산당화 그늘 (벤투의스케치북 서재)

2007년 노벨 평화상, 2021년 노벨 물리학상에 대해

벤투의스케치북 — Sun, 26 Apr 2026 07:50:00 +0900

* 나의 질문;기후역학 석좌교수인 자가디시 슈클라는 기후변화에 관한 정부 간 협의체 4차 평가보고서의 핵심 저자이기에 2007년 정치인인 엘 고어와 함께 노벨 평화상을 수상했다. 반면 기상학 박사인 일본계 미국인 마나베 슈쿠로는 지구 온난화를 예측하는 데 선구적이고 중요한 역할을 한 공로를 인정 받아 2021년 노벨 물리학상을 수상했다. 자가디시 슈클라는 과학자이지만 중요 보고서를 작성한 핵심 저자여서 노벨 평화상을 수상한 것이고 마나베 슈클로는 과학 업적을 인정받아 노벨물리학상을 수상한 것인가? AI의 답;네. 그렇습니다. 두 분 모두 기후 역학을 연구하는 과학자이지만, 슈클라는 과학적 성과를 바탕으로 정책에 영향을 미치는 보고서 작성(평화상)에 기여한 공로로, 마나베는 기후 모델링의 기초적인 물리학적 토대를 마련한 공로(물리학상)로 상을 받았습니다. * 나의 질문;조르주 파리시도 마나베 슈쿠로, 클라우스 하셀만 등과 함께 2021년 노벨 물리학상을 수상했다. 파리시도 기후 관련 공로로 노벨상을 수상한 것인가? AI의 답;조르주 파리시 교수는 마나베 슈쿠로, 클라우스 하셀만과 함께 2021년 노벨 물리학상을 공동 수상했지만, 기후 변화 관련 공로로 수상한 것은 아닙니다. 원자에서 행성 단위에 이르기까지 물리적 시스템에서 '무질서와 변동의 상호작용'을 발견한 공로로 수상했습니다. * 나의 질문: 조르주 파리시의 무질서와 질서의 상호작용 이론으로 기후를 분석할 수 있는가? AI의 답; 네. 조르주 파리시의 이론은 지구 기후와 같이 수많은 요소가 무작위로 얽혀 있는 복잡계(Complex System)에서 패턴을 찾아내는 핵심적인 도구입니다. 파리시의 이론은 이 스핀 유리 안의 무질서 속에 질서가 존재한다는 것을 보여주었으며 이 방법론이 기후 시스템의 무작위성 내에 숨겨진 질서를 발견하는 데 적용되었습니다. 파리시는 자신의 이론을 통해 기후를 비롯한 ‘복잡계가 지배하는 미래’를 완벽하게 예측하는 것은 불가능하다는 점을 분명히 했습니다. 하지만 무질서한 시스템 속에서도 '변하지 않는 구조'나 '확률적인 질서'를 이해함으로써 기후 위기에 대해 더 나은 과학적 근거를 제공할 수 있습니다.
자가디시 슈클라의 [내일 날씨는 맑음]을 주문했다. 올해 마나베 슈쿠로의 [기후의 과학], 조르주 파리시의 [무질서와 질서 사이에서] 등을 읽었다. [내일 날씨는 맑음]까지 읽으면 기후에 대해, 기후와 관련한 노벨상 수상자들에 대해 더 잘 알 수 있을 것이다. 출판사, 번역자 등에 두루 감사한다.

별의 처음부터 마지막까지 - [찬드라세카르가 들려주는 별 이야기 - 과학자들이 들려주는 과학이야기 56]

벤투의스케치북 — Sat, 25 Apr 2026 18:40:00 +0900

찬드라세카르가 들려주는 별 이야기 - 과학자들이 들려주는 과학이야기 56
정완상 지음 / 자음과모음 / 2005년 09월

[찬드라세카르가 들려주는 별 이야기]는 정완상의 책이다. 얇은 책이지만 별에 관한 주요 내용들이 빠짐없이 소개되어 있다. 이 책은 자음과 모음 출판사에서 나온 과학자들이 들려주는 과학 이야기 시리즈의 56번째 책이다. 정완상은 최근 성림원북스에서 20권으로 이루어진 세상에서 가장 쉬운 과학수업 시리즈를 냈다. 그 중의 한 권이 [별의 물리학]이다. 세상에서 가장 쉬운 과학수업 시리즈는 자음과 모음의 과학자들이 들려주는 과학 이야기보다 업그레이드된 책들이다. 과학자들이 들려주는 과학 이야기 시리즈는 여러 저자가 참여했고 세상에서 가장 쉬운 과학수업 시리즈는 정완상의 책이다. [찬드라세카르가 들려주는 별 이야기]는 세계에서 최초로 별을 관측한 사람들 이야기로부터 시작된다. 세계에서 최초로 별을 관측한 사람들은 바빌로니아 사람들이다. 그들은 지금의 이라크 지역인 티그리스 강과 유프라테스 강 사이인 메소포타미아에 살고 있었다. 그들은 기원전 1580년 최초로 하늘의 별을 기록한 천문도를 만들었다. 기원전 1200년경에 이르러서는 이집트 사람들과 중국 사람들도 별에 대한 그림을 그리고 별에 대한 연구를 시작했다. 그리스 시대에 와서 별을 연구하는 천문학은 과학의 한 분야가 되었다. 천문학은 그리스어로 ‘별의 이름을 주다‘라는 뜻이다. 흔히 점성술과 천문학을 같은 것으로 생각하지만 둘은 완전히 다르다. 천문학은 별이나 행성 등 천체의 탄생 및 구조를 밝히는 과학이다. 점성술은 별의 움직임이 사람들의 생활에 좋은 영향을 주는지 나쁜 영향을 주는지를 예측하는 기술이다. 점성술은 과학이라고 말할 수는 없다. 천문학에서는 스스로 빛을 내지 못하는 천체를 어두운 물질이라 부른다. 가령 태양계에서 밝은 물질은 태양 하나뿐이고 지구를 비롯한 다른 행성들과 그의 위성들은 모두 어두운 물질이다. 밤하늘에 보이는 별과 별 사이에는 어두운 물질이 있을까? 그렇다. 아주 오래전 사람들은 여러 개의 별들이 모여 어떤 모양을 하고 있다고 생각했다. 이렇게 별들이 만들어내는 모양을 별자리라고 부른다. 이렇게 별자리를 나타냄으로써 사람들은 어떤 별자리가 보이는가에 따라 계절의 변화를 알 수 있었다. 바빌로니아 사람들은 별자리에 동물의 이름을 붙였다. 그래서 사자자리, 황소자리, 전갈자리가 탄생했다. 고대 그리스 사람들은 신화나 전설에 나오는 사람들의 이름을 붙였다. 메두사의 머리를 벤 그리스의 영웅 페르세우스의 이름을 붙인 페르세우스 자리가 대표적이다. 그 후 그리스의 프톨레마이오스는 우주의 별자리를 모두 48개로 분류했다. 현재 우주에는 88개의 별자리가 있다. 밤하늘에 보이는 별들은 모두 지구로부터 다른 거리에 놓여 있다. 별은 지구로부터 아주 멀리 떨어져 있다. 지구에서 가장 가까운 태양도 1억 5천만 킬로미터나 떨어져 있다. 별까지의 거리를 킬로미터를 사용해 나타내는 것은 아주 불편하다. 우주는 우리가 상상할 수 없을 정도로 넓어 이런 거리 단위로 별까지의 거리를 나타내는 것은 아주 불편하다. 그래서 과학자들은 광년이라는 거리 단위를 도입하게 되었다. 광년은 빛의 속력으로 1년 동안 간 거리를 말한다. 광년이라는 단위는 은하 속에서 별과 별 사이의 거리를 나타낼 때 아주 편리하다. 보는 위치에 따라 물체의 위치가 달라져 보이는 것을 시차(視差)라고 한다. 태양과 별과 지구가 이루는 각은 연주시차라고 부른다. 별자리까지 거리가 멀어질수록 연주 시차는 작아진다. 즉 연주 시차와 별까지의 거리는 반비례의 관계에 있다. 따라서 연주 시차를 별까지의 거리 대신 이용할 수 있다. 하지만 별들은 워낙 멀리 떨어져 있기 때문에 연주 시차는 아주 작다. 그래서 아주 작은 각도를 나타내는 새로운 단위가 필요하다. 우리는 각도의 단위를 도라고 알고 있다. 이 각도를 60등분한 하나의 각도를 분이라고 한다. 1도는 1분이라는 각도가 60개 모여서 만들어진다. 1도를 3600 등분한 하나의 각도가 1초다. 정리하면 1도는 60분, 1분은 60초, 1도는 3,600초다. 연주 시차가 1초인 별까지의 거리를 1 파섹이라고 한다. 1파섹은 3.26 광년이다. 밤하늘의 별들이 태양에 비해 어둡게 보이는 이유는 너무 멀리 떨어져 있기 때문이다. 별의 밝기를 나타내기 위해 천문학자들은 등급을 사용한다. 기원전 시대에 그리스의 히파르코스는 밤하늘에 보이는 가장 밝은 별을 1등성으로, 가장 희미한 별을 6등성으로 하여 별의 밝기에 따라 여섯 등급으로 나누었다. 어떤 별이 다른 별과 다섯 등급의 차이가 나면 별이 밝기에서는 총 100배의 차이가 난다. 1등성은 6등성보다 100배 밝다. 6등성은 11등성보다 100배 밝다. 우주에서 가장 많은 원소는 수소다. 우주의 원소 중 4분의 3은 수소 기체이고 4분의 1은 헬륨 기체이다. 다른 원소들은 아주 적다. 우주가 처음 태어나던 당시에는 헬륨도 거의 없고 온통 수소뿐이었다. 하지만 우주가 지금까지 150억 년을 살아오면서 수소 중 일부가 헬륨으로 바뀌었고 그러한 과정은 지금도 계속 진행되고 있다. 이렇게 우주는 거의 기체로 이루어져 있고 우주 대부분의 질량을 차지하는 것은 별이므로 별은 거의 기체로 이루어져 있는 것이다. 별은 주로 수소와 헬륨으로 이루어져 있다. 우주의 별과 별 사이에는 아무런 물질도 없는 것처럼 보이지만 사실 수소나 헬륨 같은 기체와 아주 작은 고체 입자들이 있다. 우주 공간에서 수소나 헬륨 같은 기체의 밀도는 1 세제곱 센티미터에 원자 한 개 정도로 낮은 편이다. 이렇게 별과 별 사이에 있는 기체 상태의 물질을 성간 가스라 부른다. 아주 작은 고체 입자를 우주 먼지라 부른다. 1970년 미국의 전파망원경에 의해 처음 발견되었다. 우주 먼지의 종류에는 물, 철, 규소 산화물 또는 메테인, 암모니아 같은 유기물질이 있으며 그 크기는 10만분의 1cm 정도다. 우주먼지의 밀도는 큰 방에 한 개 정도로 아주 낮다. 이렇게 우주 공간에서 별과 별 사이에 존재하는 성간 가스와 우주 먼지를 합쳐 성간 물질이라 부른다. 별은 왜 태어날까? 그것은 성간 물질의 양이 장소에 따라 차이가 나기 때문이다. 어떤 곳에는 성간 물질이 적고 어떤 곳에는 많이 모여 있기 때문이다. 성간 물질들이 많이 모여 있는 곳은 주변의 별빛을 반사시켜 아름다운 빛을 낸다. 그것을 성운이라 부른다. 성운은 별들이 태어나는 요람이다. 별이 만들어질 때는 성운을 이루는 성간 물질들이 한곳으로 뭉치기 시작한다. 처음에는 천천히 뭉치지만 성간 물질들의 거리가 가까워질수록 서로 당기는 만유인력이 커져 점점 더 빠르게 뭉쳐 별의 모습을 이룬다. 이렇게 만들어진 별을 원시 별이라고 한다. 말하자면 갓 태어난 아기 별이다. 우주에는 지금도 원시 별이 태어나고 있다. 성운 속의 성간 물질들은 처음 수축할 때는 넓게 퍼져 있어 느리게 회전하지만 수축이 빨라져 동그란 모양을 이루게 되면 성간 물질들이 좁은 곳에 모여 있으므로 빠르게 회전한다. 원시 별은 회전하면서 중심쪽으로 더욱 더 수축한다. 이때 별의 안쪽은 수축이 크게 일어나 압력이 높아지고 바깥쪽은 수축이 작게 일어나 압력이 낮아진다. 대부분의 별은 안쪽으로 들어갈수록 압력이 높아진다. 이러한 수축의 결과로 별 내부의 압력은 점점 커지게 된다. 이러한 과정에서 원시 별의 내부 온도는 점점 올라가고 온도가 섭씨 1만 도에 이르면 대부분의 수소가 이온화된다. 수소는 핵인 양성자와 그 주위를 도는 전자로 구성되어 있는 가장 가벼운 원소다. 수소의 이온화란 온도가 높아짐에 따라 수소 핵 주위를 돌고 있던 전자가 충분한 운동에너지를 얻어 더 이상 수소 핵의 전기적 인력에 붙잡히지 않고 자유로이 공간을 돌아다니는 상태를 말한다. 즉 수소의 원자핵과 전자가 분리되는 상태를 말한다. 이를 플라스마 상태라고 부른다. 정리하면 이온화 상태란 원자핵과 전자가 분리된 상태를 말하고 플라스마 상태라고도 한다. 1만도란 핵으로부터 전자를 떼어내는 데 드는 에너지를 온도로 환산한 수치를 말한다. 원시 별의 내부 온도가 점점 올라가 2천만 도에 이르면 수소의 원자핵들이 함께 결합하여 헬륨을 만드는 핵융합 반응이 일어난다. 이 반응에서 에너지가 발생한다. 수소의 원자핵들이 많으므로 수소의 핵융합 과정에서 큰 에너지가 발생한다. 이 에너지가 바로 별에 열과 빛을 주게 된다. 이 과정에서 별 내부의 기체 압력이 커져 별의 수축이 더 이상 진행되지 않는다. 별의 수축은 성간 물질들 사이의 만유인력이고 그 방향은 별의 안쪽이다. 기체의 압력은 기체가 팽창하려는 힘으로 밖을 향한다. 이 두 힘이 평형을 이루면 별이 안정된 모습을 찾게 된다. 원시 별의 바깥을 에워싸고 있던 두꺼운 가스와 먼지가 우주 공간으로 날아가면서 별이 사람들의 눈에 모습을 드러내는 것이다. 기체 상태의 성간 물질이 모인다고 모두 별이 되는 것은 아니다. 수축한 성간 물질의 양이 태양 질량의 10분의 1보다 작으면 내부 온도는 2천만 도에 이르지 못하게 되어 핵융합이 이루어지지 않는다. 그러므로 별이 되지 못한다. 목성이 수소 기체로 이루어져 있음에도 별이 되지 못한 것은 이러한 이유 때문이다. 사람들에게 수명이 있듯 별에게도 수명이 있다. 별을 빛나게 해주는 주재료가 수소이므로 수소가 다 타버리면 별은 수명을 다하게 된다. 천문학자들은 수소가 핵융합하는 것을 수소가 탄다고 표현한다. 핵융합은 물질이 타는 연소 반응과는 아무 관계가 없으므로 옳은 표현은 아니다. 별의 밝기와 수명은 원시 별의 질량과 밀접한 관계가 있다. 별의 밝기는 일반적으로 질량의 세제곱에 비례한다. 태양보다 두 배 무거운 별은 태양 밝기의 8배가 되고 태양 질량의 2분의 1인 별은 태양 밝기의 8분의 1이 된다. 원시 별의 질량이 크다는 것은 성간 물질이 많이 뭉쳐 있다는 것을 의미한다. 즉 수소가 많다는 이야기다. 하지만 무거울수록 밝은 빛을 내기 때문에 무거운 별은 그만큼 수소를 빠르게 없앤다. 그러므로 무거운 별은 짧은 삶을 산다. 반면 가벼운 별은 수소의 양은 적지만 어두운 빛을 내므로 수소가 천천히 줄어 오래 살 수 있다. 가벼운 별인 태양은 100억 년 동안 탈 수 있는 수소를 가지고 태어났다. 물론 지금까지 태양은 50억 년 동안 수소를 태워왔으므로 이제 남아 있는 수소로 50억 년을 더 버틸 수 있다. 우주의 나이가 150억 살이라는 것을 생각할 때 이 정도의 수명은 아주 긴 수명이다. 원시 별의 온도는 갈수록 내려가고 크기는 점점 커진다. 이것이 별의 진화이다. 이렇게 별이 점점 커지는 상태를 주계열성 상태라고 하고 이런 상태에 있는 별을 주계열성이라고 한다. 우주에 있는 별 중 99% 이상은 주계열성이다. 태양도 점점 커지고 있는 주계열성이다. 주계열 성은 밀도가 균일하고 질량이 클수록 밝게 빛난다. 크기가 태양 크기의 10분의 1 정도 되는 곳에서부터 100배 정도 되는 것까지 있다. 별이 점점 커져 최대 크기가 되면 표면 온도가 가장 낮아져 빨간색을 띠게 된다. 이별을 붉은 거성이라 부른다. 붉은 거성은 표면 온도가 낮은 빨간 별임에도 불구하고 크기가 크기 때문에 밝게 보인다. 별은 수명의 90%를 주계열 상태로 보낸다. 붉은 거성 때까지는 별이 수축하려는 힘과 기체의 팽창하려는 압력이 평형을 이루어 별의 형태가 공 모양으로 안정되게 유지된다. 하지만 붉은 거성의 시기를 지나면 더 이상 핵융합을 할 재료인 수소가 없어 별은 더 이상 공 모양의 안정된 형태를 유지하지 못하고 수축하게 된다. 이를 별의 죽음이라 부른다. 원시 별로 탄생한 별은 나이를 먹어감에 따라 핵융합으로 수소는 점점 줄어들고 핵융합으로 만들어진 헬륨은 점점 늘어난다. 이로 인해 내부의 기체는 더 무거워지므로 만유 인력에 의한 수축이 빨라져 온도가 더욱 높아지고 결국은 헬륨마저 핵융합하게 된다. 이런 과정이 별이 늙어가는 과정이다. 수소 원자핵들이 달라붙어 헬륨 원자핵들이 만들어지고 난 후 헬륨 원자핵 세 개가 핵융합을 하여 탄소 원자핵을 만들고 다시 탄소 원자핵과 헬륨 원자핵이 핵융합하여 산소 원자핵을 만든다. 보통 가벼운 별은 여기까지 진화가 이루어진다. 무거운 별의 진화는 다르다. 산소가 만들어진 후에 별 내부 압력이 더욱 커지면서 핵융합에 의해 산소, 네온, 나트륨, 마그네슘, 규소, 니켈 등의 원소가 만들어지고 끝으로 철이 만들어진다. 이러한 핵융합 과정은 철까지만 진행된다. 철부터는 핵융합에 의해 새로운 원소가 만들어지지 않는다. 그것은 철이 가장 안정된 원소이기에 더 이상 핵융합이 진행되지 않기 때문이다. 별의 중심부에서 수소가 바닥이 나면 더 이상 수소의 핵융합이 일어나지 않는다. 이때 별 안쪽의 무거운 물질들이 바깥쪽의 가벼운 물질들을 만유인력으로 잡아당겨 별은 수축을 하게 된다. 이것이 바로 별이 죽는 과정이다. 별이 죽는 모습은 별의 질량에 따라 세 종류로 나뉜다. 1) 태양 질량의 네 배 이하로 태어난 별은 붉은 거성 단계에서 아주 천천히 수축한다. 수축하는 이유는 그동안 수축을 막아 왔던 수소 기체의 팽창 압력이 수소가 바닥나면서 없어지기 때문이다. 천천히 수축하는 이유는 무엇일까? 이렇게 수축이 된 별을 백색 왜성이라 한다. 백색 왜성은 지름이 지구 크기와 비슷한 1만 킬로미터 정도이고 밀도는 1세제곱 센티미터당 1톤 정도이며 표면 온도는 1만 도 정도인 별이다. 별의 구조는 전자가 빽빽해 마치 전자의 바닷속을 원자핵이 헤엄치고 있는 모양과 같다. 2) 태양 질량의 4 배 이상에서 8배 이하인 별들은 수소가 바닥이 나면서 수소의 핵융합으로 만들어진 헬륨도 핵융합을 하게 된다. 이로 인해 중심에 탄소핵이 만들어지고 그 주위에서는 여전히 헬륨이 타고 있다. 하지만 점점 헬륨의 양은 줄어들고 탄소핵의 질량은 증가한다. 헬륨이 다 핵융합된 뒤에는 탄소핵의 바깥쪽이 가벼운 물질들을 잡아당겨 수축을 하고 수축으로 온도가 높아져 탄소에 불이 붙는다. 이때 발생하는 열에 의한 압력이 중력보다 훨씬 커지면 별은 폭발해버리고 아무것도 남지 않는다. 3) 태양 질량의 8배 이상 30배 이하로 태어난 별은 헬륨이 핵융합을 하고 난 뒤 중심에 마지막으로 철이 만들어지는데 철은 안정된 원소이므로 더 이상 핵융합을 하지 않는다. 따라서 중력과 평형을 이루고 있던 열에 의한 압력이 약해져서 중력에 의해 중심쪽으로 끌어당겨지는 수축이 시작된다. 이때의 수축은 아주 빠른 속도로 이루어진다. 이런 별들은 너무 빠른 수축 때문에 바깥쪽의 물질들이 수축되지 못하고 우주로 날아가 버린다. 이것을 초신성 또는 초신성 폭발이라 부른다. 지금 이 순간 우주에서 어떤 별이 초신성 폭발을 하여 사라진다 해도 우리는 먼 미래에나 그 사실을 확인할 수 있다. 초신성 폭발은 1000년 가까운 세월 동안에 1054년, 1572년, 1604년, 1987년 딱 4회 정도 관측될 정도로 희귀한 사건이고 그 웅장한 광경 때문에 우주쇼라 불린다. 초신성 폭발로 별이 모두 사라지는 것은 아니다. 초신성 폭발 후 남은 부분에서는 전자와 원자핵 간의 공간이 계속 수축되어 달라붙게 된다. 원자핵은 양의 전기를 띠고 있는 양성자와 전기를 띠지 않는 중성자로 이루어져 있다. 이때 전자가 양성자와 달라붙어 중성자로 바뀌는 반응이 일어난다. 그러므로 이 별에는 온통 중성자만 남게 되는데 이 별을 중성자별이라 부른다. 중성자 별의 크기는 대개 백색왜성의 700분의 1 정도인 반경 10km이고 밀도는 백색왜성의 100만 배 정도 되는 세제곱센티미터 당 5억 톤 정도다. 중성자 별은 중력이 아주 크다. 아인슈타인의 상대성 이론에 따르면 중력이 큰 곳에서 시간이 천천히 흐른다. 그러므로 중성자 별에서의 시간은 지구에서보다 천천히 흐른다. 만일 쌍둥이가 있어 한 명은 지구에서, 다른 한 명은 중성자 별에서 살다가 후에 만나게 되면 시간이 천천히 흐르는 중성자 별에서 산 한 명이 지구에서 산 다른 한 명보다 더 어린 모습을 하고 있을 것이다. 1967년 케임브리지 대학의 휴이시 그룹은 규칙적인 펄스를 내는 전체를 발견했다. 펄스는 아주 짧은 시간 동안만 흐르는 전파를 말한다. 휴이시 그룹은 이 천체를 펄스를 보내는 천체라는 의미로 펄서라고 불렀다. 처음에 그들은 규칙적인 펄스가 외계인이 보내온 전파라고 생각했다. 그 후 이 펄스를 내는 펄서의 정체가 중성자 별이라는 것이 밝혀지면서 중성자 별이 존재한다는 것이 증명되었다. 중성자 별은 왜 펄스를 보낼까? 그것은 중성자 별이 아주 빠르게 회전하기 때문이다. 중성자 별은 일초에 수십 번 내지 수백 번 회전한다. 중성자 별은 지구처럼 자기장을 가지고 있으므로 주위에 전기를 띤 입자들을 가두어둔다. 이들 전기를 띤 입자들이 움직이면서 전파를 만들어내는데 중성자 별의 회전이 너무 빨라 마치 빨리 도는 등대의 불빛이 깜빡거리듯 중성자 별에서 오는 전파는 일정 주기로 지구에 수신이 되었다 안 되었다 하면서 규칙적인 펄스가 되는 것이다. 1939년 오펜하이머는 중성자 별의 질량에는 한계가 있다고 주장했다. 즉 초신성 폭발로 남아 있는 중심부의 질량이 태양 질량의 세 배 이하이면 중성자 별로 남지만 세배를 넘으면 더욱 수축하여 거의 한 점에 모든 질량이 모여 있는 상태가 된다. 이를 블랙홀이라 한다. 블랙홀은 중력이 대단히 강해서 한번 빨려 들어가면 다시는 도망칠 수 없게 된다. 과학자들은 블랙홀이 우주를 빠져나가는 입구의 역할을 한다고 믿는다. 태양은 항상 같은 밝기로 빛나지만 밝기가 달라지는 별이 있다. 이를 변광성이라 부른다. 오늘날 우리는 수많은 변광성을 관측할 수 있다. 이 중에는 주기가 일정한 규칙적인 변광성도 있고 불규칙한 불규칙 변광성도 있다. 규칙적인 변광성 중에서 가장 유명한 것은 케페이드 변광성이다. 처음 태어났을 때의 원시 태양은 지금의 태양에 비해 1000 배 밝고 크기도 100 배 이상이었다. 하지만 그 후 1천만 년 동안 수축해 지금과 같은 크기가 되었다. 태양에서는 매초 6억 톤의 수소가 헬륨으로 변하고 있고 헬륨의 재가 고이면서 태양의 온도는 점점 내려가고 있다. 그와 동시에 태양은 점점 커지게 되어 지금부터 40억 년 후에는 붉은 거 성이 된다. 이때 태양의 온도는 4000도로 내려가고 수성과 금성을 삼키게 된다. 중심의 수소가 없어지면 더 이상 핵융합이 일어나지 않고 중심핵의 가스 압력이 없어지므로 중력에 의한 수축이 시작되어 백색왜성으로 최후를 맞이하게 된다. 지구는 주로 고체로 이루어져 있고 태양은 기체로 이루어져 있어서 태양의 밀도는 지구 밀도의 4분의 1 정도다. 태양의 표면에는 어둡게 보이는 점들이 있다. 이를 태양 흑점이라 부른다. 흑점 중에는 지구보다 큰 것도 있다. 흑점은 왼쪽에서 오른쪽으로 돈다. 이것이 바로 태양이 스스로 돌고 있다는 증거다. 태양은 서에서 동으로 자전한다. 대략 25일마다 한 바퀴 돈다. 태양에서 밝게 빛나는 부분을 광구라 한다. 광구 속에서는 기체들의 대류가 일어나 에너지가 광구의 표면으로 전달되어 표면의 온도가 6천도에 이르게 한다. 물론 태양의 내부는 표면보다 온도가 훨씬 높고 압력도 높다.

기후 위기에 대해 쓴 몇 권의 책을 읽고 종합 차원에서 정리한 글

벤투의스케치북 — Fri, 24 Apr 2026 21:23:00 +0900

최근 박지형의 [왜 극우는 기후위기를 부정하는가]란 책이 나왔다. 2019년에 나온 [스피노자의 거미]에는 저자 프로필이 인간에 의한 생태계의 교란을 연구하는 환경생태학자라고 기록되어 있다. 이번 책에는 탄소순환을 연구하는 환경생태학자라고 기록되어 있다. 저자가 환경생태학자라는 점은 변함이 없는 바다. 환경생태학이란 생물과 물리적·생물적 요인이라는 주변 환경의 상호작용을 연구하는 과학 학문 분야다.
신현철의 [종의 기원 톺아보기]에 의하면 찰스 다윈은 종들 사이의 상호연관성을 가장 중요한 것으로 보았다. 여기서 말하는 상호작용이란 한 생물이 작용하면 다른 생물은 이에 대해 반작용하는 관계를 말한다. 경쟁도 이런 상호작용의 한 종류다. 오늘날 가장 중요한 상호작용은 협력하는 공생 관계다. 생물과 환경의 상호작용은 기후를 결정하거나 변화시키고 기후는 생물의 분포, 형태, 생태적 특징을 제한하고 결정한다. 생물과 환경의 상호작용도 중요하고 기후도 중요하다.
우리에게는 기억해야 할 흥미로운 이름이 있다. 파차마마(Pachamama)란 이름이다. 안데스 원주민들의 신화에 나오는 대지의 여신을 의미한다. 파차마마가 대지의 여신이란 점은 가이아(Gaia)를 호명하게 한다. 가이아는 그리스 신화의 대지의 여신을 말한다. 두 대지의 여신은 지구를 위기에서 구하고 인류가 생태계의 일부로 살아가야 한다는 지속 가능성을 목표로 한다는 점에서 문제의식을 같이 한다.
그러나 두 여신이 보는 지구는 차별적이다. 가이아 이론은 지구가 기후변화나 지질학적 변동에 대응하여 온도, 산소 농도 등을 일정하게 유지하는 자기 조절 능력이 있다고 본다. 파차마마 이론은 기후 변화를 인간의 욕심으로 자연과의 균형이 깨진 결과로 보며 지구에게는 권리가 있다는 개념을 주장한다. 박지형 환경생태학자는 제임스 러브록의 가이아 이론을 바탕으로 지구를 하나의 연결된 전일적 생명체로 이해하는 바탕 위에서 환경 문제를 분석한다. 가이아 이론은 모종(某種)의 문제로부터 자유롭지 못하다. 즉 자기조절능력을 지나치게 낙관적으로 해석하거나 오용할 수 있다는 점이다. 파차마마 이론이 말하는 지구의 권리는 매우 추상적인 개념이라는 문제로부터 자유롭지 못하다.
바람직한 관점과 태도는 무엇일까? 자기조절능력에 대한 지나친 믿음을 지양하고 지구에게 권리가 있다는 관점을 구성원들이 받아들일 수 있는 현실적 대안을 마련하는 것이리라. 물론 어려운 일이다. 기후 위기란 단어가 많은 사람들 입에 오르내리고 있다.
지난 해 말부터 올해 4월 현재까지 몇 권의 기후 관련 책을 읽었다. 아직 4월이 다 가지 않은 시점이기에 기후 위기에 대해 논한 책이 나오면 더 많은 성찰에 이를 수 있을 것이다. 좋은 기후 책이 나오기를 기다린다. 올해 내가 읽은 기후 책은 1) 정완상이 쓴 [세상에서 가장 쉬운 과학 수업; 기후물리학], 2) 프란츠 마울스하겐이 쓴 [꿰뚫는 기후의 역사], 3) 마나베 슈쿠로, 앤서니 브로콜리가 함께 쓴 [기후의 과학] 등이고 지질이나 기상을 논하며 기후를 비중 있게 언급한 4) 스티븐 슈나이더의 [실험실 지구], 5) 사이먼 클라크의 [하늘 읽기], 6) 스티븐 포더의 [엘리멘탈], 7) 데이비드 아처의 [얼음에 남은 지문]까지 계산하면 모두 일곱 권에 이른다.
1) 정완상의 책에서는 클라우스 하셀만 이야기가 주목할 만하다. 클라우스 하셀만은 독일의 해양학자, 기상학자로 기후 모델에 의한 지구 온난화 예측이란 성과를 인정받아 마나베 슈쿠로, 조르조 파리시와 함께 2021년 노벨 물리학상을 공동 수상한 인물이다. 날씨가 기후를 흔들 수 있다는 사실에 주목한 하셀만은 매일 매일의 변덕스러운 날씨가 쌓이고 쌓여 결국 느리고 무거운 기후를 움직이게 만든다는 주장을 했다. 그가 돋보이는 것은 이 과정을 확률과 수학의 언어로 표현한 것이다. 하셀만이 말한 날씨는 빠르게 변하고 무작위적이, 기온은 느리게 변하며 날씨의 평균적 결과라는 주장은 공론(公論)이 되었다. 프란츠 마울스하겐의 책에서는 오늘날 인류가 초래한 기후변화는 기후의 역사에 있어서 극적인 단절을 의미하며 이러한 단절의 성격은 신석기시대 농업혁명의 도입보다도 급진적이라는 주장을 만날 수 있다.
2) 프란츠 마울스하겐은 기후 변화 앞에서는 전세계가 궁극적으로 운명공동체라는 점을 강조했다.
3) 마나베 슈쿠로, 앤서니 브로콜리의 책을 통해서는 마나베 모델이 수증기를 중요하게 다루었음을 알 수 있다. 대기가 따뜻해지면 온실가스인 수증기를 더 많이 함유할 수 있게 되는 바 이는 양의 피드백 루프를 발생시킨다. 대기가 따뜻해질수록 더 많은 수증기를 함유할 수 있게 되고 결과적으로 대기는 더욱 따뜻해진다. 따라서 건조한 계산(dry calculations)을 했던 과학자들은 이산화탄소의 온난화 효과를 과소평가했다. 건조한 계산이란 수분(물)을 제외하고 고형분(固形分; dry matter)만을 기준으로 성분을 분석하는 방식이다. 고형분이란 액상 제품의 수분을 모두 증발시켰을 때 남는 유효성분의 함량(%)을 뜻한다. 마나베의 계산을 dry calculation에 대비되는 wet calculation이라 한다.
4) 스티븐 슈나이더의 책을 통해서는 인간이 지구를 실험실인 것처럼 대해 왔음을 알 수 있다.
5) 사이먼 클라크는 인간이 기후에 끼친 영향은 결코 균등하게 나타나지 않는다는 말을 한다. 가장 큰 피해를 입은 이들은 아이러니하게도 탄소를 가장 적게 배출한 사람들이란 말이다.
6) 스티븐 포더의 책에서는 인간이 화석연료를 발견했을 때 탄소 순환에서 빠른 변화는 전혀 다른 의미를 갖게 되었음이 논의된다. 인간은 식물이 광합성으로 400년 동안 축적한 에너지를 1년에 태우고 있다. 화석 연료의 연소는 깊은 땅속에 파묻혀 느린 탄소 순환에 갇혀 있던 탄소를 꺼내 빠른 탄소 순환으로 몰아넣었다. 포더는 기후변화와 탄소 순환의 변동은 그 속도를 크게 줄일 수 있고 정치적 의지만 있다면 완전히 멈출 수 있다고 말한다.
7) 데이비드 아처는 궁극적으로 지구 기후의 미래는 석탄에 대해 어떤 결정을 내리느냐에 달려 있다고 말한다.
* 클라우스 하셀만은 기후 시스템이 무질서하고 복잡하기에 완벽한 예측은 불가능하지만, 확률적 모델을 통해 기후 변화의 원인을 충분히 규명하고 미래를 예측할 수 있음을 증명했다. 무작위적인 기후 데이터 속에서 우리가 조금 더 알수록 인간이 기후 위기를 초래했다는 사실이 명확해진다는 사실을 과학적으로 증명한 것이다. 하셀만의 말은 우리는 조금 더 실천할수록 기후 위기를 늦출 수 있다는 말로 바꿀 수 있을 것이다.

경쟁보다 상호연관성을 가장 중요한 것으로 본 다윈을 이해하기, 제대로 읽기 - [다윈을 오해한 대한민국]

벤투의스케치북 — Thu, 23 Apr 2026 22:43:00 +0900

다윈을 오해한 대한민국
신현철 지음 / 소명출판 / 2025년 08월

어원, 번역 등의 오류 등을 많이 언급한 책이어서 다소 지루하게 또는 재미 없게 읽힌다. 하지만 정독할 가치는 충분하다. 물론 교양서적을 재미로 읽는다는 의미의 말은 아니다. 이 책은 다윈의 개념들이 우리나라에서는 물론 전세계적으로 잘못 이해된 정도가 크다는 주장을 담은 책이다. 우선 자연선택이란 말부터 우리는 오해한다. “사람들이 자연선택을 자연의 선택이라 생각한다. 하지만 저절로 그렇게 되어 가는, 스스로 그러한 등의 의미이다. 자연선택이란 환경에 적합한 생물이 살아남고 그렇지 않은 생물은 죽는 자연스러운 과정의 반복을 의미한다. 다시 말해 자연선택이란 자연이 특정한 유형의 생물을 선택하는 것이 아니라 주위 환경에 적합한 생물들이 자연스럽게 살아남는 것을 의미한다.” 이것이 관련 문장이다.
일본에서 배운 경쟁이란 말을 우리나라에 소개한 사람이 유길준이다. 그가 사용한 경쟁이라는 단어는 후쿠자와 유키치가 만든 것이다. 후쿠자와 유키치와 대비되는 사람이 동시대의 가토 히로유키다. 유키치는 경쟁을 competition의 의미로, 히로유키는 struggle의 의미로 썼다. 전자는 긍정적인 선의의 경쟁의 의미를 가진 말이고 후자는 적대적 경쟁의 의미를 가진 말이다. 전자는 함께를 뜻하는 com과 목표로 삼다/추구하다를 뜻하는 petere의 결합어다. 두 사람은 모두 외국어로 네덜란드어를 공부하다가 후쿠자와는 네덜란드어가 앞으로 외국과의 교제에서 도움이 되지 않을 것이라고 생각하고 영어를 공부하기로 했고 가토는 독일이 유럽 각국에서 가장 학문이 발달한 나라라고 생각하여 독일어로 방향을 돌렸다.
후쿠자와는 개인의 자립과 자유를 존중하는 것을 기초로 하는 영국 사상을 일본에 최초로 도입했고, 가토는 국가의 개입에 대한 우월성을 지향하는 독일 사상을 일본에 최초로 도입했다. 가토가 생각한 경쟁이 후쿠자와가 생각한 경쟁보다 일본 내에서 널리 통용되었다. 우리나라에서도 초기 지식인들이 사용했던 경쟁이라는 개념은 고전적 자유주의 관점이었겠지만 1890년대를 지나면서는 사회 진화론에 따른 경쟁의 개념으로 변화한 것으로 알려져 있다. 다윈은 독일의 고생물학자 하인리히 게오르그 브론이 번역한 일부 내용에 대해 부만을 표했다. 가령 ‘선택에 유리한‘이라는 영어가 ’완전한‘ 또는 ’완벽한‘이라는 독일어로 번역이 된 것이다. 저자는 만일 생물이 완벽하다면 환경이 변화할 때에 완벽한 생물에게서 또 다른 변이가 나타날 수 있을까?라고 묻는다. 만일 없다면 그 생물은 더 이상 진화할 수 없을 것이라고 말한다. 이는 생물에게 변이가 나타나 환경에 유리하도록 적응하면서 새로운 종으로 만들어진다는 다윈의 생각을 오해하게 만들었을 것이다.
저자는 우리나라에서 벌어지는 경쟁의 양상은 과감한 창의성 경쟁이 아닌 소극적 위험 회피 경쟁, 사회적으로 최적화된 실력 경쟁이 아닌 과도한 간판 따기 경쟁, 조화로운 공생 발전이 아닌 약육강식의 승자독식 경쟁이라 정리한다. 다윈의 진화론을 사회진화론으로 읽는 것이 문제다. 그런 독법은 과학적 사실과 인간 사회의 윤리적 가치를 혼동하는 독법이다. 있는 그대로의 현상(is)을 당연히 그래야 하는 가치(ought)로 오인하는 자연주의적 오류다. 미국 저술가 데이비드 쾀멘(David Quammen)은 다윈은 과학과 사회학 분야에서 핵심적이고 상징적인 인물이지만 널리 제대로 이해되지 않고 있다고 지적했다.
저자는 맬서스가 생존을 위해 경쟁해야 한다고 주장하지 않았고, 다윈 역시 생존을 위해 경쟁해야 한다고 설명하지 않았음에도 다윈과 맬서스가 연결되어 살아남기 위해서는 경쟁을 해야만 한다는 담론이 형성되었다고 말한다. 저자는 중요한 말을 한다. 다윈이 [종의 기원] 6판에서 evolution이라는 단어를 사용하지 않았으면 혼란이 제기되지 않았을 것이다. 다윈의 생각이 궁금할 뿐이다. 그러나 다윈은 사용했고 스펜서가 사용한 evolution과 명확하게 구분되지 않은 상태로 일본으로 전달되었고 일본에서 번역된 진화라는 용어는 우리나라에 도입되어 많은 혼란을 야기하면서 오늘날에 이르고 있다. 혼란을 멈추어야 할 것이다. 단지 진화라는 단어가 이미 우리 사회에서 고정되어 있다면 사용을 막을 수는 없을 것이다. 그러나 진보라는 개념이 포함된 진화라는 단어를 생명과학계에서는 퇴출시키고 새로운 방법을 모색해야 할 것이다.(189 페이지)
저자는 먹을 것이 부족하면 경쟁할 것이 아니라 새로운 식량 자원을 모색해야만 하지 않을까?라고 말한다. 이어서 다윈은 [종의 기원]에서 오히려 생물이 다양해지는 과정을 설명하려고 했다고 말한다.(191 페이지) 다윈은 place와 station이란 단어를 단순히 지역이나 장소가 아닌 생태학적 개념으로 사용했다. 오늘날 place는 생태적 지위로, station은 생태적 지위의 하위 개념의 하나인 공간적 또는 서식지 지위로 사용된다.(192 페이지) 그런데 생물과 환경과의 관계를 규명하는 생태학이라는 학문이 다윈 시대에는 아직 정착되지 않아서 다윈이 사용했던 place나 station을 생태학적 관점에서 정확하게 이해하기에는 어려움이 따랐을 것이다. 실제로 생태학이라는 용어는 다윈의 [종의 기원]이 발간된 이후인 1866년에 에른스트 헤켈이 처음 사용했다.
저자는 2019년 [종의 기원 톺아보기]를 쓴 저자다. 이 책에 이런 내용이 있다. “우리는 둘러싸고 있는 모든 생명체 사이에서 나타나는 상호 연관성을 우리가 해박하게 알지 못하고 있었다는 점을 마땅히 고려한다면 종과 변종의 기원에 대해 설명할 수 없는 부분이 아직까지도 많이 남아 있음에 놀랄 사람은 없을 것이다. 어떤 한 종은 널리 퍼져 분포하며 개체수도 많은 반면 이와 동류인 또 다른 종은 좁은 곳에서만 살아가고 개체수도 매우 적은 점을 누가 설명할 수 있을까? 그럼에도 종들 사이에 이 상호연관성이 가장 중요하다. 내가 믿기로는 이 연관성이 지구상에 있는 정착생물들 하나하나의 현재의 번성과 미래의 성공과 변형을 결정하기 때문이다.”(219 페이지) 다윈의 말이다.
이 내용이 [다윈을 오해한 대한민국]에 인용되어 있다. 아마도 이 부분이 책의 가장 중요한 부분일 것이다. 다른 점은 다 잊더라도 이 상호연관성이란 개념을 다윈이 가장 중요하게 여겼다는 점을 아는 것으로 충분할 것이다. [종의 기원 톺아보기]를 읽어야 하겠다. 저자는 상호 연관성은 오늘날 생물과 생물 사이에서 나타나는 상호작용으로 풀이된다고 말한다. 상호작용은 한 생물이 작용하면 다른 생물은 이에 대해 반작용하는 관계로 경쟁도 이러한 상호작용의 한 종류로 간주한다. 오늘날 생물들 사이의 상호작용 가운데 가장 중요한 것으로는 서로 협력하는 공생 관계를 들고 있다. 공생을 강조하는 책들도 찾아 읽어야겠다. 저자는 궁리하고 음미하며 보낸 시간의 결과 이런 책을 냈다. 깊은 탐색이 필요하다.

