유는 원자의 종류에 따라 원자가전자(原子價電子; valence electron) 수가 다르기 때문이다. 원자들의 결합에서 원자가전자는 결정적인 역할을 한다. 두 원자의 거리가 점점 가까워지면 원자들은 자신들이 가지고 있던 원자가전자를 함께 나누어 쓰면서 서로 단단하게 달라붙는 경우가 있다. 수소 원자와 산소 원자가 결합하여 물 분자를 만드는 것도 바로 이 원자가전자를 사용하는 것이다. 화학에서는 두 원자가 원자가전자를 서로 나누어 쓰면서 친해지는 것을 공유 결합이라 하고 원자들이 결합하여 만들어낸 입자를 분자라고 부른다. 가장 간단한 수소는 약 150억 년 전에 빅뱅으로 인해 생겨났다. 그 후 다른 원소들도 차차 만들어졌다. 지구상에서 발견되는 수십 가지 원소들은 빅뱅 이후 태양계가 만들어지는 시기에 걸쳐 만들어졌다. 화학자는 우리에게 필요한 분자를 만들어내는 마술사다. 눈으로 볼 수 없는 원자들을 결합시켜 분자를 만드는 일은 정말 신기한 마술이라고 해도 지나치지 않다. 강한 독성을 가진 수산화나트륨과 염산이 만나면서 독성은 흔적도 없이 사라지고 그저 짠맛이 나는 소금이 만들어지는 것은 화학의 세계에서만 볼 수 있는 신비로운 일이다. 소금이 물에 잘 녹는 이유는 전기를 띤 입자 즉 이온으로 이루어져 있기 때문이다. 물속에서 양이온과 음이온으로 나누어지는 과정을 이온화라고 부른다. 소금처럼 양이온과 음이온으로 이루어진 물질을 이온 결정이라고 한다. 이온 결정은 양이온과 음이온 사이에 전기적인 인력이 강하게 작용한다. 물 분자도 전기를 띠고 있는 극성 분자이기 때문에 이온 결정 중에는 물에 녹는 것이 많다. 물에 잘 녹지 않는 이온 결정도 있다. 그런 것을 앙금이라 부른다. 앙금을 한자로 전분(澱粉)이라 한다. 이온 결정인 탄산칼슘은 물에 거의 녹지 않는 앙금이다. 센물<경수; 硬水>을 끓여 보일러 용수로 사용하면 탄산칼슘이 물에 거의 녹지 않기 때문에 보일러 관에는 딱딱한 탄산칼슘 덩어리가 쌓이게 된다. 이것을 관석(罐石.罐; 두레박 관)이라 하는데 관석이 많아지면 보일러 관이 터지기도 한다. 경수는 칼슘과 마그네슘 같은 미네랄이 다량 함유된 물이다. 주로 석회암 지대를 통과하는 지하수에서 많이 나타나며 세탁시 거품이 잘 나지 않고 비누 찌꺼기를 만드는 특징이 있다. 탄산칼슘이 물에 잘 녹지 않는 가장 큰 이유는 이온성 결합력(정전기적 인력)이 물과 결합하려는 힘(수화열; 水和熱)보다 훨씬 강하기 때문이다. 물 분자는 산소 원자와 수소 원자가 서로 전자쌍을 나누어 가지는 결합으로 만들어진 분자다. 이때 산소 원자와 수소 원자 간에는 전자쌍을 잡아당기는 힘겨루기가 벌어진다. 산소 원자는 수소 원자보다 분자 내에서 전자를 끌어당기는 힘이 더 세다. 그래서 상대적으로 힘이 더 센 산소 원자 쪽으로 전자쌍이 조금 더 많이 끌려오게 된다. 그 결과 산소 원자 쪽에는 음의 전기가 생기고 수소 원자 쪽에는 양의 전기가 생긴다. 이것이 바로 물 분자가 부분 전기를 띠는 이유다. 물 분자의 각도가 104.5도로 굽어 있는 것은 비공유 전자쌍의 반발력 때문이다. 물 분자에서 산소는 두 개의 수소와 전자를 공유하고 남은 4개의 전자(2쌍)를 가지고 있다. 이를 '비공유 전자쌍'이라고 한다. 공유 전자쌍보다 비공유 전자쌍이 공간을 더 많이 차지하며 반발력이 훨씬 세다. 이 비공유 전자쌍들이 두 수소 원자를 아래쪽으로 강하게 밀어내기 때문에 일자형이 아닌 약 104.5도의 굽은 형태를 띠게 된다. 액체 상태인 물은 산소 원자 주위에 4개의 전자쌍이 정사면체 구조(109.5)를 이루려 한다. 산소가 가지는 2개의 비공유 전자쌍이 2개의 수소 원자(결합 전자쌍)를 강하게 밀어내기 때문에 결합각이 찌그러져 104.5의 굽은 형태를 띤다. 물이 얼음이 되면 물 분자들은 단단하고 규칙적인 정사면체 그물망 구조(육각형 결정 구조)를 형성한다. 이때 산소 원자를 중심으로 다른 물 분자의 수소들이 결합하면서 가장 안정적이고 빈 공간이 넓은 정사면체 형태를 만들기 위해 결합각이 다시 원래의 이상적인 사면체 각도인 109.5도에 가깝게 펴진다. 이 과정에서 분자들 사이에 육각형의 빈 공간이 많이 생기게 되며, 이로 인해 얼음의 부피가 액체일 때보다 약 9% 팽창하게 된다. 물에 잘 녹지 않는 분자들은 모두 분자 내에 부분 전기를 띠지 않는 공통점이 있다. 그리고 분자 모양은 대칭 구조다. 4염화탄소를 제외한 나머지 분자들은 모두 탄소와 수소로만 이루어진 분자다. 벤젠, 플라스틱, 메테인, 프로판, 파라핀은 모두 탄소와 수소로만 이루어져 있다. 탄소와 수소로만 이루어진 분자를 탄화수소화합물이라고 한다. 탄화수소화합물에는 물에 녹지 않는 무극성분자가 많이 있다. 물에 녹지 않는 물질들은 전류를 통하지 않는다. 물에 녹지 않으므로 이온화되지 않기 때문이다. 모든 탄화수소 분자가 물에 녹지 않는 것은 아니다. 사람이 몸을 구성하는 단백질 분자는 질소 원자를 포함한 탄화수소 분자다. 단백질에는 여러 가지 종류가 있는데 그중에는 물에 녹는 수용성 단백질도 있고 물에 녹지 않는 불용성 단백질도 있다. 원자 세계에서는 상대 원자에게 베풀면 원자 자신도 더 좋아하는 일이 일어난다. 원자들이 결합하여 분자 나라를 만들어가는 원리가 바로 그것이다. 각각의 원자들은 자신들이 가지고 있는 원자가전자를 상대 원자와 서로 나누어 가지면서 분자를 만든다. 이때 만들어진 분자는 각각의 원자들이 따로따로 있을 때보다 안정하다. 다시 말하면 각 원자들은 원자 상태로 있을 때보다 분자 내에서 더 안정한 전자 배치를 가지게 된다는 것이다. 원자들이 결합할 때 사용하는 결합 손의 수는 원자 종류에 따라 다르다. 