외계생명체에 대해 말하는 과학자들... - [외계생명체에 관해 과학이 알아낸 것들 - 천문학자, NASA연구원, 유전학자, 수학자까지 세계 최고의 과학자들이 밝혀낸 외계인의 진실]

벤투의스케치북 — Tue, 21 Apr 2026 22:30:00 +0900

외계생명체에 관해 과학이 알아낸 것들 - 천문학자, NASA연구원, 유전학자, 수학자까지 세계 최고의 과학자들이 밝혀낸 외계인의 진실
닉 레인 외 지음, 짐 알칼릴리 엮음, 고현석 옮김, 이명현 추천 / 반니 / 2021년 04월

짐 알칼릴리, 마틴 리스, 루이스 다트넬, 이언 스튜어트, 닉 레인 등 내가 읽었거나 좋아하는 과학자들이 쓴 공저서이다. 제목은 [외계생명체에 관해 과학이 알아낸 것들]이다. 물리학자 짐 알칼릴리는 여는 글에서 균형감각이 없다면 이 책은 아무것도 아닐 것이라 말한다. 그러면서 왜 우리는 다른 누군가가 있기를 기대하는가라는 말을 한다. 책이 나온 지는 10년이 넘었다.
최근 심해(深海)에 관한 글을 쓰다가 닉 레인이 열수구(熱水口) 이야기를 한 것에 감명을 받았다. 영국의 해양, 환경 전문 기자 로라 트레더웨이는 심해를 지구의 마지막 신비로운 장소, 모든 생명의 발생지, 미개척의 약 상자, 기후 혼란을 막을 보루, 지구 밖 외계 생명체를 발견할 수 있는 열쇠로 정의하는 글을 썼다.([지구의 마지막 지도]) 지구과학 또는 지질학 관점에서 외계 생명체에 관해 이야기한 사람들로 피터 워드, 도널드 브라운리, 나탈리 카브롤, 닉 레인 등을 들 수 있다.
우주과학자 마틴 리스는 인간은 진화의 정점이 아니라고 말한다. 그는 두 가지 격언을 들려준다. 특이한 주장은 특이한 증거를 필요로 한다, 증거가 없다는 것이 존재하지 않는다는 증거가 되지는 않는다는 것이란 말이다. 루이스 다트넬은 지금까지 우리 하늘에 있는 항성들에 다른 문명이 존재한다는 설득력 있는 증거를 발견하지 못하고 있다고 말한다. 루이스 다트넬에 의하면 우리의 대양을 채운 물은 태양계의 더 바깥쪽에 있는 더 추운 지역에서 온 혜성과 소행성이 집중적으로 지구에 부딪히면서 지구로 온 것이다.
소행성들과 지구 그리고 다른 지구형 행성들이 기본적으로 동일한 암석 물질로 구성된 것은 사실이지만 지구는 단순히 활성이 없는 덩어리가 아니다. 지구는 매우 활발하고 동적인 곳이다. 특히 지구의 얇은 지각은 뜨겁고 끈적거리는 맨틀 위에서 끊임없이 미끄러지면서 움직이는 조각들로 쪼개져 있으며 이 조각들은 서로 부딪히면서 밀어내고 정면으로 충돌하고 서로의 아래로 들어가기도 하고 갈라져 새로운 지각을 만들어내기도 한다. 이것이 판구조론의 휘젓기 과정(The stirring process of plate tectonics)이다.
지구형 행성은 흔할 수도 있지만 판구조론에 들어맞는 지구형 행성은 드물다. 판구조론에 따른 움직임은 수십억 년 동안 지구의 기후를 안정적으로 유지해 인간 같은 복잡한 생명체가 진화할 수 있도록 만드는데 필수적이었다. 이 움직임은 특정 금속들을 응축시켜 부광(富鑛)으로 만드는 역할도 한다. 지구형 행성 중에서 이런 판구조론적 움직임을 겪는 행성은 아주 일부에 불과할 것으로 보인다. 화성이나 금성은 그렇지 않다. 따라서 외계 문명은 우리 지구의 예외적인 판구조론적 움직임과 특정 금속의 압축을 보고 지구에 오려 할지 모른다.
컴퓨터 신경과학 교수 아닐 세스는 의식은 전하나 질량처럼 우주 자체의 근본적인 속성일지도 모른다고 말한다. 아직은 아무도 모른다는 것이다. 화성과학실험실 연구자 크리스 매케이는 일반적으로 지구의 생명체가 존재하기 위한 필요 조건은 에너지, 탄소, 액체 상태 물, 그리고 몇몇 다른 원소들로 깔끔하게 요약될 수 있다고 말한다. 심해 분출구 근처에 있는 미생물과 동물 군집은 생명체가 유로파의 표면 및 대양에서 어떻게 살 수 있는지를 보여주는 예로 제시되기도 한다.
하지만 이런 심해 분출구 생태계는 주변 해수에 녹아있는 산소와 분출구에서 뿜어져 나오는 황화수소의 반응으로부터 에너지를 얻는다. 이 산소는 원래 지표면 광합성 작용에서 생긴 것이고 결국 태양광에서 비롯된 것이다.(이는 크리스 매케이의 견해다.) 2021년 발견된 검은 산소란 것이 있다. 빛이 없는 4,000m 이상 심해저에서 금속 노듈(망간 단괴)이 전기 분해 방식으로 생성하는 산소를 말한다. 광합성 없이도 산소가 만들어질 수 있음을 보여주며, 심해 생태계와 지구 생명체 기원 연구에 중요한 발견이지만, 일부 전문가들은 이 주장의 물리적 타당성에 의문을 제기한다.
유로파는 목성의 거대 위성 중 하나다. 얼음으로 덮여 있으며 대기가 없는 천체다. 얼음으로 덮인 유로파 표면 아래에 유로파가 목성 주위를 돌면서 발생하는 조석 변형력으로 온도가 올라간 대양이 존재한다는 설득력 있는 증거가 있다. 물리학 교수 모니카 그래디는 지구 자기장의 존재가 활발한 핵 때문인 것처럼 지구 표면에서의 물의 존재는 지구의 짙은 대기 때문이라고 말한다.
화성이 지구와 구별되는 주요 특징 중 하나는 판구조론적 움직임이 없다는 것이다. 우리 지구는 중심에 녹은 핵의 회전을 동적으로 하는 매우 동적인 행성이다. 판구조론적 움직임은 서로 다른 저장소들 사이에서 휘발성 물질을 움직이는 탄소 순환과 물 순환 모두의 핵심적인 부분이다. 가령 나무에 달린 잎은 대기에서 온 물과 탄소를 고정시킨다. 잎이 죽으면 썩어 흙의 일부가 된다. 수백만 년 동안 흙은 변형과정을 거쳐 판구조론의 판을 이루는 암석이 되고 이 판은 섭입 과정을 거치고 녹기도 한다. 탄수화물은 녹은 암석이 화산폭발로 분출할 때 휘발성 물질로 다시 대기로 돌아간다. 이런 순환이 없다면 지구는 안에 발전기가 없이 정체된 상태로 보이는 화성처럼 정체될 것이다.
화성에 생명체가 존재할 수도 있는 이유는 무엇일까? 수소 ,일산화탄소, 암모니아 분자들은 우주가 생성되는 과정에서는 양이 풍부했기 때문에 행성이 형성될 때 그 행성 안에 분명히 존재했을 것이다. 초기 화성에 물이 풍부했다는 증거는 엄청나게 많다. 인공위성이 찍은 지형 사진을 보면 화성 표면에는 강, 시내, 호수, 삼각주, 내해가 있었다는 것을 보여주는 무늬들을 발견할 수 있다. 우주선들은 점토 광물을 포함하는 암석 여러 세대가 화성 전체에 걸쳐 분포한다는 것을 발견했다.
점토 광물은 고여 있는 대량의 물이 침전시켰을 것이 확실한 물질이다. 화성 착륙선과 탐사차가 보내온 근접 촬영 사진을 보면 사층리(斜層理)로 된 성층암(成層巖), 물에 닳은 자갈과 조약돌이 있는 것을 확인할 수 있다. 따라서 화성에 중요한 하류(河流) 작용이 있었다는 것은 반박하기 어렵다. 이 하류 작용은 수백, 수천만 년 동안 화성 표면에 물이 안정적으로 존재했다는 것을 뜻하기도 한다. 생명체가 생겨나기 위한 세 번째 핵심적인 필요 조건은 복잡한 분자들이 분해되지 않고 살아남을 수 있는 환경이다.
온도가 적당해야 하며 방사선 양의 수준이 낮아야 한다. 화성 표면에 물이 충분히 흘렀다는 증거는 과거 어떤 시기에 물이 액체 상태로 오랫동안 존재할 수 있게 해주는 짙은 대기가 있었다는 것을 보여준다. 대기가 짙을수록 표면은 더 따뜻해지고 방사선으로부터 더 잘 보호받을 수 있기 때문이다. 화성이 처음 생겼을 때는 생물체가 생길 수 있는 구성 요소를 모두 가지고 있었다. 그것은 화학반응을 쉽게 해주는 물, 살아 있는 유기체가 복제하고 성장할 수 있는 환경 등이다.
판이 움직이는 형태의 판구조론적 움직임이 없었다고 해도 식어가기는 하지만 행성의 내부에는 수백, 수천만 년 동안의 활화산 활동에 연료를 공급할 정도의 열기는 충분히 있었고 활화산 활동은 대기를 더 강화했을 것이다. 지구에는 암석균(endolith)으로 불리는 유기체들이 다량 존재한다. 암석균에는 암석의 틈이나 구멍에 살면서 외부 환경과 직접 접촉을 하는 틈새 암석균, 암석에 침투해 무기물 입자들 사이와 구멍들 안에서 서식하면서 외부의 영향으로부터 어느 정도 보호를 받는 은둔 암석균, 암석의 꽤 깊은 곳까지 뚫고 들어가 굴을 만드는 진 암석균 등이 있다.
암석균은 한 종류의 유기체를 이루는 말이 아니다. 암석균이라는 용어는 이들의 서식지를 가리키는 말이다. 암석균은 생명체의 모든 영역에 존재하는 유기체다. 단세포 고세균이 될 수도 있고 다세포 진핵생물이 될 수도 있다. 암석균은 단일한 종일 수도 있다. 종들 사이의 공생 관계를 나타낼 수도 있다. 남극대륙에는 노출된 암석층 상당 부분을 차지하는 사암에 서식하는 거의 눈에 보이지 않는 은둔 암석균들이 엄청나게 많다. 이 미생물들은 몇 mm에 이르는 얇은 층 밑에서 암석의 바깥 표면과 평행을 이루며 서식하면서 추위와 바람을 피한다.
암석과 광합성 작용을 통해 약물을 얻는다. 이 층들 중 하나는 시아노박테리아로 돼 있으며 곰팡이류로 돼 있는 층도 있다. 화성에 이런 군집이 존재한다고 상상하는 것은 어렵지 않다. 하지만 표면 및 암석층 조사를 해온 큐리오시티 탐사차는 아직까지 그런 예를 발견하지 못한 상태다. 동굴계에 사는 미생물은 생존을 위해 태양광이 필요한 직접적인 광합성이 아닌 화학합성을 한다. 화학합성은 무기 분자들 사이에 산화-환원반응으로 에너지를 얻는 과정을 말한다.
영국 우주국 오로라 연구원인 루이자 프레스턴은 목성과 토성 등 거대 가스행성의 생명체 존재 가능성 여부를 살펴본다. 목성에서 생명체의 생존이 불가능에 가깝다면 토성도 마찬가지라고 확신할 수 있다. 크기가 더 큰 이웃인 목성처럼 토성도 거의 전부 수소와 헬륨으로 구성되어 있으며 하부 구름층에 얼음이 미세하게 존재한다. 토성 또한 생명체가 살 수 있는 단단한 표면은 없다. 구름의 맨 윗부분 온도는 영하 150°C 정도이며 대기 중에서 아래로 내려올수록 온도가 올라가긴 하지만 압력도 같이 올라간다.
애석하게도 온도는 액체 상태의 물이 존재할 수 있을 정도로 높지만 생명체가 살기엔 압력이 너무 높다. 대기 윗부분에는 최대 시속 1600km 정도의 바람도 분다. 유로파에는 생명체가 살 수 있는 해저 환경도 존재할 수 있다. 지구의 어둡고 춥고 압력이 높은 해저 환경에는 다양한 극한 생물 환경이 존재한다. 특히 대서양 중앙 해령의 로스트 시티, 태평양의 마리아나 해구처럼 심해 열수 분출구들이 분포하는 곳 근처에서 그렇다. 유로파의 심해 생물권을 물리적으로 탐사하는 것이 현재로서는 불가능하다고 해도 지구에서 이런 비슷한 환경을 조사하는 것은 중요하다.
수학자 이언 스튜어트는 과학 소설에 나오는 외계인들을 살펴본다. 이언 스튜어트는 우리는 외계인을 만난 적이 있다고 말한다. 그 외계인은 바로 우리라는 것이다. 이는 인류의 기원이 지구 밖 우주와 연결되어 있다는 과학적 관점을 반영한다. 우리는 흔히 외계인을 인간과 비슷하게 생긴 지성체로 상상하지만 스튜어트는 생명체가 살 수 있는 환경이 극단적으로 다르면 그 환경에 맞게 진화한 생명체는 인간이 상상하는 모습과 완전히 다를 것이라 말한다. 극단적으로 다른 행성이란 고온, 고압의 가스 행성 같은 경우를 말한다.
무기 화학 교수 앤드리어 셀라는 물이 액체 상태로 지구에 존재한다는 것은 생명체 출현의 핵심적인 요소가 돼 왔다고 말한다. 하지만 태양계에 있는 다른 행성들, 물이 아닌 다른 종류 물질로 된 대양을 가지는 것으로 알려진 타이탄 같은 위성들에서는 어떨까? 물이 아닌 다른 액체에서도 생명체가 발생할 수 있다고 생각할 수 있을까? 아마 가능할지도 모른다. 액체 메테인, 액체 질소, 심지어는 암모니아로 이루어진 대양을 생각할 수도 있기 때문이다. 하지만 그런 대양에서 생명체 형태가 발생하는 데는 매우 심한 제약이 있을 수 있다. 우선 이런 액체를 구성하는 분자들은 물 분자보다 훨씬 들러붙는 성질이 약하다.
물의 전하 편극성(들러붙는 성질)은 너무나 강해서 비슷한 크기와 복잡성을 가진 다른 분자들로 구성된 화학물질들보다 수십에서 수백 배 높은 온도에서 끓는다. 압력을 가하지 않는 한 질소 메테인은 영하 200°C 근처에서 끓고, 좀 더 들러붙는 성질이 강한 암모니아는 영하 40°C에서는 끓기 시작한다. 즉 이 분자들은 몹시 추울 때만 액체 상태를 유지한다는 뜻이다. 이런 극저온에서는 화학작용이 극도로 느릴 것이다. 실제로 실험실에서 액체 질소는 화학작용을 멈추게 하는 용도로 사용되곤 한다. 극도로 부서지기 쉬운 분자들도 이 정도 저온에서는 모양을 유지할 수 있다. 생명과학자들은 생명의 과정을 멈추는 목적으로 이 온도에서 생체 분자와 심지어는 세포 전체를 저장한다.
앤드리어 셀라는 이런 말을 한다. “우리 생태계가 수십억개의 생태계 중 하나인지, 우주 유일의 생태계인지 우리는 모른다. 하지만 우리에게 이 생태계는 우리가 이상적으로 적응한 완벽한 곳이다. 우리가 집이라고 부르는 가장 중요한 곳인 지구에 관심을 잃지 않도록 하자.”
생화학자 닉 레인은 양성자 이야기를 한다. 양성자는 수소 원자의 핵에 있는 양전하를 띤 입자다. 호흡의 경우 양성자가 세포막 전체에서 능동적으로 퍼내진다. 세포에서 양성자들을 퍼내면 안팎의 양성자 농도차가 생기며 세포막 전체에 걸쳐 전하가 발생한다. 양성자는 양전하를 띠기 때문이다. 양성자들을 밖으로 퍼내면 바깥은 안쪽과 비교했을 때 상대적으로 양전하를 띤다. 우리 세포막에 고루 퍼져 있는 양전하는 여기서 오는 것이다. 양성자가 밖으로 퍼내지면 양성자는 다시 안으로 들어가 전하와 농도의 평형을 이루기 위해 안간힘을 쓴다.
우리는 1조의 100억 배에 이르는 상상도 하기 힘든 숫자의 양성자들을 초마다 미토콘드리아에서 퍼내 세포막을 통과시킨다. 지구상 모든 생명체는 동일한 전기력 즉 양성자 동력으로 힘을 얻는다. 양성자 동력은 끊임없이 언제나 모든 생명체에 작용해 생명의 불꽃을 다음 세대로 전해준다. 40억 년 전 지구에서 생명체가 시작된 이래 이 양성자의 흐름은 한 번도 멈춘 적이 없다. 그렇다면 이 모든 양성자를 퍼내 이 모든 생명체의 힘을 제공하는 에너지는 어디서 오는 것일까? 우리 같은 경우는 산소로 양분을 태운 과정인 호흡에서 온다.
닉 레인은 열수구 이야기를 한다. 특정 유형의 열수구라는 환경이 처음 제기된 것은 1980년대 후반 마이클 러셀에 의해서다. 대양 깊은 곳에 이런 분출구가 있다는 사실은 당시에는 알려지지 않았다. 10년 정도 뒤인 2000년 새로운 분출구 지역이 대서양 중앙 해령 부근에서 발견되었고 이 지역은 러셀이 예측한 모든 판단 기준에 맞았다. 로스트 시티라고 이름 붙인 이 분출구 지역은 화산활동으로 형성된 것이 아니라 대양 지각과 바닷물에 있는 암석들 사이에서 일어난 화학반응의 결과였다.
이 반응은 수소 기체로 거품이 있는 주방 표백제 정도의 강 염기성 열수 유체를 만들어낸다. 독성이 있을 것 같지만 수소 기체는 진화 초기에 박테리아와 고세균 대부분이 생장을 위해 필요로 했던 물질이다. 더 흥미로운 것은 로스트 시티의 분출구들에는 무기물로 된 얇은 벽으로 연결된 아주 작은 구멍들로 구성된 거대한 미로들이 가득 있다는 점이다. 이 구멍들은 구조 면에서 세포처럼 생겼을 뿐만 아니라 연결 벽 전체에 걸쳐 전하도 분포한다.
상대적으로 산성인(양성자가 많은) 해수와 열수 유체가 분출구 안에서 섞이면서 이 둘 사이의 양성자 농도 차이에 의해 자연적인 양성자 동력이 생긴 것이다. 염기성이라는 것은 전문적으로는 양성자가 적다는 의미다.
지구는 특이한 행성이 아니다. 우리 은하수에 있는 암석형 행성 400억 개에서 우주의 기본 입자인 전자와 양성자의 끊임없는 흐름에 의해 수소가 땅 위에서 부글부글 끓고 이산화탄소와 반응하고 있다. 같은 힘이 거기서도 살아 있다. 따라서 우리는 생명체를 보면 알 수 있다. 외계인들도 전기 작용의 영향을 받을 것이기 때문이다.
우주 생물학자 나탈리 카브롤은 우리가 속한 태양계를 하나의 실험실로 생각할 수 있다고 말한다. 우리가 실험에서 만들어낼 수 있는 그 어떤 것보다 더 복잡하고 다양한 환경을 수십억 년 동안 자연이 만들어내는 실험실이다. 생명체가 자신의 조직을 굳게 해 광물을 만들어내는 작용인 생광물화는 망원경을 통해 원격 연구가 곧 이루어지기는 힘들기 때문에 현장 기술이 필요하다.
열수구는 극한 환경이었을 것이다. 극도의 압력을 견딜 수 있는 생명체, 우리가 현재 극한 생물로 부르는 생명체다. 그래야 극한 환경에서 살 수 있었을 것이다. 생명체의 가장 초기 형태가 이곳에서 살아남아 실제로 모든 지구 생명체의 기원이 됐다면 우리의 탐색에 좋은 징조가 될 것이다.
행성과학자이자 우주 생물학자 새라 시거는 제임스 웹 우주망원경에 대해 이야기한다. 제임스 웹 우주망원경으로 우리는 몇몇 선택된 행성에서 생명체의 징후가 있는지를 찾는 최초의 기회를 가지게 된다. 우리의 목표는 작은 암석형 형성이며 이 행성들의 대기를 관찰해 대기의 나머지 부분과의 화학적 평형 상태를 크게 벗어나는 기체들을 찾아내는 것이다. 놀랍게도 가장 확실한 예는 지구 대기 부피의 20%를 차지하는 산소가 될 것이다. 하지만 식물이나 광합성을 하는 박테리아가 없다면 지구의 대기에는 산소가 거의 존재하지 않을 것이다.

눈부신 심연을 읽는 것; 바다에 크게 크게 미안함을 느끼는 일 - [눈부신 심연 - 깊은 바다에 숨겨진 생물들, 지구, 인간에 관하여]

벤투의스케치북 — Sun, 19 Apr 2026 07:49:00 +0900

눈부신 심연 - 깊은 바다에 숨겨진 생물들, 지구, 인간에 관하여
헬렌 스케일스 지음, 조은영 옮김 / 시공사 / 2023년 11월

헬렌 스케일스(Helen Scales) 박사는 심해를 탐사하고 연구하는 해양생물학자다. BBC 라디오 등에서 해양 관련 다큐멘터리를 제작하고 캠브리지 대학교에서 해양생물학 및 과학 글쓰기를 가르치고 있다. 스케일스는 펠리컨호라는 선박을 이용해 항해한 뒤 원격조종 무인잠수정(ROV)을 이용해 심해를 탐사했다. 스케일스는 지금은 명실상부한 심해 탐사의 황금기라 말한다. 그에 의하면 심해 연구는 지구상에서 생명에 대한 개념 자체를 바꾸고 가능한 것의 법칙을 다시 쓰고 있다.
헬렌 스케일스는 해저 채굴 산업이 망가지기 쉬운 심해 생태계를 쓸어버리고 언젠가는 지구의 가장 큰 생태 발자국을 보란 듯이 남길 것이라 우려 한다. 저자는 심해는 너무 특별하고 소중해서 함부로 손 대지 말아야 하는 장소라고 말한다. 책의 원제는 [The Brilliant Abyss]이고 번역본의 제목도 [찬란한 심연]이다. 책은 전체 4부로 구성되어 있다. 1부 탐험, 2부 의존, 3부 착취, 4부 보존이다.
바다의 평균 수심은 4000m 남짓이다. 수심 1000m 아래에서는 아예 빛이 들지 않는다. 저자는 지질에 대해서도 상세히 설명한다. 가령 지각판을, 지구의 가장 바깥쪽 단단한 지각층이 이루는 거대한 직소 퍼즐 조각이 그 아래의 점성이 있는 맨틀 위를 미끄러지듯 이동하는 것이라 설명(28 페이지)하는 것은 그 한 예이다. 2019년에 업데이트된 해저 지질도에 의하면 심해에는 과거에 추정한 것보다 30%나 많은 진흙이 깔려 있다. 이 퇴적물은 육지에서 강물에 씻기고 빙하에 뜯기고 바람에 쓸려 침식된 바위 부스러기, 해수면에서 쏟아져 내려 바다 밑바닥에 자리 잡은 미세한 플랑크톤의 사체가 뒤섞인 것이다.(29 페이지)
심해의 해저면, 심해 평원, 해산, 해저 협곡, 해구 그리고 그 위의 물로 이루어진 방대한 지역이 지구에서 가장 큰 단일 생활권을 구성한다. 지구 생물권의 95% 이상이 심해로 이루어졌다. 해산은 열점과 관계가 깊다. 심해의 생물 다양성은 우리에게 익숙한 얕은 바다는 물론이고 육상 생물과 견줄 정도로 풍부하다. 심해는 시끄러운 곳이다. 해군의 수중 음파탐사기와 해저에서 석유와 천연가스를 찾는 지진파탐사의 굉음이 들린다.(72 페이지) 해저 지도화를 위해 이용하는 ping 신호도 소음을 낸다.
심해에는 발광 동물이 많다. 넓은 바다에서 찍은 영상에 식별할 수 있는 동물만 35만 마리 이상이 나오는데 빛을 만드는 것과 만들지 않는 것의 두 집단으로 나뉜다.(110 페이지) 몸속에서 발광성 화학물질을 혼합하거나 아예 몸 안에 발광 세균이 살게 해서 빛을 내는 것은 광활하고 굶주린 심해의 중층수에서 살아남기 위해 진화한 중요한 기술이다. 심해의 어둠에 사는 물고기는 시력이 극도로 진화해 생물 발광을 감지할 수 있다. 다양한 빛의 파장에 적응한 수십 개의 광색소가 망막을 채운 덕분에 민감해진 눈으로 다른 동물의 희미한 섬광을 보는 것은 물론이고 색깔까지 구분할 수 있다.(113 페이지)
심해의 동물은 태양이 없는 암흑의 영역에서 살면서 빛을 만들뿐 아니라 심해보다 어두운 그림자로 숨는 법까지 마련하는 등 극도로 진화한 존재들이다. 열수구는 지구 전역에서 지각판 가장자리를 따라 연속해서 이어진 중앙 해령에서 형성된다. 해저 화산이 해구를 따라 호를 그리며 배열된 섭입대는 물론이고 지각판 한복판에 자리 잡은 해산의 사면과 정상부에서도 형성된다. 이 화산지대의 마그마 굄이 맨틀에서 해양 지각으로 밀어 올려지면 바닷물이 해저면의 균열을 통해 마그마 굄의 깊이에 따라 최대 4800m 아래까지 스며든다.
그 물이, 엄청나게 뜨거운 용융 암석에 도달하면 물은 과가열(過加熱)된 후 떠올라 지각 깊숙이 생긴 균열을 통해 위쪽으로 흐른다. 위로 올라오는 도중에 물은 주위 암석과 반응해 용해된 광물과 금속을 끌고 간다. 그 바람에 화학 조성이 크게 달라지면서 이 순환하는 바닷물은 열수 유체가 되고 위로 솟구쳐 올라 마침내 해저면에서 폭발적으로 분출한다. 일반적으로 열수구에서는 수백 도에 이르는 액체를 방출한다. 다만 심해의 엄청난 압력 때문에 물이 끓어올라 기체가 되지는 않는다.(119 페이지)
열수구에서 배출된 물이 차가운 바닷물과 충돌하면 녹아 있던 광물과 금속 일부가 석출(析出; precipitation)되어 고체화되고 시간이 지나면서 첨탑과 굴뚝을 생성한다. 빠르게는 하루에 30cm씩 쌓인다. 석출이란 액체에 녹아 있던 용질이 온도가 낮아지거나 용매가 증발함에 따라 더 이상 녹지 못하고 고체가 되어 결정 형태로 분리되어 나오는 것을 말한다. 견딜 수 없을 만큼 뜨겁고 강산성이고 유독한 화학물질이 나오고 수압이 극한으로 높은 열수구에 생명체가 번성하고 있다.
이들은 화학합성을 한다. 화학합성은 열수구에서 쏟아지는 메테인과 황화수소를 이용해 생존하는 각종 미생물이 수용하는 과정이다. 폼페이 벌레의 경우를 보자. 해저의 지옥불에 맞서는 폼페이 벌레의 저항력은 유전자에 새겨진 분자 변형에 그 단서가 숨어 있다. 폼페이 벌레는 열 충격 단백질을 생산한다. 이 단백질 덕분에 높은 열에도 세포가 기능을 유지하고 필수 분자가 열에 망가지지 않는다. 이 벌레는 가공할 압력에도 붕괴되지 않는 초강력 콜라겐 분자와 산소 수치가 아주 낮은 곳에서도 산소를 흡수하는 헤모글로빈을 만든다.
열수구에서 화학합성을 하는 생명체를 발견하면서 지구는 물론이고 지구 밖 생명체의 존재에 대한 사고 혁명이 일어났다. 생명체란 해가 비치는 온화한 표면 세계에 제한된 존재가 아니었고 이는 다른 행성에서 생명체가 진화했을 가능성의 기대감을 불러왔다. 열수구의 유독한 어둠 속에서도 생명체가 잘 살고 있다면 이 은하나 다른 은하 어딘가에서도 얼마든지 생명체가 있을 수 있는 것이 아닌가.(136 페이지)
현재로서 고도가 낮은 봉우리를 탐지하는 유일한 기술은 음파탐지다. 제2차 세계대전 당시 잠수함과 전함을 탐지하기 위해 처음 개발된 기술을 과학자들이 변형해서 해저 조사에 활용하기 시작했다. 해상에 자리 잡은 장비가 아래로 소리를 쏘아 보내고 그 음파가 단단한 표면에 부딪혀 돌아오는 소리를 탐지한 후 이를 3차원으로 해석해서 해저의 지형적 특징을 식별한다. 이처럼 솟아오른 땅덩어리가 언덕인지 산인지를 두고 논쟁이 벌어진다.
육지에서는 산의 높이를 규정하는 보편적 정의가 없다. 역사적으로 육지에서 산의 최소 높이는 300m-600m로 누군가에게는 높은 언덕이 누군가에게는 작은 산이 된다. 반면 물속에서는 1,000m가 해산의 최소 높이였다. 하지만 점차 많은 해산이 조사되고 연구되면서 높이를 제한하는 지질학적, 생태학적 정당성이 의미를 잃었다. 높이 100m 이상의 낮은 해산도 높은 산봉우리 못지않은 중요한 해저 생태계를 수용하고 있었다.(153 페이지)
해산은 끝내 지각판 가장자리로 끌려 들어갈 운명이다. 1년에 5cm라는 아주 느린 속도로 이동하는 무빙워크 위에 서 있는 것과 같다. 산은 무빙워크 끝에서 물러서는 대신 섭입대에서 깊은 해구로 질질 끌려 내려가 지구의 맨틀로 이동한다.(167 페이지) 바다의 광대한 부피와 쉼 없는 움직임, 그리고 열을 흡수하는 물의 뛰어난 성질 덕분에 지구와 태양의 균형 있는 상호작용이 유지된다. 대기의 온실가스 층이 대책 없이 두꺼워지는 지금 끝없이 내리쬐는 태양 복사선은 열을 받아줄 만한 물이 없다면 금세 지구를 견딜 수 없이 뜨겁게 만들 것이다.(184 페이지)
심해와, 심해가 주는 모든 것에 대한 감사는 약 45억년 전 생명이 기원한 순간부터 시작되어야 한다. 살아있는 세포가 심해, 구체적으로 열수구 안에서 맨 처음 나타났다는 것이 현재의 유력한 가설이다. 이는 영국의 지질학자 마이클 러셀(Muchael J. Russell)의 개념이다. 열수구를 생명이 기원한 장소로 보는 이론의 핵심 전제는 열수구 유체가 알칼리성을 띠어야 한다는 점이다. 이는 오늘날 모든 세포의 에너지 생성의 필수 조건인 양성자 기울기를 조정하는 데 필요하기 때문이다. 이는 닉 레인의 [바이탈 퀘스천]이라는 책을 통해 살펴보아야 할 부분이다.
심해는 세포가 처음 생성되고 나머지 지구의 생명을 접종한 뒤에 일어난 일에 대해서도 단서를 제공한다. 최초의 생명이 점화되고 20억 년 동안 세상에는 단세포 생물인 세균과 고세균 밖에 없었다. 생명의 진화에서 다음으로 중요한 단계인 복잡한 세포의 진화 즉 진핵 생물의 탄생 역시 아마 심해에서 이루어졌을 것이다.(198 페이지) 심해의 조건에 완벽하게 적응한 나머지 수면 밖에서는 살아남지 못하는 세균들도 있다는 사실도 놀랍다.
저자는 바다 생태계를 자원 창고로만 보아 어떻게 해서든 개발하고 추출해 돈을 벌려는 편협한 시야는 그 과정에서 잃는 다른 모든 것을 보지 못한다고 말한다.(233 페이지) 수십 년간 심해 저인망 어업은 남극을 제외한 모든 대륙의 대륙붕 가장자리까지 확장되어 실로 전 세계에 발자취를 남겼다. 유럽연합은 수심 800m 아래에서 저인망 어업을 금지하는 법을 통과시켰다. 그 법이 시행된 것은 2017년부터다. 만약 그 금지법이 성공적으로 유지되고 다른 곳에서도 비슷한 제한이 이루어진다면 상대적으로 미미한 경제 이익을 위해 살아 있는 지구를 난도질하는 산업이 저지되는 중요한 계기가 될 것이다.(236, 237 페이지)
이 내용은 3부 착취의 주요 부분이다. 저인망은 바다 밑바닥까지 그물을 내려 배로 끌며 물고기를 싹쓸이하는 어업 방식이다. 저자는 많은 물고기들을 내버려두는 것을 미개발이라고 표현하는 것은 마치 그 동물들의 유일한 목적이 인간에게 효용을 주는 일인 듯 생각하는 말이라고 설명한다.(247 페이지) 이제 심해는 인간의 일상에서 버려진 플라스틱을 비롯한 여러 쓰레기들이 모이는 곳이 되었다. 심해는 고의든 실수든 엄청난 양의 기름이 쏟아지는 곳이기도 하다.
저자는 바다에 무언가를 버린다는 것은 영원히 잊고 싶다는 표현이라고 말한다.(259 페이지) 심해를 쓰레기장으로 사용하는 것이 값싸고 손쉬운 방법일지는 모르나 결코 안전하다고 볼 수 없다. 비교적 최근에는 가축의 사체가 심해에 등장하기 시작했다. 세계적으로 저렴한 고기의 수요가 늘고 지역 도축장에 대한 문화적 요구조건이 까다로워지면서 매년 20억 마리 이상의 살아 있는 가축이 배에 실려 바다를 건넌다. 그러다가 사고가 발생한다.(260 페이지)
심해의 일부는 미처리 하수의 형태로 폐수를 과도하게 받아왔다. 더는 그런 일이 일어나지 않지만 비교적 최근까지도 하수와 오니(汚泥)를 싣고 와서 앞바다에 버리는 폐기물 처리 시스템이 실제로 운영되었다. 바다는 화학무기의 처리장이기도 하다. 저자는 20세기 중반의 군수품이 핵폐기물과 함께 여전히 심해에 흩어져 있고 누구도 그 영향력의 규모를 정확히 파악하지 못하고 있다고 말한다.(264 페이지)
지난 몇 십 년 동안 과학자와 소수의 민간기업으로 이루어진 연구팀이 수 톤이나 되는 철을 바다에 버렸다. 쓸모가 없어서 버렸다기보다는 이 세상에 너무 많이 있는 어떤 물질을 제거하기 위해서였다. 바다에 철을 쏟아 부으면 플랑크톤의 번식을 촉발해 생물펌프를 자극하고 더 많은 탄소를 심해로 끌어내려 수백, 수천 년 동안 대기에서 격리시킨다는 원리다. 하지만 이것은 어디까지나 이론에 불과하다.(266 페이지)
"나에게 선 박 한 척의 철을 달라. 그러면 빙하기를 선물하겠다"고 말한 사람도 있다. 저자는 인위적으로 심해에 탄소를 주입하는 것은 문제 해결이 아니라 그저 잠시 눈앞에서만 치우는 임시방편에 불과하다고 말한다. 규모가 훨씬 크고 위험하다는 차이만 있을 뿐 화학무기, 핵폐기물, 그 밖의 사람들이 처분하려는 다른 것들과 다를 바 없다고 말한다.(269 페이지) 심해에 탄소를 주입하면 해양 산성화가 가속화된다. 그러면 생물 종 다양성이 감소하고 생태계가 파괴된다.
저자는 생명은 심연의 단괴(團塊) 지대에서 풍부하며 심해 채굴이 종과 생태계를 파괴하지 않고 이루어질 수 있다고 보기는 어렵다고 말한다.(290 페이지) 채굴 기계가 해저에서 천둥처럼 울부짖으며 일으키는 진흙 구름은 그것을 분산시킬 강한 해류가 흐르지 않는 심해저 물속에서 한참을 머무를 것이다. 산호나 해면처럼 도망가지 못하는 섬세한 동물들은 그 구름에 붙잡힌 채 숨이 막히고 질식해 죽을 것이다.(291, 292 페이지)
열수구 채굴은 근본적으로 지구에서 생명의 기원에 대한 관점을 바꾼 생태계까지 파괴할 위험이 있다.(299 페이지) 수많은 심해 전문가는 해저 채굴이 기후 위기를 악화할 것이라고 조언한다. 채굴 활동으로 인해 수백만 년 동안 진화하며 탄소 순환에 필수적인 요소가 된 미생물 군집이 교란되면 심연의 탄소를 저장하는 일에 지장이 생길 수 있다. 열수구 채굴이 해저에서 메테인을 제거하는 화학합성 미생물을 어떤 식으로 건드릴지 알 수 없다. 메테인이 대기에 방출되면 이산화탄소보다 25배는 더 강력한 온실가스가 된다.
채굴로 파헤쳐진 열수구가 얼마나 많은 메테인을 내뱉을지 역시 아직 답을 알 수 없다. 새로운 사실은 화석연료를 포기하고 온실가스 배출을 막으려면 엄청난 양의 금속이 필요하다는 점이다. 풍력발전용 터빈, 태양전지판, 전기자동차와 트럭용 배터리가 모두 금속 원소의 혼합으로 만들어지며 경우에 따라 필요한 양이 다르다. 이렇게 화석연료의 필요는 금속의 필요로 대체되겠지만 딥 그린 메탈스와 기타 채굴 기업의 주장대로 그 금속이 반드시 심해저에서 와야 하는지는 따져볼 문제다.(315 페이지)
현재 사용되는 충전식 배터리는 대부분 코발트를 대량으로 사용한다. 전기자동차 한 대에 사용되는 배터리 전극에 약 9kg의 코발트가 들어간다. 이 말 많은 금속이 심해에 존재한다.(320 페이지) 저자는 자동차 배터리, 풍력 터빈, 그 밖에 당장 세계가 필요로 하는 만큼만 캐내고 멈추겠다는 사람들의 주장에 대해 얼핏 훌륭한 발상처럼 보일지 모르지만 이제 충분하니 그만 하라는 말을 누가 할 것인가?라고 묻는다. 광산이 본격적으로 가동하고 돈이 들어오고 주주들이 이익을 요구하는 상황에서 회사가 생산을 멈추는 것이 현실적으로 가능할까?라고 묻는다.
심해는 마지막 변경 지대이자 최후의 미개척지다. 저자는 자원이 바닥나면 새로운 미개척지를 찾아가서 씨가 마를 때까지 가져다 쓰는 것이 문제의 본질이라고 말한다.(330 페이지) 어떻게 심해를 효과적으로 보존할 수 있을까? 이런 야심에 가장 가까운 선례가 남극 조약이다. 남극 조약은 평화와 과학을 위해 남극대륙의 동토를 자연보호지역으로 선언한 국제 협약이다. 심해처럼 남극에도 토착 인구는 없으며 많은 나라가 원유와 가스, 광물을 포함해 매장된 자원에 눈독을 내리고 있다.
하지만 냉전 충돌 중에도 최소 12개의 나라는 영토 주장을 포기하고 모든 군사 활동과 채굴을 금지한다는 조약에 합의할 수 있었다. 저자는 심해는 단호하고 무조건적인 보호가 필요하며 심해 어업과 채굴에 관여한 국가에서 시작되어야 한다고 말한다. 만약 독자가 그런 나라에 살고 있다면 심해 추출 사업에서 손을 떼도록 정부를 압박할 수 있다고 말한다.(333 페이지) 심해에서 우리가 꿈꿀 수 있는 것들은 절대 바닥나지 않을 것이다.
언제까지나 보이지 않고 발 들이지 못할 장소, 끝내 놓쳐버릴 찰나의 순간 누구도 짐작할 수 없고 인간의 시야에서 한사코 벗어난 민첩한 생물까지 정녕 저것들을 지키고 싶다면 온 힘을 기울여 지금 할 수 있는 것들을 해야만 한다.(340, 341 페이지) 이것이 [찬란한 심연]의 마지막 문장이자 결론이다. 제목 그대로 심해는 정말 찬란한 곳이다. 상상을 뛰어넘는 경이롭고 신비한 곳이다.
모든 것을 받아주는 바다, 생태균형자인 바다를 우리가 그간 너무 파헤치고 이용하고 쓰레기장처럼 취급해왔다. 우리가 보내는 시간에도 차원이 있다. 어떤 전문가는 시간을, 빠르게 변하는 파도의 시간, 파도의 시간에 비해 느린 해류의 시간, 장기지속의 해구의 시간으로 구분했다. 지질학적 시간처럼 아주 아주 느리게 움직이는 조용한 해구의 시간이란 말을 들으며 해구는 평온하고 조용한 곳이라고만 생각했었다. 상황은 너무나 다르다. 저자의 문제의식에 전적으로 공감한다. 바다에 미안하다.

물리학의 한 부분인 핵 이야기를 통해서 사회도 생각하고 원리를 알 수 있는 책 - [페르미가 들려주는 핵분열, 핵융합 이야기]

벤투의스케치북 — Fri, 17 Apr 2026 22:07:00 +0900

페르미가 들려주는 핵분열, 핵융합 이야기
송은영 지음 / 자음과모음 / 2010년 09월

핵(核)에 대해 관심을 갖게 된 것은 과학 원리에 대한 호기심 때문이었다. 고중숙 교수의 [내 머리로 이해하는 E=mc²]을 읽은 것으로부터 시작된 관심이다. 이 책을 읽은 것은 25년전인 2001년이었다. 당시는 E=mc²를 이해하고자 읽다가 관련이 큰 핵에 대해서까지 관심이 이어진 것이다. 며칠 전 읽은 서균열 교수의 [인문핵]을 통해 많은 부분을 이해했다. 그러나 그 책에서 다루어지지 않은 내용을 찾아 송은영 저자의 [페르미가 들려주는 핵분열, 핵융합 이야기]를 읽게 되었다. 핵반응은 화학반응보다 평균적으로 1000만 배나 많은 에너지를 내놓는다. 방사성 원소란 방사선을 내놓는 원소를 말한다. 라듐, 우라늄, 토륨 등이 대표적인 원소다. 방사성 원소는 각각의 특성에 따라 알파 방사선, 베타 방사선, 감마 방사선을 내놓는다. 알파 방사선은 베타 방사선 보다 7000배 이상 무겁다. 전기까지 띠고 있어서 공기 중의 여러 입자와 반응해 적지 않은 에너지를 잃어버린다. 그러니 멀리 나아가려고 해도 나아갈 수 없다. 알파 방사선이 공기 중에서 비행하는 거리는 수 센티미터 정도이다. 그래서 알파 방사선은 종이 한 장으로도 차단이 가능하다. 알파 방사선이 그다지 해를 끼치지 못하는 이유다. 그러나 알파 방사선이 음식물이나 호흡기를 통해서 인체로 들어오면 사정은 달라진다. 인체에 심각한 피해를 줄 수 있다. 베타 방사선은 알파 방사선보다 가볍고 전기도 약하다. 그래서 공기 중의 입자와도 알파 방사선만큼 반응하지 않는다. 그래서 종이 정도는 거뜬히 뚫고 수 미터까지 날아간다. 베타 방사선도 알루미늄판은 뚫고 지나가지 못한다. 하지만 베타 방사선도 과다하게 쪼이면 위험하다. 감마 방사선은 알파 방사선이나 베타 방사선과 달리 질량도 없고 전기도 띠지 않는다. 그래서 웬만한 물체는 거침없이 뚫고 지나간다. 방사선이 두려운 것은 바로 감마 방사선의 강력한 투과력 때문이다. 그러나 감마 방사선도 두꺼운 콘크리트 벽 앞에서는 무릎을 꿇는다. 라듐과 우라늄은 알파 방사선을, 토륨은 베타 방사선을 내놓는다. 감마 방사선만을 따로 내놓는 방사성 원소는 없다. 감마 방사선은 알파 방사선과 베타 방사선이 나오면 뒤따라서 나온다. 방사성 원소는 막대한 에너지를 내놓지만 한 두 번의 단발적인 현상으로 그쳐서는 폭발적인 에너지를 창출해내기 어렵다. 방사성 원소의 에너지가 쓸모 있는 위력을 발휘하려면 붕괴 반응이 연이어 이어져야 한다. 이를테면 연쇄반응이 일어나야 하는 것이다. 연쇄반응은 중성자를 발견하고 나서부터 가능해졌다. 중성자는 1932년 영국의 물리학자 채드윅이 발견했다. 그는 이 공로를 인정받아 1935년에 노벨물리학상을 수상했다. 핵은 전기적으로 중성이 아니라 양성이다. 양성자는 양성이기 때문에 전기적으로 양성인 핵에 다가서지 못하고 전자는 핵에 꽉 붙들려서 벗어나지 못한다. 중성자는 중성이기 때문에 양전하이든 음전하이든 상관없다. 중성자가 발견되기 이전에는 감히 꿈꿀 수조차 없었던 핵 속으로의 진입이 마침내 성공을 거두게 된 것이다. 리제 마이트너는 중성자로 우라늄을 때렸더니 우라늄보다 원자번호가 거의 절반밖에 안 되는 56번의 바륨이 생겨났다고 말했다. 하나의 중성자가 입사(入射)해서 그 많은 결합을 깨고 핵을 두 동강 내버린다는 것은 믿어지기 힘든 상황이다. 하지만 역으로 생각하면 핵 속에 입자가 많이 들어 있어 그만큼 불안정하다는 뜻일 수도 있다. 닐스 보어는 핵은 딱딱한 고체가 아니라 말랑말랑하게 방울진 액체처럼 되어 있다는 모형을 제안했다. 우라늄 235가 어떤 원자로 쪼개어져야 한다는 공식은 없다. 분할은 무작위적이다. 어떤 원소가 생길지 모르기 때문이다. 그러나 범위는 있다. 너무 가볍거나 무거운 원소가 생길 확률은 거의 없다. 대부분 질량수가 90~100, 135 ~145 범위의 두 원소로 쪼개어진다. 우라늄 235(양성자+중성자; 235; 질량수)가 핵분열해서 내놓는 대표적인 원소는 바륨과 크립톤, 크세논과 스트론튬, 텔루르와 지르코늄이다. 중성자와 우라늄 핵이 만나서 이루어지는 연쇄반응과 핵분열은 원자력 에너지와 원자폭탄으로 무르 익어서 현실화된다. 아인슈타인 이전에는 누구나 에너지와 질량이 전혀 별개의 것이라고 믿었다. 아인슈타인은 질량과 에너지는 같으나 단지 형태만 다르다고 주장했다. 페르미는 중성자와 원소 사이에 파라핀을 놓고 중성자로 원소를 때리는 실험을 했다. 그러자 방사선이 엄청나게 나오는 것이었다. 방사선 수치가 열 배는 보통이었고 심지어는 100배까지도 증가했다. 방사성 수치가 높아졌다는 것은 핵반응이 더욱 빈번히 일어났다는 뜻이다. 이것은 연쇄반응이 가능해졌다는 의미다. 파라핀에는 수소가 듬뿍 들어있다. 수소에는 양성자가 하나 들어 있다. 중성자는 들어 있지 않다. 양성자와 중성자는 질량이 비슷하다. 양성자와 중성자의 질량이 비슷하니 수소는 중성자와 질량이 비슷할 것이다. 수소와 중성자는 질량이 비슷하니 파라핀 속 수소와 중성자가 충돌하면 어떻게 될까? 중성자는 많은 에너지를 잃을 것이다. 에너지를 적지 않게 잃어버렸으니 속도가 현저히 느려진다. 속도가 느려졌으니 수소 주위에서 머무는 시간이 길어진다. 머무는 시간이 길수록 접촉할 수 있는 확률은 그만큼 높아진다. 중성자와 수소가 만날 수 있는 시간이 길어진다는 뜻이다. 중성자와 수소의 반응 확률이 높아지는 것이다. 그러니 더 많은 방사선이 나올 수밖에 없다. 방사선이 많이 나오는 것은 중성자의 속도가 느려졌기 때문이다. 속도가 느린 것을 저속이라고 한다. 속도가 느려진 중성자를 저속 중성자라고 부른다. 저속 중성자는 핵반응의 확률을 대폭적으로 높여준다. 연쇄반응이 일어나는 확률을 급속도로 향상시켜준다는 말이다. 이로써 핵에너지를 마음껏 꺼내어 쓸 수 있는 길이 활짝 열렸다. 페르미는 핵반응 실험 준비에 들어갔다. 연쇄반응의 조건을 살피는 과정을 한 단계 한 단계 차근차근 조정해 나갔다. 어떤 물질이 중성자를 얼마나 흡수하는지, 물질의 순도에 따라 중성자 흡수율이 어떻게 달라지는지, 우라늄을 얼마나 쌓아야 적당한지를 세심하게 살폈다. 그러고는 순도 높은 우라늄과 흑연을 벽돌처럼 높이 쌓여 올렸다. 흑연은 중성자의 속도를 늦추기 위한 것이었다. 중성자의 속도를 늦춰주는 물질을 감속재라고 한다. 원자폭탄은 제어봉이 필요 없다. 연쇄반응이 급격히 이루어져야 무시무시한 핵폭탄이 된다. 그러나 원자력 발전은 그래서는 안 된다. 원자력 발전의 목적은 핵발전소를 일순간에 흔적도 없이 날려 보내는 것이 아니라 핵 에너지를 끌어내서 유용하게 사용하는 데 있기 때문이다. 페르미는 우라늄 238이 중성자와 만나면 더 무거운 미지의 새로운 원소가 탄생할 것이라 보았다. 중성자가 우라늄 핵에 더해져서 우라늄보다 원자번호가 높은 원소가 탄생한 것이다. 이것이 플루토늄 239(양성자 94+중성자 145)다. 우라늄 238은 핵분열을 하지 못해 핵에너지를 내지 하지만 핵에너지를 내보내는 물질을 새롭게 만든다. 우라늄 238의 반감기는 45억년이다. 우라늄 235에 중성자를 충돌시키면 핵분열 하고 우라늄 238에 중성자를 충돌시키면 중성자를 흡수해 플루토늄 239가 된다. 우라늄 235는 중성자 수가 143개로 홀수다. 핵자(양성자와 중성자)들은 짝을 이룰 때 더 안정적인데, 우라늄 235는 짝이 맞지 않아 기본적으로 에너지가 높은 상태다. 우라늄 235가 중성자를 하나 더 흡수하면 우라늄 236이 되면서 중성자 수가 짝수가 된다. 이때 짝을 이루면서 발생하는 '짝짓기 에너지(Pairing Energy)'가 매우 크다. 이 넘치는 에너지가 핵 전체를 심하게 흔들어놓고(임계 변형) 결국 핵이 두 개로 쪼개지는 핵분열이 일어난다. 우라늄 238은 중성자 수가 146개로 이미 짝수다. 구조적으로 우라늄 235보다 훨씬 안정적이다. 우라늄 238이 중성자를 흡수해 우라늄 239가 되면 중성자 수가 홀수가 된다. 이때는 우라늄 235의 경우와 반대로 에너지가 크게 방출되지 않으며 핵을 쪼갤 만큼의 충격이 발생하지 않는다. 그 결과 핵이 깨지는 대신 중성자를 품고(포획) 있다가, 두 번의 베타 붕괴를 거쳐 원자번호가 92번(우라늄)에서 94번인 플루토늄 239로 변한다. 핵분열을 하면서 사라지는 우라늄 235보다 중성자를 흡수해 새롭게 생기는 플루토늄 239가 더 많아진다. 이런 경우를 증식(增殖)이라 한다. 세분하면 우라늄 238에 중성자가 더해지면 넵투늄 239(양성자 93+중성자 146)이 된다. 넵투늄 239가 베타 붕괴를 한다.(베타 붕괴는 질량수는 변하지 않고 원자번호는 하나 증가한다.) 그 결과 플루토늄 239가 된다. 중성자가 양성자보다 많은 상태에서 중성자가 양성자로 바뀌며 핵이 더욱 안정적인 상태로 붕괴하는 것이 일반적이다. 음의 베타 붕괴는 중성자가 양성자로 바뀌어 원자번호가 하나 증가하고 중성자는 하나 감소한다. 양성자는 하나 증가하여 전체 질량수는 변하지 않는다. 양의 베타 붕괴는 양성자가 중성자로 변환되어 원자번호가 하나 감소하고 중성자는 하나 증가하고 양성자는 하나 감소한다. 플루토늄은 원자폭탄의 개발에 또 하나의 새로운 이정표를 찍었다. 우라늄 235의 분리와 같은 동위원소 방법을 사용하지 않고도 핵 원료를 얻을 수 있는 길을 열어 주었기 때문이다. 연쇄반응을 일으키는 데 필요한 최소 양이 임계질량이다. 우리는 아인슈타인 하면 원자폭탄을 떠올리지만 그는 원자폭탄 제조에 실질적으로 관여하지 않았다. 그는 이런 말을 했다. “원자폭탄을 탄생시키는 데 내가 한 일은 미국이 독일보다 앞서서 핵무기를 개발해야 한다고 루스벨트 대통령에게 편지를 쓴 것뿐입니다.” 아인슈타인은 이런 행동을 했다는 것만으로도 무척이나 후회스러워 했다. 아인슈타인의 E=mc² 공식만으로 원자폭탄을 만들 수 없다. 사람들의 논리라면 중성자를 발견한 채드윅도 원자폭탄 개발에 몫을 했다. 핵분열을 발견한 마이트너도 그렇다. 원자폭탄을 제조하려면 구체적이고도 복잡한 여러 가지 과학기술이 필요하다. 우라늄 광석에서 우라늄 235를 뽑아내서 농축시키는 일, 증식로 속의 여러 핵물질 가운데서 플루토늄을 추출해내는 일. 원자폭탄의 임계 질량을 정확히 산출해내는 일, 원자폭탄 내부에 폭약을 꼼꼼히 설치하는 일 등등 수많은 어려움을 해결해야 한다. 핵발전소에서 나오는 핵폐기물은 기체, 액체, 고체로 다양하다. 원소 중에서 가장 가벼운 수소는 핵융합을 일으키는 데 가장 적당하다. 우라늄은 238이 대부분을 차지하듯 수소도 경수소가 대부분을 차지한다. 수소의 99.985 퍼센트가 경수소(프로튬)이고 나머지는 중수소(듀테륨)다. 삼중수소(트리튬)는 자연 상태에서는 존재하지 않고 인공적으로만 만들 수 있다. 가장 바람직한 핵융합은 삼중수소(트리튬)와 중수소(듀테륨)가 합쳐져 헬륨을 만드는 핵반응이다. T-D 반응이라 한다. 아인슈타인의 E=mc²는 핵분열에서 나오는 에너지뿐만이 아니라 핵융합에서 나오는 에너지도 명쾌하게 설명해준다. 핵분열보다 에너지 생산율이 높은 것이 핵융합이다. 우라늄 235 1kg이 핵분열하면서 내놓는 에너지는 200억 킬로 칼로리다. 수소 1kg이 핵융합하면서 내놓는 에너지는 1,500억 킬로 칼로리다. 핵융합 반응을 일으키려면 1억도에 가까운 온도가 필요하다. 핵융합 반응은 탄소 배출이 없는 친환경 에너지원으로 소량의 방사성 폐기물은 발생한다. 핵융합 반응의 원료는 수소 즉 물이다. 넘치는 양이다. 수소는 석탄, 석유에 비해 압도적으로 싸다. 수소는 방사성 원소가 아니다. 핵융합 반응에서 나오는 질량결손이 태양열과 태양빛의 원인이다. 핵융합 반응은 핵분열의 도움을 받아야 한다. 온도 때문이다. 물리학에서 공부할 것은 많다. 올해 읽은 짐 알칼랄리의 [어떻게 물리학을 사랑하지 않을 수 있을까]에서는 E=mc²을 통해 아원자세계에서 핵분열을 이해하고 원자핵 에너지를 해방시킬 수 있었다(106 페이지)는 말이 나온다. 색다른 표현이다. 이 책은 물리학 일반에 대한 이야기를 모은 책이다. 언제라도 저명한 외국 물리학자의 핵융합, 핵분열 이야기 책이 출간되면 읽을 생각이 있다. 그러나 기본적으로는 핵융합의 본령이라 할 별의 핵융합 이야기에 집중할 생각이다. 송은영 저자의 책에도 핵을 둘러싼 사회적 책임 부분이 나온다. 바다에 핵 폐기물을 버리는 문제를 다룬 책도 찾아볼 생각이다.

핵 발전소, 핵폭탄 등에 대한 책임 있는 의식을 강조하는 인문핵 - [서균렬 교수의 인문핵 - 인문학으로 본 원자핵]

벤투의스케치북 — Thu, 16 Apr 2026 18:23:00 +0900

서균렬 교수의 인문핵 - 인문학으로 본 원자핵
서균렬 지음 / 철수와영희 / 2024년 06월

노아(露兒)라는 호를 쓰는 서균렬(徐鈞烈) 교수의 [인문핵]이란 책이다. 서울대학교 원자핵공학과를 졸업한 후 대우 원자력과 한국원자력연구소를 거쳐 국비 유학시험에 단독 합격해 MIT에서 핵 기계공학 석사와 박사학위를 취득한 분이다. '인문학으로 본 원자핵'이라는 부제답게 이제는 원자핵을 인문의 시선으로 보자고 주장하는 책이다. 가난했지만 교육자였던 아버지의 영향을 받아 인문적 성향의 공학자가 된 저자는 보통은 사람들이 공학이나 과학 등이 건조하고 딱딱한 학문이라고 생각하지만 공부를 할수록 그렇지 않다는 것을 느꼈다고 말한다. 굳이 인문 핵이라는 말을 하는 이유도 거기에 있다고 말한다. 이 책은 인문학이라는 책임감 있는 이야기와 함께 어린 시절부터 대학 시절을 거쳐 교수 시절 등 여러 과정을 담백하게 고백한 책이어서 진솔하고 무게감 있게 느껴진다. 개인적으로는 책을 통해 전자와 중성자에 대해 새로운 사실들을 많이 알았다. 맨해튼 사업의 총지휘자인 오펜하이머가 즐겨 읽던 책이 산스크리트 성전인 [바가바드 기타]였다. 이 책에 등장하는 전쟁의 신의 이름이 트리니티이다. 당시 코드명이 트리니티였다. 기독교의 삼위일체가 아니다. MIT로 유학을 가면서 "내가 핵을 만들겠다. 그 전에는 어떤 일이 있어도 우리 땅을 밟지 않겠다"고 독하게 마음 먹었던 저자는 웨스팅하우스에서 일하면서 핵발전소야말로 위험한 물건이라는 사실을 깨닫았다고 말한다. "핵은 내 안에 있구나. 바로 나구나"라는 깨달음도 얻었다고 한다. 이 책을 원활하게 읽으려면 원자, 원자핵(양성자+중성자), 전자 등에 대해 알아야 한다. 길지만 상술해본다. 원자 한가운데에는 양전하를 띠는 양성자와, 양전하와 음전하를 모두 가진 중성인 중성자가 강력하게 결합되어 있다. 양성자와 중성자를 핵자(核子)라고 부른다. 양성자가 전자보다 많으면 양이온, 전자가 양성자보다 많으면 음이온이라고 한다. 내파(內破; implosion) 공학이란 플루토늄을 압축하는 기술이다. 핵무기 개발은 핵물리를 넘어선 핵공학의 영역이다. 이론만으로는 생산물을 얻기가 어렵다. 천연 우라늄 1000개 중 오직 7개만이 핵무기를 만들 수 있는 우라늄 235다. 993개는 연료로 쓰기 힘든 우라늄 238이다. 하지만 원자로에서 플루토늄 239로 바뀌면 연료로 쓸 수 있다. 우라늄이 쪼개지면 세슘이나 스트론튬 같은 물질이 새로 생긴다. 전리(電離)란 전자를 떼어낸 것이라는 뜻이다. 원자의 바깥을 돌고 있던 음전하의 전자가 떨어져 나오면 원자는 음양의 균형을 잃고 양전하를 띠게 된다. 우라늄이 원자로에서 핵분열할 때 전자가 매우 많이 튀어나온다. 원자로는 물로 가득 차 있다. 열을 식히기 위해서이다. 물은 방사선을 막아주는 역할도 한다. 전자는 진공이나 수중이나 상관없이 광속으로 움직인다. 정작 빛은 물속에서 속도가 조금 느려진다. 전자가 수중에서는 빛보다 더 빠르다. 이때 전자기파가 나온다. 이때 수중에 푸른빛이 보인다. 이를 체렌코프 현상이라 한다. 핵무기 기술은 굉장히 오래되었다. 원료가 되는 물질만 구하면 만드는 일은 어렵지 않다. 심지어 요즘은 핵물질을 인터넷으로 거래한다. 물론 핵탄두를 만들 정도의 양은 아니다. 이론적으로는 4KG 가량의 핵물질을 확보하면 핵무기를 만들 수 있다. 원리는 간단하다. 유체역학이란 핵폭탄을 초강력의 무기로 만들기 위해서 필요한 학문이다. 원자탄에서 내폭이 일어나면 자몽 만한 플루토늄 덩어리가 압력을 받아 자두 만큼 작아진다. 이때 핵분열을 시작할 수 있도록 중성자를 쏘면 된다. 플루토늄 덩어리의 형태와 구조에 대한 분석 결과 30만 기압 정도의 압력을 가하면 자두만한 크기로 줄어든다. 이때의 질량이 바로 임계 질량 즉 핵분열을 할 수 있는 최소 질량이다. 30만 기압이란 6톤의 무게를 가진 코끼리 50만 마리가 1000분의 1초 동안 한치의 오차도 없이 입체각 360°로 위에서 동시에 누를 경우에 만들어지는 기압이다. 핵무기와 원자로는 원리가 같다. 핵분열로 에너지를 얻는 것이기 때문이다. 원자는 원자핵과 전자로 나뉜다. 원자는 핵과 전자로 이루어진 구름 상태다. 특히 원자 가운데에 아주 작은 핵은 모든 물질의 핵심이라고 할 수 있다. 원자의 표피를 이루는 전자는 바깥 물질을 밀어내는 힘을 가진다. 만일 그런 것이 없으면 물질과 물질이 겹친다. 우리가 신체를 통해 외부 세계를 감각할 수 있는 것은 바로 이런 밀어내는 힘 덕분이다. 우리가 일상에서 쓰는 핵이라는 말은 원자력이라고도 한다. 핵발전소 원자로나 핵무기를 만드는 물질을 가리킨다. 우라늄, 플루토늄, 토륨이 해당한다. 이들을 핵연료 물질이라고 한다. 이들이 핵분열을 하며 막대한 에너지를 생성한다. 그러면서 인체에 치명적인 해를 끼치는 방사성 물질을 뿜어낸다. 리제 마이트너가 핵분열 현상을 발견했다. 우라늄이나 플루토늄처럼 질량이 큰 물질의 원자핵에 중성자가 충돌하면서 둘로 쪼개지는 현상을 말한다. 이 과정에서 엄청난 에너지가 발생한다. 탄소나 수소처럼 안정된 물질의 핵은 중성자를 쏴 충돌 시켜도 쪼개지지 않는다. 모두 핵을 가지고 있지만 핵개발의 원료가 되지는 않는다. 단 여기에는 이를 조절할 장치가 필요하다. 무기라면 폭발력을 최대치로 만들 장치가 필요하고 발전기라면 안정성을 담보할 장치가 필요하다. 원자력 발전은 필연적으로 폐기물을 남긴다. 현재 기술로는 이 핵폐기물을 안전하게 저장할 수 없다. 저자는 바로 이런 이유로 연구 개발이 필요하다고 말한다. 그동안 핵발전소를 짓는 데 돈을 쓰고 인력을 썼다면 이제는 안전을 위해 그만한 투자가 이루어져야 한다는 것이다. 최근에는 핵분열이 아닌 핵융합으로 에너지를 얻는다. 핵분열이 원자핵이 쪼개지는 것이라면 핵융합은 두 개의 원자핵이 합쳐지는 것이다. 이 과정에서 발생하는 에너지를 이용하는 것이 핵융합 발전이다. 태양이 열을 내는 방식과 유사해서 인공 태양이라 불린다. 중수소는 양성자 하나와 중성자 한 개로 이루어졌고, 3중수소는 양성자 하나와 중성자 두 개로 이루어졌다. 핵이 만들어지면서 우리가 원소라고 부르는 '세상을 이루는 물질들'이 만들어졌다. 그 첫 번째가 수소다. 수소의 구조는 매우 간단하다. 수소 원자는 양성자 1개로 이루어진 원자핵과 전자 1개가 결합한 상태다. 원자의 빈 공간은 매우 크다. 원자핵과 전자 사이에 어마어마한 공간이 있다. 잠실구장 한가운데 떨어뜨린 공이 원자핵이라면 그 주위를 빙 둘러싼 관중들이 전자에 해당한다. 왜 관중이 아니라 관중들일까? 그 이유는 위치를 특정할 수 없기 때문이다. 고정되어 있는 게 아니기에 어디에 있는지 알 수 없다. 전자는 확률로 존재한다. 위치를 특정할 수 없고 다만 그 흔적을 구름처럼 모호하게 표시할 수 있다고 해서 전자 구름이라 한다. 핵은 물성을 유지하는 최소 단위다. 핵을 쪼개면 고유성질이 사라진다. 핵분열이라는 용어는 생물학에서 먼저 나왔다. 생물학에서의 분열은 세포핵 분열이고 핵공학에서의 분열은 원자핵분열이다. 생물학의 분열은 division이라 하고 핵공학에서의 분열은 fission이라 한다. 원자 주위의 전자는 도무지 어디에서 어떻게 존재하는지 알 수 없다. 위치를 알려면 빛을 쏘아야 하는데 빛 입자가 전자를 때리는 순간 그 충격으로 전자는 어디론가 가버린다. 그렇기 때문에 전자는 확률적으로만 존재한다. 세슘이나 스트론튬처럼 인체와 자연계에 치명적인 물질들은 모두 인위적인 핵분열을 통해 만들어진 것들이다. 인간은 인위적으로 핵분열을 일으킬 수는 있지만 그 부산물을 어떻게 처리해야 할지는 모른다. 천연 우라늄에는 우라늄 234, 235, 238의 세 종류가 있다. 이들을 동위 원소라 부른다. 양성자수는 같고 중성자 수가 다르다. 핵분열 과정은 연속적이다. 하나의 원자핵 안에 양성자와 중성자가 강하게 결합되어 있다가 인위적 힘에 의해 깨지면서 중성자가 흘러나온다. 그 중성자는 또 다른 핵을 건드린다. 핵은 또 깨진다... 이런 식이다. 이때 세슘, 스트론튬, 제논, 크립톤 같은 방사성 물질이 나온다. 최초의 분열에 이르는 시간이 1억분의 1초에 불과하다. 이 찰나의 순간에 엄청난 에너지가 발생한다. 우라늄 1g이 핵분열할 때 나오는 에너지는 석탄 3톤이 내는 에너지외 맞먹는다. 핵분열을 조절하면서 그 열로 물을 끓이면 하나의 도시가 사용할 전기를 생산할 수 있고 한꺼번에 터뜨리면 그 도시를 파괴하게 되는 것이다. 플루토늄은 자연 상태에서는 존재하지 않고 원자로에서 사용하고 남은 연료봉을 추출해서 만든다. 히로시마에 떨어진 폭탄은 농축 우라늄 폭탄이었고 나가사키에 떨어진 폭탄은 플루토늄 폭탄이었다. 우라늄과 플루토늄은 화학적 성질이 다르다. 플루토늄은 질산 등을 이용해서 빼낸다. 농축 우라늄은 물리적으로 추려낸 것이고 플루토늄은 화학적으로 추려낸 것이다. 다만 플루토늄에는 유효기간이 있다. 핵분열이 잘 되는 플루토늄은 239다. 이것이 중성자에 노출되면 금세 240이 되어버린다. 짝수가 되면 안정성이 높아져서 잘 안 쪼개진다. 그래서 플루토늄은 만든 후 짧게는 6개월, 길게는 1년을 넘기지 않아야 한다. 플루토늄이든 우라늄이든 핵발전의 연료로 쓰인다. 이론상으로는 핵발전소에서 핵폭탄을 만들 수 있다. 그래서 세계 핵 강대국들이 자신들 이외의 나라들이 플루토늄을 어떻게 처리하는지에 민감하다. 플루토늄을 함부로 처리하지 못하게 한다. 핵 확산을 막는다는 취지로 맺은 핵 비확산 조약(NPT)이 바로 그것이다. 쓰고 남은 우라늄을 재처리하면 핵무기를 만드는 플루토늄이 된다. 핵폐기물을 땅에 묻는 데에 엄청난 돈이 들어간다. 분열을 하면 우라늄 235의 원자핵이 중성자와 충돌하면서 두 개로 쪼개진다. 바륨, 크립톤, 스트론튬, 제논, 플루토늄 등의 물질로 변한다. 시간이 흐르면서 납이나 철처럼 더 이상 핵이 깨지지 않는 상태로 변한다. 그 기간이 엄청나게 오래 걸려서 플루토늄 239는 반감기가 24000년쯤 된다. 계산해보니 24만 년이 지나야 붕괴를 멈춘다. 저자는 독일이 유대인(과학자들)을 박해 했기 때문에 그들이 미국으로 망명해 핵을 미국에서 먼저 만들게 되었다고 말한다. 인종주의가 결국 자신들의 목을 조른 셈이 된 것이다. 줄리어스 로버트 오펜하이머, 레오 실라르드, 한스 베테, 에드워드 텔러, 존 폰 노이만, 오토 프리슈, 유진 위그너, 제임스 프랑크 등이다. 맨해튼 사업에는 대학, 연구소, 군대를 비롯하여 연인원 13만 명과 20억 달러가 투입됐다. 2년 8개월의 노력을 거쳐 미국은 세계 최초로 핵폭탄 개발에 성공했다. 맨해튼 사업을 주도한 오펜하이머는 전쟁을 끝낸 위대한 과학자라는 칭송과 함께 인류를 절멸시킬 위협적인 무기를 만든 사람이라는 비난을 한 몸에 받았다. 스스로도 후회를 많이 했다. 루스벨트 사후에 대통령직을 이어받은 트루만에게 자기 손에 피를 묻혔다며 핵개발을 그만두자고 했다. 하지만 승리에 도취된 미국은 이를 받아들이지 않았다. 트루먼은 그를 미국 원자력위원회에서 물러나게 한다. 오펜하이머는 소련의 첩자라는 누명을 쓰고 청문회에서 심문까지 당하는 수고를 겪는다. 지금은 원자폭탄을 만드는 방식이 다양해졌다. 맨해튼 사업 당시 미국 전체 수요의 3분의 2에 해당하는 전기를 썼다. 자연에는 거의 없는 우라늄 235를 만들기 위해 전기가 많이 들어간다. 우라늄은 농축기와 전기가 필요하고 플루토늄은 원자로가 필요하다. 지금은 거의 플루토늄으로 핵무기를 만든다. 그동안 원전에서 확보한 것이 많기 때문이다. 요즘은 여기에 수소 등을 넣어 폭발력을 늘리고 있다. 크기는 작아지고 파괴력은 더 커지는 추세다. 방사선은 방사성 물질이 뿜어내는 에너지이다. 불완전한 상태의 원자핵이 안정화되는 과정에서 나오는 입자와 빛을 말한다. 원자핵이 쪼개지는 핵분열이 일어나면서 방출되는 물질들이 바로 방사선이다. 알파선은 양성자와 중성자가 쌍으로 묶여 있는 구조 즉 헬륨이다. 베타선은 방출된 전자다. 중성자선은 파괴력이 훨씬 세다. 우주가 생긴 이래 방사성 물질은 계속 있었다. 그런데 인간이 핵을 이용하면서부터 양이 급증했다. 자연 상태의 방사선은 핵발전소나 핵무기에 비할 바가 못 된다. 인간 스스로 자기는 물론 지구 생태계를 위협하는 물질을 대책 없이 쌓아두고 있는 셈이다. 삼중수소는 양성자 하나와 중성자 두 개로 이루어진 물질이다. 중성자 하나가 전자를 방출(베타선) 하면서 양성자로 바뀐다. 그러면서 헬륨(양성자 2+중성자 2)이라는 안정적인 물질로 바뀐다. 지구의 위성인 달에 풍부한 물질이다. 지구에서 3중수소는 물의 형태로 존재한다. 온실 기체는 화석연료를 태울 때 발생한다. 물질이 타는 것은 산화 작용이다. 산소와 결합하면서 전자를 잃는 현상이다. 이 과정에서 열이 발생한다. 그 열은 어디에서 나오는가? 탄소와 산소의 외곽을 돌고 있는 전자들이 서로 합치면서 자리를 바꾼다. 그러면서 질량이 달라지고 여기서 에너지가 발생한다. 탄소화합물에 묶여 있던 전자들이 더 안정적인 이산화탄소와 물을 구성하기 위해 위치를 바꾼다. 산소는 전자를 강하게 끌어당긴다. 탄소와 산소가 결합할 때 탄소의 전자들이 공유 결합을 형성하며 더 낮은 에너지 상태로 이동한다. 이때 공유 결합 에너지의 차이만큼 열과 빛의 형태로 방출된다. 핵분열 자체는 이산화탄소를 발생시키지 않는다. 다만 핵발전이라고 해서 이산화탄소와 무관한 것은 아니다. 우라늄 235의 비율을 높이는 농축과정처럼 핵연료를 만들 때 전기가 엄청나게 들어간다. 화석연료를 이용한 발전시설로 만든 전기를 써야 하기 때문이다. 핵폐기물을 관리하는 데도 전기가 소모된다. 핵폭탄과 핵발전소 중 핵폭탄이 먼저다. 어찌 보면 핵발전소는 핵폭탄으로 대량살상의 문을 연 것에 대한 속죄라고도 할 수 있다. 엔리코 페르미는 우라늄 핵이 쪼개질 때 탄소를 두면 중성자 속도가 적당하게 낮아진다는 것을 알아냈다. 자동차로 치면 제동장치인 셈이다. 그래서 핵발전소 원자료에 탄소로 만든 제어봉을 집어넣는다. 폭탄에는 이런 장치가 없다. 조절할 필요가 없기 때문이다. 중성자 속도를 늦추는데 물을 쓰는 경수로와 달리 흑연을 쓰는 곳도 있다. 물은 고온에서 끓어버린다. 흑연 감속로는 그럴 염려가 없다. 전기는 인류에게 이전과는 비교할 수 없는 문명을 선사했다. 전기는 어디에서 왔는가? 광물에서 왔다. 석탄, 석유가 그렇고 우라늄도 돌에서 온 것이다. 우라늄은 자연에 존재하는 돌에서 채굴한다. 광물은 돌을 구성하는 기본 단위다. 제어봉은 핵분열에서 불쏘시개 역할을 하는 중성자를 흡수하는 역할을 한다. 핵폭탄은 우라늄이나 플루토늄을 원료로 만든다. 구체적으로는 우라늄 235, 플루토늄 239다. 우라늄의 원자번호는 92번, 플루토늄의 원자번호는 94번이다. 핵폭탄을 만들 때 플루토늄을 쓰는 이유는 우라늄 235를 구하기 어렵기 때문이다. 235만 얻는 유일한 방법은 기체로 만들어서 원심분리기에서 마구 돌리는 방법뿐이다. 그러면 무거운 238은 바깥으로 뛰쳐나가고 상대적으로 가벼운 235가 남는다. 이를 수천 번 반복해서 235의 비율을 높인 것이 농축 우라늄이다. 우라늄 235의 핵은 양성자 92개와 중성자 143개가 묶여 있다. 중성자가 홀수여서 두 개씩 짝을 지어보면 하나가 남는다. 이런 핵은 불안정해서 쉽게 쪼개진다. 수소 폭탄의 원리는 핵융합이다. 두 개의 수소 핵이 붙어서 헬륨이 되면서 엄청난 에너지가 발생한다. 수소 원자를 융합시키려면 1억도의 온도가 필요하다. 지금 태양 중심부 온도가 1500만 도이니 6배가 넘는 어마어마한 고온이 필요한 것이다. 그래도 방법을 찾는 데 성공했다. 원자폭탄을 터뜨려서 열을 생성한 것이다. 그렇게 해서 수소 원자끼리 결합하면서 질량이 바뀌고 바로 여기서 또 한번 E=mc²이 등장한다. 방사성 물질은 인체에만 치명적인 것이 아니다. 사고 수습 당시 투입된 로봇이 몇 초 만에 작동을 멈췄다. 전자회로가 전부 망가져버린다. 방사선은 전하를 띠고 있다. 당연히 합선이 된다. 저자는 스리마일(1979년), 체르노빌(1986년), 후쿠시마(2011년) 핵발전소 사고에 대해 상세히 설명한다. 핵폐수 이야기를 해보자. 저자에 의하면 핵폐수는 세계 바다 생태계에 적지 않은 영향을 끼칠 것이다. 오염 농도가 묽어지니까, 희석되니까 괜찮을 것이라고 말한다. 정말 무책임한 말이다. 바다가 아무리 넓다고 해도 지구 안에 있다. 서로 돌고 돈다. 해류를 타고 오염물질이 세계 바다로 퍼진다. 그러는 동안 완전히 걸러지지 않은 핵 오염물질들이 해저로 가라앉을 것이다. 바다 생태계가 오염된다. 먹이사슬을 타고 우리 인간의 식탁 위로 올라온다. 그럴 일이 없다고 누가 단정할 수 있을까. 저자는 현재 진행중인 심각한 사안도 마치 오래전에 지나간 일처럼 인식하는 것을 우려한다. 후쿠시마 원전 이야기를 하면 아직도 후쿠시마야, 그만 하지 등의 반응이 나온다고 한다. 사람들이 지겨워 한다. 저자가 말하는 인문핵이란 핵을 인문학으로 바라보는 것이다. 핵을 이용하되 목적과 맥락을 생각하자는 것이다. 일단 핵 폐수가 발생했을 때 가장 좋은 방법은 가두는 것이다. 밖으로 나가지 못하게 하는 것이다. 그런데 일본은 그 반대로 한다. 예전 스리마일 섬 원전 사고 때 미국도 강에 다 쏟아 버리려고 했다. 사고 후 2천 톤 정도 되는 핵 폐수가 발생했는데 주민 반대로 방류는 못했다. 그래서 증발시키고 남은 물질을 보관하는 방법을 썼다. 이 방식이 대기중 방사선 농도를 크게 높이지 않을 수 있어 한때 후쿠시마 쪽에서 검토하기도 했다. 그러다가 왜 굳이 바다에 버렸는지 아직도 의문이다. 한국, 중국, 일본은 적어도 핵에 관해서는 하나로 묶여 있다. 지리적으로 그렇다. 그래서 삼국이 지속적으로 협력해야 한다. 그동안은 한국이나 중국이 환태평양 조산대에 자리한 일본 쪽보다는 지진이나 지진 해일 위험이 덜하다고 여겨져 왔다. 그런데 최근 아시아 각 지역에서 이상 징후가 나타나고 있다. 중국, 한국, 일본이 속한 유라시아 판이 꿈틀거리고 있다. 우리나라만 해도 경주, 포항 등지에서 계속 지진이 발생한다. 2024년 1월 1일 발생한 일본 이시카와현 노토반도 지진으로 해서 지반이 올라와 육지가 됐다. 해안선이 200m나 밀려났다. 저자는 비용 생각하느라 안전은 뒷전인 현실을 안타까워 한다. 경수로, 중수로는 가압경수로, 가압 중수로란 말이다. 가압이라는 압력을 가한다는 뜻이다. 물의 끓는 점을 높이기 위해 가압한다. 가압기로 150 기압을 가해 370도까지 물이 끊지 않게 조절한다. 중수에 있는 수소는 이미 중수소 상태라 중성자가 붙지 않는다. 자연 상태의 물에서 중수는 5만 개 중 하나밖에 없다. 그러나 이것도 농축을 해야 한다. 그럼에도 굳이 중수로를 선택하는 데는 천연 우라늄을 농축과정 없이 그대로 쓴다는 장점 때문이다. 핵분열 과정에서 얻어지는 플루토늄이 중수로에서 더 많이 나온다. 중수는 감속재다. 정전 사고는 가장 위험하다. 냉각수 등을 공급할 펌프가 멈추면 최악의 경우 후쿠시마 핵발전소처럼 원자로가 녹아내릴 수 있기 때문이다. 저자는 지금 우리가 북한의 위협을 걱정하지만 우리 내부적으로 쌓인 핵물질도 만만치 않다고 말한다. 안전성 확보가 시급하다는 것이다. 지금 보관중인 핵물질에 문제가 생기면 사태는 걷잡을 수 없이 커질 수 있다. 저자는 언론에서 최첨단 기술인 것으로 포장하는 사안에 대해 역으로 말하면 그것은 아직 검증이 되지 않았다는 뜻이라고 말한다. 북한의 핵 개발은 일찌감치 시작되었다. 한동안 지지부진했다. 그러다 1991년 소련이 해체되면서 망명 과학자들이 북한에 오면서 비약적으로 발전했다. 핵개발에는 돈이 많이 든다. 우라늄 농축, 플루토늄 처리가 필수 과정이고 고강도 알루미늄 제작이나 원심분리기 제작에도 돈이 무척 많이 든다. 핵실험을 하는데도 돈이 든다. 회당 1000억원 쯤 된다. 저자는 물리학적 관점으로 보면 이제는 핵이 아니라 쿼크의 시대라고 한다. 인류가 핵을 발견하고 양성자와 중성자를 알게 되면서 이들이 만들어내는 엄청난 에너지를 사용했다. 저자는 오늘 우리가 숨 쉬는 대기에는 체르노빌의 세슘, 후쿠시마의 플루토늄이 섞여 있다고 말한다. 저자는 인문학이 없는 과학은 언제든 괴물을 만들어낼 가능성이 있다고 말한다. 저자는 80년 전 마법의 항아리에서 빠져나온 원자핵을 인문 핵의 이름으로 다스려야 할 때라고 말한다.