수소 원자는 한 개의 손을 사용하고, 산소 원자는 두 개, 질소 원자는 세 개, 탄소 원자는 네 개의 손을 쓴다. 원자들이 결합할 때 사용하는 손의 정체가 바로 원자가전자다. 원자가전자는 원자핵에서 가장 먼 곳에 있는 전자들을 가리킨다. 원자는 원자핵과 전자로 이루어져 있고 원자핵을 중심으로 전자들이 퍼져 있다. 그때 원자핵에서 가장 먼 곳에 있는 전자는 어떤 성질을 가지고 있을까? 수소 원자 속에서 돌아다니는 전자의 속도는 초속 2,000km가 넘는다. 수소 원자에는 전자가 한 개이며 그것이 바로 원자가전자다. 헬륨 원자에는 원자가전자가 2개 있다. 전자가 3개인 리튬 원자에는 원자가전자가 1개 있다. 2개의 전자는 원자핵에 가깝게 있고 나머지 1개의 전자는 상대적으로 먼 곳에 있다. 그래서 리튬 원자에서는 원자가전자가 1개다. 원자가전자는 핵으로부터 멀리 있기 때문에 다른 전자에 비해 원자핵의 영향을 덜 받는다. 원자핵의 영향을 상대적으로 덜 받는 원자가전자는 다른 전자보다 움직임이 자유롭다. 경우에 따라서는 원자핵에서 아주 멀리 떨어져나가 버리기도 하고 다른 원자가전자와 결합하는 데 사용되기도 한다. 원자 내부 깊숙한 곳에 있는 전자들은 이런 일을 할 수 없다. 원자핵에서 가까운 곳에 있기 때문에 그 원자로부터 멀어지기 어렵기 때문이다. 원자들이 결합할 때 전자를 내놓는 것은 자신의 전자를 잃는 것이 아니라 오히려 전자를 더 많이 갖게 되는 것이다. 원자의 가장 바깥쪽에 있던 전자 즉 원자가전자가 다른 원자 쪽으로 쏠리면서 다른 원자로부터 나온 전자 역시 이쪽 영역으로 들어오게 되기 때문이다. 전자 1개를 내놓고 전자 2개를 가지게 되는 셈이다. 각각의 원자를 보면 전자 식구가 늘어난 셈이다. 나눌수록 많아지는 자연의 오묘한 이치다. 전자를 함께 나누어 가지는 것이 바로 공유 결합이다. 원자마다 전자를 내놓으려는 성질은 조금씩 차이가 난다. 어떤 원자는 전자 내놓기를 아주 좋아하고 어떤 원자는 전자 내놓기를 그리 좋아하지 않는다. 거꾸로 말하면 어떤 원자는 다른 원자에 있는 전자를 적극적으로 끌어오려고 하고 어떤 원자는 전자 끌어오는 것에 그리 적극적이지 않다. 이런 차이 때문에 공유 결합에서 전자를 함께 나누는 정도에 차이가 생긴다. 분자가 극성을 띠게 되는 것이 바로 이런 이치다. 자연을 구성하는 원자의 세계에도 약육강식이 존재한다. 여기서는 큰 원자가 작은 원자를 잡아먹는다는 말은 아니다. 원자 세계의 약육강식이란 무엇을 비유하는 것일까? 원자는 항상 중성이다. 중성인 원자가 전자를 잃거나 얻으면 이온이 된다. LNG라 부르는 연료의 주성분이 메테인이다. 상온에서 기체 상태의 분자인 메테인은 어떤 모양으로 하고 있을까? 메테인은 4개의 수소 원자와 1개의 탄소 원자로 이루어진 분자다. 수소 원자와 탄소 원자 간의 공유 결합으로 만들어진 분자이다. 탄소와 수소 원자 간의 공유 전자쌍이 무려 4개다. 수소 분자 모형의 공유 전자쌍은 각 수소 원자의 핵으로부터 같은 거리만큼 떨어져 있다. 그러나 염화수소 분자처럼 서로 다른 원자로 이루어진 분자는 그렇지 않다. 수소 분자는 2개의 수소 원자 간에 전자를 끌어당기는 힘의 크기가 같다. 그래서 공유 전자쌍은 두 수소 원자의 핵으로부터 같은 거리에 있다. 염화수소분자는 수소 원자의 원자가전자 1개와 염소 원자의 원자가전자 1개가 서로 짝을 짓는 것이다. 이때 공유 전자쌍은 염소 원자에 더 가까운 곳에 있는데 그 까닭은 염소 원자가 수소 원자보다 전자를 끌어당기는 힘이 세기 때문이다. 이 힘을 전기음성도라 한다. 공유 전자쌍으로 결합된 분자에는 극성을 띠는 것도 있고 띠지 않는 것도 있다. 수소 분자처럼 같은 원자로 이루어진 분자는 공유 전자쌍이 두 수소 원자의 가운데 지점에 위치하며 일직선 모양을 이루기 때문에 극성을 띠지 않는다. 그러나 염화수소 분자나 물 분자처럼 다른 원자로 이루어진 분자는 공유 전자쌍이 두 원자의 가운데 지점에 위치하는 것이 아니라 전기음성도가 더 큰 원자 쪽으로 끌려간다. 그 결과 공유 전자쌍이 더 많이 끌려간 원자 쪽에 음의 전하가 더 많이 분포하고 반대쪽 원자에는 상대적으로 음의 전하가 부족해진다. 그러니까 양전하가 더 많아지게 되는 것이다. 원자 세계의 약육강식이란 바로 공유 전자쌍을 가운데 두고 벌어지는 원자 간의 힘겨루기라 할 수 있다. 전기음성도가 큰 원자가 공유 전자쌍으로 더 많이 끌어당기며 힘이 적은 원자는 공유 전자쌍을 뺏기게 되니까 말이다. 극성이 없는 분자는 무극성 분자라 한다. 무극성 분자에는 수소 분자나 염소 분자처럼 같은 종류의 원자로 이루어진 분자가 있는가 하면 메테인이나 벤젠처럼 원자의 종류는 다르지만 분자의 구조가 대칭을 이루기 때문에 극성을 띠지 않는 분자도 있다. 왜 그럴까? 분자구조가 대칭을 이루면 원자간의 공유 전자쌍이 균등하게 나누어지지 않더라도 분자 전체를 보면 극성이 상쇄되는 효과가 나타난다. 그래서 분자는 극성을 띠지 않게 되는 것이다. 분자 내에 극성이 있으면 극성 분자라고 부른다. 극성 분자로는 물이나 염화수소 분자가 있다. 물 분자는 산소 원자와 수소 원자의 전기음성도가 다를 뿐만 아니라 산소 원자에 있는 비공유 전자쌍으로 인해 극성을 띤다. 물 분자의 모양은 대칭을 이루지 않는다. 정리하면 분자 모양이 대칭을 이루면 무극성 분자가 만들어지고 분자의 모양이 대칭을 이루지 않으면 극성을 띤다. 극성 분자인 물은 전기를 띤 물체에 끌리고 무극성 분자인 벤젠은 전기를 띤 물체에 끌리지 않는다. 소금은 나트륨 이온과 염화 이온이 결합해 만들어진 염화나트륨이다. 인체에 강한 독성을 나타내는 나트륨과 염소가 합쳐져 우리 몸에 꼭 필요한 물질이 만들어지는 것이다. 이게 바로 화학의 신비다. 