세상 모든 것의 재료인 원자부터 디지털까지 화학으로 바라본 세상 - [나는 화학으로 세상을 읽는다]

벤투의스케치북 — Sun, 12 Apr 2026 22:41:00 +0900

나는 화학으로 세상을 읽는다
크리스 우드포드 지음, 이재경 옮김 / 반니출판 / 2026년 03월

우리는 과학에 대한 생각을 1 초도 하지 않고 수십 년을 보낼 수 있다. 하지만 어떤 방식으로든 과학을 이용하지 않고서는 단 1 나노 초도 살아남을 수 없다. 이렇게 말하는 저자 크리스 우드포드의 [나는 화학으로 세상을 읽는다]는 “비전문가들도 쉽게 읽도록” 쓴 화학책이다. 물질의 거동은 물질 내부에서 원자들과 분자들이 요동하고 뭉치는 방식에 달려 있다. 물질과 물질을 다르게 만드는 것은 안에 있는 원자들만이 아니다. 원자들의 결합 방식에 따라서도 물질이 갈린다. 대표적인 예가 지구에서 가장 풍부하고 가장 필수적인 물질인 물이다. 원자가 금과은 같은 화학 원소의 기본단위인 것처럼 분자는 더 복잡한 물질의 기본 구성 요소다. 둘 이상의 원자를 붙이면 분자가 된다. 수소 원자 두 개와 산소 원자 하나가 결합하면 물 분자 한 개가 얻어진다. 수십억조 개의 물 분자를 손가락 끝에 담아 올리면 그것이 작은 물방울 하나다. 수증기는 같은 질량의 물보다 공간을 1600배 더 차지한다. 이것이 전기 포트의 물을 몇 초만 오래 끓여도 주방이 세탁소처럼 수증기로 자욱해지는 이유다. 수백 가지 화학반응을 관찰하다 보면 결국 기본 원소들이 언제나 간단한 정수비로 결합한다는 사실을 알게 된다. 1;1, 2;1, 3;2 등등. 1803년 영국 화학자 존 돌턴이 그 일을 해냈다. 화학 원소들을 체계적으로 배열하면 2차원의 격자형 재료표가 만들어진다. 이를 주기율표라고 한다. 주기율표는 우리가 마음대로 쓸 수 있는 화학 성분의 전체 목록이다. 저자는 동위원소를 불안정한 흥분 형태로 존재하는 원소로 설명한다. 이들은 어떻게든 더 안정된 상태가 되려고 난리를 치고 그러기 위해 원치 않거나 필요치 않은 소립자들을 밖으로 내던진다.(21 페이지) 원자 내부는 대부분 비어 있고 원자의 질량은 대부분 원자핵에 몰려 있다. 상대적으로 너무도 가벼운 전자들은 원자핵 주위를 빙빙 돌며 흐릿한 공허의 구름을 형성한다. 철은 원자들이 위치 이동을 꺼리지 않기 때문에 모양을 잡을 때 구부러진다. 반면 유리는 원자들이 전체 구조를 허물지 않고는 새 장소로 이동하지 못해 산산이 부서진다. 철은 전기를 잘 유도한다. 원자들이 밀집한 구조에서는 각 원자의 외곽을 도는 전자들이 서로 맞물려 전체 구조를 아우르며 앞뒤로 출렁이는 일종의 흐릿한 바다를 형성해서 전기를 이편에서 저편으로 운반하기 때문이다. 철을 충분히 가열하면 벌겋게 달아오른다. 원자들이 열에너지를 흡수해서 붉은 빛의 형태로 내놓기 때문이다. 일반적으로 물은 접착력보다 응집력이 훨씬 강하다. 이것이 빗방울이 퍼지거나 흩어지지 않고 잎사귀 위에 진주처럼 영롱하게 맺힐 수 있는 이유다. 비 오는 날 창문을 두들기는 비를 바라본 적이 있는가? 마치 유리에 보이지 않는 수로들이 있는 것처럼 물방울들이 창에 또렷한 줄무늬를 그리며 흘러내린다. 이것도 물의 응집력 때문이다. 새로 떨어지는 방울은 유리의 아직 젖지 않은 부분보다 이미 떨어져 있는 방울들과 합체하려는 경향을 보인다. 물은 끼리끼리 뭉치는데 명수지만 다른 곳에 달라붙는데는 영 무능하다. 그래서 물을 제대로 퍼지게 하고 물건을 완전히 적시게 하기 위해서는 세제(계면활성제)를 사용해야 한다. 물은 상대적으로 밀도가 높고 무거운 물질이라 금방 비키거나 물러서지 않는다. 물은 비압축성이다. 즉 더 작은 공간에 욱여넣을 수 없다. 이론상 눈과 얼음은 전혀 미끄럽지 않아야 한다. 얼음도 고체이고 발바닥도 고체다. 타이어와 아스팔트처럼 두 가지 고체가 접촉하면 대개는 더 이상의 운동을 막기에 충분한 마찰이 발생한다. 그런데 왜 얼음은 미끄러울까? 일반적인 설명은 이렇다. 물체를 쥐어짜면 물체의 온도가 올라가는 것이 과학의 통칙이다. 자동차 타이어에 바람을 열심히 넣다 보면 에어 펌프가 뜨거워지는 것은 그런 이유다. 따라서 이론적으로는 사람이 얼음 위에 서면 얼음 표층에 짓눌려 온도가 올라가서 녹는다. 즉 고체 발과 그 아래의 고체 얼음 사이에 윤활유로 작용하는 수층이 생긴다. 얼음을 지친다는 건 사실 얼음을 지치는 게 아니다. 얼음이 아니라 얼음 표면에 얇게 깔린 해빙수를 타고 미끄러지는 것이다. 이 이론을 강도 높게 적용한 것이 스케이팅과 컬링 같은 겨울 스포츠다. 스케이트는 몸의 압력을 날카로운 블레이드에 집중시켜 발 아래의 얼음을 매우 효과적으로 녹이고 그걸 타고 고속으로 미끄러진다. 하지만 이때 미량의 물만 살짝 녹았다가 바로 다시 얼어붙는다. 아이스링크 전체가 호수로 변할 일은 없다. 이것이 과거에 과학자들이 설명하던 방식이다. 노벨물리학상 수상자 리처드 파인만 같은 유명 학자들도 예외가 아니었다. 하지만 과학이란 현재진행형이다. 이제 우리는 얼음이 전에 생각했던 것보다 훨씬 복잡한 물체임을 알게 된다. 얼음이 미끄러운 진짜 이유는 스케이트가 빙판을 짓누르는 압력과 하등 관계가 없다. 스케이트의 압력 따위는 얼음을 녹여 윤활 수층을 만들 만큼 크지 않다. 완벽한 설명은 아직 없지만 현재 가장 설득력 있는 이론은 얼음에는 액체와 유사한 코팅이 내장되어 있으며 이 코팅은 온도가 올라갈수록 크기가 커진다는 것이다. 얼음은 미끄럽다. 왜냐하면 얼음을 미끄러우니까. 이것이 물의 기본 성질이다. 우리가 그 위에서 스케이트를 타든 말든. 저자는 유리는 훨씬 교활하다고 말한다. 유리의 용도는 보이지 않는다. 우리는 비결정형 고체, 반고체, 냉동 액체다. 혼돈스러운 액체와 질서 있는 고체의 중간쯤에 해당되는 일종의 무작위적이고 임시방편적인 구조를 가졌기 때문이다. 고체가 되려는 거친 시도는 있었으나 고체처럼 원자들이 규칙적으로 배열된 결정 구조에는 이르지 못했다는 뜻이다. 물을 극도로 빨리 냉각시키면 비결정질 얼음이 생긴다. 일상에서는 접하기 어렵지만 대 우주에는 흔하다. 일종의 우주 서리다. 혜성이 대부분 이것으로 이루어져 있다. 우주에 비결정질 얼음이 많은 이유는 별 사이 공간의 극한 환경 때문이다. 우주는 매우 밀도가 낮아 분자들이 규칙적으로 배열될 에너지를 갖지 못한다. 엄밀히 말해 유리가 고체와 액체의 중간쯤에 해당하는 물질인 것은 맞지만 그렇다고 그것이 유리가 고체가 되는 과정에 있거나 언젠가는 완전히 굳어질 물질이라는 뜻은 아니다. 유리는 이미 굳을 만큼 굳은 상태다. 유리를 깨면 파편이 불규칙한 모양임을 알 수 있다. 유리가 비결정형 고체라는 의미이다. 유리는 투명하다. 그것은 빛이 유리를 통과한다는 사실로 증명된다. 그럼 빛은 어째서 금속 같은 다른 고체는 통과하지 못하면서 유리는 통과할까? 물질의 투명성과 불투명성은 빛이 그것을 통과하려 할 때 그것이 빛에 어떻게 반응하는지에 달려 있다. 금속은 광자라고 부르는 입자 뿐만 아니라 X선처럼 빛과 비슷한 것까지 모두 흡수한다. 금속의 원자들은 자유전자들의 바다로 둘러싸여 있고 이것이 광자를 쉽게 흡수했다가 쉽게 분출하는 요인이 된다. 광자를 공처럼 잡아서 왔던 방향으로 다시 던져버린다. 알루미늄과 은처럼 반짝이는 금속은 모든 종류의 광자들을 몽땅 잡아서 다시 던진다. 그들이 거울의 훌륭한 대용이 될 수 있는 것은 그 때문이다. 구리나 금처럼 유색 금속은 일부 광자는 흡수하고 나머지는 반사하거나 전송한다. 유리는 어떻게 다를까? 모든 것은 내부의 문제다. 유리의 전자들은 괴상한 비정형 구조의 원자들을 흐트러지지 않게 붙들고 있느라 바빠서 가시광선의 광자들을 금속처럼 착착 포착하지 못한다. 그래서 광자들 대부분 유리의 한편으로 들어와 반대편으로 빠져나가고 유리 원자들은 그걸 알아채지 못한다. 하지만 자외선은 이야기가 다르다. 빛의 반사, 산란, 투과, 흡수 등은 원자 안의 전자가 담당한다. 빛을 산란 시키는 것과 반사 시키는 것은 다르다. 빛을 모두 흡수하는 물체는 검게 보인다. 어떤 물체가 빛을 반사하면 흡수하지 않고 반사해내는 파장의 빛이 우리 눈에 보인다. 모든 빛을 산란시키는 물체는 하얗게 보인다. 어떤 물체가 빛을 산란시키면 산란되는 파장에 따라 다양한 색으로 나타난다. 광변색 유리는 누가 발명했을까? 1962년 코닝사의 화학자 윌리엄 아미스테드와 도널드 스투키가 특허를 낸 초창기 제품은 실제 유리를 사용했다. 오늘날의 광변색 렌즈는 은이나 유리를 사용하지 않는다. 대신 나프토피란(naphthopyrans)이라는 복잡한 플라스틱에 기반한다. 이 플라스틱은 자외선을 받으면 가역적으로 자신의 구조를 바꾼다. 즉 실내에서는 상대적으로 빛을 적게 흡수하는 형태를 취하고 실외에서는 가시광선을 많이 흡수하는 형태를 취해 렌즈를 어둡게 만든다. 많은 분자가 한꺼번에 빛을 많이 흡수해서 창문에 블라인드를 치는 것과 같은 방식으로 빛을 차단한다. 자외선이 없어지면 이 분자들은 곧 원래 형태로 돌아와 우리 눈앞에 블라인드를 활짝 연다. 광탄성(光彈性)은 물체에 외력을 가한 뒤 편광을 통과시키면 그 물체가 어떻게 힘을 받았는지 말해주는 줄무늬가 형성되는 현상이다. 소성(塑性) 재료는 탄성(彈性) 재료와 달리 제자리로 돌아오지 않는다. 소성 재료에 계속 힘을 가하면 변형되다가 결국은 뚝 부러지고 만다. 흥미롭게도 금속도 엘라스틱하다. 물론 심하게 힘을 받으면 금속에도 영구적 변형 소성 변형이 일어난다. 진동이 있다는 것은 탄성이 있다는 것이다. 유리에도 탄성이 있다. 북극해의 얼음 바다를 항해하는 데 오히려 목선이 더 적합했다는 사실이 흥미롭다. 광퇴화는 플라스틱을 환경에서 분해하는 유용한 방법이다. 부식(腐蝕)도 녹과 비슷하다. 다만 금속이 아니라 나무를 갉아먹는 생물학적 골칫거리다. 물은 비열이 높다. 물이 열을 흡수하는 힘의 원천은 압도적인 분자수에 있다. 물 분자는 매우 가벼운 원자들로 이루어져 있다. 따라서 물 1kg에는 같은 양의 다른 물질보다 더 많은 분자가 있다. 물에 빽빽이 들어찬 분자들 덕분에 물은 놀라운 열 유지 능력을 가진다. 철의 비열 용량은 물의 약 9분의 1이다. 철이나 강철 1kg의 온도가 10°C 내려갈 때 내놓는 열에너지는 물 1리터가 같은 정도로 식을 때 발생하는 열에너지의 9분의 1에 불과하다. 파이프 안을 쉽게 흘러 다니는 물의 특성도 열을 붙들고 늘어지는 특성만큼이나 중요하다. 만일 물이 더 걸쭉한 즉 점성이 더 강한 액체여서 줄줄 흐르지 않고 진득하게 흐른다면 우리가 지금처럼 물을 많이 사용하지 못했을 것이다. 물이 시럽의 속도로 움직이면 샤워하고 변기 물을 내리고 설거지하고 옷을 세탁하는데 얼마나 많은 시간이 걸릴지 상상해보라. 이를 보며 생각하는 것은 용암과의 대비다. 용암이 흘러 강을 채울 때 온도, 유속, 색상 등에서 다양한 대비(contrasts)를 만들어 낸다는 사실이다. 우리의 청소는 보이지 않는 먼지를 재배치하는 것에 불과할 때가 많다. 더구나 깨끗한 집안 너머 더러운 지구가 있다. 집안을 청소하는 것이 결과적으로 강력 표백제와 세제를 강과 바다에 뿌리고 물고기를 떼죽음으로 몰고 해양생태계를 파괴하고 수십년 지속될 오염물질을 야기한다면 우리 주방과 욕심만 깨끗하게 유지하는 것이 크게 의미가 있을까? 지구가 더러운데 우리 집이 깨끗하면 얼마나 깨끗할까?(132 페이지) 왜 옷은 때가 탈까? 우리가 입고 신고 걸치는 것들이 우리의 체온 유지를 위해 설계했기 때문이다. 수많은 미세 섬유가 너무 빡빡하게 엉켜 있으면 먼지를 빨아들이는 부작용이 난다. 뭔가가 달라붙을 표면적이 어마어마하게 늘어난다. 섬유가 워낙 작아서 때와 땀이 원자 단위로 자연스럽게 달라붙는다. 물 분자는 비대칭이다. 물 분자는 수소 분자 두 개가 산소 원자 하나에 붙어서 삼각형을 이룬다. 수소 끝은 약한 양전하를 띄고 산소 끝은 약한 음전하를 띈다. 물 분자는 이렇게 자석처럼 두 개의 상반된 극을 가진 까닭에 극성 분자라 불린다. 자석처럼 때 같은 곳에 달라붙어서 때를 있던 곳에서 떼어낸다. 물은 사실 만능 용매와 거리가 멀다. 모든 곳에 달라붙지는 않기 때문이다. 즉 모든 종류의 때를 빼주지는 않는다. 물 분자는 다른 것들보다 자기들끼리 잘 달라붙는다. 이것이 물이 방울 지고 유리창에 줄무늬를 만들고 연못 수면에 소금쟁이가 떠 있을 막을 형성하는 이유다. 물이 뭔가를 제대로 적시려면 물의 이 표면장력부터 깨져야 한다. 세제가 옷은 깨끗하게 빨아 주지만 지구에는 별로 도움이 되지 않는다. 도움은커녕 세탁 세제에 거의 모든 성분에 환경 파괴물질이 있다. 이는 검증된 사실이다. 계면활성제는 수생 생물에게 직접적 독이 되고 인산염은 담수의 산소 수준을 감소시켜 생물을 질식시키고 용해제는 인간과 수생생물 모두에게 유해하다. 세제는 내분비 결합물질 다시 말해 강에 서식하는 물고기의 최대 80%의 성분을 바꿀 수 있는 성전환 화학물질이다. 수생 생물은 곤충, 조류, 인간을 포함하는 거대 생태계의 일부라는 것을 생각하면 강과 바다가 오염될 경우 문제가 거기서 그치지 않을 게 분명하다. 우리가 물에 푼 독은 조만간 우리에게 다시 돌아오게 돼 있다. 그렇다면 해법은 용기의 성분표를 보는 것을 생활화하는 것이다. 화학에 대해 생각하자 되도록 순하고 환경친화적인 세제를 골라 쓰는 습관이 필요하다. 아무리 연료탱크에 휘발유가 넘쳐나도 주위에 공기가 없으면 자동차는 아무 데도 가지 못한다. 그럼 자동차는 정확히 얼마만큼의 공기를 필요로 할까? 스포츠카의 경우 1분에 약 6,000리터의 공기를 흡입한다. 만약 자동차를 쉬지 않고 8시간 동안 운전한다면 자동차는 올림픽 규격에 수영장을 채우고도 남을 공기를 마시는 셈이다. 우리는 공기를 심하게 당연시하는 경향이 있다. 지구상 어디를 가든 공기가 넘쳐나기 때문이다. 자동차의 근본적인 문제는 휘발유에 갇혀 있는 에너지의 단 15%만이 실제로 도로를 달리는 데 쓰인다는 것이다. 나머지는 실린더의 열 손실, 기어의 마찰, 엔진이 내는 소리, 차의 전기설비로 가는 동력 등 다양한 정도로 낭비된다. 만약 자동차가 100% 효율적이라서 휘발유에 내장된 에너지가 남김없이 도로를 내달리는 운동에너지로 전환된다면 같은 양의 연료로 적어도 5배에서 10배는 더 갈 수 있다.

닐 슈빈의 [내 안의 물고기]를 북극, 대륙이동, 기후 관점으로 다시 읽다

벤투의스케치북 — Sat, 11 Apr 2026 20:50:00 +0900

[내 안의 물고기]의 저자 닐 슈빈은 동료들과 함께 북극에서 탐사를 하던 중 3억 7,500만년 전에 물고기가 뭍으로 진출한 과정을 강력하게 보여주는 화석 하나를 발견했다. 저자에 의하면 [내 안의 물고기]는 고생물학자로서 주로 물고기 연구로 경력을 쌓은 닐 슈빈이 시카고 대학 의대에서 인간 해부학 강의를 맡게 됨에 따라 인간과 물고기 사이의 심오한 연결고리를 탐구하게 된 결과 나온 책이다.
저자는 매년 여름이면 북극권에서도 북쪽인 지역을 찾아가 눈과 진눈깨비 속에서 절벽의 암석들을 깨트리며 시간을 보냈다. 저자 일행이 틱타알릭 화석을 발견한 곳은 북위 80도 정도 되는 캐나다 엘스미어섬이다. 닐 슈빈 일행이 찾아다닌 곳은 펜실베니아주, 그린란드, 앨스미어섬이다. 이 책은 2009년 출간과 거의 동시에 읽었으나 서평을 작성하지는 못한 책이다. 17년이 지난 시점에 책을 다시 읽는 것은 북극에 대한 관심 때문이다.
넓은 영역인 북극권 안에 북극해가 있고 북극해의 중심에 북극점이 존재한다고 보면 된다. 북극점은 북위 90도이고 북극해는 북위 70도~60도 사이에 있고 북극권은 북위 66도 33분 이상 지역을 말한다. 북극권은 지구의 자전축 및 기하학적 특성에 따라 정의된 지리적 경계이다. 북극해에 접해 있어 북극 5개국으로 불리는 연안국은 캐나다, 덴마크령 그린란드, 노르웨이, 러시아, 미국 등이고 북극해에 접해 있지 않은 북극권 국가는 스웨덴, 핀란드, 아이슬란드 등 세 나라다.
닐 슈빈이 캐나다 북극권에서 틱타알릭 화석을 발견한 것은 고생대 데본기의 북극권이 기후가 온화했음을 증거한다. 당시 북극 기후가 온화하고 따뜻했던 이유는 주로 높은 이산화탄소 농도로 인해 온실 효과가 강력했고 따뜻한 해류가 북극해로 유입되었기 때문이다. 겨울이면 영하 40도까지 떨어지곤 하는 북극의 어느 지역 암석들에는 아마존 열대 삼각지와 비슷한 고대 삼각주의 잔재가 남아 있다. 따뜻하고 습한 지방에서만 번성하는 식물과 물고기 화석들이 발견된 것이다.
온도에 적응한 생물들의 화석이 지금은 극한의 고도나 위도에서 발견된다는 사실을 보면 우리 지구가 얼마나 큰 변화를 겪어왔는지 알 수 있다. 산맥은 솟아났다 꺼지고 기온은 더워졌다가 추워지고 대륙은 마구 돌아다녔다. 지구 변화에 방대한 시간표와 독특한 방식을 이해하면 우리는 그 정보를 활용하여 앞으로의 화석 발굴 활동을 잘 설계할 수 있다.(30 페이지)
화석 보존에 이상적인 암석은 석회암, 사암, 실트암, 셰일 같은 퇴적암이다. 화석은 적절한 연대의, 적절한 종류(퇴적암)의, 노출이 잘된 암석을 찾으면 발견할 수 있다. 이상적인 발굴 장소는 표토나 식생이 거의 없어야 하고 인간의 활동으로 인한 교란도 적어야 한다. 그러니 중요한 발견들의 상당수가 사막에서 이루어진다는 것은 그리 놀랄 만한 사실이 아니다. 고비사막, 사하라 사막, 유타주의 사막지대, 그린란드 같은 북극 사막지대가 그런 장소들이다.(31 페이지)
그린란드는 이름과 달리 사막으로 분류된다. 사막은 모래가 많은 지역이 아니라 강수량이 매우 적은 지역을 의미한다. 그린란드는 강수량이 아주 적고 전체 영토의 약 80% 이상이 거대한 빙상으로 덮여 있어 식물이 자랄 수 없으며, 얼음이 없는 해안 지대도 대부분 영구동토층(Permafrost)이기에 사막으로 분류된다. 캐나다 엘스미어 섬은 북극 사막이자 극지 사막으로 분류된다. 저자에 의하면 북극에는 나무도, 먼지도, 도시도 없다. 이는 시간이 많이 지났기에 다시 생각할 필요가 있는 부분이다. 다만 전혀 없지 않고 거리를 판별할 나무, 집이 없다는 의미이고 그렇기에 원근감을 잃게 된다는 말이 가능할 것이다.
어떻든 그랬기에 적절한 연대와 유형의 암석들이 잘 노출되어 있을 가능성이 충분했다.(35 페이지) 닐 슈빈 일행은 6년 동안 네 차례에 걸쳐 엘스미어어 섬을 탐사한 후에야 바늘을 발견했다. 바늘이란 북극에서 새 화석을 찾는 것은 건초더미에서 바늘을 찾아낼 확률보다 낮다는 말에서 나온 말이다.
북극의 여름철에는 태양이 24시간 동안 지평선 아래로 지지 않는다. 이 현상을 백야 또는 한밤중의 태양이라고 부른다. 북극에서는 매년 기온이 영하 40° 아래로 떨어지지만 여름이면 태양이 거의 지지 않아 영상 12도까지 올라간다. 이처럼 얼었다 녹았다를 반복하면 암석과 화석 표면이 부스러진다. 겨울이면 차가워져서 수축했다가 여름이면 데워져서 팽창하기 때문이다. 북극의 여름에 해가 지지 않고 겨울에 해가 거의 뜨지 않는(극야) 이유는 여름(북반구 기준)에는 북극이 태양 쪽으로 기울어지고 겨울(북반구 기준)에는 북극이 태양 반대 방향으로 기울어지기 때문이다.
고생물학자들에게 틱타알릭은 한층 심오한 수확을 안겨주는 존재다. 이 물고기는 어류의 이야기를 들려주는 데 그치지 않는다. 틱타알릭에는 우리 인간의 일부가 포함되어 있다. 애초에 닐 슈빈이 북극으로 간 이유도 그런 관련성을 찾기 위해서였다. 틱타알릭 화석을 통해 내 몸을 이해할 수 있다는 확신은 어디서 오는 걸까? 틱타알릭의 목을 생각해 보자. 틱타알릭 이전의 모든 물고기들은 두개골과 어깨가 일련의 뼈들로 연결되어 있어서 몸통을 돌리면 반드시 목도 함께 돌아갔다.
그러나 틱타알릭은 다르다. 틱타알릭의 머리는 어깨와 떨어져 자유롭게 움직인다. 이런 구조는 양서류, 파충류, 조류, 인간이 공유하는 특징이다. 틱타알릭 같은 물고기가 작은 뼈 몇 개를 잃음으로써 이런 전체적인 변화가 시작되었다. 저자는 말한다. 우리는 3억 7500만년 전 물고기 속에서 인체 일부의 기원을 목격했다. 우리는 손목을 가진 물고기를 찾아냈다.
저자는 우리의 과거 역사를 알게 되면 인류가 현생 생물들 중에서 특별하고 독특한 존재라는 사실이 무효가 될까?라고 묻는다. 답은 물론 아니다이다. 오히려 인류의 먼 기원을 알면 알수록 우리 존재가 얼마나 놀라운지 감탄하게 된다. 인류의 특별한 재능은 고대 물고기나 여타 생물들이 진화시켰던 기본 부품들로부터 솟아났다. 흔한 부속들을 가지고서 너무나 독특한 구성을 만들어낸 셈이다. 인간은 다른 생명체와 분리된 존재가 아니다. 뼈 속속들이 다른 모든 생명체의 일부이다. 인간의 유전자 또한 마찬가지다.
물고기 지느러미가 육상 동물의 팔다리로 전이한 현상을 어떻게 말해야 할까? 답은 이렇다. 그 위대한 진화의 전환은 새로운 DNA의 탄생에서 비롯된 게 아니었다. 상어 지느러미의 발생에 관여했던 오래된 유전자들이 새로운 방식으로 사용됨으로써 손, 발가락을 지닌 팔다리를 만들어낸 것이다. 그것이 전환의 핵심이다. 오늘날 북극에서는 어마어마하게 많은 사업들이 벌어지고 있다. 석유, 가스, 광물 등의 가격이 천정부지로 오르면서 북극 탐사 사업이 발굴을 시작했을 때보다 훨씬 빠른 속도로 정신없이 진행되고 있다.
틱타알릭 채굴장 주변은 전형적인 극지방 풍경이다. 강이 거대한 빙하를 6.5km 상류로부터 실어 나르고 계곡에는 북극여우와 늑대와 사향소가 살고 한여름에도 눈 덮인 땅이 여기저기 남아 있다. 그리고 춥다. 하지만 슈빈과 동료들이 드러내고 있는 세계는 열대의 세계이다. 따뜻한 물에 사는 물고기와 식물의 세상이다. 북극의 바위 속에 열대의 화석이 들어 있다는 사실은 두 가지로 해석할 수 있다. 전 지구적 기후변화와 대륙 이동이다. 물론 답은 둘 모두다.
현재의 기후는 3억 7천5백만 년 전과 완전히 다르고 엘스미어섬의 바위들은 한때 적도에 아주 가깝게 있었다.(311, 312 페이지) 3억 7500만 년 전 데본기에 캐나다 엘즈미어섬이 열대 환경이었다는 사실은 전 지구적인 온화한 기후 증거일 뿐 대륙 이동과는 무관하다고 주장할 수도 있다. 데본기 전체가 현재보다 훨씬 따뜻했던 온실(Greenhouse) 시기였으며, 당시 북극 지역조차 열대 기후를 유지할 정도로 따뜻했다면, 굳이 대륙이 적도 부근에 있었음을 가정하지 않아도 열대 생물 화석이 발견될 수 있다는 의미다.
다시 말해 고지자기학적 위치(위도)보다 대기 중 CO₂농도나 해류 변화가 기후를 더 지배했다는 가설을 세운다면 대륙 이동의 필요성을 낮출 수 있다. 하지만 지질학적 주류 학계에서는 이를 대륙 이동의 강력한 증거로 간주한다. 그 근거는 1) 데본기 당시 암석에서 측정된 자성을 분석하면 엘스미어섬을 포함한 로렌시아 대륙(Laurentia)의 위치가 적도 또는 저위도에 있었음이 지질학적으로 확정되었다. 산호, 타부라테 등 엘스미어섬에서 발견되는 데본기 화석은 전형적인 적도 근처의 얕은 바다인 열대-아열대 탄산염 플랫폼(Tropical-Subtropical Carbonate Platform) 환경에서만 생존 가능한 종들이다.
열대-아열대 탄산염 플랫폼은 따뜻하고 맑은 바다에서 산호나 미생물 같은 생물들이 만들어낸 거대한 석회암 덩어리 지형을 말한다. 이들이 극지방에서 산출되었다는 것은 당시 이 땅이 저위도에 있었음을 시사한다. 2) 데본기는 판게아 초대륙이 형성되기 전 로라시아 대륙과 다른 대륙들이 이동하여 결합하던 시기다. 3억 7,500만 년 전 엘스미어섬은 열대 환경인 유라메리카 대륙(Euramerica)의 일부였다.
데본기 후기인 3억 7,500만 년 전에 현재의 북극 지역(예: 노르웨이 스발바르)에 최초의 숲이 형성되기 시작했다. 이는 당시 북극 지역에 나무가 자랄 수 있는 따뜻하고 습한 환경이었음을 시사한다. 당시에도 극지방은 6개월간의 낮, 6개월간의 밤의 주기를 가졌기 때문에 여름에는 매우 따뜻하고 습했으나 겨울에는 식물이 성장을 멈추거나 휴면하는 온대 환경이었다. 북극 지방이 당시 기준으로 상당히 따뜻하고 습한 기후였던 것은 사실이나 완전한 열대 기후라기보다는 온대 또는 따뜻한 온대 기후에 가까웠을 가능성이 높다.

가장 오래된 과학, 기술의 최전선에 위치하는 학문 천문학의 어제, 오늘, 내일 - [드디어 만나는 천문학 수업 - 블랙홀부터 암흑 물질까지, 코페르니쿠스부터 허블까지, 인류 최대의 질문에 답하는 교양 천문학]

벤투의스케치북 — Fri, 10 Apr 2026 21:06:00 +0900

드디어 만나는 천문학 수업 - 블랙홀부터 암흑 물질까지, 코페르니쿠스부터 허블까지, 인류 최대의 질문에 답하는 교양 천문학
캐럴린 콜린스 피터슨 지음, 이강환 옮김 / 현대지성 / 2025년 07월

천문학은 가장 오래된 과학이자 기술의 최전선에 위치하는 놀라운 학문이라는 저자의 말이 눈길을 끈다. 과거에는 양치기, 농부, 선원 등이 하늘을 관찰하며 시간을 보내거나 계절을 예측하고 방향을 잡았지만 오늘날에는 비슷한 일을 천문학자들이 한다. 우주와 우리의 DNA는 연결되어 있다. 우리를 비롯해 지구상에 존재하는 모든 생명은 빅뱅의 순간을 거쳐 넓은 우주가 형성되고 별이 서로 충돌하고 생성되고 파괴되는 과정에서 만들어진 원소로 이루어져 있기 때문이다. 즉 우리는 모두 별에서 온 존재들이다.
국제천문연맹이 정한 행성의 조건은 다음과 같다.1. 태양 주위를 공전하는 궤도를 지닌다. 2. 충분한 질량을 가져 자체 중력으로 구 형태를 유지한다. 3. 궤도 주위의 천체들을 쓸어내 주변 영역을 정리한다.
수성과 금성은 위성을 가지고 있지 않다. 그 이유는 태양과 너무 가깝고 질량이 작기 때문이다. 태양은 실제로는 매우 밝은 흰색이지만 지구 대기를 통과하며 들어오는 빛에서 파란색과 빨간색 파장이 일부 제거되기 때문에 노랗게 보인다. 태양의 열과 에너지는 태양계 전체로 퍼져나간다. 가장 바깥쪽에 위치한 해왕성은 태양의 온기를 일부만 받는 반면 가장 안쪽의 수성은 거의 태양빛에 구워진다고 할 수 있다. 수성은 대기가 거의 없기 때문에 낮과 밤의 온도차가 극단적으로 크다. 가장 더울 때는 표면 온도가 430도에 이르고 추울 때는 영하 180도까지 떨어진다. 수성은 목성의 위성 가니메대와 토성의 위성 타이탄보다 작다. 수성 표면에는 다른 어떤 행성보다 크레이터와 균열이 많다.
일반적으로 표면의 크레이터가 많을수록 행성이나 위성이 오래 되었다는 뜻이다. 이 기준으로 보았을 때 수성은 상당히 오래된 행성이다. 수성은 지구형 행성 중 가장 밀도가 높다. 약 65%의 철과 35%의 기타 광물로 구성되어 있다. 많은 행성학자들이 수성에 철이 많은 이유를 알아내기 위해 끊임없이 연구를 계속하고 있다.
금성은 태양과 두 번째로 가까운 행성이자 지구형 행성이다. 이는 수성, 지구, 화성과 마찬가지로 주로 규산염 암석과 금속 원소로 이루어져 있다는 뜻이다. 다른 지구형 행성과 마찬가지로 금성에서도 화산활동, 지진 활동, 침식, 풍화작용이 일어났으며 표면이 단단한 암석으로 덮여있다. 금성 탄생 초기에는 표면에 물이 있었을 가능성이 있다. 그러나 알 수 없는 이유로 금성의 물은 모두 사라졌고 현재 모습과 같은 두꺼운 이산화탄소 대기로 뒤덮였다. 과학자들은 종종 지구 대기에 이산화탄소가 누적되어 산소 농도가 떨어진다면 지구도 금성처럼 변할 것이라고 예측하기도 한다. 산업화 이후 지속적으로 증가하는 온실가스 배출량에 대해 경고하는 것이다. 그러나 현실적으로 지구가 단기간에 갑자기 금성처럼 변할 확률은 매우 낮다. 금성은 지구가 먼 미래에 맞이할지도 모를 아주 극단적인 예시 중 하나에 불과하다.
태양계는 약 46억 년 전 원시 성운이 중력 붕괴를 일으키며 형성되었다. 태양을 비롯해 모든 행성이 비슷한 시기에 함께 형성되었다. 지구도 이때 원시 성운의 한가운데에서 작은 암석 행성으로 탄생했다. 다른 내행성계 행성과 마찬가지로 지구도 파편과 잔해가 서로 충돌하고 뭉쳐지는 과정을 거쳐 오늘날의 크기로 성장했다. 초기 지구는 용융된 땅이었고 신생 태양을 둘러싼 먼지 구름에 지속적으로 노출되었다. 그뿐 아니라 화산이 끊임없이 폭발해 그 연기와 분출물이 지구 대기에 뒤섞여 매캐하고 어두운, 생명체가 살기 적합하지 않은 상태였다.
약 38억 년 전 후기 대폭격의 잦은 충돌이 끝나고 지구의 지각이 식으며 바다가 형성되기 시작했다. 그리고 얼마 지나지 않아 최초의 생명체인 원핵 생물이 등장했다. 뒤이어 등장한 특이한 박테리아 종 등이 주변 공기를 산소로 채우기 시작했고 시간이 흐르며 다른 생명체가 숨쉴 수 있는 맑고 깨끗한 기체 덮개 즉 대기가 형성되었다. 해양은 여전히 인류에게 미지의 영역으로 남아 있는 지구의 마지막 개척지이다. 해양학자들에 따르면 지금까지 탐사된 해저는 전체 약 5%에 불과하다고 한다.
많은 과학자들은 해양과 수권에 생명의 기원을 밝힐 단서가 숨어 있을 것으로 보고 다른 행성에서는 찾기 어려운 이 독특한 환경을 집중적으로 연구하고 있다. 지구 형성 초기에는 바다가 없었다. 생명의 원천이기도 한 물은 도대체 어떻게 생겨난 것일까? 한 학설에 따르면 바다는 혜성 핵이라고 불리는 거대한 얼음 덩어리 폭격으로 지구에 전해졌다고 한다. 태양계에서 행성이 형성되는 동안 주변을 떠돌던 많은 혜성이 지구와 충돌했던 것이다. 그러나 지구에 자체적인 물 공급원이 있었을 가능성도 무시할 수 없다. 지구가 탄생 초기에 다양한 원시성운 파편과 부딪혔을 때 물과 얼음이 포함된 잔해와 부딪혔을 수도 있다. 즉 바다는 지구가 생성될 때 이미 지구를 구성하고 있던 초기 암석이나 파편에서 나온 물로 형성되었을 수도 있다.
시력이 좋은 사람은 맨눈으로도 달의 어둡고 밝은 부분을 구분한다. 어두운 영역은 고도가 낮은 달의 바다이다. 물론 달의 바다는 평원이나 분지이다. 화성의 토양에는 산화철 성분이 풍부해 우리가 흔히 녹슨 상태라고 부르는 색이 지표 전체에 퍼져 있어 행성 전체가 붉은빛을 띠고 있다. 하나의 위성만을 가진 지구와 달리 화성에는 포브스와 데이모스라는 두 개의 위성이 있다. 이들은 먼 과거에 태양계를 떠돌다가 화성 궤도에 진입한 소행성이었을 가능성이 높다.
인류가 화성에 계속해서 탐사선을 보내는 가장 큰 이유는 외계 생명체가 존재했다는 증거를 찾기 위해서다. 과연 태양계에 우리 지구인 외에 다른 생명이 존재할까? 현재까지 밝혀진 바에 따르면 화성은 과거에 온습했을 가능성이 있고 이는 생명의 탄생 조건과 맞아떨어진다. 과연 과거에 화성의 생명체가 있었을까? 그렇다면 그 생명체는 어떻게 되었을까? 어쩌면 오늘날까지 화성 또는 우주 어딘가를 떠돌고 있지 않을까? 화성 탐사는 이런 모든 질문에 대한 답을 찾기 위한 길고 오랜 여정이다.
목성은 태양계에서 가장 큰 거대 행성이다. 지름은 지구의 약 11 배이고 부피는 1300배이고 질량은 300배에 달한다. 태양계의 다섯 번째 행성이자 외행성계의 첫 번째 행성인 이 거대 기체 행성은 내부도 굉장히 기묘하다.
토성은 망원경으로 관측하기에 가장 좋아 인기가 많은 행성이다. 목성에 이어 두 번째로 큰 행성이자 아주 아름답고 눈에 잘 띄는 고리를 가지고 있다. 청록색 안개로 덮인 천왕성은 독특하게도 옆으로 누운 채 태양 둘레를 공전하고 있다. 다른 행성들은 가로 방향으로 공전하는데 천왕성 기준에서는 세로 방향으로 공전하는 것이다. 천왕성은 과연 처음부터 기울어져 있었을까? 천문학자들은 그렇지 않다고 본다. 무언가가 천왕성을 뒤집은 것이다. 과연 무슨 일이 있었던 것일까? 지금까지 가장 유력한 가설은 초기 천왕성이 지구와 비슷한 크기의 천체와 강하게 충돌해 옆으로 기울었다는 것이다.
태양계의 마지막 행성인 해왕성은 놀라운 기록들을 가지고 있다. 태양까지의 평균 거리가 45억km나 된다. 이 때문에 태양 주변을 한 바퀴 공존하는 데 약 165년이라는 어마어마한 시간이 걸린다. 천문학자들은 천왕성과 해왕성을 묶어 거대 얼음 행성이라 부른다. 두 행성의 얼음 함량이 압도적으로 높기 때문이다. 명왕성은 더 이상 행성이 아니라 왜소행성이다. 명왕성은 1930년 미국 천문학자 클라이드 톰보에 의해 발견된 이후 지금까지 아직 한 번도 공전궤도를 완전히 돌지 못했다. 태양과의 거리가 너무 멀어 한 바퀴를 도는데 무려 248년이 걸리기 때문이다. 기껏해야 100년 정도를 사는 우리가 명왕성이 궤도를 한 바퀴 완주하는 모습을 직접 보기란 불가능하다.
혜성은 주기가 200년 이상인 장주기 혜성과 200년 이하인 단주기 혜성으로 나뉜다. 우리가 알고 있는 혜성 중 가장 유명한 것은 아마 핼리혜성일 것이다. 유성의 일부가 대기권에서 모두 타버리지 않고 남아 지상에 떨어진 파편을 운석이라 한다. 운석은 밀도가 몹시 높아 상당히 무겁다. 보통 자성을 띠고 콘드률(condrule)이라는 둥근 알갱이가 박혀 있다. 운석 표면에는 지구 대기권을 통과하며 군데군데 떨어져 나가거나 손가락으로 누른 것 같은 함몰 흔적과 녹았던 부분이 빠르게 식으며 생긴 용융각이 있어 어두운 색을 띤다. 운석은 대부분 철과 니켈로 이루어져 있다.
모든 항성은 중심부의 핵이 주변 플라스마와 반응해 빛나는 구형 발광체로 자체 중력으로 뭉쳐 있다. 항성은 핵 원소를 융합해 다른 원소로 바꾼다. 이런 핵융합 과정이 어마어마한 열과 빛을 방출하는 것이다. 핵융합 작용과 자체 중력이 결합해 항성을 굉장히 뜨겁지만 안정적인 구체로 만들어낸다. 항성은 일생 대부분의 시간을 수소를 융합시켜 헬륨을 만들며 보낸다. 오래된 항성일수록 수소가 부족해지고 일부는 헬륨을 탄소로 융합하며 가장 오래되고 무거운 항성의 경우 심지어 철로 융합하기까지 한다.
원소를 융합해 새로운 원소를 만드는 이 과정을 핵합성이라고 부른다. 오래된 항성이 소멸할 때 그 구성물질은 온 우주로 흩어져 새로운 항성이나 행성, 기타 천체에 재활용된다. 천문학자 칼 세이건은 [코스모스]에서 우리는 별의 잔해로 이루어져 있다고 썼다. 우리가 숨 쉬는 산소부터 혈액 속 철분, 뼈의 칼슘, 세포 분자의 탄소는 모두 오래전 소멸한 별에서 나온 것이다. 항성은 광구(항성의 표면) 색을 기준으로 분류된다. 천문학자들은 별에서 방출된 빛을 분광기에 통과시켜 스펙트럼을 분석한다. 항성에 존재하는 각 원소는 흡수선이라는 어두운 선 형태의 흔적을 남긴다.
항성 빛의 스펙트럼은 항성이 얼마나 빠르게 자전하고 공전하는지, 어떤 화학원소를 포함하는지, 자기장이 얼마나 강한지, 대략적인 탄생 시기는 언제인지 등을 알려준다. 대부분의 항성은 주계열성이라고 불리는 좁고 구부러진 띠를 따라 존재한다. 주계열성이란 항성의 일생 중 대부분을 차지하는, 핵융합이 안정적으로 일어나는 단계를 뜻한다. 항성의 질량은 주계열성에 얼마나 오래 머무를지를 결정한다. 핵융합을 멈춘 항성은 색과 밝기가 변한다. 그때부터 주계열성 군단에서 벗어나 그래프의 다른 부분으로 이동한다.
태양 질량의 25%가 되지 않는 작은 별은 주로 백색왜성이 되고 태양을 포함한 거대한 별들은 팽창하여 적색 거성이 되었다가 나중에 백색왜성이 된다. 가장 큰 별은 적색초거성이 될 확률이 높다. 질량이 클수록 항성의 수명은 짧다. 태양보다 질량이 큰 항성은 초신성으로 폭발하기 전까지 기껏해야 수백만 년 정도 살게 된다. 질량이 매우 작은 항성은 핵융합에 많은 에너지가 필요하지 않아 아주 오랜 시간 밤하늘에 떠 있다. 어쩌면 영원히 존재하는 것처럼 보인다. 지금까지 밝혀진 바에 따르면 우주가 시작된 이래 수명을 다해 소멸한 적색왜성(온도가 낮고 질량이 가벼운 항성)은 하나도 없다.
중심 온도가 400만 도가 넘어가면 핵융합이 시작되어 항성이 탄생한다. 태양과 태양계 행성들은 단독으로 만들어지지 않았다. 별들도 지구 생태계와 마찬가지로 돌고 돌며 존재한다. 우주에서 최초로 탄생한 항성은 수소와 헬륨으로 이루어졌다. 최초의 항성들은 우주가 탄생한 지 불과 수억 년 만에 뭉치기 시작한 무거운 별이다. 지구상에 존재하는 모든 생명은 최초의 별 또는 성간 구름에서 시작되었다.
천문학에서는 태양 질량의 8배 이상 되는 항성을 고질량 항성이라 한다. 이들은 태양과 마찬가지로 핵융합 단계를 지나지만 태양이 수소에서 핵융합을 시작해 탄소까지 방출하는 반면 이들은 탄소를 네온으로, 네온을 산소로, 산소를 규소로 융합하며 궁극적으로 철로 이루어진 핵을 만든다. 철이 핵융합을 하기 위해서는 항성이 공급할 수 있는 것보다 많은 에너지가 필요하기에 이 지점에서 핵융합 반응이 멈춘다. 이 단계에서 고질량 항성은 매우 밀도 높은 중성자별로 변한다.
은하는 항성과 행성 등 여러 천체 기체, 먼지, 암흑 물질들이 중력에 의해 하나로 묶인 거대 집합체다. 빅뱅이 일어난 지 약 4억 년 뒤 빛나는 조각에 지나지 않았던 초기 은하에서 최초의 별이 탄생했다. 이후 은하들은 서로 충돌하고 결합하며 더 큰 별들의 집단을 형성했다. 별들이 끊임없이 핵융합을 하듯 은하도 끊임없이 진화한다. 강한 핵력은 원자핵을 구성하는 양성자, 중성자에 작용한다. 양성자와 중성자는 쿼크라는 더 작은 입자로 이루어져 있다. 강한 핵력은 쿼크가 결합해 핵을 유지하게 하는 힘이다. 약한 핵력은 한 유형의 쿼크를 다른 유형으로 바꾸어 우라늄과 같은 방사성 원소를 붕괴시키는 힘이다.
중력은 한 물체의 질량이 다른 물체를 끌어당기는 힘으로 우주에서 보편적으로 작용한다. 전자기력은 전하를 띤 물체들 사이에서 작용하는 힘이다. 지금까지 밝혀진 바에 따르면 우주는 5퍼센트의 바리온 물질, 27퍼센트의 암흑 물질, 68퍼센트의 암흑 에너지로 이루어졌다. 물리학에서 바리온은 쿼크 3개로 이루어진 물질을 의미하고 천문학에서는 우리가 눈으로 확인할 수 있는 모든 물질을 의미한다.
암흑물질에도 중력이 있다. 암흑에너지는 중력에 대항해 우주 시공간을 빠르게 팽창시키는, 미지의 에너지라 할 수 있다. 우주 팽창현상이 밝혀진 이후 성립된 고전적 우주론에 따르면 팽창하는 우주에서 은하단의 거리가 서로 멀어짐에 따라 중력이 감소해 속도가 줄어드는 것이 논리적으로 옳다. 즉 우주의 팽창 속도가 점차 줄어들어야 한다. 그러나 학자들의 관측 결과 우주의 팽창 속도는 줄어들기는커녕 점차 가속화되고 있다. 우주의 팽창을 가속시키는 이 알 수 없는 미지의 에너지가 바로 암흑에너지이다. 모든 천체는 태어난 직후부터 계속해서 회전하며 팽창한다.
대부분의 사람들은 빅뱅으로 시작된 우주가 자신의 나이인 130억 광년 가량의 공간을 차지하고 있을 것이라고 생각하지만 작은 점에서 시작한 우주는 초기에 가속 팽창을 계속해 이제 관측 가능한 영역이 약 930억 광년에 이르는 광대한 공간이 되었다. 한 천체의 중력으로 인해 다른 천체가 실제와 다르게 보이는 현상을 중력 렌즈 효과라고 한다. 우주에 분포하는 중력을 지닌 모든 천체는 렌즈가 될 수 있다. 질량이 클수록 더 많은 왜곡을 일으킨다. 중력이 클수록 더 볼록하거나 오목한 렌즈처럼 천체를 왜곡되어 보이게 만든다. 이 현상은 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 의해 예측되었고 일부 천문학자들은 은하단이 중력 렌즈 효과를 일으킨다고 보았다.
중력 렌즈를 활용하면 우주배경복사라 불리는 빅뱅 이후 남은 아주 오래된 희미한 빛을 연구할 수 있다. 이 빛은 우주가 탄생하고 약 38만 년 후에 발생한 태초 우주의 잔재와 같다. 한때 우주배경복사는 매우 강렬하고 뜨거우며 항성의 표면만큼 밝았을 것이다. 그러나 우주가 팽창하며 빛의 파장이 길어져 오늘날에는 마이크로파로 남아 있다. 이 빛에는 우주 탄생에 대한 정보가 담겨 있지만 너무 희미해 연구하기 어렵다. 중력 렌즈는 빅뱅의 마지막 메아리인 우주배경복사의 변화를 관찰할 좋은 관측 도구가 되어준다.
우주를 더 멀리 들여다볼수록 시간을 더 거슬러 올라가 먼 과거를 알 수 있다. 중력 렌즈를 이용하면 암흑 물질도 연구할 수 있다. 암흑 물질은 거대한 은하단 곳곳에 두루 분포하는데 은하단은 자체의 중력에 묶여 있을 뿐만 아니라 암흑 물질의 영향도 받는다. 어떤 은하단이 중력 렌즈 효과를 일으킨다면 여기에는 암흑 물질의 질량도 일부 반영된다고 볼 수 있다. 그러므로 중력 렌즈는 우주 전체에 골고루 분포한 암흑 물질의 존재를 증명하고 규모를 파악하는 데에도 중요한 단서가 될 수 있다.
빅뱅 이후 38년까지 우주는 팽창을 거듭했다. 하지만 이때까지도 우주는 너무 뜨겁고 빛이 보이지 않는 암흑 세계였다. 밀도 높은 플라스마만 존재해 마치 빛을 산란시키는 불투명한 뜨거운 수프와 비슷했다. 어둡고 스산한 안개와도 비슷했다. 다음으로 재결합 시대가 찾아왔다. 충분히 냉각된 물질 원소들이 원자를 형성한 것이다. 마침내 원초적인 빛이 통과할 수 있는 투명한 기체가 등장했다. 이때 등장한 빛을 우주 마이크로파 배경복사라고 부른다. 마이크로파 복사는 우주를 빛으로 채웠다. 비슷한 시기에 기체 구름이 수축되며 최초의 별을 형성했다.
별들은 주변에 남아 있던 기체 에너지를 공급해 우주를 더욱 밝게 비추었다. 이를 재이온화 시대라고 한다. 우주는 계속해서 팽창했지만 이후 수십억 년간 별과 은하의 질량이 만들어내는 중력의 영향으로 팽창 속도가 점차 느려졌다. 그러다가 약 50억 년 전부터 갑자기 흥미로운 일이 일어났다. 암흑에너지가 우주의 팽창을 가속시키기 시작한 것이다.
천문학은 크게 둘로 나누면 관측천문학과 세분화된 천체물리학으로 나눌 수 있다. 관측 천문학이란 우주와 천체에 대한 정보를 수집하는 데 중점을 두는 학문이다. 천체물리학은 관측 자료에 물리학을 적용해 행성과 항성, 가스와 기체, 성간 물질과 성운, 더 나아가 은하와 은하단의 탄생과 기원, 발전과 진화를 설명하는 학문이다.
빛은 입자와 파동의 성질을 모두 지니고 있다. 이러한 이중적 특성으로 인해 우리는 카메라를 활용해 광자의 집합을 촬영할 수도 있지만 분광기 등으로 빛의 파장을 분리해 관찰할 수도 있다. 한마디로 빛은 우주를 탐구하는 데 없어서는 안 될 중요한 존재다. 적외선, 가시광선, 자외선 등을 모두 아울러 열복사선이라고 한다. 조금이라도 가열된 물체는 모두 적외선을 방출한다. 적외선 감지기는 눈에 보이지 않는 빛을 관측하게 도와준다.
현재까지 가장 유명한 적외선 망원경은 지구 궤도를 도는 스피처 우주망원경과 제임스 웹 우주망원경이다. 행성과학은 기본적으로 지구의 환경을 연구하는 지구과학과 유사하다. 태양계의 8개의 행성은 암석 행(지구형 행성), 거대 가스행성(목성형 행성)으로 나뉜다. 행성과학은 이들 행성이 어떻게 형성되었는지 특히 그 지표면을 분석해 탐구한다. 행성과학자들은 각 행성에서 과거에 일어났던 지질 운동, 외부 파편과의 충돌, 풍화작용, 화산활동 등을 연구한다.
지표면에 사는 우리는 화산, 하면 산의 분화구에서 뜨거운 용암과 유독가스, 화산재를 분출하는 모습을 먼저 떠올린다. 그러나 화산은 지표면과 대륙뿐만 아니라 깊은 바다에도 존재한다. 화산활동이란 땅속 깊은 곳에 있는 마그마가 지표 또는 지표 가까이에서 일으키는 여러 작용을 두루 가리킨다. 그 과정에서 흔히 떠올리는 화산 폭발뿐만 아니라 분출물의 퇴적, 화산성 지진의 발생, 지각변동 등을 일으킬 수 있다.
수성과 금성 같은 내행성계 그리고 해왕성을 비롯한 외행성계의 얼음 행성과 위성에 화산이 있다. 내행성계 행성에서 화산은 대부분 현무암질 용암으로 이루어져 있다. 이는 마그마로 녹은 암석이 지표면으로 빠르게 퍼져나간다는 뜻이다. 그러나 외행성계의 화산은 주로 얼음 화산이다. 내부의 열이 지표면에 얼음을 녹여 슬러시 같은 형태로 분출한다. 천문학자들이 망원경을 사용하는 근본적인 이유는 먼 천체에서 나오는 희미한 가시광선을 가능한 한 많이 모아 정확히 분석하기 위해서이다.
별들은 두꺼운 기체와 먼지 구름의 소용돌이에서 탄생하므로 관측하기 어렵다. 스피처 우주망원경을 비롯한 적외선 탐지 망원경들은 먼지를 뚫는 적외선의 성질을 활용해 미래 별의 배아를 관측할 수 있다. 많은 경우 어린 별의 씨앗은 오래되고 거대한 항성에 강한 복사열의 먼지 구름을 깎아내고 파괴할 때 생성되는 거대한 기둥 모양 구조에 숨어 있다.
광학망원경으로는 별빛의 윤곽이 드러난 어두운 형태가 보일 뿐이지만 적외선 망원경으로는 별의 탄생을 지켜볼 수 있다. 우주에 관해 모든 겻이 밝혀지는 일은 결코 있을 수 없다. 탐구하고 관찰해야 할 것은 우리가 우주를 알아내는 속도보다 더 빠르게 늘어나고 있다. 천문학은 곳곳에 보석이 숨겨진 보물 창고와 비슷하다.
어느 날 우연히 어떤 자료를 통해 새롭고 경이로운, 아름다운 사실을 발견할 수도 있다. 현존하는 광학 망원경 중 규모가 가장 큰 제임스 웹 우주망원경은 최첨단 장비를 탑재해 가시광선과 적외선을 두루 감지하고 분석할 수 있다. 허블 우주망원경의 후계자로 여겨지는 제임스 웹 우주 망원경은 별의 탄생과 소멸 과정을 추적하고, 외계 행성 사진을 촬영하며 초기 우주의 빛을 수집하는 등 천문학의 오랜 과제를 수행할 예정이다.

탄소 경제에서 어떻게 탄소 소비를 줄일까? - [얼음에 남은 지문 - 과거로부터 온 미래 기후의 증거]

벤투의스케치북 — Thu, 09 Apr 2026 20:36:00 +0900

얼음에 남은 지문 - 과거로부터 온 미래 기후의 증거
데이비드 아처 지음, 좌용주 외 옮김 / 성림원북스 / 2022년 05월

지구물리학자 데이비드 아처의 [얼음에 남은 지문]은 1. 이산화탄소 배출은 국제적으로 경제적, 군사적 패권과 밀접하다. 2. 화석연료 사용에 따른 비용과 이익은 공정하게 공유되지 않는다. 3. 지구 온난화의 영향을 받는 사람은 대부분 미래의 사람들이다 외에 4. 미래 기후는 결국 석탄 처리에 달려 있다는 말을 하는 책이다. 저자는 상세하게 설명하기보다 자신의 페이스를 유지한다. [얼음에 남은 지문]의 원제는 The Long Thaw다. 장기간의 해빙(解氷)을 의미하는 말이다. 번역본 제목을 보면 [얼음에 남은 지문]은 빙하에 관한 책으로 생각하기 쉽지만 해빙과 그로 인한 기후 위기를 다룬 책이다. 원서가 나온 해는 2009년이고 번역서가 나온 해는 2022년이다. 저자는 서문에서 아직 기회는 있다고 말한다. 100만 년 넘게 지구 기후는 이산화탄소를 들이마시고 내뿜는 땅에 의해 결정되었다. 즉 에오세의 온실 기후와 현재의 서늘한 기후의 차이는 대륙 분포, 거대한 습곡 산맥의 형성, 식물 진화 등 탄소의 배출과 흡수에 영향을 미치는 요인에서 비롯된다. 화산은 매년 인간보다 훨씬 적은 양의 이산화탄소를 배출한다. 따라서 가까운 미래는 인간이 어떻게 행동하느냐에 따라 달라질 것이다. 저자가 예로 드는 지역은 북극이다. 북극은 열대 지역보다 기온이 크게 상승하고 있다. 얼음이 녹으면서 드러난 맨땅이 얼음보다 햇빛을 더 많이 흡수하기 때문이다. 남극에서는 불가사의하게도 이런 현상을 확인할 수 없다. 이는 오존 구멍과 관련 있는지도 모르겠다. 저자는 두 개의 알베도 피드백을 이야기한다.(알베도는 가시광선에 대한 행성의 반사율을 의미한다.) 얼음 알베도 피드백과 수증기 피드백이다. 얼음 알베도 피드백과 마찬가지로 수증기 피드백도 지구온난화를 증폭한다. 고위도에서만 적용되는 얼음 알베도 피드백과 달리 수증기 피드백은 지구 전체에 일정하게 영향을 끼친다. 수증기 피드백은 이산화탄소 증가만 고려했을 때보다 온도를 약 두 배 높인다. 얼음 알베도 피드백은 얼음이 있는 곳이라면 어디서든 일어나지만 눈과 얼음의 면적이 가장 넓은 고위도에서 그 효과가 훨씬 더 지배적으로 나타난다고 할 수 있다. 북극의 경우 얼음 피드백은 흰색 얼음이 태양 빛을 반사하는 대신 어두운 바다가 열을 흡수하여 온난화를 가속하는 알베도 효과가 빚어지고 있다. 세계기상기구, 유네스코 등이 킬리만자로의 눈이 2040년에 사라질 것으로 전망했다. 2040년이란 숫자에 눈길이 가는 것은 북극도 2040년 여름이 얼음이 없는 계절이 될 것으로 전망하는 연구자가 있기 때문이다. 그는 미국 국립대기연구센터(NCAR)의 마리카 홀랜드(Marika Holland)다. 지구 표면의 상당 부분을 차지하는 북극해는 그린란드 빙산과 북대서양 심층수의 생성 지역에 인접해 있다. 해빙은 지구상에서 햇빛을 가장 잘 반사한다. 바다는 가장 적게 반사한다. 휜색을 띠는 눈 덮인 해빙은 가시광선과 태양 복사 에너지를 우주로 반사하는 거울 역할을 한다. 바다는 어둡게 보여 태양 에너지를 흡수하는 스펀지와 같다. 바다 표면은 파란색 계열의 빛만 산란되어 파랗게 보이지만 수심이 깊어지면 파란빛마저 물에 흡수되어 반사되는 빛이 줄어들기 때문에 바닥은 짙은 파란색을 지나 결국 어둡게(검게) 보이게 된다. 24시간 동안 평균을 내면 밤에도 태양이 지지 않는 북극의 여름철 햇빛이 지구에서 가장 강하다. 녹아내리는 북극 해빙은 지구온난화가 분수령으로 가고 있음을 보여주는 가장 확실한 사례다. 해수면은 점점 상승하고 있다. 오늘날 해수면 상승 요인의 3분의 2는 데워진 해양의 열적 팽창이다. 나머지 요인은 녹아내리는 빙하다. 저자는 히말라야의 빙하를 이야기한다. 저자에 의하면 히말라야의 빙하 녹은 물은 갠지스강, 인더스강, 브라마푸트라강, 살원강, 메콩강, 양쯔강, 황하 주변에 사는 수십억 명의 사람에게 담수를 공급해준다. 겨우내 산지에 쌓인 눈은 봄 여름에 물을 흘려보내고 농사에 요긴하게 쓰인다. 페루의 안데스 산맥, 미국 북서부의 태평양 산지에서도 빙하는 여름에 물을 공급한다. 빙하가 줄어들면 이 지역의 물 공급 또한 심각하게 감소할 것이다. 빙하를 시추하여 얻은 빙하 코어에는 수십만 전의 얼음에 녹아 들어갔거나 공기방울에 갇힌 과거 대기의 실제 시료들이 포함되어 있다. 이 시료들로부터 과거의 이산화탄소, 메테인, 다른 온실 기체의 농도를 구할 수 있다. 빙하(glacier)는 눈이 굳어 자체 무게로 움직이는 얼음 덩어리다. 빙상(ice sheet)은 극지방을 덮고 있는 50,000 km² 이상의 광활한 빙하 덩어리로 대륙 빙하라고도 불린다. 빙산(iceberg)은 빙하에서 떨어져 나온 부유 얼음이다. 해빙(sea ice)은 바닷물이 언 것을 말한다. 빙퇴석(moraine)은 움직이는 빙하가 골짜기를 깎아내며 운반해 온 암석, 자갈, 토사 등이 빙하가 녹으면서 가장자리나 말단에 쌓여 만들어진 지형을 의미한다. 빙하가 자체 무게로 움직인다는 의미는 표면이 조금 녹아 미끄러지는 현상만을 의미하지 않는다. 핵심은 거대한 얼음 덩어리가 엄청난 압력으로 인해 고체 상태에서도 끈적한 액체처럼 낮은 곳으로 서서히 흐르거나 밑바닥이 녹아 미끄러진다는 의미다. 대륙지각은 녹은 쇳물이 담긴 도가니의 맨 위에 둥둥 떠 있는 불순물 즉 슬래그와 유사하다. 해양 지각은 대륙 지각과 달리 화학적으로 맨틀과 좀 더 유사하며 판이 수렴하고 충돌하는 곳에서 지구 내부로 들어간다. 해양지각과 맨틀은 철, 마그네슘 등이 많은 고철질 또는 초고철질이다. 해양 지각의 평균 수명은 약 1억 5천만 년에 불과하다. 반면 대륙지각은 지구 내부로 들어가지 않는 대신 침식된다. 즉 풍화되거나 갈려 으깨진다. 두 지각은 모두 물에 떠 있는 빙산처럼 맨틀이라는 유체에 떠 있다. 해양지각은 대륙지각보다 얇고 밀도가 크기 때문에 대륙지각보다 낮게 떠 있다. 바닷물은 바다 깊이 채워져 있어서 해양지각 또한 물로 덮여 있다. 빙상이 녹으면 그 아래의 지표면은 발자국에 눌렸다가 튀어나오는 잔디처럼 올라온다. 지각이 떠오르거나 가라앉는 데는 수만 년이 걸리므로 이전에 로렌타이드 빙상 아래에 있었던 캐나다의 허드슨만 지역은 얼음이 녹은 지 1만년이 지난 지금도 계속 상승하고 있다.(101 페이지) 해수면 변화의 요인은 셋이다. 1) 빙상에서 바다로 유입되는 물, 2) 해수의 열팽창, 3) 천천히 변화하는 판의 고도 등이다. 탄소 동위원소 및 산소 동위원소의 급증은 심해에 극적인 온난화가 있었음을 증거한다.(103, 104 페이지) 무거운 산소는 증발하는 데 있어서 가벼운 산소보다 더 많은 에너지가 필요해 적게 증발하지만 기온이 올라가면 수온도 올라가고 물 분자들이 더 빠르게 움직여 표면장력을 뚫고 증발할 수 있는 충분한 에너지를 얻어 무거운 산소도 많이 증발하는 것이다. 빙하 코어, 퇴적물, 화석 등에서 가벼운 산소와 무거운 산소의 비율을 알 수 있다. 많은 사람이 가장 궁금해 히는 것은 인간이 유발한 기후 변화에 대한 예측을 기후의 자연적 변동 및 주기와 어떻게 비교할 수 있느냐다. 현재의 온난화 현상은 거의 모든 곳에서 한꺼번에 일어나고 있다는 점에서 새로운 현상이다.(108 페이지) 새로운 기후의 문제는 예측할 수 없다는 점에 있다. 미래는 수백만 년 동안 존재하지 않았던 온실 기후로 인해 따뜻해지면서 과거와는 달라질 것이다. 급속한 온난화에 대한 가장 가까운 사례는 5500만 년 전의 팔레오세-에오세 최대 온난기이지만 너무 동떨어져 있어서 자세히 알 수는 없다. 이 때문에 미래를 예측하고 준비하기가 매우 어렵다. 지구의 탄소 중 생물계 순환에 참여하는 유기 탄소는 극히 일부분이다. 이 유기 탄소로 지구 표면을 칠한다면 불과 몇 mm 두께에 지나지 않는다. 얇고 끈적해 보이는 이 층은 지구에서의 화학 반응을 수천 배 가속할 수 있다. 생명체는 탄소라는 원소의 화학적 성질에 기초한다. 지구의 어떤 원소도 그 복잡성에 있어서 탄소를 따라올 수 없다. 주기율표에서 탄소와 가장 가까운 규소 역시 복잡한 화학적 성질을 가진 원소다. 규소의 화학적 성질은 판구조 운동의 단계와 해양지각, 대륙지각의 특성을 공유한다. 풍화작용의 산물인 토양은 규소의 화학적 성질에 따라 형성된 결과다. 규소는 지구 내부를 제어하지만 탄소는 표면을 차지하고 있다. 탄소 순환은 해양과 지구의 고체 부분으로 확장된다. 퇴적암은 해수면이 높은 시기에 퇴적되었거나 느린 판구조 운동으로 해양지각에서 대륙지각 쪽으로 부가되어 올라간 것들이다.(118 페이지) 궁극적으로 이산화탄소가 얼마나 많이 배출되는가가 중요하다. 이산화탄소가 많아져 해양이 더욱 산성화되면 이산화탄소 저장 능력이 줄어든다.(129 페이지) 인류는 이산화탄소로 바다를 산성화한다. 이에 대응하여 염기(鹽基)인 탄산칼슘은 바다와 육지에서 융해되어 수소이온지수 균형을 회복시킨다. 이 과정은 수천 년이 걸린다. 산성은 바닷물이나 빗물과 같은 물을 기본으로 하는 혼합물의 특성이다. 산성 용액에는 높은 농도의 수소 이온이 들어 있다. 수소 이온은 금속, 암석, 생물학적 탄소 화합물을 비롯한 여러 종류의 화학 결합과 빠르고 거칠게 반응한다. 물 분자에서 수소 이온이 빠져나가면 수산화이온이라는 잔여물이 남는다. 메테인은 분자 단위에서는 이산화탄소보다 30배나 더 강력한 온실 기체다. 일단 대기로 방출된 메테인은 약 10년 안에 또 다른 온실 기체인 이산화탄소로 분해된다. 이때 분해되어 나온 이산화탄소는 화석연료의 이산화탄소와 마찬가지로 대기 중에 축적된다. 겉보기에 메테인 하이드레이트 침전물은 상당히 불안정한 상태다. 메테인 하이드레이트는 온도가 너무 높으면 녹고, 물이 얼음 상태를 유지할 만큼 온도가 낮더라도 대기압에서 방출된다. 해양 퇴적물의 하이드레이트는 진흙 속에 묻히지만 않았다면 녹아서 바다 표면으로 떠오를 것이다. 해수면 상승은 부분적으로 해수의 열팽창으로 발생한다. 해수면 변화의 주요인은 육지 빙하의 해빙(解氷)이다. 버지니아 대학교의 고기후 학자인 윌리엄 러더먼은 [인류는 어떻게 기후에 영향을 미치게 되었는가]라는 흥미로운 책에서 수천 년 전부터 농지 개간이라는 인간의 활동이 대기 중 이산화탄소와 메테인 농도를 바꾸기 시작했다고 주장했다. 그는 만약 이산화탄소 농도가 인간 활동의 영향 없이 자연적으로만 변화했다면 다음 빙하기가 이미 시작되었을 것이라고 말한다.(174, 175 페이지) 산업 문명은 이미 지난 몇백 년 동안 에너지원을 18세기의 나무에서 19세기의 석탄으로, 20세기의 석유와 가스로 여러 차례 바꿨다. 장기적으로는 다시 바꾸는 것이 그리 어렵지 않을 것이다. 만약 인류 문명이 화석연료가 이미 고갈된 세계에 뿌리 내렸더라면 어땠을까? 그런 상황이라면 인류는 쓸 만한 대체 에너지원을 개발했을 것이다. 이산화탄소 배출은 국제적으로 경제적, 군사적 패권과 밀접하다. 1990년 온실가스 배출량의 6% 감축을 의무화한 교토의정서가 채택되었으나 미국과 호주 정부는 막대한 예산이 든다는 이유로 거부했다. 궁극적으로 대기 중 이산화탄소를 안정화하려면 훨씬 더 크게 감축해야 한다. 지구 온난화를 피하는 간단한 개념은 석유와 가스는 계속 태우지만 석탄 연소는 멈추는 것이다. 석탄 연소는 현재 탄소 배출량의 3분의 1을 차지하며 석유와 천연가스가 각각 3분의 1이다. 장기적으로 볼 때 사용 가능한 석탄의 양은 석유와 가스의 10배가 넘는다. 궁극적으로 지구 기후의 미래는 석탄에 대해 어떤 결정을 내리느냐에 달려 있다.(184 페이지) 흥미로운 점은 북한의 경우다. 그들은 석탄을 석유화하는 기술(coal liquefaction)을 보유하고 있다. 지구에는 석탄이 너무 많다. 미래 기후는 결국 석탄 처리에 달려 있다. 석탄을 통해 전기를 생산하는 새로운 기술이 있다. 석탄가스화 복합 발전이라고 불리는 이 기술은 석탄을 고온고압에서 가스화하여 전기를 생산하는 친환경 발전 기술이지만 석탄 화력발전보다는 비용이 많이 들어서 아직 산업 표준으로 자리 잡지 못했다. 규제 상태에 놓인 에너지 시장에서 전력 공급 회사들이 가장 저렴한 방식 외에 다른 방식을 택하기는 쉽지 않다. 석탄가스화 복합 발전(IGCC; integrated gasification combined cycle)의 장점은 이산화탄소를 거의 순수한 형태로 생산한다는 것이다. 반면 전형적인 석탄 화력발전소 배출물의 약 10%는 이산화탄소로 공기 중 질소에 의해 희석된다. 배출된 이산화탄소는 탄소 포집 및 격리(CCS; carbon capture and sequestration)라고 불리는 방법으로 포집되어 땅속으로 다시 주입될 수 있다. 이 방법이 공정의 일부로 포함되면 석탄 연소 후 배출물에서 질소와 이산화탄소를 분리하는 것보다 석탄가스화 복합 발전을 통해 석탄에서 에너지를 추출하는 것이 전반적으로 더 저렴할 것이다. 석탄가스와 복합 발전은 수은과 유황 배출 역시 제거한다. 화석연료 사용에 따른 비용과 이익은 공정하게 공유되지 않는다. 오늘날 화석연료 경제의 혜택은 대부분 온대 지역에 있는 산업화된 선진국에 돌아가고 있다. 기후변화의 비용은 열대 지역에서 치르게 될 것이다. 어떤 자연재해가 발생했을 때 응급 서비스가 잘 갖춰진 선진국보다 개발도상국에서 더 많은 희생자가 나온다. 저위도 지역의 국가들은 자급자족하는 농민의 비율이 높은 편으로 날씨 변화에 매우 취약하다. 선진국에서는 에너지 집약적 농업법으로 말미암아 소비량보다 더 많은 식량을 생산하고 있다. 선진국에서는 식량 생산은 세계화가 이루어져 지역적인 농업 환경으로부터 탈피하고 있다. 지구 온난화의 영향을 받는 사람은 대부분 미래의 사람들이다.

전세계의 다섯 대양의 해저를 지도화하는 것과 관련한 과학, 군사, 기술적 의미와 미래 전망까지 담은 중요한 책 - [지구의 완전한 지도 - 지구의 71%, 해저 지도를 향한 도전]

벤투의스케치북 — Wed, 08 Apr 2026 08:35:00 +0900

지구의 완전한 지도 - 지구의 71%, 해저 지도를 향한 도전
로라 트레더웨이 지음, 박희원 옮김 / 눌와 / 2026년 03월

환경, 해양 분야 전문 기자 로라 트레더웨이의 [지구의 완전한 지도]는 해저(海底) 지도(sea bed map) 작성을 둘러싸고 벌어지는 현황과 미래 전망 등이 흥미진진하고 유의미하게 짜인 책이다. “우리는 바다 밑바닥보다 달 표면을 더 많이 안다”는 말이 인용된 이 책에서 저자는 바다를 우주에 빗대는 것은 강력하고 진실되게 느껴지지만 바다를 지도화하는 문제에서 해저를 달과 비교하는 것은 사실 당면한 과제를 과소평가하는 것이 된다고 말한다.(43 페이지) 저자에 의하면 전 세계 해저의 대부분은 어둠에 덮여 있다. 이렇듯 해저는 세계의 마지막 거대수수께끼다. 본문에 나오는 five deeps란 말은 태평양, 대서양, 인도양, 북극해, 남극해 등의 5대양을 말한다. 해저는 수중화산이 폭발하고 온천이 부글거리며 지각판이 갈라지거나 찢어지고 지각이 흔들리며 지진이 일어나는 등 지질 활동이 육지보다 더 활발한 곳이다. 그 한 예로 들 수 있는 것이 그린란드와 아이슬란드 사이의 해저에 있는 폭포다. 이 폭포는 세계에서 가장 웅대한 폭포로 알려진 약 979m 높이의 베네주엘라의 앙헬 폭포보다 더 크고 장대하다. 이 폭포에서 북유럽 바다의 차갑고 밀도 높은 해수가 비교적 가볍고 따뜻한 이르밍거해의 바닷물과 충돌하여 약 3,500m 아래 해저로 낙하한다. 해저의 모든 것은 우리가 알고 있는 상대적으로 조용한 육지의 지형과 비교하면 더 크고 대단하며 극단적이다.(33 페이지) 해구(海溝; trench)는 바다 밑에서 좁고 긴 형태로 움푹 들어간 급사면의 골짜기 지형 즉 바다에서 가장 깊은 곳을 말한다. 해구는 해저에 있는 기다란 균열로 가장자리에 급경사가 있고 바닥은 대체로 평평하다.(75 페이지) 태평양의 마리아나 해구, 대서양의 푸에르토리코 해구, 인도양의 자바 해구, 북극해의 몰로이 해연(海淵; deep), 남극해의 사우스샌드위치 해구 등이 그것이다. 해구가 긴 골짜기 형태의 지형이라면 해연은 해구 내에서도 가장 깊게 팬 특정 지점을 뜻한다. 한편 바닷속 염수호(鹽水湖)는 브라인 풀(brine pool)이라 한다. saline이 식염수 또는 염수를 의미한다면 brine은 고염수(진한 소금물)를 의미한다. 저자는 해저 지도화의 문제를 논하기도 한다. 지도는 중립적인 도구가 아니며, 언제나 어떤 형태의 착취를 예고한다.(13 페이지) 해저 지도화는 작업 성격상 이미 시끄러운 바다에 소리를 늘리는 일이 된다. 인간이 만든 소음은 각양각색의 해양 동물에게 다양한 악영향을 미친다. 고래들의 경우 먹이 활동과 음파 탐지를 중단하고 음원을 피해 비정상적으로 급한 각도로 헤엄쳐간다. 이 과정에서 질환을 앓는다. 잠수병이라고도 하는 감압병이 그것이다. 스쿠버 다이버가 수면으로 너무 급하게 올라오다가 혈액 내에 유독한 질소 기포가 생겨 겪는 병과 유사하다. 1960년대에 중주파 해군 소나(SONAR; SOund Navigation And Ranging)가 도입된 이후 해군 훈련장소나 해군기지 및 군함 근처에서 부리고래 집단자살이 수십 건 발생했다.(60 페이지) 소나는 수중에서 음파를 발사하거나 수신하여 반사되는 소리를 통해 물체의 방향, 거리, 종류를 탐지하는 수중 음향 탐지 장비를 말한다. 무광층(無光層)은 수심 1000~3000미터까지의 햇빛이 없는 곳을 말한다. 먹이는 희박하고 수압은 높으며 수온은 차갑지만 섭씨 약 4도로 안정적이다. 초심해대(超深海帶)를 의미하는 하달존(hadal zone)은 지하세계인 저승을 다스리는 그리스신 하데스의 이름을 따 지은 이름이다. 전 세계 해저에서 하달존에 속하는 곳은 3%도 안 된다. 지질학적으로 하달존은 해저가 죽음에 이르는 곳이다. 일부 중요한 예외를 제외하면 해구는 지진 활동이 활발한 섭입대에 위치한다. 여기서 오래된 무거운 해양 지각이 지구의 맨틀로 가라앉아 재순환된다. 해구는 쓰나미를 유발할 수 있는 지진으로 흔들리면서 죽음과 파괴도 불러온다. 푸에르토리코 해구에서는 북아메리카 판이 카리브 판과 맞닿아 위아래로 아주 느리게 미끄러지고 있다. 두 판 사이의 섭입대는 해저에 칼날 조각처럼 생긴 깊은 해구를 만든다. 해구들이 태평양을 둘러싸고 있어 아메리카 서부 해안과 아시아 동부 해안을 따라 이어지는 불의 고리에서는 지진이 비일비재하다.(81 페이지) 해저 지도화 사업 함대인 노틸러스호에는 다양한 종류의 소나가 있고 각 소나는 특유의 방식으로 해저를 ‘듣는다’. 함교(艦橋)에 있는 단원들은 해저면 아래로 직선의 핑(ping) 신호 하나를 보내 돌아오게 하는 단일 빔 소나를 작동한다.(56 페이지) GEBCO란 말이 있다. General Bathymetric Chart of the Oceans의 약자로 세계 대양 수심도(일반 수심도)를 의미하는 말이다. 이는 전 세계 해저 지형의 수심 데이터를 제공하는 국제적인 프로젝트다. bathymetric은 측심학(測深學)을 의미한다. 본문에 과학적 목적과 군사적 목적이 겹치는 사례가 나온다.(67, 68 페이지) 해저 측량은 30년간 이어진 세계대전기에 미군의 아낌없는 지원 덕분에 부흥기를 맞았다(107 페이지)는 말은 그런 예에 속한다. 저자는 과학은 정치의 영향에서 자유롭지 못하다고 말한다. 그 옛날 영국 챌린저호가 원정에 나선 1870년대부터 우주 경쟁이 펼쳐진 냉전기에 이르기까지 과학은 오래도록 국제사회에 한 나라의 위세와 군사적 우위를 과시하는 도구였다.(185 페이지) 미국의 지질학자이자 지도 제작자인 마리 타프(Marie Tharp; 1920-2006)는 1953년 북대서양에 거대한 해저산맥과 깊은 열곡(裂谷)이 있음을 발견했다. 그의 발견은 그때까지 비주류였던 대륙이동설과 판구조론의 기반이 되었다. 캐나다의 지구 물리학자 투조 윌슨은 지각판이 모두 똑같이 움직이지 않는 이유를 설명했다. 판은 미끄러져 내려가거나 올라가거나 엇갈리거나 멀어진다. 육지에 있는 우리는 지각판의 드문 접점에서 이 운동을 극히 일부만 경험한다.(125 페이지) 저자는 지도는 사회에서 권위를 누리고 또 거짓된 매력을 뽐낸다고 말한다. 지도는 어떤 장소를 실제보다 더 잘 안다고 생각하도록 우리를 속인다는 것이다. 멀리 떨어진 곳이라면 더욱 그렇다. 해령(海嶺)과 열곡(裂谷)을 구별할 필요가 있다. 둘 다 발산형 판 경계에서 지각이 서로 멀어지며 형성되는 지형이지만 주요 위치, 지형적 특징, 형성 단계에서 차이가 있다. 해령은 바다(해양 지각) 아래에 위치하고 열곡은 주로 대륙(대륙 지각) 위에 위치한다. 해령은 바다 중앙에 솟아오른 거대한 산맥(해저 산맥)인 반면 열곡은 지각이 찢어져 내려앉은 길쭉한 계곡(오목한 지형)이다. 해령 정상부에도 작은 규모의 열곡이 존재할 수 있으나 보통 열곡이라 하면 아프리카 열곡처럼 대륙이 찢어지는 초기 단계를 의미한다. 해안선과 바다 측량이 예전처럼 은밀한 작업이 아닌 지금도 바다의 깊이는 수수께끼에 둘러싸여 있다. 해저의 4분의 1 정도만 정확히 지도화된 세상이니 지도화되지 않은 지형을 다른 나라보다 더 많이 알면 여전히 군사적으로 유리하다. 오늘날 많은 국가에서는 한 나라의 영해 안을 측량하는 것을 그 나라의 영유권을 침해하는 행위로 보는 사고가 지배적이다. 이것이 해양지도화의 핵심 난관이다.(158, 159 페이지) 저자는 탐험가가 자신의 발견 대상에 이름을 붙이고 그 과정에서 토착민이 이미 사용하던 이름을 대체하는 일의 문제성에 대해 언급한다.(173 페이지) 본문에 해저지명 소위원회(SCUFN; Sub Committee on Undersea Feature Names)란 조직이 나온다. 해저 지형의 이름을 승인하는 위원회다. 한국지질자원연구원의 지구물리학자 한병철씨가 위원장으로 선출되었다.(185 페이지) 오대양 중 가장 작고 얕은 바다는 북극해다. 북극은 지구에서 온난화가 유독 급속도로 진행되는 곳이다. 기온이 지구 평균보다 3~4배 빠르게 상승하고 있다. 2040년이면 북극은 얼음이 거의 없는 여름을 맞이할 것으로 전망된다.(199 페이지) 사실상 소멸(100만 km² 미만)할 것이라는 의미다. 북극해의 온난화가 유독 급속히 진행되는 얼음이 급속도로 녹는 것과 관련이 있다. 얼음이 녹으면 태양 빛을 반사하는 알베도 효과가 감소한다. 전 세계의 해저는 70% 이상이 아직 지도화되지 않았다. 본문에는 균형을 의미하는 isostatic이란 단어와 관련한 의미 있는 지식이 나온다. 빙하가 녹으면 그 쿠게에 눌려 있던 지각이 반등하는 등압반등(等壓反騰)이 한 예다. 바다가 지질 활동의 대부분을 감추고 있기에 우리는 대개 지구를 형성하는 데 있어 해저의 역할을 간과한다. 화산 분화는 80% 이상이 해저에서 일어나지만 쓰나미가 유발되거나 새로운 섬이 형성되지 않는 한 우리가 그 소식을 들을 일은 거의 없다. 후빙기 반등을 비롯해 미묘한 조정은 감지하기가 한층 더 어렵다.(208 페이지) 극지의 빙판이 녹고 북극해의 항해가 점차 가능해지면서 북방 국가들은 북극점이라는 새로운 목표를 향해 시야를 좁혀가고 있다.(218 페이지) 유엔의 보수적인 추산에 따르면 난파선 300만 척이 발견되지 않은 채 해저에 남아 있다.(254 페이지) 저자는 지구상 어느 곳보다도 탐사의 지도화가 이루어지지 않은 심해에서 우리가 무엇을 파괴할지 우리는 알지 못한다고 말한다.(284 페이지) 심해 채굴(deep sea mining)로 얻고자 하는 것은 코발트, 니켈, 희토류 등이다. 전 세계의 열수분출공은 600곳 정도에 이른다. 이들은 풍요롭고 자족적인 생태계다. 심해 채굴은 큰 손실로 귀결될 것이라는 이유로 반대하는 사람들이 있다. 바다와 우주는 탐사의 두 이념적 종착점인 만큼 자연스레 목표와 기술을 일부 공유한다. 심해의 잠수정은 차가운 온도와 높은 압력, 염수로 인한 부식을 견디도록 설계되었다. 일단 여정에 나서면 정해진 작업을 반복하느라 주의해야 할 기회는 드물거나 아예 없다. 우주탐사용 로버와 우주선도 비슷하게 극한 환경을 견뎌내며 다시는 인간의 눈에 띄지 않고 수명을 다할 때까지 우주의 끝으로 떠나는 여정에 투입된다. 본문에 나오는 바다 속으로 잠수하고 있었지만 우주 공간을 거니는 듯 보였다는 구절은 바다와 우주 탐사의 심정적 친근성을 나타낸다. 저자는 외적 탐험에는 내면의 영혼 탐색이 반드시 수반되어야 한다고 말한다. 그렇지 않으면 끝없는 쇼핑 목록처럼 새로운 영역을 개척하는 함정에 빠지게 된다는 것이다.(339 페이지) 참 인상적인 말이다. 해저 지도는 바다를 알아가는 첫 단계일 뿐이고 어찌 보면 해답보다 질문이 더 많이 나올 것이다. 풀어야 할 수수께끼가, 결론지어야 할 논쟁이, 명명하고 기술해야 할 생물과 지형이, 조사해야 할 난파선이, 밝혀야 할 인류 역사가 뒤이어 폭포처럼 끝없이 쏟아진다. 해저를 탐험함으로써 우리는 어디에서 왔으며 어떻게 여기에까지 이르렀는지에 대한 해답을 찾을 수 있을지도 모른다. 바다를 다룬 몇 권의 책을 읽은 입장에서 [지구의 완전한 지도]는 해양지도화를 주제로 다른 어떤 책보다 더 종합적이고 심층적인 접근을 취한 책이다. 그것은 [지구의 완전한 지도]가 캐시 본지어바니(Cassie Bongiovanni)를 비롯한 실제 탐사 참여 과학자들과의 긴밀한 인터뷰에 근거한 책이기 때문이다.