소금 즉 염화나트륨은 나트륨과 염소로 이루어졌다. 하얀 소금 알갱이는 나트륨 이온과 염화 이온이 차곡차곡 쌓여서 만들어진 것이다. 나트륨 원자는 전자를 하나 잃고 양이온이 되면 더욱 안정해지고 염소 원자는 반대로 전자를 하나 얻어 음이온이 되면 안정해지는 특성이 있다. 나트륨 이온과 염화 이온은 규칙적으로 쌓이는데 1개의 나트륨 이온을 6개의 염화 이온이 둘러싸고 있다. 또 1개의 염화 이온은 다시 6개의 나트륨 이온에 둘러싸이게 되고 이온들이 교대로 쌓이게 되니까 이온들은 서로 들러붙게 된다. 소금은 나트륨 이온과 염소 이온이 교대로 단단하게 뭉쳐진 덩어리이기 때문에 매우 높은 온도에서도 분해되기 어렵다. 우리가 식탁에서 맛보는 소금 중에는 구운 소금이라는 것이 있다. 이것은 소금은 섭씨 800°C 이상으로 가열한 것인데 이런 온도에서 소금은 액체 상태가 되기는 하지만 나무처럼 타버리지는 않는다. 그 까닭은 바로 나트륨 이온과 염화 이온이 차곡차곡 쌓여 있어서 공기 중의 산소와 화학적으로 결합하기 어렵기 때문이다. 그래서 뜨겁게 녹인 소금을 다시 식히면 본래의 소금으로 돌아가 버릴뿐 조금도 달라지지 않는다. 이 소금의 정체가 바로 구운 소금이다. 원자 세계에서 모든 원자들이 전자를 내놓으려고만 한다면 자연세계는 만들어질 수 없었을 것이다. 모든 원자들이 전자를 받으려고만 한다고 해도 마찬가지다. 하지만 자연은 참으로 신비하다. 원소 중에는 전자 내놓기를 좋아하는 것이 있는가 하면 전자 얻기를 좋아하는 것도 있다. 주는 쪽이 있으면 받는 쪽이 있는 것이 또 하나의 자연 법칙이다. 나트륨처럼 전자 내놓기를 좋아하는 원소들을 금속 원소라고 한다. 우리가 아는 금속에는 알루미늄, 철, 아연 등의 원소가 있다. 마그네슘이나 칼슘도 금속 원소다. 이들은 모두 전자를 내놓기 쉬운 성질을 가지고 있다. 그와 반대로 염소 원자처럼 전자 받기를 좋아하는 원소를 비금속 원소라고 한다. 우리가 아는 비금속 원소에는 산소, 질소 원소가 있다. 그 외에 플루오르, 황 등의 원소도 비금속 원소다. 금속 원소와 비금속 원소가 양이온 음이온으로 이루어지는 결합을 이온 결합이라고 한다. 나트륨 원자, 염소 원자가 서로 전자를 주고받으면서 이온이 되고 이온 간에 전기적인 인력이 작용하여 서로 들러붙으면 결정이 만들어진다. 금속 원소와 비금속 원소가 결합하여 이루어진 물질을 이온 결정이라 한다. 이온 결정을 화학식으로 나타낼 때는 이온의 전하를 생략하고 이온의 종류와 수만을 표시하는 것으로 약속을 정했다. 모든 이온 결정에서 이온들이 쌓이는 방법은 같을까? 아니다. 결정의 종류에 따라 이온이 쌓이는 방법에는 몇 가지가 있다. 염화나트륨 결정과 염화 세슘 결정, 아연 결정에서 이온이 쌓여 있는 모형을 보면 결정마다 이온들이 쌓인 모습이 다르다는 것을 알 수 있다. 염화나트륨 같은 이온 결정은 이온 결합을 통해 만들어진다. 이온 결합은 금속 원소에서 나온 전자가 비금속 원자로 가면서 일어나는 결합이다. 전자를 내놓고 안정해지는 금속 원자와 전자를 얻어 안정해지는 비금속 원자는 이런 방법으로 결합한다. 물 분자는 전자쌍을 공유하는 결합으로 이루어진 분자다. 물 분자에 있는 산소 원자의 원자 껍질 전자와 수소 원자핵 원자 껍질이 서로 쌍을 이루면서 결합이 일어난다. 공유 결합이란 전자쌍을 함께 나누어 가지는 결합이다. 전자쌍이 나뉠 때 전자를 끌어당기는 힘이 큰 원자 쪽으로 전자가 더 많이 끌려가는 것은 어쩔 수 없는 원자 세계의 약육강식이다. 그 결과 공유 결합에서도 극성을 띠는 분자가 생기게 되는 것이다. 구리에 비하면 철은 제련하기가 쉽지 않다. 그 이유는 녹는점이 청동이나 구리보다 훨씬 높은 섭씨 1,539도나 되기 때문이다. 기원전 1,400년쯤 사람들은 연철을 목탄 불속에 넣어 계속 가열하면서 망치로 두들기면 연철보다 훨씬 단단한 금속을 얻게 된다는 것을 알게 되었다. 이것이 바로 강철이다. 강철은 철 표면에 목탄 가루가 흡수되어 철 표면에 새로운 조직이 생긴 것이다. 이렇게 철기시대가 열리게 되었다. 이것은 지금으로부터 3500년 전의 일이다. 철기시대에는 철제 농기구를 사용하게 되어 농작물의 생산량이 크게 늘어났다. 그 결과 농업뿐 아니라 사회의 모든 분야에 변화가 생기게 되었다. 알루미늄은 1780년에 이르러서야 사용하게 된 금속이다. 금속 중에서 매장량이 가장 많은 알루미늄은 구리나 철보다 녹는점이 훨씬 낮다. 매장량도 많고 녹는점도 낮은데 왜 이렇게 최근에야 사용하게 되었을까? 알루미늄이 가장 최근에 사용된 까닭은 바로 알루미늄 금속의 반응성 때문이다. 반응성이 크다는 것은 다른 원소와 화합을 잘한다는 것이다. 그래서 알루미늄은 자연 상태에서는 언제나 화합물의 형태로 발견된다. 보크사이트는 알루미늄을 함유한 화합물의 원광석이다. 보크사이트를 가열하여 녹인 후 전기분해를 해야만 알루미늄 금속을 얻을 수 있다. 그러니까 금속을 녹여 전기분해하는 기술이 발달하기 전에 알루미늄은 전혀 사용되지 못했던 것이다. 오늘날의 인류는 여러 가지 합금을 만들어 사용하고 있다. 원하는 성질을 가진 금속을 만들기 위해서 합금 기술을 사용하는 것이다. 대표적인 합금으로는 녹슬지 않는 강철인 스테인레스 스틸. 가볍게 견고해서 비행기 몸체를 만드는 데 쓰는 두랄루민 등이 있다. 자유전자는 금속 원자에서 떨어져 나온 원자가전자를 가리킨다. 금속 원자가 모여 금속 결정을 이룰 때 원자핵에서 가장 먼 전자 껍질에 있는 전자가 떨어져나가게 되는데 이것이 자유전자다. 자유전자는 금속 결정 속을 자유롭게 돌아다닌다. 나트륨 금속을 예로 들면 나트륨 원자 당 한 개의 원자가전자가 떨어져 나오고 나트륨 양이온이 만들어진다. 