산과 염기라는 화학의 기본을 설명하는 책 - [루이스가 들려주는 산, 염기 이야기]

벤투의스케치북 — Sat, 04 Apr 2026 20:07:00 +0900

루이스가 들려주는 산, 염기 이야기
전화영 지음 / 자음과모음 / 2010년 09월

책의 제목은 [루이스가 들려주는 산, 염기 이야기]다. 루이스는 길버트 뉴턴 루이스(Gilbert Newton Lewis; 1875 – 1946)를 말한다. 산(酸)에 대해 처음으로 연구한 사람은 라부아지에다. 질량보존의 법칙을 발견하여 연금술을 근대 화학으로 바꾸어 놓은 근대 화학의 아버지다. 그는 신맛이 나는 산들의 근본을 산소로 보았다. 그는 모든 산에는 반드시 산소 성분이 포함되어 있다고 보았다. 그런데 사실 산에서 산성을 드러내는 것은 산소가 아니라 수소다.
루이스는 수소 중심 이론을 벗어나 더 넓은 범위에서 산과 염기를 정의했다. 본문에는 아레니우스라는 이름이 등장한다. 설탕물은 전기가 통하지 않고 소금물은 전기가 통한다는 사실을 설명한 인물이다. 아레니우스는 원자도 더 이상 쪼갤 수 없는 최후의 알갱이가 아니라는 주장을 했다. 1897년 톰슨에 의해 전자가 발견되었다. 원자 내부에 전하를 띠는 알갱이가 있다는 사실로 인해 이온이 만들어질 수 있는 중요한 기초가 되었다.
이온이란 말은 간다는 의미의 그리스어 ionai에서 유래한 이름이다. 전기분해로 유명한 패러데이가 전기분해를 할 때 +극과 –극으로 이동하는 입자가 있음을 알고 양이온, 음이온이라는 이름을 지었다. 이온은 자신의 전하에 따라 두 극 중 한 곳으로 이동한다. 원자나 분자, 원자단이 전자를 잃거나 얻어서 전하를 띠는 상태를 이온이라 한다. 양이온은 전자를 잃어버린 상태의 알갱이이다. 음이온은 전자를 얻은 상태의 알갱이이다. 물에 녹아 이온이 생기면 전기가 통하고 그렇지 않으면 전기가 통하지 않는다.
물에 녹았을 때 이온이 생겨서 전기를 통하는 소금과 같은 물질은 전해질, 그렇지 않은 설탕과 같은 물질은 비전해질이라 한다. 산과 염기는 물에 녹으면 이온이 나온다. 아레니우스는 산은 물에 녹아 수소이온을 내놓는 물질, 염기는 수산화이온을 내놓는 물질로 정의했다. 산의 세기는 이온화 정도에 따라 나뉜다. 이온화가 잘 되어서 이온이 많이 생기는 것은 강한산, 강한 염기이고 그렇지 않으면 약한산, 약한 염기라고 한다. 영어로 산은 acid, 염기는 base라 한다.
석회암, 대리암 등은 주성분이 탄산칼슘이기 때문에 산성 물질에 닿으면 녹는다. 탄산은 물에 이산화탄소 기체가 녹을 때 만들어진다. 염기의 대표 주자가 수산화나트륨이다. 일명 양잿물이다. 알칼리 금속 3총사인 리튬, 나트륨, 칼륨의 이온들이 수산화이온과 결합해서 만들어진 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨은 이산화탄소를 매우 효과적으로 흡수한다. 알칼리와 염기는 비슷하지만 완전히 같은 말이 아니다.
알칼리는 물에 잘 녹는 염기를 가리킨다. 수산화나트륨, 수산화칼륨은 알칼리이고 수산화칼슘은 물에 잘 안 녹기 때문에 알칼리가 아니고 염기다. 알칼리(alkali)의 알은 물질, 칼리는 재를 의미한다. 재로부터 추출된 물질과 비슷한 성질을 나타내는 물질을 모두 알칼리라 한다. 수소이온을 포함하는 산과 수산화이온을 포함하는 염기가 만나면 어떻게 될까? 물이 만들어진다. 이런 반응을 중화반응이라 한다. 브뢴스테드와 로우리의 이론에 의하면 산은 다른 물질에게 양성자를 주는 물질이고 염기는 양성자를 받아들이는 물질이다.
루이스는 이 이론이 양성자가 없는 물질의 반응에 대해사는 적용할 수 없다고 생각하고 전자쌍을 주고 받는 사례에 대해 연구했다. 루이스가 만든 이론에 의하면 산은 전자쌍을 받고 염기는 전자쌍을 준다. 암모니아와 메탄 분자에 있는 전자쌍은 각각 4개다. 루이스가 연구한 바에 따르면 원자 주위의 전자는 8개일 때 가장 안정되다. 이를 옥텟 규칙(octet rule)이라 한다. 대부분의 원자들은 이 규칙에 따라 중심 원자 주변의 전자가 여덟 개가 되도록 결합한다. 따라서 질소 원자 주변에 여덟 개의 전자가 있으려면 세 개의 수소 원자만 결합해야 한다.

허블을 지나 제임스 웹으로...낸시 그레이스 로먼, 거주 가능 행성 관측선까지... - [우주를 깨우다 - 제임스 웹 우주망원경은 어떻게 창조의 순간을 보았나]

벤투의스케치북 — Fri, 03 Apr 2026 18:04:00 +0900

우주를 깨우다 - 제임스 웹 우주망원경은 어떻게 창조의 순간을 보았나
리처드 파넥 지음, 강성주 옮김 / 워터베어프레스 / 2026년 01월

리처드 파넥의 [우주를 깨우다]는 허블 우주망원경의 뒤를 잇는 최신 우주망원경인 제임스 웹 우주망원경에 대한 책이다. 제임스 웹 우주망원경은 2026년 초 서울대 물리천문학부 이정은 교수팀이 혜성 속 규산염 결정을 규명한 도구로 알려진 망원경으로 유명하다. 이 책의 원제는 [창조의 기둥(Pillars of Creation)]이고 부제는 ‘제임스 웹 우주 망원경은 어떻게 우주의 비밀을 풀었는가’다. 창조의 기둥이란 1995년 허블 우주 망원경이 촬영한 사진을 2022년 제임스 웹 우주망원경이 새롭게 찍은 버전을 의미한다.(21 페이지)
처음 이 망원경은 차세대 망원경이라 불리다가 제임스 웹 우주 망원경이라 불리게 되었다.(73 페이지) 제임스 웹은 과학자가 아니라 우주 경쟁의 전성기인 1961년부터 1968년까지 NASA 국장을 지낸 행정관이다.(74 페이지) 망원경의 역사에서 빼놓을 수 없는 인물이 갈릴레오 갈릴레이다. 그는 망원경을 만든 사람은 아니지만 망원경으로 하늘을 관측한 첫 인물이다. 갈릴레오가 하늘을 관측한 이후 천문학에서 본다는 것은 눈으로 볼 수 있는 것뿐 아니라 망원경을 통해 볼 수 있는 것까지 포함되었다.
허블의 후속 망원경은 1) 우주가 태어난 직후 등장한 초기 은하들, 2) 우리 은하 안의 외계 행성들을 겨냥해야 했다. 이 두 가지를 이루려면 적외선 영역으로 나아가야 한다. 팽창하는 우주에서는 은하간의 거리나 물체가 아니라 공간 자체가 팽창한다. 이 때문에 은하에서 출발한 빛이 우주를 가로질러 오면서 파장이 점점 더 길어진다. 가시광선을 넘어 적외선 영역까지 파장이 늘어난다는 의미다. 이를 적색이동이라 한다.
우리 은하 안에서 별이 태어나는 지역 즉 별 탄생 지역은 두꺼운 먼지층으로 둘러싸여 있어 가시광선으로는 그 먼지를 뚫고 안쪽을 들여다볼 수 없다. 우주에서 적외선 망원경을 쓰려면 여러 기술적 난제가 따른다. 적외선은 열에 민감하기 때문에 검출기를 극도로 차갑게 유지해야 한다. 절대 영도에 가까울수록 좋다. 이를 위해서는 지구의 열기가 닿지 않는 곳에 있으면서 동시에 태양 직사광선도 완전히 차단해야 한다. 기내 냉각 시스템은 아예 불가능하다.
연료를 너무 많이 써서 임무 수명이 짧아지기 때문이다. 그러니 망원경은 스스로 냉각될 수 있어야 한다. 기계 전문가들이 자연 냉각(passive cooling)이라고 부르는 방식으로 우주 공간 자체를 냉각제로 써야 한다.(67 페이지) 차세대 우주망원경의 문제는 다르다. 태양 차폐막 한쪽에서는 영상 수백 도에서 작동하고 다른 쪽에서는 영하 수백 도에서 작동해야 하는 망원경을 어떻게 테스트할까? 항공기 격납고 만한 시험 시설에서 몇 미터 안에 수백 도씩 온도 차이가 나는 환경을 어떻게 만들까?
분석은 실제 성능 테스트와 완전히 달랐다. 분석도 물리적 테스트가 필요하긴 하지만 핵심은 수학이다. 망원경의 각 부분이 각자의 극한 조건에서 어떻게 작동할지 수학적 모델을 세우고 각 부분을 따로따로 해당 조건에서 테스트 한다. 프로젝트 한쪽 절반의 수학적 모델이 한 시험실 결과가 맞아떨어지고 다른 절반의 수학적 모델이 또 다른 시험실 결과와 맞아 떨어지면 두 절반을 합친 전체 모델이 최종 시험 무대인 우주에서도 제대로 작동하길 바라는 수밖에 없다.
예산초과, 관료주의의 무능함, 의회 감시, 검토 위원회 심사, 우주망원경을 밑바닥부터 다시 테스트하는 과정까지 제임스 웹 우주망원경은 이 모든 시련을 버텨냈다.(85 페이지) 하지만 2010년대 내내 예산과 발사 일정을 계속 망쳐놓은 또 다른 요인이 있었다. 한 전문가가 말도 안 되는 실수들이라고 한 문제들이었다. 그런 실수 중 하나가 잘못된 배선 연결로 시제품의 전자 부품들을 태워먹은 사건이었다. 말도 안 되는 실수라는 말은 모르는 것도 모르는 것들이라는 말에서 나온 말이다. 이는 미국 국방장관 도널드 럼스펠드가 한 말(There are unknown unknowns.)이다.
적도에 가까울수록 지구 자전에 의해 로켓의 추진력이 더해지는 효과가 크다. 프랑스령 기아나 크루의 유럽 우주기지 발사대는 적도에서 480km 떨어진 곳이다.(88 페이지) 제임스 웹 우주망원경은 반사 망원경이다. 반사 망원경은 천체에서 들어온 빛이 망원경의 주경(主鏡)에 닿은 다음 더 작은 부경(副鏡)으로 반사된다. 그러면 부경이 그 빛을 모아 다시 반사시켜 관측장비로 보낸다. 부경을 펼쳤다고 해서 모든 것이 다 준비된 것은 아니다. 주경까지 펼쳐져야 비로소 진짜 망원경이 완성되는 것이다.
반사망원경의 원리는 간단하다. 같은 지름이라면 거울이 렌즈보다 빛을 더 많이 모은다. 그리고 거울이 클수록 모이는 빛이 많아진다. 빛이 많이 모일수록 당연히 우주 저 멀리 깊은 곳까지 볼 수 있다. 거울이 커질수록 연마 과정이 훨씬 어려워지고 비용도 치솟는다. 거울을 떠받치는 구조물도 점점 더 무거워지고 비싸진다. 주경의 직경이 6~8m 정도가 되자 기술적으로 막다른 길에 다다랐다. 설령 기술적으로 만들 수 있어도 비용이 천문학적으로 증가했다.
그래서 나온 해결책이 분할 거울이다. 작은 육각형 거울들을 별집 모양으로 배치해서 모자이크처럼 만드는 방식이다. 제임스 웹 우주망원경의 주경을 모두 합치면 지름이 6.5m나 된다. 허블 우주망원경 거울의 지름인 2.4m의 거의 세 배에 가까운 크기다. 이는 로켓의 페어링 즉 탑재물을 담는 앞쪽 덮개에 들어가기엔 너무 컸다. 그래서 엔지니어들이 기발한 해결책을 생각해 냈다. 벌집 구조를 여러 부분으로 나누어서 지구에서는 접어 넣고 우주에서는 종이접기처럼 펼치는 방식이었다.
마지막 궤도 수정을 마친 후 제임스 웹 우주망원경은 최종 목적지에 도착했다. 천문학자들이라 라그랑주점이라고 부르는 우주 공간이었다. 라그랑주점은 태양과 지구처럼 두 천체 사이에서 중력과 관성력이 균형을 이루는 지점으로 이곳에 우주선이나 물체를 배치하면 연료를 거의 쓰지 않고도 안정적인 위치를 유지하며 지구와 함께 태양을 공전할 수 있다. 즉 라그랑주점은 인공위성이나 우주망원경이 적은 에너지로 안정적인 위치를 유지할 수 있는 특별한 공간이다.적외선 망원경에는 특별한 장점이 하나 더 있다. 항상 지구 그림자 속에 있어서 언제나 일식 상태라는 점이다. 게다가 태양 반대편 지구 뒤에 자리 잡고 있기 때문에 빛과 열 모두에 노출되지 않는다. 열은 적외선 관측에 치명적이다. 저자는 허블이 천문학을 ‘물러서는 지평선의 역사’라고 말한 순간 이미 제임스 웹 우주망원경이 들여다보게 될 우주의 여러 영역들을 미리 내다보고 있었는지도 모른다고 말한다.(111 페이지)
우주는 텅 빈 공간이라고 하지만 사실은 전혀 비어 있지 않다. 지구에서 150만 광년 떨어진 은하 NGC 6822를 찍은 사진을 보면 우주 곳곳이 먼지와 온갖 찌꺼기들로 빽빽하다는 사실을 알 수 있다. 이런 물질들이 언젠가는 별이 되고 행성이 되고 심지어 생명체까지 될 수 있는 재료들이다. 허블 우주망원경은 그냥 뭐가 보이나 싶어서 보던 단계에서 가설을 세우고 분석하고 의미를 찾는 단계로 넘어갔다.
명왕성 이야기가 흥미롭다. 행성에서 왜소행성으로 조정된 천체다. 수성, 금성, 지구, 화성은 바위 행성이고 목성, 토성은 가스 행성이고 천왕성, 해왕성은 얼음 행성이다. 그런데 그 너머 명왕성은 작은 돌이다. 이상한 일이었다. 처음에는 왜소행성, 다음에는 카이퍼 벨트 천체, 지금은 해왕성 바깥 천체로 분류된다.
애초 제임스 웹 우주망원경의 핵심 기능은 분광분석이다. 전자기파를 잘게 쪼개서 분석하는 분광학 덕분에 이제는 연구실에 앉아서도 수천, 수백만 아니 수십억 광년 떨어진 천체가 무엇으로 만들어졌는지 알 수 있게 되었다.(138 페이지) 혜성에 꼬리가 생기는 이유는 태양에 가까워질수록 표면 얼음이 기체로 바뀌기 때문이다. 이를 승화라 한다. 소행성은 행성이 되다 만 잔해들이다. 양옆의 중력 때문에 하나로 뭉치지 못한 것들이다.
안쪽엔 화성, 바깥쪽엔 중력이 훨씬 강력한 목성이 버티고 있었다. 천문학에서는 얼음은 우리가 아는 물의 얼음과는 개념이 다르다. 물론 물이 언 것도 얼음이지만 천문학자들은 더 넓은 의미로 사용한다. 수소, 산소, 탄소, 질소, 황 같은 원소들이 고체 상태가 되면 모두 얼음이라고 부른다. 이들이 결합해서 만든 화합물이 굳은 것도 마찬가지다. 우주에서는 이 모든 것 즉 얼어서 고체 형태로 된 모든 것이 얼음이다.
생명체가 생겨나려면 물이 필요하다는 생각 자체가 가정일 뿐이다. 타당한 가정이긴 하지만 어쨌든 추측은 추측이다. 정확히 말하면 우리가 아는 생명에는 물이 필요하다. 문제는 우리가 아는 생명체가 생명체의 전부라는 점이다. 제임스 웹 우주망원경으로 천문학자들이 별 하나만 있을 때 분광 관측을 한다. 그리고 외계행성이 별 앞을 지나갈 때 다시 분광 관측을 한다. 두 관측 결과를 비교한다. 행성이 없을 때, 별의 화학 성분과 별과 행성이 겹쳤을 때의 화학 성분의 차이를 분석하면 통과하는 행성의 대기가 무엇으로 이루어져 있는지 알 수 있다.(174 페이지)
우리는 0.4~0.7 마이크론의 파장만 감지하지만 제임스 웹 우주망원경은 27.9 마이크론까지 본다. 사람 눈의 90배가 넘는 범위다. 제임스 웹 우주망원경은 적외선으로 본다. 천문학계에는 색상 표준이 없다. 어떤 사람은 온도가 높을수록 빨간색을 진하게 칠한다. 어떤 사람은 똑같은 온도를 파란색으로 진하게 칠한다.(180, 181 페이지) 우주에는 먼지가 너무 많다. 제임스 웹으로 태양계와 우리은하를 연구하는 천문학자들이 물의 흔적을 좇았듯 은하 진화를 연구하는 전문가들은 먼지를 좇았다. 물이 별과 행성 탄생의 비밀을, 그리고 생명의 가능성을 알려준다면 먼지는 은하 진화의 열쇠를 알려준다.
먼지가 충분히 모이면 어떻게 될까? 중력의 작용에 덩어리가 만들어진다. 시간이 흐르면 이 덩어리들끼리 또 중력으로 끌어당긴다. 점점 커지고 점점 빽빽해진다. 마침내 단단한 천체로 압축된다. 아주 작은 미소(微小) 운석부터 거대한 은하까지 모든 규모에서 이런 일이 일어난다. 천체를 다 만들고 남은 먼지는 어떻게 될까? 우주 공간을 떠돈다. 은하 안에서 별들 사이를 떠돌기도 하고 은하와 은하 사이의 텅 빈 공간을 떠돌기도 한다.(197, 198 페이지)
이렇게 엄청나게 많은 먼지는 초신성에서부터 비롯되었다. 별의 핵이 자체 중력을 이기지 못하고 안으로 무너져 내리면서 극도의 핵반응을 일으킴에 따라 그 충격이 바깥으로 폭발하는 현상을 말한다. 문제는 증거를 잡을 수 없다는 것이었다. 제임스 웹이 등장하기 전까지는 그 어떤 망원경도 초신성의 먼지를 제대로 볼 수 없었다. 관측에 필요한 적외선 파장을 포착할 수 없었기 때문이다. 성간 물질에서 분자 구름으로, 구름의 충돌에서 별의 탄생으로, 별의 죽음에서 다시 성간 물질로, 그리고 별 중 일부는 죽음의 최후를 초신성으로 맞이하며 우주에 새로운 씨앗을 뿌린다.(204 페이지)
분리법칙에 따르면 초신성 폭발의 결과 반드시 중성자 별이 남는다. 물과 먼지를 찾는 것은 결국 우리의 기원을 찾는 일이기도 하다. 최종 목적지에 도달하기 위해서는 제임스 웹 우주망원경에 넘어야 할 지평선이 하나 있었다. 별과 초신성과 은하가 처음으로 빛을 발하는 시대, 언젠가 우리를 만든 원소들이 막 태어나던 그 새벽의 순간이 그것이다. 허블과 르메트르가 발견한 팽창하는 우주 덕분에 이젠 뉴턴의 신도, 아인슈타인의 람다도 필요 없게 되었다.
존재하지 않는다는 건 아니지만 적어도 우주가 붕괴하지 않는 이유를 설명하는 데는 필요 없어진 것이다. 하지만 당연한 질문이 바로 떠올랐다. 대체 무엇으로부터 팽창한다는 말인가? 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 따르면 질량을 가진 물체는 우주의 4차원 시공간을 휘어지게 만든다. 질량이 클수록 더 많이 휜다. 앞쪽에 있는 은하가 충분히 무거우면 우리가 보는 시선에서 은하 뒤에 있는 천체의 빛을 휘어지게 만든다. 빛이 휘어져서 우리 눈에 보이게 되는 것이다. 게다가 빛을 확대시키기도 하고 하나의 광원을 여러 개의 이미지로 만들기도 한다.(223 페이지)
우주에는 수소, 수소, 온통 수소 뿐이다. 정확하게는 단일 양성자를 말한다. 무엇인가를 원소라 부르기 위한 최소 조건을 말한다. 빅뱅 직후에는 전자도 존재했었다. 광자가 전자와 계속 부딪히지만 않았다면 양성자와 결합했을 것이다. 그래서 수소 원자는 이온화 상태로 남아 있었다. 양성자와 전자의 수가 불균형해서 전하를 띤 상태가 바로 이온화 상태다. 하지만 우주 나이가 37만 9천만 년쯤 되자 상황이 바뀌었다. 공간이 팽창하면서 더는 전자를 방해할 수 없을 정도로 광자의 에너지가 약해진 것이다.
그 순간 전자들이 양성자에 달라붙기 시작했다. 불균형이 해소되고 중성이 됐다. 광자들은 시공간을 마음껏 날아 다녔다. 지금도 날아 다니고 있다. 그때의 흔적을 간직한 채로. 1960년대에 벨 연구소의 천문학자들이 검출한 우주 마이크로파 배경복사가 바로 이때 만들어진 광자의 흔적이다.(227 페이지) 그 후 우주는 우주론자들이 암흑의 시대라고 부르는 시기로 접어들었다.
사실 광자는 넘쳐났지만 비출 것이 없었다. 그래서 계속 어두울 수밖에 없었다. 빅뱅 후 1억 년에서 2억 년 정도가 지나서야 중성 수소가 뭉쳐 최초의 별과 은하를 만들기 시작했다. 이 과정에서 새로 태어난 별들의 강렬한 빛이 주변 수소를 다시 이온화시켰다. 중성이었던 수소가 다시 전하를 띠게 된 것이다. 그렇게 제임스 웹 우주망원경의 네 번째이자 마지막 목표의 공식 명칭이 다음과 같이 정해졌다. "암흑 시대의 종말 그리고 최초의 빛과 재이온화."
빅뱅 후 겨우 4억 4000만 년 뒤 은하에서 질소가 발견되었다. 이것은 누구도 예상하지 못한 일이었다.(229 페이지) 우리가 볼 수 있는 물질, 보이지 않는 암흑 물질, 그리고 새로 발견된 암흑 에너지까지 모두 더하자 마침내 우주의 총질량 에너지 밀도가 붕괴를 막는 데 필요한 임계 밀도와 정확히 같아졌다.(235 페이지) 이렇게 아인슈타인의 람다는 화려하게 부활했고 그 귀환과 함께 우주론의 표준 모형은 마침내 완성되었다. 하지만 동시에 이 표준 모형은 의문투성이였다. 암흑 물질이란 무엇인가? 암흑에너지는 또 무엇인가?
우주 마이크로파 배경이란 우주 나이가 고작 37.9만 살이었을 때 온 하늘에 남겨진 태초의 빛 즉 고대 유물과 같은 복사선이다. 저자는 제임스 웹 우주망원경이라는 전례 없는 망원경과 함께 탐험하는 시대야말로 일생 일대의 행운이라 말한다. 2027년 5월 낸시 그레이스 로만(Nancy Grace Roman) 우주 망원경이 발사를 앞두고 있고, 2040년대 초 거주 가능 행성 관측선(habitable worlds observatory)이 발사를 앞두고 있다. 내년에 어떤 선물이 주어질지, 2040년대 초에는 어떤 놀라운 결과물이 우리에게 알려질지? 꾸준히 공부하며 건강에도 주의해야 하리라.

연천 중심으로 알아보는 2020년 세계지질공원으로 인증된 한탄강 지질공원 - [한탄강 세계지질공원으로 떠나는 여행 - 유네스코가 인증한 한탄강 지질명소 톺아보기]

벤투의스케치북 — Wed, 01 Apr 2026 00:25:00 +0900

한탄강 세계지질공원으로 떠나는 여행 - 유네스코가 인증한 한탄강 지질명소 톺아보기
권홍진 외 지음 / 동아시아 / 2021년 06월

2020년 7월 우리나라에서 처음으로 강을 중심으로 형성된 화산 지형인 한탄강 일대가 유네스코 세계지질공원으로 공식 인증받았다. 약 50만 년 전 화산 활동으로 형성된 주상절리와 현무암 절벽 등 독특한 지질학적 가치를 국제적으로 인정받은 결과다. 영역은 철원, 포천, 연천 등 세 지자체에 걸쳐 있는 한탄강 일대다. 강 주변에서 형성된 화산 지형은 전 세계적으로 드문 편이다. 일반적으로 독특한 형태로 분류되는 ‘용암과 강물이 만나 급격히 식어 만들어진 지형’은 독특한 경관을 제공하지만 자연적인 침식 작용과 인위적인 요인으로 인해 훼손되기 쉬워 보존이 어렵다고 알려져 있다.
한탄강은 용암으로 물줄기가 바뀐 강이다. 물줄기가 바뀌는 것을 유로변경이라 한다. 오늘날의 지구 표면은 해양 지각이 전체의 약 3분의 2를 차지한다. 해양 지각은 중생대 이후 분출한 용암이 식어 만들어진 현무암으로 구성 되어 있다. 대륙 위에도 중생대 이후에 분출한 현무암질 용암이 여러 곳에 넓게 분포하고 있다. 따라서 지구 표면에서 가장 넓은 면적을 차지하는 암석은 중생대 이후에 생겨난 현무암이다. 한탄강 유역에는 신생대 제 4기에 북한 강원도의 평강 부근 화산을 통해 맨틀에서 나온 마그마가 식은 현무암이 넓게 분포한다. 한탄강 유역의 현무암은 지구 내부의 깊은 곳인 맨틀의 물질이다. 일본 열도 아래로 태평양판이 밀려 들어감에 따라 일본 열도 아래에서 마그마가 생성되어 일본에서 많은 화산활동과 지진이 일어나고 있다.
백두산을 만든 용암이나 한탄강 대지(臺地)를 만든 용암은 맨틀 깊은 곳에 남아 있는 태평양판 조각이 부분적으로 녹아 위로 올라와 지구 내부 약 100km 깊이에 큰 마그마 방을 만든 후 지표로 분출하는 것으로 설명할 수 있다. 일본 열도에서 화산활동이 많은 것은 태평양판이 열도 아래로 섭입할 때 이 해양판에서 공급된 물이 섭입대 위에서 마그마를 만드는 데 작용했기 때문이다. 물은 암석의 녹는점을 낮춘다.
한탄강 용암을 분출한 활동은 현무암질 용암이 지각 틈 사이로 나오는 열하분출로 시작하여 후반부에는 중심분출 양식으로 바뀐 특징을 보인다.(36 페이지) 지하 깊은 곳에서 상승한 마그마가 지각의 약한 틈(열극)을 따라 올라오면 긴 선을 따라 분출하는 '열하분출'이 발생하다가 시간이 지남에 따라 지속적으로 마그마가 공급되면 틈 전체에서 고르게 나오기보다는 마그마 공급이 더 원활하고 구조적으로 약한 특정 지점으로 마그마 흐름이 집중되고 이에 따라 마그마 흐름은 주변 지반을 녹이거나 틈을 넓혀 파이프 형태의 '관상 통로'를 형성하여 중심분출로 바뀐다.
680 고지를 만든 용암은 분출형 화산 활동을 보이다가 중심분출로 바뀌어 순상화산을 만들었지만 점성이 높지 않아 높은 화산체를 만들지는 못했다. 한탄강 용암은 현무암질이며 온도가 1000℃ 이상으로 점성이 매우 낮아 유동성이 컸다. 한탄강 용암은 현무암에서 볼 수 있는 감람석, 휘석, 사장석 등의 반정(斑晶)이 거의 없는 것이 특징이다. 이는 용암이 빠르게 식었기 때문에 생긴 현상이다.(용암의 두께가 매우 두꺼우면 표면은 빨리 식지만 내부 용암은 단열 효과로 인해 천천히 식는다.) 반정 광물은 점성을 높게 해 용암의 흐름을 방해한다. 한탄강 유역은 평균 0.15° 정도의 기울기로 경사져 용암이 잘 흘렀다.
두꺼운 용암층이 지표에 흐를 때 열이 전도되면서 식는 까닭에 공기와 접하는 표면과 내부는 각각 식는 속도가 다르다. 그래서 용암층에서 등온선이 그리는 폭은 표면에서 내부로 가면서 매우 달라진다. 용암이 식을 때 부피가 줄어드는 정도는 온도에 따라 다르다. 하나의 용암층 내에서는 각 수축점을 중심으로 부피가 줄어들며 대체로 수직 방향으로 틈이 생긴다. 용암층 전체가 완전히 식은 후에 용암층은 기둥 모양으로 분리되는데 이를 주상절리라 한다.(49 페이지) 기반암 위를 덮은 용암층의 두께는 기반암의 지형에 따라 달랐다. 기반암의 높이가 낮은 곳을 덮은 용암층은 두께가 상대적으로 두꺼웠을 것이다. 즉 한탄강 유역에서 수십 미터의 두꺼운 현무암 절벽을 보이는 곳은 기반암의 원래 지형이 상대적으로 낮은 곳이었다.(59 페이지)
기반암의 지형에 따라 다양한 두께로 덮고 있는 현무암층 위에는 새로운 하천이 흐르기 시작했다. 현무암층의 절리를 따라 침식작용이 활발하게 일어나면서 한탄강은 더 넓어지고 깊어졌다. 새로 태어난 한탄강의 물줄기는 흐르는 지면의 지질에 따라 크게 두 곳으로 나뉜다. 하나는 용암대지 위를 흐르는 곳이다. 다른 하나는 현무암층과 기반암이 만나는 지질 경계를 따라 흐르는 곳이다.(60 페이지) 이때 넓은 용암대지 위를 흐르는 물줄기가 있는 곳에서는 현무암층이 절리를 따라 큰 덩어리로 떨어져 나가면서 수직 절벽의 계곡이 형성된다. 현무암층과 기반암이 접하는 곳에서는 지하수가 현무암층의 절리를 따라 더 잘 스며들어 현무암층이 먼저 떨어져 나가면서 다른 형태의 계곡을 만들게 된다.
기반암의 원래 지형으로 인하여 현무암층이 두껍게 형성되었던 곳과 그렇지 않고 얇게 형성되어 있던 곳에는 서로 다른 계곡 지형이 만들어진다. 한탄강의 계곡 지형을 바라볼 때 현무암층이 두꺼웠던 지역에서는 양쪽 벽이 수직인 현무암 절벽이 형성된다. 기반암의 지형이 높아 용암이 얇게 덮인 곳에서는 기반암이 하상에 노출되어 한쪽 벽만 수직인 현무암 절벽을 이루거나 계곡 전체가 기반암으로 이루어진 지형을 만든다.
주상절리가 발달한 한탄강 계곡에서는 하식동굴을 쉽게 찾을 수 있다. 이들 대부분은 수직으로 된 현무암 절벽이 강물과 접하는 곳에 발달해 있다. 이러한 하식 동굴은 강물의 침식작용으로 형성된 것이며 특히 물줄기의 흐름 방향이 심하게 바뀌는 곳에서 잘 만들어진다. 폭포에서 만들어지는 포트홀을 폭호(瀑湖)라 한다.
임진강 유역은 중국 대륙의 남중 지괴와 한중 지괴가 충돌한 다비 - 칠링 - 수루 충돌대가 지나는 곳으로 한반도 북부와 남부 사이의 두 판이 충돌한 증거가 되는 지층이 분포하는 소위 임진강 충돌대가 있는 곳이다. 임진강 유역 연천층군의 하부층인 미산층은 이곳이 대륙 충돌대였음을 지시하는 특징을 보이는 지층이다. 연천층군은 고생대 중기 ~ 후기 데본기 지층으로 각섬암이 관입하기도 했다. 미산층(대리암 협재), 대광리층 등 임진강 및 한탄강 유역에 넓게 분포한다. 그 중 미산층은 고생대 데본기에 임진강 충돌대 사이의 분지에 형성되었던 퇴적암이, 한반도 북부와 남부의 두 판이 충돌하면서 생긴 변성 작용에 의하여 만들어진 변성암이다.
따라서 미산층은 퇴적 기원의 변성암이다. 미산층은 연천군 신서면 와초리, 미산면 동이리, 군남면 황지리, 연천읍 통현리, 연천읍 고문리, 청산면 장탄리, 청산면 궁평리, 청산면 백의리, 포천시 창수면 신흥리, 운산리, 관인면 중리 등에 넓게 분포하고 퇴적 시기도 적어도 약 3억 9천만 년 전 이후인 것으로 밝혀지고 있다. 미산층은 암상에 따라 크게 석회암질 규산염암, 석회질 사암 및 변성이질암으로 분류된다. 이들의 지층대 내에는 각섬암, 대리암, 규암, 천매암, 흑운모 편암 등이 협재하며 각 층의 두께와 반복되는 빈도는 일정하지 않다. 미산층에 변성암인 각섬암과 변성광물인 석류석이 분포하는 것은 한탄강 유역이 두 판이 충돌할 때 생긴 큰 압력을 받았던 지역임을 암시하는 매우 중요한 지질학적 증거가 된다.
지구 내부는 깊은 곳으로 들어갈수록 온도와 압력이 증가하며 지하 10km 정도에서는 온도가 약 300°C 이며 3000에서 4000기압이 된다. 그런데 미산층이 분포하는 각섬암과 석류석은 훨씬 더 높은 온도와 압력이 작용하는 환경에서 만들어질 수 있다. 즉 각섬암과 석류석의 존재는 미산층이 매우 높은 온도와 압력이 작용하는 환경에서 만들어진 지층임을 알려준다. 연천층군을 이루는 미산층은 남과 북이 충돌한 증거가 되는 지층임이 밝혀졌다.(73 페이지)
한탄강과 임진강은 도감포에서 만나 서남쪽으로 흘러 한강과 합류하여 서해로 흘러간다.(125 페이지) 아우라지 베개용암은 천연기념물 542호다. 아우라지는 한탄강과 영평천이 만나는 곳이다. 이곳에는 15미터 정도 두께의 현무암 절벽이 있다. 하부에 고생대 미산층이 있고 그 위를 두꺼운 현무암층이 부정합으로 덮고 있다. 베개용암은 아우라지에서 한탄강 상류 방향으로 약 100미터 정도 연장되며 영평천에도 노두가 있다. 두꺼운 현무암층과 기반암인 미산층이 접하는 부위에는 얇은 클링커층과 약 2~3미터 정도의 베개용암이 있다.
베개용암이 끝나면서 절벽의 중앙 부위에는 가는 수직기둥형 주상절리가 보이는 엔터블러쳐이고 상부는 콜로네이드 층이다. 가장 위에는 기공이 많은 현무암층이 있다. 아우라지 베개용암은 지름이 약 30~100미터이며 방사상의 균열을 보인다. 표면은 용암이 급랭할 때 만들어지는 두께 수 센티미터의 유리질 껍질로 둘러싸여 있다.(127 페이지) 이런 검은 유리질을 사이드로멜레인(Sideromelane)이라 한다. 이곳 현무암 절벽에서 베개용암이 분포하는 위치는 이 용암이 한탄강을 메우며 흐르던 당시의 한탄강 수위를 짐작하게 한다. 베개용암의 표면이 붉은 색인 것은 용암을 이루는 철 성분이 물과 만나 산화되었기 때문이다.
베개용암 내부는 절리가 방사상으로 발달해서 사람의 어금니 같은 모양을 하고 있다. 용암층 높이가 한탄강 수위를 넘게 되자 베개용암의 생성은 멈췄다. 지장산 주변에는 동막골 응회암, 지장봉 응회암 등 여러 종류의 화산암과 신서 각력암이 분포한다. 첫 번째 화산 폭발에 의해 동막골 응회암이 화구 주변에 넓게 쌓였다. 그 후 동막골 응회암이 화구로 무너져 내리며 굳어 신서각력암이 만들어졌다. 칼데라호가 만들어졌다. 칼데라호 주변의 응회암 일부분이 무너져 칼데라호에 쌓이게 되었다. 이렇게 만들어진 암석이 신서각력암이다. 다시 화산폭발이 일어나 마지막으로 지장봉 응회암이 만들어졌다.(135 페이지)
지장산은 약 8000만년 전 중생대 백악기에 연천-철원 분지 내에서 활동한 화산 때문에 만들어졌다. 지하 깊은 곳 마그마에서 광물이 결정(結晶)화할 때 유색광물은 감람석(고온)-휘석-각섬석-흑운모(저온) 순으로, 무색광물은 사장석(고온)-정장석-백운모-석영(저온) 순서를 보인다.(149 페이지) 대체로 고온에서 만들어진 광물은 저온에서 만들어진 광물에 비해 상대적으로 풍화에 약한 경향이 있다. 화강암은 조암 광물 중 장석이 60% 이상으로 가장 많고 그 다음은 석영이다. 화강암이 풍화된 토양을 보면 석영(굵은 모래)이 남아 있는 것을 볼 수 있다. 그것은 화강암을 이루는 광물 중 흑운모나 장석류가 석영보다 풍화에 약하기 때문이다.
이같이 석영은 조암 광물 중에서 풍화에 가장 강하다. 반면 장석류는 자연 상태에서 탄산수 등에 녹으면서 화학적 풍화가 잘 일어난다. 그 결과 도자기의 원료인 순백색의 고령토가 만들어진다. 고령토는 물 분자와 화합하는 수화 작용을 거쳐 알루미늄의 원료 광석인 보크 사이트로 바뀐다. 고온에서 형성된 광물(예: 감람석, 휘석)이 저온에서 형성된 광물(예: 석영, 백운모)보다 풍화에 더 취약한 이유는 이들이 지표 환경과 구조적, 화학적으로 가장 멀리 떨어져 있기 때문이다. 이렇게 암석은 풍화 과정을 거치면서 토양으로 변하고 이 과정에서 여러 가지 원료 물질로 쓰이는 새로운 광물도 만들어진다. 암석이 풍화되어 토양으로 변하는 과정에서 알루미늄은 칼륨, 나트륨, 칼슘 등과 같은 원소에 비해 광물에서 잘 빠져나가지 않는다. 따라서 오래된 토양에는 알루미늄 성분이 상대적으로 많아지고 이러한 토양으로 구성된 퇴적암이 지각변동을 받아 지하 깊은 곳으로 내려가 녹아서 마그마가 된다면 그 마그마는 알루미늄 성분을 많이 포함하게 된다.
화강암을 만든 마그마는 기원에 따라 크게 두 가지로 구분된다. 하나는 맨틀에서 만들어진 현무암질 마그마가 정출, 분화하면서 최종 단계에서 화강암질 마그마가 생성되는 것이다. 이런 과정으로 만들어진 화강암을 I(Igneous)형 화강암이라고 부른다. 다른 하나는 퇴적암이 지각변동을 받아 지각 내로 깊게 들어가 변성암이 되고 끝내는 지각 내에서 화강암질 마그마가 되는 경우다. 이런 과정으로 만들어진 화강암을 S(Sedimentary)형 화강암이라 부른다.
한편 현무암은 석영 입자가 거의 없기 때문에 풍화되면 주로 진흙을 이루고 비가 오면 물이 토양 내에 스며들지 못하여 표층은 완전히 젖어 질퍽거린다. 반면 가문 날씨가 되면 지하수가 올라오지 못하므로 표층이 딱딱하게 굳는다. 따라서 농업에 불리한 지형이어서 오랫동안 많은 이용이 이루어지지 않았다.([추가령 구조곡의 지형] 7 페이지) 찰흙(점토)이 물을 만나면 진흙이 된다.
재인 폭포가 위치한 계곡이 한탄강 본류와 만나는 부근에는 바닥에 고생대의 변성암이 노출되어 있고 응회암, 화강 반암 등의 전석(轉石)이 쌓여 있다. 전석이란 암반(巖盤)에서 떨어져 물 등의 작용에 따라 원위치에서 밀려 나간 돌을 말한다. 멀리 떨어져 나갈수록 마모에 의하여 모가 없이 둥그런 상태가 된다. 이러한 암석 덩어리는 폭포 주변을 이루는 중생대 지층의 암석이 떨어져 나온 것이다. 이들 중 중생대 백악기 화산에서 분출한 동막골 응회암도 있다.(207, 208 페이지) 좌상 바위 주변에는 고생대 미산층, 중생대 궁평층 및 신생대 현무암 등 여러 시대의 지층이 접해서 분포하고 있다. 좌상 바위는 중생대 백악기에 연천 - 철원 분지에 있던 화산의 흔적이다.
한탄강 옆에 60m 높이로 우뚝 솟아 있는 좌상바위는 당시 화산의 분화구였으며 이곳을 찾는데 좋은 길잡이가 되기도 한다. 이 화산에서 분출한 현무암질 용암이 한탄강 하상에 분포하며 이 현무암의 표면에서는 기공이 방해석으로 채워진 행인상 구조를 볼 수 있다. 좌상바위 표면에는 세로 방향의 검은색 띠가 보인다. 이는 빗물에 녹은 물질이 침전한 흔적이다. 좌상바위 주변에 한탄강 하상에서는 고생대 미산층, 중생대 화산암 및 신생대 제4기 현무암, 하안 단구 등 여러 지질 시대의 지층과 암석을 한탄강 계곡의 한쪽 벽에서 관찰할 수 있다. 좌상바위는 여러 화산의 분화구 중 하나로 분출물로 메워진 암경(巖頸)으로 추정된다. 암경이란 화산 활동이 멈춘 후 화도 내의 마그마가 식어 굳은 다음 오랜 기간 차별 침식을 받아 주변 암석은 깎여나가고 단단한 중심부만 남은 것을 말한다.
왕림교 부근과 풍천관광농원 앞쪽에 있는 두꺼운 절벽은 하부부터 고생대 미산층, 미고결 퇴적층인 백의리층, 그 위를 부정합으로 덮은 한탄강 현무암층이 지질 단면까지 관찰할 수 있는 중요한 장소다. 미산층은 한탄강 유역이 임진강 유역과 함께 남과 북의 두 지괴가 충돌한 지대임을 뒷받침하는 주요한 지층이다. 이 지층의 표면에는 규질 성분이 많은 곳이 석회질이 있는 부분보다 풍화에 강해서 돌출된 것을 볼 수 있다. 규질 성분은 석회질이나 점토질 성분에 비해 물리적으로 단단하다. 그렇기 때문에 석회질 또는 점토질 성분은 외부 힘을 받게 되면 심하게 휜 습곡 구조를 보이나 규질 성분이 많은 부분은 휘지 않고 끊어지면서 마치 작은 소시지 모양의 부딘 구조가 만들어진다.
은대리 고생대 미산층에는 고압변성 광물인 석류석이 들어 있다. 이것은 이곳 한탄강 유역에서 임진강 충돌대를 형성했던 당시 두 개의 판 즉 한반도의 남부와 북부판이 충돌하면서 큰 압력이 작용했음을 알려주는 증거이기도 하다. 한탄강 현무암층을 덮고 있는 두꺼운 충적층은 빙하기와 간빙기가 반복되는 동안 주변의 하천이 범람하면서 운반된 모래, 자갈, 진흙 등이 쌓인 것이다. 이 충적층에서 전곡리인의 생활상을 보여주는 여러 종류의 유물과 유적이 발달되어 이 층을 전국민 문화층 또는 전곡리 유적토층이라 부른다. 전곡리 문화층이 분포하는 지역은 한탄강 용암이 만든 대지와 강 양편으로 거의 수직에 가까운 현무암 절벽을 이루는 곳이다. 이곳은 한탄강이 현무암 절벽을 휘돌면서 흐르고 있다.
한탄강 현무암 절벽 지형은 한탄강 유수에 의한 퇴적 및 침식 작용으로 형성되었는데 한탄강은 마치 성벽을 둘러싸고 있는 해자와 같은 역할을 하고 있다. 이러한 지형적인 특징은 임진강 한탄강 유역의 구석기 유적을 형성하고 보존하는 데 중요한 역할을 해왔다. 전곡리 토층의 하부층은 하천에 퇴적된 세립질 모래층과 실트 퇴적물이다. 상부층은 바람에 의해 퇴적된 점토 입자로 이루어진 풍성 퇴적층이다. 특히 이 토양층에서는 토양쐐기라고 불리는 토양 균열면의 구조 및 배열 등을 볼 수 있다. 이러한 구조는 주로 빙하기 동안에 만들어진 것으로 플라이스토세의 후반에 계속해서 쌓인 토층 단면에서 볼 수 있다. 이는 신생대 제 4기 동아시아 지역의 기후 변동을 이해하는 데 도움을 주고 있다.
전곡리인들은 어떤 돌로 주먹도끼를 만들었을까? 전곡리 선사유적지를 감고 도는 한탄강 바닥에는 여러 종류의 자갈이 수도 없이 널려 있다. 이 자갈들은 암석의 종류에 따라 그 굳기나 쪼개짐, 깨짐 등의 형태나 강도가 다르다. 이 암석 중에서 전곡리인들이 도구로 이용한 암석은 주로 규암 자갈이다. 규암은 퇴적암인 사암(주로 석영 성분의 모래자갈)이 지각 깊은 곳에서 오랜 세월 열과 압력을 받으면서 변성되어 만들어진 암석으로 매우 단단하다. 이 암석은 물리적인 힘을 가하여 타격하면 날카로운 면으로 깨진다. 전곡리인들은 이러한 암석의 특성을 잘 찾아 물건을 찌르거나 자르는 데 필요한 도구를 만들었다. 임진강과 한탄강 주변에는 규암이 넓게 분포하는데 이곳에 규암이 풍화 침식 운반되어 한탄강으로 유입된 것이다.
차탄천은 지질학적으로 매우 흥미롭다. 이는 한탄강 용암이 전곡리 은대리 왕림교 부근에서 북쪽으로 약 5km 정도 떨어진 연천읍 차탄리에도 분포하기 때문이다. 한탄강 용암은 차탄천을 따라 북쪽으로 연천읍 차탄리까지 역류했다. 3회 정도 분출한 한탄강 용암 중에서 이곳 상부층에 분포하는 가장 젊은 용암을 가리켜 차탄리 현무암이라고 한다.
동이리 임진강 주상절리 지점은 선곡리로 역류한 용암의 일부로서 그 길이가 1km 정도 된다.병풍처럼 펼쳐진 현무암 절벽에는 여러 형태의 절리가 발달해 있어 주상절리의 전시장이라 할 수 있다. 특히 가을에는 검은색 현무암 절벽과 빨갛게 단풍든 담쟁이 덩굴이 이르는 아름다운 풍광에 감탄사가 절로 나온다. 그래서 이곳을 임진 적벽이라 부르기도 한다. 또한 [세종실록지리지]에는 송도팔경 중 장단석벽이라 기록되어 있다.
연천읍내에서 동북쪽으로 아미천을 따라 올라가면 바로 동막골이다. 이곳은 조선초부터 요업(窯業)이 번창했던 곳이다. 도기(독)를 만드는 곳이라는 의미로 도막 또는 독막 등으로 불려오다 동막으로 굳어졌다는 이야기가 있다. 왜 이곳에서 도기(옹기)를 만들었을까? 연천 지역의 충적층에는 황토가 널리 분포하여 질그릇의 재료인 점토질 흙을 구하기 쉽다. 한편 지장산 자락에 있는 동막골은 땔감과 물이 풍부해 옹기나 벽돌을 만들고 구워내는 장소로 최적의 조건을 갖춘 곳이다. 지금도 전곡리, 궁평리, 장탄리 일대에서는 구운 벽돌을 생산하고 있다.
동막골 하천 주위에서는 밝은색의 화산재와 눈썹처럼 휘어진 줄무늬가 발달한 응회암이 분포한다. 응회암의 줄무늬는 마치 용암이 흐르면서 만들어진 것처럼 보인다. 그러나 이런 구조는 뜨거운 화산재와 화산력이 섞여 두껍게 쌓일 때 위에서 누르는 압력과 높은 열로 인해 화산력이 납작하게 눌리면서 길쭉하게 늘어나 만들어진 것이다. 이런 구조를 피아메라 하며 이런 줄무늬를 보이는 응회암을 용결 응회암이라 한다. 폭발형 화산에서 분출하는 화산재가 화산체의 경사를 따라 흐르다가 굳으면 회류 응회암이 된다. 화산재가 하늘로 올라간 후 떨어져 쌓이면 강하 응회암이 된다.
이곳 동막골 응회암층 노두에서는 강화 응회암과 회류 응회암을 모두 볼 수 있다. 이러한 사실은 이곳에서 화산 폭발이 여러 번 반복해서 있었음을 말해준다. 주상절리는 한탄강 유역에 넓게 분포하는 현무암에서 흔히 볼 수 있는 지질 구조다. 그런데 동막골 유원지 하천 주변에 응회암은 중생대 지층이며 산성암류로 분류된 암석이다. 그러나 이곳 응회암에서도 수직으로 발달한 주상절리를 관찰할 수 있다. 수 백도 이상의 높은 온도인 화산재가 두껍게 쌓여 식을 때 마치 현무암질 용암층에서처럼 그 부피가 줄어들면서 응회암의 주상절리가 만들어진 것이다.
일반적으로 폭포는 물줄기도 많지 않고 폭이 좁다. 그런데 직탕폭포는 넓은 용암 대지 위에 발달한 것으로 물이 80m가 넘는 강폭을 가득 메운 채로 마치 넓은 물 커튼을 친 듯 일직선으로 떨어지고 있다. 이런 광경은 세계적으로 드물다. 이러한 폭포가 형성될 수 있는 지질조건은 용암 대지에 강이 흐를 때 뿐이다. 그래서 직탕폭포는 자랑할 만한 가치가 있는 명소다. 한탄강 용암이 넓은 철원 용암대지를 만들 수 있었던 것은 한탄강 용암의 물성 때문이다. 즉 용암의 점성이 낮아 유동성이 크기 때문에 용암이 넓게 그리고 멀리까지 흐르면서 평평한 대지를 만들 수 있었다. 그리고 그곳에 한탄강이 흐르면서 현무암의 절리를 따라 침식작용이 활발하게 일어나 직탕폭포와 같은 수직 폭포가 만들어졌다.
고석정 주위에서 한탄강은 화강암과 현무암이 접하는 지질 경계를 따라 흐르며 물줄기가 심하게 곡류한다. 이곳의 한탄강 계곡에서는 강 양쪽 벽이 모두 현무암이고 바닥도 현무암인 곳, 하천 바닥은 화강암이고 계곡 양쪽 벽이 현무암인 곳, 강의 한쪽 벽만 현무암이고 바작과 다른 벽은 화강암인 곳, 강의 양쪽 벽과 바닥이 모두 화강암인 곳 등 네 가지 유형의 계곡 단면을 볼 수 있다. 고석정 유원지가 있는 계곡에서는 한쪽 벽은 현무암이 화강암을 덮고 있고 건너편 계곡 벽은 화강암만 분포한다. 고석정 아래 하상에서는 이 현무암에서 떨어져 나온 전석들을 볼 수 있다.
삼부연 폭포는 중생대 화강암으로 이루어진 명성산 중턱에 있으며 계곡물의 침식 작용으로 만들어진 폭포다. 높이는 약 20m이고 계곡물은 가마솥 모양의 세 개의 돌개구멍을 지나 아래로 떨어진다. 폭포의 벽에는 폭포수가 오랜 시간 암석 벽을 깎아낸 흔적들이 남아 있다. 병풍처럼 둘러싸고 있는 암벽에는 마치 조각가가 예리한 칼로 깎아낸 것 같이 매끈한 면, 움푹 파인 면이 여러 군데 보인다. 또한 폭포 아래 암벽에서는 오랜 시간 물이 휘돌면서 웅덩이의 모양이 변화한 흔적도 찾을 수 있다.

파노라마 같은 세상의 질서와 규칙을 알려 주는 화학 책 - [세상을 이해하기 위한 최소한의 화학 - 100개의 물질로 읽는 생명과 우주, 인류의 미래]

벤투의스케치북 — Mon, 30 Mar 2026 19:58:00 +0900

세상을 이해하기 위한 최소한의 화학 - 100개의 물질로 읽는 생명과 우주, 인류의 미래
김성수 지음 / 지상의책(갈매나무) / 2026년 01월

김성수의 [세상을 이해하기 위한 최소한의 화학]은 '100개의 물질로 읽는 생명과 우주, 인류의 미래'라는 부제를 가진 책이다. 이 책에는 두 사람의 인상적인 말이 인용되어 있다. 하나는 영국의 화학자 피터 앳킨스(Peter Atkins)가 한 "화학은 별에서 시작된다"란 말이다. 다른 하나는 미국 시인 랠프 왈도 에머슨(Ralph Waldo Emerson)이 한 "지질학이라는 것은 화학에 시간이라는 요소를 더한 것일 뿐이다." 라는 말이다. 이 책을 통해 피터 앳킨스와 랠프 왈도 에머슨이 말한 삼자(별, 별에서 시작된 화학, 화학에 시간이라는 요소가 더해진 지질학) 간 관계를 깊이 헤아릴 수 있다.
저자가 말했듯 다른 물질과 아무런 소통과 연결 없이 홀로 존재하는 물질은 없다. 이 책은 그런 점을 음미할 수 있는 의미 있는 책이다. 관심을 갖게 되는 물질은 철 ,석영, 백운모, 현무암, 황동석, 자철석, 석회암, 물, 리그닌, 엽록소, 탄산, 강철, 고령토, 시멘트, 석탄, 메테인, 폴리에틸렌, 우라늄 235, 이산화황, 오존, 규소, 리튬 등이다. 빅뱅 때 생성된 쿼크와 이들을 강력하게 묶어준 글루온이 서로 뭉치면서 원자를 구성하는 주요 입자 중 하나인 양성자를 형성하였다. 전자는 이미 빅뱅 이후 세상에 태어나 갓 태어난 우주 속을 활발히 떠돌고 있었다.
빅뱅으로 생성된 기본 입자들이 모이면서 화학물질을 구성하는 기본 단위인 원자가 만들어졌다. 초기 우주의 온도는 무지막지하게 뜨거웠기 때문에 양성자와 전자는 정신없이 개별 활동을 하기에 여념이 없었으나 대략 38만 년이 지난 이후 우주가 충분히 식고 나자 더 이상 홀로 돌아다닐 수 없을 만큼 불안정해진 양성자의 양전하와 전자의 음전하 사이에 정전기적 인력이 적용하면서 양성자 하나와 전자 하나가 함께 어우러지게 되었다. 이러한 재결합 반응의 결과 전기적 중성의 원자가 만들어졌으니 곧 수소 원자의 탄생이었다.
빅뱅 이후 우주에 흩뿌려진 중수소들도 가만히 있을 수 없었다. 아직 우주가 차갑게 식기 전이었으니 중수소는 더 안정해지기 위해 강한 핵력을 통해서 또 다른 양성자 혹은 중성자를 더부살이 회원으로 받아들일 준비가 되어 있는 상태였다. 중수소 핵이 고른 동반자는 양성자였다. 이로써 양성자 두 개를 가진 원자핵이 우주 최초로 만들어졌다. 두 개의 가벼운 원자핵이 반응하여 더 무거운 원자핵 하나가 만들어지는 현상을 핵융합이라고 한다. 질량 수만 늘어났던 중수소 핵의 융합과는 달리 원자번호까지 늘어나는 핵융합이 빅뱅 직후에 일어난 것이다.
빅뱅이 일어난 지 20분 정도 후에 팽창하던 우주의 온도는 급격히 내려갔고 핵융합이 수월히 이루어지던 초고온 환경은 사라지고 말았다. 결국 헬륨보다 무거운 원자핵은 미량의 리튬과 베릴륨을 제외하면 별로 만들어지지도 못한 채 빅뱅을 통한 핵합성 무대는 대단원의 막을 내렸다. 물론 우리 몸은 주로 탄소로 구성되어 있고 지구 핵에는 철과 니켈이 존재하고 광산에서는 금과 은이 산출된다는 사실을 생각해보면 핵융합 이야기가 여기서 끝나지 않았을 것이라는 추측이 가능하다.
우주에 충만하게 퍼져 있던 수소 기체와 헬륨 기체는 특정 지역에 두텁게 모여 구름을 형성했다.모종의 이유로 인해 구름의 중심에서 중력이 발생했고 이 힘 때문에 구름이 수축했다. 구름의 수축은 구름 중심의 온도를 서서히 끌어올렸고 중심부의 온도는 천천히 핵융합을 일으킬 수 있는 정도로 높아졌다. 중심부에서 핵융합을 안정적으로 진행할 수 있게 된 구름을 별 또는 항성이라고 한다. 빅뱅 당시 초고온의 우주 공간에서 무작위적으로 일어나던 핵융합은 이제 충분히 온도가 높아진 별 중심부에서 일어났다.
동위원소의 원자핵은 태생적으로 불안정할 수밖에 없었다. 그래서 이런 원자핵들은 불안정성을 해소하기 위해 에너지를 가진 입자를 방출함으로써 핵을 구성하는 양성자와 중성자 개수의 변화를 꾀했다. 이를 방사성 붕괴라고 부른다. 태양이 자신의 수소를 전부 헬륨으로 바꿔버리면 어떤 일이 벌어질까? 학자들은 약 50억 년 뒤 태양이 모든 수소를 소모하고 적색 거성으로 전환되어 지구를 위협할 정도로 크게 부풀 것이라고 예상한다. 이는 지구의 종말이다. 그런데 그 와중에 태양의 중심 핵은 스스로의 중력에 의해 붕괴하고 이 수축으로 인해 온도는 급상승하여 평소 수소를 핵융합 하던 시절인 1500만 도보다 훨씬 높은 온도인 1억도를 달성한다.
이 조건에서는 수소가 아닌 헬륨이 핵융합한다. 학자들은 외부에 존재하던 중성자들이 고온고압의 환경 아래 핵으로 끌려 들어간 뒤 양성자로 전환되는 과정에 주목한다. 소위 중성자 포획이라고 불리는 과정이 진행된 덕분에 철보다 무거운 원소들이 만들어질 수 있었다. 국제천문연맹의 정의에 따르면 태양계를 도는 행성은 총 8개다. 이중 수성, 금성, 지구, 화성은 금속과 암석으로, 목성과 토성은 수소 기체와 헬륨으로, 천왕성과 해왕성은 물과 암모니아, 메테인이 얼어붙은 얼음으로 이루어져 있다.
이렇게 구성물질에 차이가 생기는 가장 큰 원인은 태양과 행성 간 거리가 다르기 때문이다. 태양 가까이 있는 행성에서는 끓는점이 낮은 물질들이 행성의 중력을 극복하고 외부로 이탈한다. 그래서 수성부터 화성까지의 행성을 구성하는 주요 물질들은 그 정도 온도에서는 기화하지 않는 금속과 암석이다. 한편 밀도가 높은 금속은 중심부에 더 가까이 가라앉아 핵을 형성하고 금속보다 밀도가 낮은 암석은 핵 주변에서 맨틀을 형성한다. 이때 지구의 핵을 구성하는 주요 금속 원소는 철과 니켈이다. 우주에서 가장 많이 찾아볼 수 있는 안정적인 금속이 중심부를 선점한 탓이다.
지구는 태양을 중심으로 돌고 있지만 자신도 중심축을 따라 자전한다. 모든 자전하는 물체에는 전향력이라는 일종의 관성이 작용한다. 이 힘에 따라 액체 상태의 철, 니켈은 지구 내부의 외핵에서 대류한다. 석영은 지각에서 가장 풍부한 광물이다. 미국의 화학자 라이너스 폴링은 공유 결합을 이룬 원소들이 전자를 자기 쪽으로 끌어당기는 정도를 전기 음성도라고 정의했다. 지구를 구성하는 주요 원소들 중 전기 음성도가 높은 것은 산소였다. 그래서 다른 지구 구성원소들은 산소와 결합하는 것을 피할 수 없었고 그 결과 다양한 산화물이 만들어졌다.
이들은 핵으로부터 분리되어 맨틀과 지각을 구성하는 암석의 주요 구성물로 자리매김했다. 핵과 분리되었다는 사실을 달리 말하자면 암석을 구성하는 원소들은 철, 니켈과는 잘 어울리지 않는다는 것을 의미한다. 스위스 광물학자 빅토르 골트슈미트는 산소와 잘 화합하여 암석을 만드는 원소를 친석(親石) 원소라고 분류했다. 이들 중에서 지구의 가장자리인 지각에 많이 분포하는 원소를 질량 비율 순서로 나열하면 다음과 같다. 산소, 규소, 알루미늄, 철, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 마그네슘 등이다.
이들이 만든 산화물 중에서 양도 제일 많고 밀도는 낮아 지각에서 가장 흔하게 볼 수 있는 물질은 단연 질량 비율이 가장 높은 원소와 두 번째로 높은 원소가 결합된 이산화규소다. 이산화규소로 조성된 결정 광물을 석영이라고 한다. 석영은 중심에 규소 원자를 두고 네 개의 정사면체 꼭지점 위에 위치해 산소 원자가 존재하는 결합이 주기적으로 반복되는 구조를 가지며 외부 충격을 잘 견딜 수 있는 단단한 광물에 속한다. 석영은 다양한 형태로 존재하는데 사막에서 한가득 퍼 담을 수 있는 모래, 부싯돌로 사용되는 차돌, 독특한 무늬로 유명한 마노, 투명한 수정 등이 모두 석영이 주성분이다.
간혹 수정의 이선화규소 결정 구조에 철이온이 불순물로 포함되어 있으면 매력적인 보라색을 띠는 자수정이 된다. 광물은 아니지만 인류가 인위적으로 만들어낸 이산화규소 물질도 있으니 바로 유리다. 지각에서 발견되는 광물들의 90% 이상은 지각에 흔히 존재하는 산소 및 규소가 결합해 있는데 이런 광물들을 규산염광물이라고 한다. 지각에서 세 번째로 많이 찾아볼 수 있는 원소인 알루미늄이 포함된 규산염광물 중 사람들의 시선을 사로잡는 것은 다름 아닌 운모다.
같은 규산염 광물임에도 불구하고 현무암의 색깔은 석영, 백운모에 비해 한참 어둡다. 이는 현무암을 이루는 조암 광물 중 어두운 색을 띠는 휘석과 감람석의 비율이 높기 때문이다. 이들 광물은 마그네슘과 철함량이 높은 고철질 광물이다. 규산염 광물은 규소-산소 사면체를 기본 구조로 한다. 현무암을 이루는 주요 광물인 사장석, 감람석, 휘석이 모두 실리콘 원자 하나를 네 개의 산소 원자가 사면체 형태로 둘러싼 구조를 갖기 때문이다.
가장 대표적인 철광석은 자철석과 적철석이다. 석회암을 구성하는 탄산칼슘은 물과 이산화탄소와 함께 있으면 아래와 같은 화학반응을 일으킨다. 위 반응을 통해 만들어지는 탄산수소 칼슘은 물에 잘 녹는다. 그래서 석회암 지대는 오랜 시간이 지나면 공기 중의 물과 이산화탄소에 의해 빠르게 풍화되어 카르스트 지형이 된다. 우리나라 강원도 남부 및 충청북도 북부에 넓게 분포해 있다. 강이 석회암 지대를 뚫어 만든 석회동굴도 카르스트 지형에 포함된다. 영월의 고씨동굴, 단양의 고수동굴이 유명하다.
양방향을 가리키는 화살표는 오른쪽으로 향하는 정 반응과 왼쪽으로 향하는 역반응이 모두 일어나는 것을 의미한다. 이를 화학 평형이라고 부른다. 밖에서 봤을 때는 전혀 반응이 일어나지 않는 것처럼 보이지만 실은 끊임없이 정반응과 역반응이 같은 속도로 진행되고 있는 것이다. 바다 생물들도 목숨을 다하면 해저에 쌓인다. 유기물이 아닌 탄산칼슘 껍질은 부패되지 않은 채 그대로 차곡차곡 쌓이고 오랜 시간 동안 쌓인 껍질은 높은 압력 아래 하나의 암석이 된다. 그렇게 해서 만들어진 퇴적암이 석회암이다.
셀룰로스는 식물 세포벽을 구성하는 주요 고분자이다. 리그닌은 식물을 지탱하는 단단한 고분자이다. 엽록소는 광합성의 필수 색소이다. 엽록소는 어떻게 해서 붉은 빛을 흡수하는 것일까? 그 비밀은 엽록소 분자의 전자 에너지 구조에 숨어 있다. 각 집마다 아파트 층수로 표현되는 높이 차이가 있는 것처럼 전자들이 자리잡는 분자 오비탈에는 에너지 높이 차이가 존재한다. 한편 우리가 전망대가 위치한 높은 빌딩 위로 올라가기 위해 입장료를 내고 엘리베이터를 타듯 전자가 A라는 오비탈에서 그보다 에너지 수준이 높은 B라는 오비탈로 이동하기 위해서는 A와 B 사이 간격만큼의 에너지를 지불해야만 한다. 세상에는 공짜가 없으니 그 에너지는 외부로부터 벌어와야 하는데 가시광선이 바로 좋은 지불 수단이 된다.
전자가 외부의 가시광선을 흡수함으로써 더 높은 오비탈로 이사하는 비용을 마련하는 것이다. 그러니 우리 주변에서 스스로 빛나는 물질이 아닌 이상 색깔을 띠고 있는 모든 물질은 외부의 가시광선을 흡수한다. 검은색은 파장 영역대의 모든 가시광선을 흡수하고 흰색은 반대로 모든 영역대의 가시광선을 반사한다. 분자가 특정한 색깔의 빛만 흡수하면 그 색깔이 아닌 빛들은 반사되어 사람의 눈으로 들어오게 된다. 시신경을 통해 시각 정보를 전달받은 대뇌는 이 분자를 흡수한 색깔의 보색으로 인식한다. 식물은 가장 높은 광합성 효율을 확보하기 위해 그저 붉은 빛을 잘 흡수하는 분자를 나뭇잎에 도입했을 따름이지만 그 결과 인간에게는 나뭇잎이 붉은색의 보색의 녹색으로 보이는 것이다.
마찬가지 이유로 노란색 분자는 남색을, 빨간색 분자는 초록색을 주로 흡수한다. 미술관에서 볼 수 있는 형형색색의 물감들이 사실은 정확하게 그 색깔의 보색을 흡수하기 때문에 그와 같은 아름다운 색깔을 내고 있었던 것이다. 엽록소가 지상에 도달하는 붉은 빛을 잘 흡수하기 때문에 광합성에 유리한 것은 사실이다. 하지만 식물이 광합성 효율을 더 끌어올리려면 다른 가시광선 영역의 빛도 흡수할 수 있는 보조 색소들도 함께 가지고 있는 편이 좋다. 바로 카로틴 계열의 분자들이 대표적인 보조 색소다.
세로토닌은 도파민과 같은 신경전달물질이다. 도파민이 중독을 불러일으킬 것만 같은 강렬한 행복감과 연관되어 있다면 세로토닌은 그보다는 좀 부드러운 행복감 이를테면 소소한 일상이나 정서적 공감에서 비롯되는 긍정적인 감정과 연결되어 있다. 세로토닌 부족 역시 우울증과 관계가 깊다. 몸속 세로토닌의 대부분은 뇌가 아닌 소화기관에서 생성된다. 생성된 세로토닌은 소화기관의 운동을 촉진시켜 섭취한 음식물 덩어리가 위장을 통과하는 데 도움을 준다. 또한 소화효소와 위장액의 분비에도 관여하여 장에서 감지한 소화와 관련한 다양한 신호를 뇌까지 전달하는 역할도 한다. 이처럼 세로토닌이 장내 소화에 깊이 관여하다 보니 과민성 대장증후군과 같은 소화기관 질환을 치료하기 위해 세로토닌의 분비와 관련된 처방이 고려되곤 한다.
철의 녹는점은 구리나 주석의 녹는점보다 높다. 따라서 철을 제련하는 데에는 진보한 기술이 필요했다. 철은 지각을 구성하는 8대 원소 중 하나다. 철은 마그마가 식을 때 빨리 결정화되고 녹는점도 높다. 지구상의 철광석은 대부분 산화철 형태로 존재한다. 철광석으로부터 철을 얻어내려면 산소를 제거하는 환원 과정이 필수다. 고대로부터 지금까지 애용되는 환원제는 일산화탄소이다. 현대에는 코크스와 같은 탄소 소재를 뜨거운 바람을 통해 산화하여 얻을 수 있다.
탄소는 고체 상태의 원소이고 이산화탄소가 물에 녹아 만들어진 탄산은 액체이다. 모래알은 계속 풍화되어 진흙이 되고 진흙은 더 잘게 부서져 점토가 된다. 점토에 대한 사전적 정의는 작은 알갱이로 이루어진 부드럽고 차진 흙이다. 지구과학적으로 점토는 직경이 대략 4 마이크로미터보다 작은 알루미늄 규산염 광물을 의미한다. 입자 크기가 작은 광물들은 물이 일정량 포함되면 끈끈해지면서 압력을 가한 대로 모양이 변하는 소성(塑性)을 갖는다. 그래서 끈끈할 점(粘)자를 써서 점토라 불렀고 사람들은 이런 성질을 이용해 점토 반죽을 다양한 형태로 빚어냈다.
화강암을 구성하는 장석이 분해되어 고령석이 만들어진다. 고령석은 순수 광물이고 고령토는 고령석을 주성분으로 하는 흙이다. 탄산칼슘이 주성분인 석회암을 가열하면 이산화탄소가 빠져나가면서 산화칼슘으로 구성된 생석회가 만들어진다. 생석회를 물에 개면 수산화 칼슘이 주성분인 소석회(消石灰)가 만들어진다. 소석회는 공기 중의 이산화탄소와 결합한 뒤 건조되면 석회가 된다. 소석회가 완전히 굳기 전에 그 위에 그림을 그리는 것을 프레스코화라고 한다.
기원전 800년경 페니키아 사람들이 생석회와 화산재를 섞은 뒤 물에 개어 굳히면 굉장히 단단해지는 것을 알게 되었다. 이것이 바로 물에 의해 경화(硬化)되는 규산칼슘 화합물 즉 수경성(水硬性) 시멘트의 발견이었다. 로마 사람들은 시멘트에 잘 부순 돌조각을 적절히 섞으면 더 뛰어난 건축재료가 되는 것을 알게 되었고 이를 적극적으로 활용하여 거대한 건축물들을 세웠는데 이것이 바로 콘크리트의 시작이었다. 현재 전 세계적으로 널리 사용되는 포틀랜드 시멘트는 대개 생석회에 이산화규소, 산화알루미늄, 산화철 등을 잘게 분쇄한 뒤 고온에서 구워 만든다. 시멘트 1톤을 생산하는 데 0.8~1톤의 이산화탄소가 발생한다. 이는 전세계 이산화탄소 배출량의 7-8%를 차지한다.
지금으로부터 3억 5000만년 전부터 2억 8000만년 전까지 지구에는 거대한 양치식물 숲이 있었다. 무성하게 자란 식물들이 광합성을 하면서 막대한 양의 산소를 내뿜은 결과 대기 중 산소 비율은 30%를 넘겼다.(현재 대기 중 산소 비율은 21% 수준이다.) 활발한 광합성 결과 이산화탄소가 대량으로 감소해 온실효과가 사라져 짧고 강력한 빙하기가 도래해 양치식물들이 일거에 모두 쓰러졌다. 식물들의 사체 위로 지층이 쌓였고 지층이 가한 거대한 압력과 열이 양치 식물들을 암석으로 바꿔 놓았다.
시간이 지나면서 식물을 구성하는 원소 중 산소와 수소가 지속적으로 빠져나가 탄소의 함량이 높아졌는데 이 과정을 탄화(carbonization)라 한다. 그 결과 만들어진 검은색의 물질을 석탄이라 부른다. 석탄은 탄화된 정도가 높아질수록 물질 내 탄소 비율이 높아지는데 그 비율이 90% 이상이면 연기를 많이 내지 않아 무연탄이라는 이름이 붙었다. 반대로 탄소 비율이 90% 이하인 유연탄은 탈 때 연기를 자욱하게 내는데 이때 발생하는 연기는 온갖 휘발성 탄화 수소류다. 문제는 산업혁명으로 석탄 수요가 높았던 유럽에서 주로 생산한 석탄이 대부분 유연탄이었다는 점이다.
석탄이 만들어질 수 있었던 데에는 리그닌을 분해할 수 있는 미생물이 없었던 이유가 있다. 리그닌 분해 미생물은 석탄기 이후인 페름기에 나타난 것으로 추정된다. 펄프 공정은 나무로부터 리그닌을 제거하는 과정이다.(113 페이지) 석탄이 고생대 육상 식물들이 남겨놓은 유산이라면 석유는 해양생물들이 남겨놓은 유산이다. 세상에서 가장 간단한 탄화수소는 메테인이다. 메테인을 끓는점 아래로 냉각시켜 액체로 만든 뒤 높은 압력을 견디는 용기에 담아 수송 및 저장에 활용하는데 이것이 바로 액화 천연가스 즉 LNG다.
우라늄 235에 대해 알려면 중성자에 대해 알 필요가 있다. 중성자는 1932년 영국 물리학자 제임스 채드윅에 의해 발견되었다. 그 이듬해인 1933년 헝가리계 미국인 물리학자 실라르드 레오는 중성자 매개 핵분열 연쇄반응 개념을 제안했다. 중성자가 불안정한 핵종과 충돌할 때 일어나는 핵분열이 더 많은 수의 중성자를 발생시키고 이것이 핵종의 연쇄적 핵분열을 유도함으로써 결과적으로 어마어마한 에너지를 폭발적으로 발생시킬 것이라 생각했다. 지구상에 존재하는 우라늄의 대부분은 연쇄 핵분열을 일으키지 못하는 우라늄 238이고 0.72% 정도만이 연쇄 핵분열이 가능한 우라늄 235다. 농축 과정을 통해 순도 높은 우라늄 235를 대량으로 얻어낼 필요가 있다.
석탄뿐 아니라 석유에도 일정량의 황이 들어 있다. 양치식물이 고온과 고압에 의해 석탄으로 변형되는 석탄의 경우 황철석, 황산소듐, 황산칼슘 등의 광물도 섞여 들어가기 때문이다. 석탄 연소 과정 중 이산화황도 만들어진다. 이산화황은 한 번 더 연소되어 삼산화황이 된다. 이는 대기 중 물방울에 쉽게 녹아 황산이 된다. 석유의 경우 근원인 바다 생물을 구성하는 단백질에 황을 포함하는 아미노산이 존재한다. 규소는 현대 반도체 문명의 기반이다. 저자는 책을 통해 다룬 100 가지 물질을 이해하는 것은 세상을 이해하기 위한 최소한의 화학이라고 했다. 책을 다 읽고 나니 파노라마 같은 세상의 질서와 규칙을 안 느낌이 든다. 화학에 더 친해진 계기가 된 책이 [세상을 이해하기 위한 최소한의 화학]이다.

클라우스 테벨라이트의 [남성 판타지]를 앞에 두고

벤투의스케치북 — Sat, 28 Mar 2026 22:25:00 +0900

내 서재에 ‘어찌 어찌 해서 꽂혀 있는‘이라고 하면 온당하지 못할 것이다. 김혜순 시인의 [여성이 글을 쓴다는 것은] 이야기다. 필요하기에 산 책이다. 당연히. 2002년 출간작이다. 아마도 알라딘 중고 서점에서 구입했을 것이다. 이 책의 챕터 가운데 ’여성의 몸’이란 챕터가 있다. 거기에 이런 구절이 있다.
클라우스 테베라이트는 아우슈비츠의 군인들이 유태인을 표현할 때 더러운, 흐르는, 점액질의, 붉은, 집어삼키는, 몰려드는, 내뱉는 같은 수식어 내지는 동사들을 사용하여 피억압자들의 몸을 여성의 몸처럼 흐르고 물렁물렁한 것으로 밝힌 바 있다는 문장이다.
여성의 몸은 물리적 영역, 자연과 동일시되어왔고 남성은 인간적인 정신과 관계되어 왔다. 그래서 정신이 물질을 억압하고 소유하는 것이 정당성을 가졌다....
그 필자(클라우스 테벨라이트)의 [남성 판타지]가 번역, 출간되었다. 제1차 세계대전 직후 독일 민병대 자유군단의 군인 남성들의 목소리와 언어를 분석 대상으로 삼아 애국적 열망과 신념으로 살해, 폭력에 가담했던 극우 남성성을 들여다본 책이라고 한다.
독보적인 최고의 걸작이라고 하는데 1464 페이지나 된다. 저자는 1942년생으로 현존하는 인물이다. ‘지금 당장은 아니지만...언젠가 읽어야 할’이란 단서를 붙여야 할 책이다.
오랜만에 [페미니스트 정신분석이론가들]을 펴보게 된다. 필자들을 대신하여 글을 쓴 임옥희는 “정상에 자리했던 맑시즘은 낮은 골짜기가 되고 바다에서부터 포스트 프로이트 학파인 라캉의 정신분석학이 융기(隆起)했다. 뿐만 아니라 온갖 종언 이론, 해체론, 유령학, 퀴어 이론에 이르기까지 다양한 이론들이 저지대의 잔주름을 형성하게 되었다.“는 말을 한다.
이런 견실한 지질학적 은유의 글은 철학자 김상환의 같은 차원의 지질학적 은유의 글을 떠올리게 한다. 그런데 ”제1차 세계대전 직후 독일 민병대 자유군단의 군인 남성들의 목소리와 언어를 분석 대상으로 삼아..“란 말이 있지만 저자는 다른 말을 한다. ”나는 임상 현장으로부터 괴리된 정신분석학적 문학 및 이론 적용의 관행을 따르지 않을 것이다. 이들은 겉으로 그럴싸한 정신분석적 개념을 프로이트학파의 맥락과 역사를 무시한 채 끌어온다. 구체적인 병증과 어떤 관계가 있는지 고려하지 않고, 또한 프로이트 이론 전반에서 어떤 기능을 수행하는지 고려하지 않는다. 개념을 이런 식으로 쓰면 독단적 추상성에 빠지기 쉽다.“는 것이다. 자신의 책이 정신분석의 산물이 아니라는 의미다.
[페미니스트 정신분석이론가들]에서 김남이는 ”가장 적나라한 가부장제의 반영으로서의 정신분석학은 우리가 그 가부장적 실체를 더욱 잘 이해할 수 있게 할 뿐만 아니라 그것의 전복을 상상할 수 있는 힘“을 준다는 말을 한다.
어떻든 다음의 평을 읽을 만하다. ”테벨라이트의 이 거대한 저작은 기존의 심리학적 관습을 완전히 무시한다. 그는 독자를 파시스트적 환상의 소용돌이 속으로 밀어넣으며 우리가 ‘정상적’이라고 믿었던 남성성이 사실은 얼마나 연약한지 그리고 그 연약함을 감추기 위해 얼마나 잔혹해질 수 있는지를 보여준다.“는 말이다. 연약한 것은 남성들이란 말이다. 이를 무엇이라 표현해야 할까? 여성에 대해 양가적이라고 해야 할까?
테벨라이트의 아버지는 좋은 사람이었으며 무척 훌륭한 파시스트였다. 재단사의 딸이었던 어머니는 자식이 맞아 싸다고 여기시면서도 어쨌든 달래시는 등 양가적이었다. 저자에 의하면 그것이 파시즘 교육의 두 번째 단계였다. 이 책에는 자서전적 삽화들이 끼어들고 부모를 통해 경험한 파시즘의 역사가 서술된다.
이 부분을 읽으며 한스 요하임 마즈의 [사이코의 섬]을 생각하게 된다. 테벨라이트와 한 살 차이의 저자는 옛 동독 지역의 신경정신과 의사다. 이 책에서 저자는 ”나 또한 나의 내면에서 마치 권력 소유자처럼 행동하고 대체보상을 구하려는 경향을 발견“했다고 말하는가 하면 ”자신의 무력함을 권력 행세를 통해 감추고자 하는 유혹을 나는 잘 알고 있다.“는 말을 한다.
저술에는 자전(自傳)적 요소가 반영되지 않을 수 없다. 이런 점은 불편할 수 있다. ‘1000 페이지가 넘는 심연을 응시하면 그 심연도 당신을 응시한다‘는 소개 글이 눈에 띈다.
이런 점 때문에 소설, 시, 정신분석을 떠나 있었다. 최근 읽은 카밀라 팡의 [궤도 너머]는 나에게 출구를 보여준 책이다. 카밀라 팡에 의하면 과학은 호기심을 자극하고 새로운 시각으로 세상을 바라보게 하며 유연한 사고를 기르되 규율과 틀을 함께 제시하는 탐구 방법이다. 이런 유연한 시각으로 읽을 책이 [남성 판타지]다. 굴곡져 눈쌀을 찌푸리게 하고 절벽 아래로 떨어지는 듯한 감정을 갖게 하는 숱한 장면들을 흔들리지 않고 읽어낼 수 있기를...물론 후련함은 기본일 것이다.