양이온은 일정한 격자를 가지고 배열하는데 금속의 종류에 따라 배열된 모습이 다르다. 금속 양이온과 전자 사이에는 전기적 인력이 미치게 되는데 이 인력으로 금속 결정이 응집되는 것이다. 금속은 다이아몬드처럼 투명하게 빛나지 않는다. 금속은 빛을 통과시키지 않기 때문에 불투명하게 빛난다. 이를 금속광택이라고 한다. 알루미늄과 은은 광택이 많이 나는 금속이다. 이 금속들의 표면은 빛을 잘 반사하므로 거울로 사용할 수 있을 정도다. 그런 금속은 백색으로 빛나기 때문에 장식용 도금으로 많이 쓰인다. 금속의 광택은 금속의 전기가 잘 통하는 성질과 관계가 있다. 빛은 전자기파인데 주파수가 매우 큰 전자기파는 금속의 표면까지 만들어갈 수 있다. 즉 빛은 금속의 표피 두께보다 더 속으로는 들어가지 못하고 반사된다. 이 빛이 바로 금속의 광택이다. 금속은 면심입방격자, 밀집입방격자, 체심입방격자라는 구조를 이루고 있다. 공을 쌓아 올리는 방법에는 두 가지가 있는데 하나는 면심입방격자이고 또 하나는 밀집입방격자다. 촘촘하게 늘어놓는 방법은 한 가지뿐인데 이 위에 공을 촘촘하고 빽빽하게 쌓는 방법도 한 가지뿐이다. 3층에 공을 쌓는 방법은 1층과 똑같은 위치에 쌓을 수도 있고 2층의 빈 곳에 쌓고 4층을 1층과 똑같이 쌓는 방법이 있다. 앞의 방법을 육방쌓기라고 하며 밀집육방격자라고 부른다. 뒤의 방법을 입방쌓기라고 하며 면심입방격자라고 부른다. 체심입방격자는 입방체에 여덟 개의 모서리에 공이 있고 입방체의 중심에 공이 1개인 형태를 가리킨다. 금속은 아주 높은 온도나 낮은 온도에서 결정 구조가 바뀌는 일이 생긴다. 자유전자에 떠 있는 금속이온들이 원래의 배열을 지키지 못하고 위치를 바꾸기 때문이다. 이것을 금속의 변태라고 부른다. 이제까지 밝혀진 바에 의하면 원자는 양전하를 가진 원자핵 주변에 음전하를 가진 전자가 구름처럼 퍼져 있는 모양을 하고 있다. 원자의 크기는 대략 10나노미터 정도이고 원자핵의 크기는 원자의 1만분의 1 정도이며 전자 크기는 원자핵의 10만분의 1 정도에 지나지 않는다. 원자 크기를 야구장에 비유하면 원자핵은 야구공 정도의 크기이고 전자는 개미 정도의 크기에 해당한다. 전자처럼 작은 입자의 경우에는 입자가 어떤 길을 따라 돌아다니는지 알 수 없다. 너무 작은 입자가 너무 빠른 속도로 움직이기 때문이다. 그 대신 전자가 어떤 모양으로 퍼져 있는가는 알 수 있다. 다시 말하면 전자는 너무 작고 너무 빨리 움직이기 때문에 어디에 있는지는 알 수 없고 어디에 존재할 확률이 높은가 즉 어떤 모양으로 퍼져 있는가를 알 수 있을 뿐이다. 전자는 여러 가지 모양으로 퍼져 있다. 전자가 퍼져 있는 모양 즉 전자가 분포하는 모양을 오비탈이라고 한다. 더 정확하게 말하면 오비탈이라는 전자가 발견되는 공간 영역의 확률 함수를 풀어낸 것이다. 그래서 오비탈은 전자가 주로 존재하는 공간이라고 할 수 있다. 어떤 사람은 오비탈은 전자가 구름처럼 퍼져 있는 것에 비유하기도 한다. 그 속의 전자들은 모두 같은 모양으로 퍼져 있을까? 아니다. 전자의 에너지 상태에 따라 퍼져 있는 모양은 달라진다. 길쭉한 모양의 모이통에 모이를 줬을 때 닭들이 모여든 모양과 원 모양의 모이통에 모이를 줬을 때 닭들이 모여드는 모양은 서로 다르다. 모이통 모양에 따라 닭들이 모여드는 모양이 달라지는 것처럼 전자들도 에너지 상태에 따라 퍼져 있는 모양 즉 오비탈이 달라진다. 오비탈에는 여러 가지 모양이 있다. 전자의 에너지 상태에 따라 오비탈의 모양이 달라지기 때문이다. 원자핵에 가깝게 있는 전자는 에너지가 낮고 원자핵에서 멀리 있는 전자는 에너지가 높다. 에너지 상태가 서로 다른 전자들은 서로 다른 모양의 오비탈에 속해 있다. 오비탈은 전자가 사는 방에 비유할 수 있다. 전자가 사는 방 즉 오비탈은 재미있는 여러 가지 모양과 이름을 가지고 있다. 즉 여러 가지 모양의 오비탈이 있다는 말이다. 공처럼 생긴 오비탈도 있고 아령처럼 생긴 오비탈도 있다. 클로버 잎처럼 생긴 오비탈, 심지어 도넛에 아령을 끼워놓은 것처럼 보이는 오비탈이 있다. 모양에 따라 오비탈의 이름도 모두 다르다. s오비탈은 공 모양으로 어느 방향에서나 같은 모양을 하고 있다. s오비탈은 한 가지 종류 밖에 없다. 즉 s오비탈에는 전자쌍이 들어갈 수 있는 방이 한 개 있다. p오비탈은 아령 모양과 비슷하다. p오비탈에는 서로 수직으로 만나는 세 개의 오비탈 즉 Px, Py, Pz 오비탈이 있다. 그래서 p오비탈에는 전자쌍이 들어가는 방이 3개다. d오비탈은 다섯 개의 오비탈이 있다. 즉 d오비탈은 전자쌍이 들어가는 방을 5개 가지고 있다. 오비탈의 모양이 서로 다르다는 것은 무엇을 뜻할까? 모양이 다르다는 것은 에너지 상태가 다르다는 것을 말한다. 다시 말하면 에너지 상태가 서로 다른 전자들이 서로 다른 모양의 오비탈을 만들어내는 것이다. s, p, d 오비탈은 에너지 상태가 서로 다르다. 그러나 같은 오비탈에서는 에너지 상태가 같다. 즉 p오비탈에 있는 3개의 오비탈은 서로 에너지가 같다. b오비탈에 있는 5개의 오비탈의 에너지도 서로 같다. 공유 결합은 어떻게 일어나는 것일까? 전자 구름들의 겹침이라고 할 수 있다. 한 원자에 다른 원자가 가까이 다가오게 되면 두 원자 내부의 전자 분포 즉 오비탈들이 서로 겹치면서 화학 결합을 형성하게 된다. 바로 원자가전자들이 들어 있는 오비탈들이 겹치는 것이다. 전자가 하나 밖에 없는 수소를 제외하면 모든 원소에서 1s의 전자는 결합에 참여하지 않고 바깥쪽에 분포하는 2s와 2p에 들어 있는 원자가전자들만이 화학 결합에 참여하게 된다. 원자핵에서 비교적 멀리 있기 때문에 원자핵의 영향을 덜 받기 때문이다. 특히 2p오비탈들이 결합을 만들 때에는 서로 수직인 x, y, z 방향의 아령 모양이 되며 이것을 각각 2px오비탈, 2py오비탈, 2pz 오비탈이라고 부른다. 오비탈을 전자가 사는 방으로 비유해보자. 전자는 규칙을 가지고 여러 가지 모양의 오비탈을 채워간다. 첫 번째 규칙은 각각의 오비탈에는 1개 혹은 2개의 전자가 들어간다는 것이다. 최대로 2개까지만 들어갈 수 있다는 것이다. 비유하자면 1개의 방에 많은 사람들이 동시에 들어갈 수 없듯 1개의 오비탈에는 여러 전자가 동시에 들어가지 못하고 오로지 1개 혹은 2개의 전자만이 동일한 오비탈에 들어갈 수 있다. 예를 들면 1개의 전자를 가진 수소 원자에서 전자는 원자핵에 가까이 있는 1s오비탈을 차지하게 된다. 두 개의 전자를 가진 헬륨의 경우 전자 두 개는 모두 1s오비탈을 차지한다. 두 번째 규칙은 물이 낮은 곳에서부터 채워져 올라가듯 전자 역시 에너지가 낮은 오비탈부터 순서대로 채워진다는 것이다. 오비탈의 상대적 에너지를 보면 1s오비탈의 에너지가 가장 낮다. 그 다음으로는 2s오비탈, 2p오비탈, 3s오비탈, 3p오비탈, 4s오비탈, 3d오비탈 순서로 에너지가 높아지고 있다. s오비탈은 한 개의 오비탈뿐이지만 p오비탈에는 3개의 오비탈이 있고 b오비탈에는 5개의 오비탈이 있다는 것도 알 수 있다. 전자가 3개인 리튬 원자의 경우 1s오비탈에 2개의 전자가 들어가고 그 바깥쪽에 있는 2s오비탈에 1개의 전자가 들어간다. 하나의 오비탈에 들어갈 수 있는 전자의 수는 2개까지라는 것은 잊으면 안 된다. 세 번째 규칙은 같은 크기의 에너지를 가진 오비탈에 전자가 채워질 때는 전자 1개씩을 각각의 오비탈에 고르게 배치하는 것이다. 즉 1개의 오비탈에 2개의 전자가 채워지고 나서 다른 오비탈에 전자가 들어가는 것이 아니라 같은 에너지의 오비탈에 균등하게 1개씩의 전자가 배치된 후 그래도 전자가 남아 있으면 각각의 오비탈의 전자가 1개씩 더 들어간다는 말이다. 여섯 개의 전자를 가진 탄소의 경우에는 1s 오비탈에 두 개의 전자가 분포하고 그 바깥에 위치한 2s오비탈에 두 개의 전자가 들어간다. 남은 전자는 2개인데 이 나머지 2개의 전자는 2p오비탈에 각각 하나씩 들어간다. 2p오비탈은 모두 3개가 있는데 그중에서 2개의 오비탈에 전자가 각각 하나씩 들어간다는 것이다. 이 규칙들은 모두 전자가 바닥 상태에 있을 때의 규칙이다. 바닥 상태란 각각의 전자가 가질 수 있는 에너지 상태 중 가장 낮은 에너지 상태에 있는 것을 가리킨다. 바닥 상태의 전자가 에너지를 흡수하면 들뜬 상태로 올라가게 된다. 들뜬 상태의 전자는 영원히 그곳에 머무는 것이 아니라 다시 그보다 낮은 에너지 상태로 내려오게 된다. 이때 에너지 차(差)에 해당하는 빛을 내게 된다. 이 빛의 파장이 가시광선 영역일 경우 우리 눈에 색이 보이게 된다. 이것을 원소의 불꽃 반응 색이라고 한다. 원자보다 들뜬 상태로부터 그보다 낮은 에너지 상태로 떨어질 때 방출하는 에너지의 크기가 다르므로 불꽃 반응색은 원소의 종류에 따라 달라진다.

자연 현상을 지배하는 법칙을 최초로 생각한 아낙시만드로스, 그의 과학하는 태도에 대하여 - [과학하는 인간의 태도]

벤투의스케치북 — Thu, 14 May 2026 21:06:00 +0900

과학하는 인간의 태도
카를로 로벨리 지음, 김동규 옮김 / 쌤앤파커스 / 2026년 03월

카를로 로벨리(1956 ~ )는 양자중력(量子重力) 이론 연구에 매진하는 이탈리아의 이론물리학자다. 인문학과 자연과학의 접점에 서서 연구하는 이론가라 할 수 있다. 대표작인 [시간은 흐르지 않는다]를 통해 그는 양자물리학적이면서 철학적(실존적)인 관심과 지향성을 보여준 바 있다. 그의 최신작 [과학하는 인간의 태도]는 2017년 번역 출간된 [첫번째 과학자, 아낙시만드로스 - 과학적 사고의 탄생]의 개정판이다. 이 책이 아낙시만드로스의 첫 번째 과학자로서의 면모에 집중했다면 [과학하는 인간의 태도]는 과학과 비과학의 분별, 과학과 인문학의 접점 등에 초점을 둔 책이다. 물론 두 가지 이슈(1. 과학자로서의 면모. 2. 과학과 비과학의 분별, 과학과 인문학의 접점)는 수렴한다. 그럼 저자가 정의하는 과학은 어떤 것일까? 그것은 1) 의심의 여지가 없는 확실성을 거부하는 태도를 지식탐구의 기초로 삼는 것, 2) 실제로 효과가 있는 개념을 창안하고 그것을 기존 지식의 일부로 통합한 후 다른 사람들에게 그 전체가 새로운 일관된 체계가 되었음을 이치에 맞게 설득하는 일, 3) 선대의 지식을 습득한 후 그들이 저지른 오류를 찾아내고 수정해 세상에 관한 이해를 증진하는 과정 등이다. 아낙시만드로스는 누구인가? 기원전 610년 이오니아의 밀레토스에서 태어나 기원전 546년에 사망한 인물이다. 이오니아는 고대 그리스 문명의 발상지인 아나톨리아(튀르키예) 서부 해안 지역으로 철학과 예술의 발상지라 할 수 있다. 밀레토스는 아나톨리아 반도 서부에 위치했던 고대 그리스의 식민도시다. 당연히 밀레토스와 아낙시만드로스를 연계시켜 말할 수 있다. 밀레토스는 흑해 인근 북부 주민들과의 무역을 통해 부를 축적한 곳인 이오니아의 도시들 가운데서 아니 그리스 전체에서도 가장 번영했던 곳이자 남쪽의 거대 문명과 가장 인접한 도시였다. 아낙시만드로스는 로마의 저술가 클라우디우스 아엘리아누스에 의하면 밀레토스의 식민 도시였던 암피폴리스의 총독을 지낸 인물이다. 당시 그리스는 놀랍게도 땅이 우주 공간에서 떨어지지 않고 떠 있는 돌이라고 여기던 문명권이었다. 이런 그리스의 지적 태도는 거의 유일한 것이었다. 아낙시만드로스는 바로 이토록 혁명적인 세계관의 변화를 낳은 인물이다. 저자는 당시 밀레토스에 플라톤의 아카데미아, 아리스토텔레스의 리케이온 같은 학교가 있었는지 모르나 진정한 의미에서 학교가 있었다고 본다. 그리고 학교의 존재 여부와 상관없이 아낙시만드로스가 탈레스의 연구에 뿌리를 두고 있었음은 분명하다고 본다. 이런 아낙시만드로스를 오늘날 의미에서 과학자라 할 수 있을까? 그렇지 않다. 아낙시만드로스는 지구는 우주에 떠 있는 유한한 크기의 천체로 지구가 떨어지지 않는 이유는 어느 쪽으로 떨어져야 하는지 정해지지 않았기 때문이며 지구는 다른 어떤 천체의 간섭도 받지 않는다고 말했으나 그 동기가 무엇이었건 그의 사상과 연구 결과가 현대적 의미의 과학이었다고 보기는 어렵다. 그의 사상에는 현대 과학의 필수 요소가 빠져 있다. 예컨대 그의 사상에는 자연 현상을 관찰하며 그 수학적 원리를 규명한다는 개념이 없다. 이 개념은 아낙시만드로스 시대로부터 약 1세기가 지난 피타고라스 학파에 이르러 비로소 등장했다. 그리고 수세기에 걸쳐 발전하다가 알렉산드리아에서 본격적 과학의 형태를 갖추었다. 그중에서도 수리 물리학의 기념비적 작품이라 할 수 있는 프톨레마이오스와 히파르코스의 천문학이 특히 주목할 만하다. 물론 만물의 근원은 물이라 주장한 탈레스의 성찰을 바탕으로 자신의 이론을 정립하고 발전시킨 사람인 아낙시만드로스는 고대 그리스에서 우리가 아는 한 최초로 자연주의 세계관을 제시한 인물이다. 탈레스가 말한 물은 그저 물일 뿐이며 그가 생각한 바다는 신이 아니다. 아메리카 나바호족의 창조 설화를 통해서는 유일신의 이름은 어디에나 존재하는 물이라는 구절을 만날 수 있고 구약 성경 창세기를 통해서는 하나님이 빛을 창조하기 전에 혼돈하고 공허한 땅, (하나님의 영이 운행하는) 수면(水面)이 존재함을 알 수 있다. 아낙시만드로스가 설명한 세상의 역사에는 초자연적 존재가 개입할 여지가 전혀 없었다. 그는 세상 만물을 불, 추위, 더위, 공기, 흙 등 주변에서 흔히 볼 수 있는 사물이나 현상으로 설명했다. 또한 설명의 대상도 태양, 별, 지구처럼 세상에 존재하는 것들이었다. 아낙시만드로스의 자연주의적 관점이 기막히게 들어맞은 분야는 생명과 인간의 기원에 관한 통찰이다. 그는 생명의 기원이 바다에 있다고 생각했고 생물종의 진화가 기후 조건의 변화와 관련이 있다고 분명히 언급했다. 최초의 생명체는 바다에서 태어났고 지구의 대기가 건조해짐에 따라 육상으로 올라와 적응했다고 말했다. 심지어는 어떤 생물이 진화해 최초의 인간이 되었는지 궁금해하기도 했다. 이런 문제는 다윈의 본격적 연구 이후에야 우리가 아는 상식으로 발전했다. 기원전 6세기에 아낙시만드로스가 이런 생각을 했다는 사실은 그저 놀랍기만 하다. 아낙시만드로스의 설명이 사실과 다르다고 해도 대기 현상의 원인을 자연에서 찾으려 한 그의 생각 자체가 이 세상에 과학이라는 분야를 탄생시켰다는 중요한 의의를 지닌다. 더구나 아낙시만드로스의 설명이 모두 틀린 것도 아니다. 오히려 그 중에는 놀랍도록 정확한 내용이 더 많다. 비는 실제로 지상의 물이 태양열에 힘입어 증발한 결과 발생하는 현상이다. 지진을 일으키는 가장 중요한 요인이 지각의 균열이라는 것도 사실이다. 생명체는 바다에서 처음 탄생해 이후 육상에서 살아남도록 진화했다. 아낙시만드로스는 도대체 어떻게 그 시대에 이 모든 사실을 알았을까? 어쩌면 그 비결은 단순히 기존 설명에 의문을 품은 것일지도 모른다. 아낙시만드로스보다 1세기 후에 밀레토스에서 활동한 헤카타이오스는 아낙시만드로스가 남긴 지도를 바탕으로 연구를 거듭해 그리스 최초의 역사가가 되었다. 고대 사상사에서는 스승과 제자의 관계를 흔히 찾아볼 수 있다. 공자와 맹자, 모세와 여호수아를 비롯한 선지자들, 예수와 바울, 부처와 교진여 등이 대표적이다. 책 전편이 흥미롭지만 특히 그런 부분은 이 부분이다. 맹자는 공자의 사상을 깊이 연구하고 발전시켰지만 스승의 주장을 의심한 적은 한 번도 없었다. 바울은 모든 복음서를 통틀어 가장 위대한 기독교의 이론적 기초를 세웠지만 예수의 말씀을 비판하거나 공개적으로 의문을 제기한 적은 없었다. 선지자들은 여호와와 그 백성의 관계를 깊이 있게 설명했으나 모세의 오류를 분석하는 언행은 일체 하지 않았다.(131 페이지) 오직 아낙시만드로스만 전혀 다른 태도를 보였다. 아낙시만드로스는 스승인 탈레스에 반대되게 물 없이 허공에 떠 있는 지구를 주장했고 지진이 일어나는 것도 지구를 떠받치는 바다가 흔들리기 때문이라는 스승 탈레스의 주장에 반해 지진은 대지가 갈라지기 때문이라고 보았다. 저자는 중국 문명이 수 세기 동안 여러 면에서 서양보다 우월했지만 스승을 비판하거나 의문시하지 않는 풍조 때문에 과학혁명 같은 일이 일어나지 않았다고 말한다. 여담(餘談)이지만 바울이 예수의 메시지를 관념화시켰다고 비판하는 사람들이 그들과 다른 저자의 지적(바울은 예수의 말씀을 비판하거나 공개적으로 의문을 제기한 적이 없다)을 어떻게 생각할지 궁금하다. 나는 저자의 지적에 공감한다. 한편 그러면서도 비판이나 의문 제기 없이 결이 다른 이론을 제시할 수도 있지 않을까, 란 궁금증이 든다. 여담에서 본론으로 돌아와 아낙시만드로스가 스승 탈레스의 사상에 반(反)하는 내용을 세운 부분을 보자. 아낙시만드로스의 스승 탈레스는 만물의 근원이 물이고 그것이 광대한 바다이며 대지는 그 바다 위에 떠 있다고 봤다. 따라서 탈레스가 보기에 대지는 원반형이 될 수밖에 없었다. 그런데 아낙시만드로스는 직감적으로 바다가 대지를 둘러싸며 떠받치고 있다는 탈레스의 가정이 불필요하다고 생각했다. 그 결과 광대한 바다를 걷어낸 아낙시만드로스의 지구는 허공에 떠 있는 원통형 대지가 되었다. 과학 발전과정에서 핵심 단계는 지구가 원통형인지 구형인지가 아니라 그것이 허공에 떠 있는 유한한 천체라는 개념이 등장한 시점이다. 지구는 원통도 아니고 구체도 아니다. 지구는 양쪽 극으로 갈수록 조금 납작해지는 타원체다. 정확히 말하면 남극이 북극보다 조금 더 납작하므로 타원체도 아니고 서양 배 모양에 가깝다. 지구가 다른 어떤 것에도 의지하지 않은 채 허공에 떠 있는 돌멩이이고 우리 머리 위에 보이는 하늘이 발 아래에도 똑같이 있다는 개념이야말로 인류 사상사의 일대 도약이다. 이것이 아낙시만드로스의 업적이다.(92 페이지) 현대의 비과학 분야 학자 중에는 지구를 원통으로 본 아낙시만드로스의 우주관을 원시적이며 별로 중요하지 않은 것으로 치부하고 지구가 둥글다고 말한 피타고라스와 아리스토텔레스의 우주모델을 과학적이라고 평가하는 사람이 꽤 많다. 그러나 이런 판단이야말로 명백한 과학적 오류다. 지구가 평평하다고 믿은 인류가 지구를 허공에 떠 있는 유한한 천체라고 생각하는 것은 좀처럼 일어나기 힘든 대혁명이었다. 중국의 천문학이 무려 2천년간 이어져오면서 이런 혁명을 이뤄내지 못한 것만 봐도 이것이 얼마나 어려운 일이었는지 알 수 있다. 반면 지구가 원통형이라고 생각하다가 알고 보니 구체였다고 바꾸는 것은 그리 어려운 일이 아니다. 그런 변화는 단 한 세대만에 이루어졌다. 우주론은 위대한 혁명을 불러온 주인공이라는 칭호는 당연히 아낙시만드로스에게 돌아가야 한다. 그런데 아낙시만드로스는 도대체 어떻게 땅 아래에도 하늘이 있다는 생각을 해냈을까? 지구가 허공에 떠 있다는 개념은 우리가 알던 기존의 법칙 즉 모든 사물은 아래로 떨어진다는 원리를 정면으로 거스른다. 지구를 떠받치는 것이 없다면 아래로 떨어질 수밖에 없다. 그런데 왜 지구는 떨어지지 않는 것인가? 모든 별이 북극성을 축으로 한 바퀴 도는 것을 알 수 있다. 그러려면 지평선 아래에 허공이 존재해야 한다. 지구가 허공에 떠 있다는 개념은 별의 일주 운동과 완벽히 일치했기에 그것을 떠올리는 것은 비교적 쉬웠다. 하지만 무거운 물체가 아래로 떨어진다는 기존 상식과는 충돌하는 개념이었다. 이 둘을 조화롭게 통합하는 것이 진정한 난제다. 아낙시만드로스의 천재성은 지구는 왜 떨어지지 않는가? 하는 질문을 떠올렸다는데 있다. 그의 대답은 아리스토텔레스의 [천체에 관하여]에 실려 있다. 저자는 이것이야말로 과학사에서 가장 빛나는 순간이라고 생각한다. 그는 지구가 떨어지지 않는 것은 그 어떤 방향으로도 떨어질 이유가 없기 때문이라고 했다. 지상에 존재하는 물체들의 상대적 위치는 변하지 않지만 태양계의 차원에서 보면 그들은 끊임없이 움직이고 있다. 정지와 운동이라는 개념은 우리가 일상에서 경험하는 것보다 훨씬 복잡하다. 아낙시만드로스는 천체가 천구에 매달려 있는 것이 아니라 지상에서 각각 다른 거리의 우주 공간에 퍼져 있다고 본 최초의 인물이다. 쿠푸리는 아낙시만드로스가 우주라는 열린 공간을 창안했다고 말한다. 이것은 엄청난 사고의 도약이다. 아낙시만드로스는 위에 하늘이 있고 아래에 지구가 있는 우주 대신 주변이 하늘로 둘러싸인 채 허공에 떠 있는 지구라는 우주를 제시했다.(106 페이지) 찰스 칸은 우리는 설사 저자가 누구인지 모른다고 해도 지구의 위치에 관한 아낙시만드로스의 이론만으로 그를 합리적 자연과학의 창시자로 인정할 수 있다고 말한다. 과학 철학자 칼 포퍼는 자신은 지구가 우주 공간에 떠 있다는 아낙시만드로스의 생각이야말로 인류의 사상사에서 가장 대담하고 혁명적이며 선구적인 것이었다고 본다고 말한다. 저자는 오늘날 아낙시만드로스의 사상이 과소평가되는 뿌리에는 과학과 인문학을 전혀 다른 것으로 보는 현대의 악습이 자리하고 있다고 말한다. 우리는 이를 뒷받침할 말을 플라톤의 [파이돈]을 통해 알 수 있다. [파이돈]은 지금껏 영혼의 불멸성에만 초점이 맞추어진 책이라 해도 지나치지 않다. 그러나 이 책은 지구는 둥글다는 새로운 세계관을 역사상 처음으로 소개한 문헌이라는 가치가 있다. 그럼에도 이런 점이 간과된 것은 오늘날 과학과 인문학이 서로의 진면목을 제대로 알아보지 못하고 있음을 보여주는 증거라는 것이 저자의 견해다. 아낙시만드로스는 아페이론을 만물의 근원으로 지목했다. 아페이론이란 무엇일까? 그것은 한계가 없는 것(무한)이라는 뜻, 정해지지 않은 것(무규정)의 의미를 갖는 말이다. 아낙시만드로스가 아페이론이라는 단어를 통해 설명하려 한 의미는 무엇이었을까? 아페이론의 본질적 특징은 우리가 일상에서 경험하는 물질이 아니라는 점이다. 아낙시만드로스는 우리가 일상적으로 경험하는 모든 물질이 다른 어떤 곳의 관점에서 이해될 수 있다고 제안했다. 그것은 자연적이면서도 우리의 일상적 경험에는 속하지 않는 무언가다. 우리가 경험하는 모든 물질과 동일하지 않지만 그 물질들에 대해 상당히 통일적 원리로 기능하는 어떤 것의 존재를 상상하는 것이다. 이런 가정이 유용하다는 생각이야말로 아낙시만드로스 습관의 핵심이다. 아낙시만드로스가 아페이론의 존재를 상상한 것은 이후 과학의 눈부신 성공을 예비한 바탕이 되었다. 그것은 눈에 보이지도 않고 인식할 수도 없지만 자연 현상을 설명할 수 있는 실체의 존재를 상상하는 것이라는 의미를 갖는다.(119 페이지) 기원전 5세기 그리스의 데모크리스토스와 레우키포스가 원자를 상상하고 19세기 영국의 존 돌턴이 원자를 연구한 것은 모두 아낙시만드로스가 아페이론을 가정한 정신을 이어받은 결과였다. 그것은 모두 우리가 직접적으로 인식할 수 없는 자연의 실체이지만 우리는 그것을 통해 물질의 구성을 이해할 수 있다. 다른 예로 패러데이가 현대 과학에 남긴 큰 공헌을 들 수 있다. 19세기 중반까지만 해도 전기와 자기 현상을 아우르는 통일된 원리는 밝혀지지 않았다. 패러데이는 심층 실험을 통해 관련 현상을 연구한 결과 전자기장이라는 새로운 개념을 창안했다. 장(場)은 마치 어디에나 뻗쳐 있는 거미줄처럼 모든 공간을 채우는 실체다. 그것은 오늘날 과학자들이 패러데이의 역선(力線)이라고 부르는 '눈에 보이지 않는 손'으로 이루어져 있다. 원자, 패러데이와 맥스웰의 전자기장, 아인슈타인의 휘어진 시공간, 가연성 물질에 존재한다고 여겨졌던 플로지스톤, 아리스토텔레스와 핸드릭 로렌츠의 에테르, 겔만의 쿼크, 파인만의 가상 입자, 슈뢰딩거의 양자역학에 등장하는 파동 함수, 현대 기초 물리학에서 우주의 바탕으로 가정하는 양자장 등은 모두 인간이 직접 인지할 수는 없지만 복잡한 현상을 일관된 논리로 설명하기 위해 가정하는 이론적 실체들이다. 이들은 아낙시만드로스가 아페이론에 부여한 것과 같은 역할과 기능을 담당한다. 저자에 의하면 우리는 서양과학 전체가 겉으로 드러난 자연현상 뒤에 숨은 수학 법칙을 찾기 위해 아낙시만드로스, 피타고라스, 플라톤 등이 공동으로 노력한 결과라고 말할 수 있다. 수학적 법칙이라는 개념이 등장하기 전에 자연 현상을 지배하는 법칙이라는 개념을 최초로 생각한 주인공은 다름 아닌 밀레토스의 아낙시만드로스일 가능성이 크다.(127 페이지) 저자는 절대로 바뀌지 않는 결정적인 과학 법칙이라는 개념은 사라졌다는 말로 자신의 주안점에 대해 이야기한다. 아인슈타인과 하이젠베르크가 발견한 법칙도 언젠가 한계에 다다르고 더 나은 법칙이 그 자리를 차지할 것이다. 아인슈타인과 하이젠베르크의 이론 사이에도 미묘하게 어긋나는 점이 있어 우주에 최종적이고 결정적인 법칙을 확인했다고 단언할 수 없다. 연구는 계속되어야 한다. 이론 물리학자인 저자는 자신이 하는 일이 이 두 가지 이론을 통합하는 원리를 찾아내는 것이라 말한다. 새로운 이론을 만드는 것은 세계관을 바꾸는 것이다. 물론 아인슈타인의 이론이 나온 후에도 뉴턴의 이론이 유용한 영역이 있다. 저자는 과학을 우아하게 설명한다. 즉 과학이란 우리가 너무 무지하고 수많은 오류를 안고 있기 때문에 존재하는 학문으로 그것은 우리의 무지와 호기심에서 태어나 우리가 알고 있다고 생각하는 모든 것에 도전하지만 사실에 입각한 증명이나 합리적 비판과 분석 앞에서 우리는 무릎을 꿇는다. 과학은 더 멀리 보는 일이다. 과학의 본질은 기술이 아니라 그보다 앞서는 관점에 있다. 새로운 과학 이론은 과학자의 상상력에 힘입어 어느 날 갑자기 만들어지는 것이 아니라 언제나 기존의 지식이 조금씩 수정되면서 발전하는 것이다. 완전히 새로운 개념 구조를 무(無)에서 창조한 사람은 없다. 우리는 자기 생각을 결코 벗어날 수 없기 때문이다. 우리는 우연히 얻은 개념 구조 속에서 생각한다. 생각은 그 대상인 현실과 부딪히고 맞서면서 점점 변화한다. 과학을 믿을 수 있는 것은 그것이 확실한 진실이기 때문이 아니라 지금으로서는 가장 좋은 답이기 때문이다. 과학은 새로운 답이 나오면 언제든 받아들일 수 있다. 즉 과학적 사고는 언제든 배울 준비가 된 마음가짐이다. 저자는 아낙시만드로스가 스승 탈레스에 대해 한 존중과 비판의 관계를 논한다. 그것은 모순 없는 태도다. 우리는 동료 시민에게서 배울 준비가 되어 있지만 필요하다면 그들을 비판할 준비도 되어 있다. 관건은 무조건 거부도 무조건 수용도 아닌 우리의 이성을 사용해 대립과 대화, 판단을 엮어 내는 일이다. 짐작했겠지만 아낙시만드로스는 명시적으로 신(神)을 언급하지 않았다. 언급하지 않은 정도가 아니라 신의 존재를 철저히 무시했다. 자연과학을 공부하며 기독교를 믿는 나는 신을 입에 올리는 또는 찾는 아낙시만드로스가 아닌가, 하는 생각을 하게 된다. 내가 자연과학에 대해 말하거나 글을 쓸 때 신을 위한 공간은 없기 때문이다. 신앙과 학문을 통합할 수 있을까? 충분히 읽지 못한 탓이겠지만 그 통합 작업을 한 책을 보며 명쾌하고 설득력 있는 주장을 접한 바가 없다고 해도 지나치지 않다. 저자는 그저 인간의 상상력에서 나온 존재가 아니라 인류의 인지적, 사회적, 심리적 경험을 체계화하는 어떤 본질의 상징인지도 모르는 신이란 무엇일까?라고 묻는다. 아낙시만드로스의 주장과 정반대되는 이것은 무엇일까?라고 묻는다. 마찬가지로 우리 자신의 마음이 어떻게 작동하는지 아직 모른다고 말한다. 중요한 점은 저자가 마음은 무엇일까?라고 묻지는 않았다는 점이다. 저자가 말했듯 생각은 이 세상에서 길을 찾는 가장 좋은 도구다.(251 페이지) 저자는 속이 텅 빈 진실 안에 숨든 지식이 불확실하다는 점을 인정하든 양자택일해야 한다고 말한다. 자크 모노가 [우연과 필연]의 마지막 부분에서 한 말(왕국을 선택하느냐 어둠의 나락으로 떨어지는 것을 선택하느냐는 전적으로 인간 자신에게 달려 있다)을 연상하게 한다. 카를로 로벨리의 말은 자크 모노의 말과 비교할 수 없이 따뜻하다. 가령 그런 점은 “우리의 지식은 지구와 마찬가지로 허공에 떠 있다. 우리가 알던 지식이 금세 뒤바뀌고 불안한 마음이 들더라도 삶은 무의미한 것이 아니라 오히려 더 소중해진다.”는 저자의 결론격의 말이 있기에 더욱 확실해진다. 철학자 이정우 교수는 아낙시만드로스가 제시한 아페이론을 사유의 수준이 갑자기 현저하게 높아진 것이라 설명하며 관건은 어떤 존재론적 가설을 던짐으로써 현실을 넘어갔다면 이제 현실로 다시 내려와 그 가설을 검증하는 것이라 말한다.([세계철학사 1] 70, 72 페이지) 이는 나도 늘 생각하는 내용이다. 자연과학에 몰입하느라 그간 잊고 있었던 인문학 특히 철학 그라운드로 복귀해야 함을 느낀다. 저자도 인용(“종교는 지성의 파괴적 힘에 맞서는 사회의 방패“)한 앙리 베르그송은 커진 육체는 영혼의 보충을 기다린다는 말을 했다. 육체와 영혼이 함께 가야 하듯 신앙과 학문, 자연과학과 인문학은 함께 해야 할 것이다.