음악과 천문학이 만나는 아름답고 의미 있는 순간을 찾아서... - [천문대에 피아노가 떨어졌다 - 시공간을 공명한 천문학자×음악가의 우주적 평행이론]

벤투의스케치북 — Sat, 28 Mar 2026 14:49:00 +0900

천문대에 피아노가 떨어졌다 - 시공간을 공명한 천문학자×음악가의 우주적 평행이론
지웅배.김록운.천윤수 지음 / 롤러코스터 / 2026년 01월

지웅배(천문학자), 김록운(피아니스트, 공연기획자), 천윤수(미학자) 공저의 [천문대에 피아노가 떨어졌다]란 책이다. '행성의 궤도에서 찾아낸 바흐의 화음부터 무조음악과 공명한 양자역학까지 과학과 예술이 맞닿은 4가지 평행우주'란 설명이 눈길을 끄는 책이다. 4가지 평행우주란 1. 조율(케플러 x 바흐), 2. 변주(갈릴레이 x 드뷔시), 3. 불협화음(하이젠베르크 x 쇤베르크), 4. 공명(호킹 x 베토벤)이다. 정리하면 케플러, 갈릴레이, 하이젠베르크, 호킹이 과학자이고 바흐, 드뷔시, 쇤베르크, 베토벤이 음악가다.
본문에 이런 내용이 있다. 물리학, 화학, 생물학, 지질학 가운데 천문학이 가장 음악과 가깝다는 말이다. 아인슈타인은 케플러가 고정된 화성(火星)을 사용한 것은 진정한 천재의 아이디어였다고 말했다. 인상적인 대목은 “오랫동안 인류는 완벽한 원으로만 된 이상젹인 우주를 상상했지만 현실은 그렇지 않았다. 우주도 조금씩 어긋나고 삐걱거리는 세계였다.”(47 페이지)는 말이다.
평균율을 만든 빈센초 갈릴레이 이야기도 나온다. 이 사람은 갈릴레오 갈릴레이의 아버지다. 우주가 드러내는 삐걱대고 어긋나는 면모를 오류로 바라보지 않고 우주 본연의 모습으로 받아들이게 되었을 때 비로소 천문학자와 음악가가 모두 평화를 찾았다.(55 페이지) 바흐는 자신이 할 수 있는 한 오늘날 서양음악에서 사용하는 모든 조성을 시도하고 탐구했다. 인간의 기쁨과 눈물, 탄식과 웃음, 온갖 감정과 이야기를 건반 위에 올려놓았다. 조성에 따라 곡 분위기가 어떻게 달라지고 또 어떤 스타일로 작곡해야 하는지를 책 한 권으로 정리했다. [평균을 클라비어 곡집]이다.
평균율 클라비어 곡집은 단순한 음악 모음집이 아니다. 24가지 조성으로 호모 사피엔스의 희로애락을 담은 감정의 타임 캡슐이다. 특히 이 곡집에서 절반을 차지하는 푸가는 다양한 감정이 복합적으로 발현되고 뒤섞이는 인간 감정의 입체적 특성을 투영한다. 그래서 흥미롭다. 하나의 선율로 된 성부의 뒤를 따라 비슷하게 조금 다른 성부가 뒤섞인다. 계속 새로운 성부가 하나하나 추가되면서 다층적인 곡이 완성되는 다성음악이다. 일종의 돌림 노래라고 할 수 있다. 조화롭되 그렇지 않은 약간의 어긋남이 곡을 더욱 풍성하게 만든다. 인류도 언젠가 사라질 수밖에 없는 운명이라면 지구 그 바깥에 존재할 또 다른 생명체에게 남기는 추억으로 바흐의 평균을 클라비어 곡집을 보이저 탐사선에 포함하기로 선택한 것은 탁월한 결정이었다.
바흐의 평균율이 조화롭되 그렇지 않은 약간의 어긋남이 존재하는 곡이듯 칼 세이건은 외계는 지구와 비슷하되 미세하게 다르다고 생각했다. 케플러는 각 행성 주기를 두 번 곱한 수치는 궤도 반지름을 세 번 곱한 수치와 같다는 사실을 발견했다.(73 페이지) 태양계 모든 행성의 공전주기를 제곱한 수치와 궤도 반지름을 세제곱한 수치가 정확히 같은 것은 모두 동일한 태양 중력의 지배를 받고 있기 때문이다. 그는 바로 이것이 조물주가 우주를 창조한 수학적 조화라고 생각했고 이 관계를 조화의 법칙이라 부르며 찬양했다.
우주의 무게 만큼이나 바흐 음악은 묵직하게 느껴진다. 바흐가 장엄하고 신성한 분위기를 요구하는 궁정 교회에서 대부분의 음악 활동을 했기 때문일 것이다. 그의 작품은 깊은 신앙적 메시지를 담고 있다. 또한 경건하되 환희에 찬 분위기의 곡이 많다. 갈릴레오 갈릴레이는 달을 바라보던 늑대인간이라 불렸다.(90 페이지) 망원경은 원래 땅을 보는 도구였다. 전쟁터에서 적진을 살피거나 항해사가 육지를 둘러볼 때 사용하는 매우 일상적인 도구였다. 다만 그들과 갈릴레이 사이에 차이가 있다면 망원경으로 땅이 아닌 밤하늘의 별을 겨냥했다는 점이다. 갈릴레이는 처음으로 망원경의 고개를 들어올린 인물이다.(93 페이지)
갈릴레이는 절대 보름달을 그리지 않았다. 태양빛이 비스듬하게 비추는 반달과 초승달만을 그렸다. 달의 거친 면모를 드러내기 위해서였다. 갈릴레이는 목성의 위성을 발견하고 하늘의 모든 존재가 지구만을 중심으로 돈다는 아리스토텔레스의 우주관이 잘못된 것임을 알았다. 본문을 통해 moon이 달 외에 위성을 의미하기도 한다는 사실을 알게 된다.
자연은 우리에게 감상의 방향을 강요하지 않는다. 자유를 허락한다. 하지만 자연을 노래하는 음악은 명확한 감상의 방향을 제시한다. 그리고 관객의 감상을 그 틀 안에 가두려고 한다. 드뷔시는 건반 위에서 중력을 사라지게 만들고 싶었다.(119 페이지) 드뷔시는 중력에 방향성을 입히는 반음을 과감하게 지워버렸다. 드뷔시는 '달빛'에서 특정구간에서만 온음 음계를 활용했다.
갈릴레이는 지구 자체의 움직임 때문에 밀물과 썰물이 반복된다고 주장했다. 당시 그는 이것이 지구 공전의 확실한 증거라고 생각했다. 잘못된 생각이지만 결과적으로는 지구가 움직인다는 올바른 결론으로 이어진 흥미로운 사례다.(126 페이지) 목성의 네 위성(이오, 유로파, 가니메데, 칼리스토)은 얼음과 암석으로 뒤덮인 얼음 위성이다. 모두 아래에 두꺼운 지하 바다가 있다. 이는 목성의 강한 중력 때문이다. 목성이 가하는 압도적으로 강한 중력이 위성들에게 스트레스를 안기게 된다. 그 결과 위성들은 조금씩 양옆으로 찌그러지고 내부 스트레스가 누적되면서 높은 온도가 유지된다. 그래서 내부에 얼음이 얼지 않은 채로 액체 바다가 존재할 수 있는 것이다. 이는 지구 바닷물이 달의 중력에 붙잡힌 채 달과 같이 움직이면서 주기적인 밀물과 썰물을 발생시키는 것과 정확히 원리가 같다.
별 내부는 온도와 압력이 극단적으로 높은 플라스마 상태다. 원자핵과 전자가 분리된 상태여서 입자들이 빚에 가까운 속도로 부딪혀 충돌하며 더 무거운 원자핵으로 뭉친다. 쇤베르크는 세상 풍경이 바뀐다면 음악이 향하는 대상도 달라져야 한다고 생각했다. 그는 알렉산더 폰 쳄린스키에게 잠깐 과외를 받은 것 말고는 평생 독학으로 음악을 익혔다.(144 페이지) 조성 자체를 소멸시킨 쇤베르크의 음악은 입자와 파동의 경계를 허문 물리학자들과 통한다. 쇤베르크는 자신의 음악이 조성을 부정하는 무조음악이 아니라 조성을 확장하는 범조성 음악이라 주장했다.
하이젠베르크는 자연의 가장 작은 숨결인 원자의 움직임 속에서 보이지 않는 선율을 들으려 했다. 물리학은 물체의 움직임을 이야기하는 학문이다. 파장이 짧은 빛은 에너지가 크다. 그래서 빛을 원자에 비추는 순간 원자 자체의 움직임에 변화를 준다. 빛이 닿기 전에 원자가 얼마나 빠르게 움직이고 있었는지를 알 수 없게 되는 것이다.(156 페이지) 하이젠베르크는 철저한 수학적 체계로 점철되어 있던 물리학을 음악으로 승화시켰다.
나치 과학자들은 아인슈타인의 이론을 토대로 삼는 상대성이론과 양자역학을 유대 물리학(Jewish Physics)이라고 하며 공격했다. 우라늄 원자핵에 중성자가 부딪히면 거대한 질량을 가진 우라늄 원자핵이 작은 조각들로 분열한다. 이때 새로운 중성자 두 개와 함께 엄청난 에너지가 방출된다. 방출된 중성자가 주변의 다른 우라늄 원자핵과 부딪히면서 다시 분열을 일으킨다. 이 과정이 무한 반복된다. 이를 연쇄반응이라 한다. 칼 세이건은 인류가 스스로 문명을 파괴할 수 있는 기술적 수단과 능력을 갖추었지만 그런 파국이 일어나지 않도록 하기 위해 무엇을 해야 할지 지혜를 충분히 얻지 못한 단계라고 평가했다.(165 페이지)
우주의 열기는 지난 138억 년 동안 우주의 팽창과 함께 식었다. 탄생 초기의 그 뜨겁던 기운은 이제 절대영도 가까이 희석되었다. 물론 아무리 식었다 해도 흔적은 깨끗하게 사라지지 않는다. 아주 민감한 온도계로 잰다면 미미하게나마 잔열(殘熱)을 포착할 수 있다. 우주 초기 빅뱅의 잔재로 남은 열복사의 흔적을 우주배경복사라 한다. 빅뱅에서 시작된 우주 탄생과 팽창의 역사는 예상치 못한 극적인 전개를 맞았다. 우주의 열기가 지나치게 고르게 식은 것이 미스테리로 등장한 것이다. 마치 태초의 우주가 섬세하게 조율된 피아노처럼 미세조정을 거친 듯 했다.
원자핵보다 크기가 작던 태초의 우주가 수십 광년 이상으로 확장한 극단적 팽창을 우주론적 인플레이션이라 한다. 오늘날 우리가 바라보는 은하와 우주 거대 구조는 인플레이션을 거쳐 작은 요동(搖動; fluctuation)이 증폭된 결과다. 하이젠베르크의 불확정성원리는 이렇게 이야기한다. 우리가 이 광활한 우주의 한 자리에 존재하는 이유는 태초의 인플레이션이 일어난 순간에 우리가 지금 있는 곳의 밀도가 주변보다 아주 살짝 높았기 때문이다. 지금의 우주는 양자(量子) 요동에서 태어났다. 우주는 불확정성과 불협화음으로 시작되었지만 그 혼돈 속에서 지금의 별과 은하가 탄생했다. 불확정성과 불협화음은 결코 단순한 무질서가 아니다. 그것은 우리가 알지 못하는 아름다움과 가능성의 전조다.(181 페이지)
얼핏 생각하면 빛은 질량이 없기 때문에 중력의 영향을 전혀 받지 않아야 할 것 같지만 아인슈타인에 의해 질량이 없어도 중력의 영향으로부터 자유로울 수 없다는 점이 밝혀졌다. 우주의 시간과 공간 자체가 휘고 왜곡될 수 있다는 의미다. 빛은 언제나 직진한다. 하지만 빛이 나아가는 무대는 왜곡될 수 있다. 무거운 별처럼 질량이 큰 물체는 주변 시공간을 움푹하게 왜곡한다. 빛은 여전히 직진하지만 시공간 자체가 왜곡되었기에 나아가는 경로가 휘어 보이는 것이다.(203 페이지)
블랙홀은 부피가 0이다. 무한히 작은 부피 안으로 붕괴해버린 그 지점을 특이점이라 한다. 호킹은 우주는 블랙홀에서 탄생했고 블랙홀은 우주를 품고 있다고 말했다. 블랙홀은 우주에서 아인슈타인의 상대성 이론을 입증하기에 가장 좋은 실험 무대다. 베토벤 음악은 블랙홀을 닮았다. 시간을 왜곡하기 때문이다. 베토벤은 남들과는 다른 시간 흐름 속에서 살았다. 비현실적으로 빠른 템포를 남겼다.(216 페이지)
블랙홀은 정의 자체부터 빛나지 않는 천체다. 그래서 빛을 담는 그릇인 망원경은 그 앞에서 무력하다. 블랙홀은 보는 것이 아니라 느껴야 한다. 베토벤도 단순히 음악을 듣지 않았다. 청각의 부재 속에서 시각과 촉각과 감각을 동원해 음악을 진정으로 느꼈다. 호킹은 블랙홀이 빛을 낸다고 예측했다. 블랙홀의 강력한 중력이 불확정성 원리에 의해 수없이 나타났다가 사라지는 에너지가 극(極)이 달라 쌍소멸하는 것을 막을 때(떨어지게 할 때) 마이너스의 에너지는 블랙홀에 흡수되고 짝을 잃은 플러스 에너지는 소멸되지 못한 채 에너지를 발산하는 것이다.
호킹은 거대한 질량이 한 점에 붕괴되는 순간을 이해하려면 중력과 시공간을 설명하는 일반상대성이론뿐 아니라 미시 세계를 이해하는 양자역학이 결합해야 한다는 통찰을 제시했다. 베토벤은 하루 아침에 청력을 잃은 것이 아니라 젊은 시절부터 세상을 떠나는 순간까지 점차적으로 진행되었다. 시기에 따라 베토벤에게 허락된 음역대가 계속 바뀌었다. 그 변화가 베토벤 음악 인생에 고스란히 반영되었다. 베토벤은 청력을 완전히 잃은 후에는 음악을 듣지 않고 상상했다.

전설적인 탐조가를 다시 생각하며 전하는 자연, 새, 인간 이야기 - [모든 새를 보았다고 믿은 남자]

벤투의스케치북 — Sat, 21 Mar 2026 18:22:00 +0900

모든 새를 보았다고 믿은 남자
켄 코프먼 지음, 조주희 옮김 / 일레븐 / 2026년 03월

전설적인 자연주의자이자 탐조가인 켄 코프먼(Ken Kaufman; 1954 - )의 [모든 새를 보았다고 믿은 남자]는 새와 자연에 관한 넓은 지식, 합리적인 생각을 만날 수 있는 탐조 역사의 고전이라 할 책이다. 모든 새를 보았다고 믿은 남자란 제임스 오듀본(1785-1851)을 이르는 말이다. 오듀본은 현대 조류학/ 생태학의 아버지로 불리는 사람이다. 몇 가지 면에서 윌리엄 스미스(1769 -1839)와 비슷한 사람이다. 선구자라는 점, 빚 때문에 감옥에 갇히기도 했다는 점 등이다. 윌리엄 스미스는 영국 최초의 지질도를 만든 사람이다.
저자는 우리 모두 탐험가로 이 세상에 태어난다고 말한다.(37 페이지) 저자 켄 코프먼은 존 제임스 오듀본의 기록이 손녀 등에 의해 가필, 수정되었다고 주장한다. 사실과 다른 부분이 많다는 의미다. 저자는 오듀본의 삶을 깊이 들여다보면 마치 희미한 조명이 비치는 거울의 방에 들어선 듯한 기분이 든다고 말한다. 수많은 이야기와 일화가 우리를 둘러싸지만 그 중 상당수는 서로 모순되며 검증 가능한 사실은 래브라도의 참새처럼 좀처럼 찾아내기 힘들다는 것이다.
자신의 세대가 (존 제임스 오듀본 이후) 200년에 걸쳐 축적된 지식의 혜택을 톡톡히 누리고 있다고 말하는 저자는 인간 문명의 경계를 벗어난 풍요로운 자연과 생명에 매료된 사람들은 이름에 대한 열정을 오래도록 품는다고 말한다.(38 페이지) 저자는 200년에 걸친 세심한 관찰과 연구 덕분에 오늘날 우리는 철새의 경로에 관해 많은 사실을 알게 되었다고 말한다. 우리가 새를 관찰할 때 보이는 것은 단편일 뿐이지만 그동안 축적되어 온 지식의 틀에 내가 관찰한 것을 끼워 적용하면서 지금 보고 있는 현상이 무엇인지 파악할 수 있다는 것이다.(118 페이지)
곁가지 즐거움 거리 중 하나가 린네와 뷔풍의 대결이다. 지질학에 관한 책을 통해 우주의 나이가 성경적 분석으로 제시된 약 6000년이라는 주장이 틀렸으며 지구의 나이가 당시 받아들여지던 인식보다 훨씬 더 오래 되었을 것이라고 주장한 뷔퐁은 린네를 겨냥해 "다른 사람을 따르기 위해 스스로를 굴복시키고 싶지 않으며 자연의 섭리에 대하여 그들 멋대로 지어낸 생각과 구조를 표현하는 하찮은 표 따위로 서로 어울리지도 않는 존재들을 우스꽝스럽게 연관 짓는 명명론자들의 어설픈 현학을 모방하고 싶지도 않았다"고 말했다.
뷔퐁은 새의 외모만으로는 종 사이의 진정한 관계를 판단할 수 없다고 보고 행동을 조류를 분류하는 중요한 기준으로 삼았다. 1890년대 플로렌스 머리엄이 birding이란 단어를 탐조의 의미로 썼다. 1600년대 셰익스피어는 birding을 새 사냥의 의미로 썼다. 저자는 알렉산더 윌슨, 존 제임스 오듀본 등이 훨씬 더 많은 조류 종을 정교하게 묘사한 것을 일러 이 정도의 정밀한 묘사는 새를 산 채로 포획하거나 사냥하여 죽은 새를 눈앞에 두고 자세히 관찰하지 않았다면 불가능했을 것이라고 말한다.
당시는 쌍안경이나 카메라가 없던 시대였다. 저자는 오듀본이 노예를 사고 팔았다는 사실은 외면한 채 새를 사냥했다는 사실에만 분노하는 사람들도 이해할 수 없다고 말한다. 오듀본은 갓 죽은 새를 눈앞에 두고 깃털 하나하나를 사진보다 훨씬 더 직접적으로 살펴볼 수 있었다.이는 큰 장점이었지만 갓 죽은 새 표본을 오래 보관할 수 없기 때문에 아주 빠르게 작업해야 했다. 특히 더운 날씨에는 더욱 그랬을 것이다.(141 페이지)
오듀본은 역사상 가장 유명한 새 화가였다. 저자는 살아 있는 새를 관찰하며 스케치 하는 일이 자신에게 가장 큰 만족을 주는 일이라 말한다.(107 페이지) 새를 그린다는 것은 여러 곳을 다녀야 한다는 뜻이기도 하다. 저자 역시 자신의 나라인 미국의 50 개주를 모두 방문했다. 저자는 매번 낯선 길로 들어설 때마다 새로운 발견이 숨어 있을지도 모르는 미지의 세계로 발을 디디는 것 같아 낭만과 설렘을 느낀다고 말한다.(267 페이지)
저자는 토머스 제퍼슨이 오하이오 강을 지구상에서 가장 아름다운 강이라고 표현한 것에 대해 이야기한다. 설명인즉 제퍼슨은 이 강을 직접 본 적이 없었기에 그의 말은 강의 시각적 매력에 대한 찬사라기보다 교통과 무역에 대한 강의 가치를 높이 평가한 표현일 것이다.(115 페이지) 미국의 제 3대 대통령 제퍼슨은 유명 조류학자이기도 했다.(76 페이지) 오듀본 역시 미국의 여러 곳을 다녔다. 1800년대 초의 자연주의자들은 새들이 이동에 대해 거의 이해하지 못했다.
계절과 새들의 이동 방향의 관계성을 조금씩 알아채기 시작했지만 철새의 규모나 이동거리는 알 방법이 없었다. 책의 원재는 [The Birds That Audubon Missed]다. 오듀본이 놓친 새들이라는 뜻이다. 가령 저자는 오늘날의 탐조가들이 그 옛날 오클리 농장에서 오듀본이 기록한 새들을 보면 그의 분류 방식에 의아함을 느낄 것이라 말한다. 그는 그곳에서 붉은눈비레오를 보았지만 붉은눈은딱새라고 불렀고 학명에는 솔새라고 이름 붙였다.
루비상모솔새는 루비상모굴뚝새라고 불렀고 학명에는 역시 솔새라고 이름 붙였다. 한편 솔새의 일종인 휘파람새, 북방흉내지빠귀새, 회색개똥지빠귀를 모두 지빠귀 종으로 분류했다.(160 페이지) 이에는 시대적 차이도 관계한다. 존 오듀본은 잃어버린 도팽이라는 신화의 주인공이기도 하기도 하다. 도팽(dauphin)은 프랑스 군주제에서 왕위 계승자 즉 황태자를 지칭하는 말이다.
저자는 자신의 동네(오하이오 북서부의 이리호 주변)를 세계 솔새의 수도라고 부른다. 저자에 의하면 미국의 솔새는 열렬한 조류 애호가와 일반인을 구분하는 리트머스 시험지 역할을 한다.(219, 220 페이지) 저자는 솔새가 지나갈 때, 주변에 나무와 덤불이 경이로운 생명체를 품고 있을 때 우리는 희귀성에서만 만족감을 찾을 필요는 없다고 말한다. 탐조 입문자에게는 솔새 한 마리 한 마리가 마치 수수께끼처럼 신비롭게 느껴질 것이고 노련한 탐조가에게는 이번 시즌에 처음 또는 오늘 처음 마주치는 솔새 종 하나가 큰 기쁨을 줄 수 있다는 것이다.
본문에는 지리학 이야기도 나온다. 본토보다 반도 끝에서 종의 다양성이 감소하는 현상에 대한 것이다. 이 현상은 전 세계 여러 지역의 다양한 동식물 집단에서 관찰된다고 한다. 이러한 현상을 일괄적으로 설명하는 이론은 없다. 하지만 섬 또는 섬처럼 고립된 곳에 서식하는 생물의 지리적 패턴을 탐구하는 섬생물 지리학의 일반적인 원칙과 관련이 있는 것으로 보인다. 섬은 본토보다 종의 이주와 소멸이 더 빈번하다. 기존 생물 종은 사라지고 이상하게도 우연히 섬에 도착한 새로운 생물 종이 자리를 잡을 가능성이 높다.
저자는 개척가적인 탐험 정신도 중요하지만 전 세계에 걸쳐 수십 년 또는 수백 년의 연구로 방대한 데이터가 축적된 분야에 뛰어드는 것도 장점이 있다고 생각한다고 말한다. 그래야만 비로소 뚜렷하게 드러나는 미세한 패턴이 있기 때문이다.(267 페이지) 쉽게 왔다가 쉽게 떠나는 것이 반도와 섬으로 이루어진 역동적인 플로리다 생태계의 특징이다.(281 페이지) 저자는 도요물떼새를 가장 좋아하는 생물 중 하나라고 말한다.
그는 도요물떼새들의 열렬한 팬이다. 하지만 처음부터 그랬던 것은 아니었다. 탐조를 시작할 당시 매년 도요물떼새의 종을 파악하고 식별하는 것이 어렵기만 했다. 알아낸 것 같다가도 다시 보면 또 의심스러웠다. 혼란은 끝나지 않았다. 어쨌든 그건 오래 전의 일이고 이제는 자신 있게 자신이 보는 모든 도요물떼새의 이름을 댈 수 있다고 말한다.(294 페이지)
저자는 오듀본과 자신을 비교하기도 한다. 즉 자신은 오듀본처럼 능숙하게 다양한 도구와 자료를 활용하는 것이 익숙하지 않았다고 말한다.(322 페이지) 저자는 오듀본의 생각을 추측하기도 한다. "미국 청둥오리가 텍사스에서 둥지를 튼다는 사실이 오듀본에게는 이상하게 느껴질 것이다"라는 식으로. 텍사스는 저자가 탐조 역사에서 각별히 여기는 거대한 존재다. 미국 전역의 탐조가들에게 가장 좋아하거나 가장 가고 싶은 여행지를 뽑으라고 물으면 늘 텍사스가 손꼽힌다.(329 페이지)
북미 오리 종 대부분은 북쪽 지역에서 번식한다. 겨울 동안 걸프 연안 근처의 습지로 방대한 무리가 몰려들지만 대부분 겨울이 끝나기 전에 북쪽 대초원의 연못, 북극 숲의 호수, 심지어 북극 툰드라로 향한다. 봄이 절반쯤 지나면 남쪽 바다는 겨울에 북적거리던 모습과는 사뭇 다르게 지친 낙오자만 드문드문 흩어져 으스스할 정도로 텅 비어 있다. 따라서 추운 북동부 해안의 상징인 미국 청둥오리가 텍사스 걸프 연안에 둥지를 틀었다는 것이 당연히 이상하게 보였을 것이다.(337, 338 페이지)
새로운 발견을 위해 자연주의자들이 아무리 만반의 준비를 하고 현장으로 나가도 바로 눈앞에서 새로운 것을 놓칠 수 있다는 사실은 씁쓸하다. 대부분의 경우 우리는 우리가 무엇을 놓쳤는지조차 알지 못한다. 인간의 일생은 너무 짧아서 생물의 다양성과 자연의 풍요로움을 전부 이해하기엔 턱없이 부족하다. 하지만 작은 시도도 우리의 일상을 기쁨으로 가득 채울 수 있다.

책의 후반부에 사냥 이야기가 또 나온다. 에스키모 쇠부리도요새와 관련해서다. 1963년 봄에는 갤버스턴섬에서 한 마리도 발견되지 않았지만 그해 가을 9월 초 카리브해 동부의 바베이도스 섬에서 한 사냥꾼이 에스키모 쇠부리도요를 사냥했다. 이 새가 아직 존재한다는 가장 확실한 증거였다. 그는 이 표본을 보관하다 나중에 박물관으로 보냈다. 저자는 60년이 지난 지금도 여전히 에스키모 쇠부리도요새를 기다린다고 말한다.(352 페이지)
저자는 나그네 비둘기나 에스키모 쇠부리도요와 같은 종에 대해 우리는 그저 다양성의 한 조각 즉 하나의 개체군만이 아니라 이 대륙이 자랑하던 풍요로움을 잃었다고 말한다.(353 페이지) 프랑스의 자연주의자 조르주 퀴비에는 멸종이라는 개념이 낯선 1800년대 초에 멸종은 자연스러운 과정이라는 주장을 폈다. 조르주 퀴비에는 지질학에서 격변론을 주장한 인물이다. 저자는 예전의 풍요로움은 어디로 사라졌을까?라고 묻는다. 글쎄, 이들 대신 우리가 나타났다. 인간들 말이다.
특히 유럽에서 온 정착민들이 북미 대륙의 모습을 바꾸어 놓았고 이 대륙은 예전만큼 많은 야생동물을 지탱할 수 없게 되었다. 저자는 대부분의 조류 종 개체수를 과거 수준으로 되돌릴 수는 없다고 말한다. 아무리 헌신적으로 노력해도 토지의 수용 능력이라는 현실의 벽에 부딪히고 말 것이라는 뜻이다.(362 페이지) 이런 말을 들어보라. "야생 비둘기와 마도요 등을 학살했던 파괴적 인간들은 그들이 없앤 자연의 풍요로움처럼 오래전 이미 이 세상에서 사라졌지만 그 탐욕과 어리석음은 여전히 살아남아 더 교활하고 이기적인 방식으로 지구상의 모든 생명을 위협하고 있다. 여기서 더 잃으지도 모를 경이로운 자연을 생각하면 분노 하며 당면한 문제에 집중하는 것은 당연하며 올바른 일이다."(363, 364 페이지) 백번 공감한다.
저자는 오듀본이 연구 내용을 표절하고 내용을 지어내는 등 부정을 저지른 것은 틀림없지만 지식 추구에 엄청난 노력을 기울인 점 역시 분명하다고 말한다. 저자는 오듀본은 노예제 찬성론자, 백인 우월주의자, 과학 사기꾼 등으로 여러모로 끔찍한 사람이었지만 그의 내면에는 더 다양한 종류의 새를 그려 경쟁자들을 이기기 위해 끊임없이 노력하는 와중에도 진정한 예술 작품을 만들어 낼 수 있는 아름다운 면이 존재했다고 말한다.
저자는 오듀본의 예술적 스타일을 모방하려는 시도는 이제 영원히 내려놓으려고 한다고 말한다. 흥미로운 실험이긴 했지만 이제는 끝이다. 진정한 예술을 창조하고 싶다면 다른 사람의 것을 훔치려 하지 말고 내면의 비전을 끌어내야 한다는 사실을 깨달은 결과다.(421, 422 페이지) 오듀본의 작품처럼 예술적이지는 않을 것이고 그만큼 유명해지지는 않겠지만 적어도 틀림없는 나만의 작품으로 영원히 남을 것이라는 뜻이다.
오늘날 발견은 공동의 경험이며 이 경험이 공유되는 범위는 점점 더 넓어지고 있다. 미국이나 캐나다에서 새로운 조류 종을 정의하려면 유전자 데이터가 필요하고 이러한 DNA 분석은 실험실의 전문가들만이 실시할 수 있다. 저자는 거의 모든 지식 추구 과정과 마찬가지로 조류 연구에서도 발견한 많은 이들이 함께한 모험과 공유된 경험, 공동 노력의 산물이었다고 말한다.(454 페이지)
이 부분에서 생각할 책이 있다. 카밀라 팡의 [궤도 너머] 라는 책이다. 생화학자 카밀라 팡 역시 이 책에서 같은 논조를 선보였다. 카밀라 팡은 “과학은 혼자서 개척하고 씨름하는 일이 아니다. 더 많은 발견을 위해 함께 비옥한 토양을 파헤치는 일에 더 가깝다. 공동연구는 거의 언제나 바퀴를 부드럽게 널리는 윤활유이자 발전을 가져오는 촉매다.”라고 말했다. 수렴하는 부분이 충분하다. 450 페이지가 넘는 [모든 새를 보았다고 믿은 남자]는 그 만큼 압도적인 탐조 즉 지적 탐험의 소산이다. 흥미 있게 읽은 책이다.

놀랍도록 명철하고 넓고 포괄적인 시야와 지식을 가진 점은 생물화학 박사의 과학과 삶에 관한 깨달음 - [궤도 너머 - 불확실한 세계를 돌파하는 과학의 태도]

벤투의스케치북 — Thu, 19 Mar 2026 22:07:00 +0900

궤도 너머 - 불확실한 세계를 돌파하는 과학의 태도
카밀라 팡 지음, 조은영 옮김 / 푸른숲 / 2026년 02월

저자는 여덟 살에 자폐 스펙트럼 장애를, 스물여섯 살에 ADHD 진단을 받은 생물화학자인 카밀라 팡이다. 카밀라 팡은 “자폐성 뇌로는 도무지 납득할 수 없는 세상“이란 말을 한다. 카밀라 팡은 ADHD 뇌를 장착했다는 것은 삶에서 가장 어려운 일이 집중하기라는 의미라고 말한다.(77 페이지) 카밀라 팡은 다른 생각들을 멈추고 한 곳을 명확하게 보는 일이 참 힘들지만 그것은 과학자로 생각하고 일하는 데 근본이 되는 요소라고 말한다. 카밀라 팡은 자신에게 과학은 영원한 안식처라 말한다. 카밀라 팡은 과학 이론과 법칙이 주는 확실성 속에서 달콤한 위안을 찾곤 했다. 나는 카밀라 팡의 태도에서 나의 모습을 발견한다.
카밀라 팡이 과학과 맺은 관계는 진화했다. 세상에는 과학의 규칙으로는 설명 불가능한 변칙, 예외, 이례가 수두룩하다는 생각을 갖게 된 것이다. 카밀라 팡은 과학에 내재한 불확실성을 받아들이면서 더 많은 발견을 탐하게 되었고 그럴수록 더 넓게 그물을 던졌다고 말한다. 그러나 그물을 너무 넓게 던지면 자신이 무엇을 끌어당기는지 보이지 않는다고 말한다.(77 페이지) 카밀라 팡은 모든 것이 연결된 이 세상에 대해 말한다. 카밀라 팡은 과학은 혼돈 그 자체여서 더 흥미롭다고, 물론 과학에는 범접하기 어려운 수준의 엄밀함과 지식, 기술이 요구된다고 말한다. 카밀라 팡은 실패에 쉽게 좌절하지 말고 자기의 아이디어와 지나치게 사랑에 빠지지 말라고 말한다.
카밀라 팡에 의하면 과학은 호기심을 자극하고 새로운 시각으로 세상을 바라보게 하며 유연한 사고를 기르되 규율과 틀을 함께 제시하는 탐구 방법이다. 카밀라 팡은 자신을 신경 다양인이라 표현한다. 자신과 같은 뇌를 가진다는 것은 입력된 데이터와 세부 사항이 머릿속에서 영원히 회전하는 가운데 매일매일 자기가 본 바를 이해하려 애쓰며 살아야 한다는 뜻이라 말한다. 카밀라 팡은 관찰의 중요성에 대해 이렇게 말한다. ”예상에 기반해 가정하는 대신 실제로 일어난 일을 관찰한다는 과학의 기본 원리는 여전히 유효하다.“ 잉게 골드스타인, 마틴 골드스타인은 ”이 세상에 존재 가능한 사실은 그 수가 무한하므로 무엇은 중요하고 무엇은 중요하지 않을 듯하다는 개인의 느낌에서 시작할 수밖에 없다. 이것이 진실이다.“란 말을 했다.
과학자들이 관찰에 투영하는 선입견은 연구를 효과적으로 돕는 만큼이나 연구에 방해가 되기도 한다. 지나치게 개방적인 자세와 선입견에 휘둘리는 자세 사이에서 적절한 균형을 유지하는 것이 필요하다. 전자라면 갈피를 잃을 가능성이 높고, 후자라면 선입견에 휘둘릴 가능성이 높다. 카밀라 팡은 ”수학 법칙은 현실을 설명하기엔 확실하지 않고, 확실한 수학 법칙은 현실과 관련이 없다.“는 아인슈타인의 말을 가장 좋아하는 과학 명언으로 꼽는다. 카밀라 팡은 어떤 종류든 암은 세포 구조, 분자, 화학 신호 물질이 이루는 복합물이라 말한다. 나는 이 말을 들으며 프랑스의 진화 생물학자 프랑수아 자콥의 말을 떠올렸다. 즉 인간은 핵산과 기억, 욕망과 단백질의 가공할 혼합물이라는 말이다.
한 과학자는 연구란 불이 꺼진 방에서 문을 찾기 위해 벽을 더듬는 과정과 같다고 말한다. 마침내 문을 찾아내 열고 나가면 더 크고 더 어두운 방이 나타난다. 과학은 선입견들을 없애지 말고 조정하라고 말한다.(46 페이지) 카밀라 팡은 훌륭한 연구자는 고정성과 유연성 사이에서 기꺼이 외줄 타기를 할 준비가 되어 있어야 한다고 말한다. 결국 모든 것에 열려 있을 때 수반되는 광범위한 가능성에 압도되지 않는 동시에 어떤 결정에 얼마만큼의 주의를 기울일지 유념해야만 비로소 관찰의 힘을 제대로 만끽할 수 있다. 과학자는 관찰과 배움, 그들이 발견한 것에 대해 계속해서 의문을 품지만 첫 관찰의 씨앗을 수확해 더 크게 키울 시점을 미루지도 않는다. 다음 단계로 넘어가야 하기 때문이다.
카밀라 팡은 논리와 이성만이 과학의 전부는 아니라고 말한다. 연구란 과거에 저지른 잘못, 시간을 낭비했다는 증거, 아직도 이해하지 못했다는 암시 등으로 자신을 매질하는 시도다. 과학은 찬란하게도 불확실한 세계다. 카밀라 팡은 종양(암)에 대해 이야기한다. 종양은 오래된 세포가 동일한 새 세포로 대체되는 선형적 패턴을 따르지 않고 조상 세포가 여러 갈래로 갈라져 각기 다른 경로로 진화해 자기만의 특성을 지닌 파생물이 된다. 이런 가지치기식 진화는 동일한 치료에 내성을 보이는 과정을 설명한다. 과학자들은 이론에 도전하고 기존 합의점이 제시하는 논리에 생긴 아주 작은 균열까지도 찾아내 설명하려 하는 사람들이다. 이는 자기 충족을 위한 일이고 중독 증상까지 일으키는 강박이다.
카밀라 팡은 종양처럼 과학 연구 과정도 선형이 아니라 가지가 갈라지며 사방으로 뻗어나간다고 말한다. 가지치기식 진화설을 규명한 발단이 된 것은 실패한 예측이었다. 카밀라 팡은 눈앞의 증거들이 자신의 아이디어가 틀렸음을 증명하다고 해서 서운해 하면 안 된다고 하며 ”증거가 가리키는 방향이 아니라 과학자가 원하는 방향으로 가는 일을 과학이라고 할 수 있을까?“라고 묻는다. 카밀라 팡은 과학에는 법칙과 확실성이 존재하지만 자유로운 사고 역시 필수라고 말한다. 카밀라 팡은 겸손은 당신이 틀렸다고 말하는 증거 앞에서 기꺼이 방향을 바꿀 줄 아는 태도라 말한다. 카밀라 팡에 의하면 가설은 길잡이지만 완성되지 않은 지도다.
카밀라 팡은 해결하려는 문제를 최대한 크게 부풀려 사방을 구석구석 뒤지고 난 뒤에야 어디에서 시작할지를 결정할 수 있다고 말한다. 카밀라 팡이 주문하는 균형에 주의를 기울일 필요가 있다. 지나치게 개방적인 자세와 선입견에 휘둘리는 자세 사이에서 적절한 균형을 유지하는 것이 필요하다고 말한 카밀라 팡은 과학자들은 널리 적용할 만큼 일반적이면서도 본연의 의미를 잃지 않을 만큼 구체적인 해답 사이에서 균형을 이루어야 한다고 말한다.(82 페이지) 그 끝이 시작점으로 연결되어야 한다. 카밀라 팡은 데이터 랭글링(Data Wrangling)이란 말을 한다. 이는 분석에 부적합한 원시 데이터(raw data)를 수집, 정제, 결합, 변환하여 구조화된 형식으로 바꾸는 전처리 과정을 의미한다.
최적 멈춤이란 의도한 결과를 달성할 기회를 최대화하는 동시에 일이 잘못될 가능성을 최소화 하는 순간을 계산하는 방식이다. 카밀라 팡은 자신과 같은 사람은 발견한 바를 요약하거나 단순화하라는 요청을 받으면 뇌가 심각한 수준으로 정지 한다고 말한다. 과학자의 현실은 훨씬 엉망진창이라고 말한다. 그들은 단서를 찾아 이리저리 헤맨다. 자신이 가는 방향을 확신하지 못한 채 계속해서 의심하다가 제자리로 돌아오기를 반복한다. 가설을 세웠다고 해서 이내 어디를 집중해서 파헤칠지 알 수 있는 것도 아니다. 프로젝트의 적절한 출발선에 도달하기까지도 많은 시행착오를 거쳐야 한다. 카밀라 팡은 가시적인 성취라는 보상이 즉각 주어지지 않아도 묵묵히 매진하는 이들이 과학의 돌파구를 만들어낸다고 말한다. 돌파구란 영어로 breakthrough다. 책의 원제가 [Breakthrough]다.
카밀라 팡은 과학은 이성적인 추구인 동시에 감정적인 추구라는 사실이라고 말한다. 연구자들은 차갑고 딱딱한 데이터와 분투하는 동시에 자기 기분 상태도 스스로 관리해야 한다. 카밀라 팡은 연구 과정의 속성상 마지막에 발견된 사실이 논문의 시작을 얼마든지 바꿔버릴 수 있다고 말한다. 과학은 게걸음 같은 이상한 춤이다. 어떠한 과학연구도 결코 홀로 존재하지 않는다. 모든 가설, 발견, 이론은 인간이 오래전부터 세계를 탐험하고 이해하려고 애써온 연속체의 일부다. 카밀라 팡은 과적합이란 말을 사용한다. 이는 특정한 한 곳에 집중된 아이디어는 다른 영역에 유용할 가능성이 제한된다는 사실을 떠올려보면 알 수 있다. 특수한 아이디어, 문제, 데이터 집합에 과도하게 집중한 나머지 지나치게 세분화되면 다른 곳에는 전혀 적용할 수 없게 된다. 그런 과학은 누구도 들을 수 없고 듣고 싶어 하지도 않는 라디오 주파수와 다를 바 없다.
과학자는 나무를 베어 길을 내야 하지만 자신이 중요한 나무를 베어낼지도 모른다는 사실을 역시 알아야 한다. 또 결론이 너무 모호해서 쓸모없어지지 않도록 충분히 구체적이고 주목받을 만한 내용으로 다듬어야 한다. 카밀라 팡은 물론 과소적합도 경계한다. 과학이란 결국 데이터 수집이 아니라 데이터를 해석하는 과정이라는 것이다. 과학의 역사는 처음에는 중요해 보였지만 결국 의미 없는 것으로 판명난 이상체, 탐구 될 가치는 있었으나 결국에는 어떤 결과도 끌어내지 못한 기이한 데이터, 대단한 결과가 탄생할 줄 알았지만 결국 용두사미가 되어버린 발견들로 가득 차 있다. 카밀라 팡은 사람들은 자기가 듣고 싶어 하는 말을 들을 때까지 무의식적으로 증거를 잘못 해석한다고 말한다. 자신의 야심찬 가설에 힘을 싣기 위해 증거를 다분히 의도적으로 잘 못 해석하는 일만이 연구자가 쉽게 빠지는 유일한 함정은 아니다.
이 스펙트럼의 반대쪽 끝에는 실제로 대단한 사실을 가리키는, 특히 현재 통용되는 중요한 과학적 합의가 잘못되었다고 암시하는 데이터를 보고도 믿지 않는 경우가 있다. 위대한 과학의 돌파구는 있을 법하지 않은 것을 믿고 단단한 틀을 깨뜨리려는 충동과 똑같은 열망에서 시작된다. 우리는 자신이 보고 배운 것을 있는 그대로 받아들여서는 안 된다. 동시에 머릿속에서 모든 가능한 결과를 떠올려 그것을 꼬고 빗으로 빗느라 길을 잃거나 마비가 될 정도로 고민해서도 안 된다.(131 페이지) 이는 앞서 이야기한 상반되는 두 행태 사이에서의 균형을 의미한다. 과학 연구에서 실수, 실패한 실험, 기각된 가설은 또 다른 엔진의 연료가 된다. 무엇이, 그리고 왜 작동하지 않는지를 보여줌으로써 새로운 해결책이 작동하기까지 한 걸음 더 나아가게 한다.
누구나 잘못된 길을 갈 수 있다. 그러나 그 현실을 피하기보다 끌어안고 나아가는 쪽이 더 생산적인 태도라는 사실만이 유일하게 확실하다.(136 페이지) 삶에서 낯설고 어려운 일을 시도할 때 좋은 결정과 나쁜 결정 중 양자택일해야 하는 경우는 드물다. 대개는 그 사이에서 선택지가 연속되거나 경로가 여러 방향으로 다양하게 갈라진다. 이 모든 것을 하나로 묶는 한 가지 사실은 실패란 어느 시점에 필연적으로 일어나며 그 때는 이것을 기꺼이 마주해야 한다는 점이다.(149 페이지) 과학의 위대한 발견은 단일 사고로 이루어진 결과가 아니었다. 원래는 다른 목적으로 자아냈던 실타래를 수년 혹은 수십 년 뒤에 누군가 집어들어 다른 방향으로 풀어내며 일어나는 경우가 많다. 그러려면 실패한 원인을 밝혀 문제를 해결해야 한다. 그리고 성공했던 부분만 추려서 따로 살핀 다음 남은 과제를 다시 창의적으로 시도할 필요가 있다.
때로 연구자는 고립되어 실험하지만 실제로 과학자들이 혼자서 일하는 경우는 드물다. 현실에서 과학연구는 상호관계의 복잡한 그물로 발전한다. 과학자들은 함께 일하면서 서로 영향을 주고받는다. 혹은 동일한 주제를 두고 독립적으로 일하기도 한다. 또한 학회에 참가해 서로의 연구를 듣고 이바지한다. 자신의 연구에 박차를 가할 신선한 통찰을 찾아 새로 출판된 연구를 열심히 파헤칠 때도 있다. 현실 속 과학은 헝클어진 머리의 과학 교수가 바깥세상과 단절되어 자기 실험실에서 홀로 분투하는 모습과는 정반대다. 때로 연구자는 고립되어 일하지만 실제로 과학자들이 혼자 일하는 경우는 드물다.
카밀라 팡은 당신이 이 세상에서 무엇을 보고 그로부터 어떤 생각을 떠올리는지가 다른 사람들이 당신을 어떻게 보는지보다 훨씬 중요하다고 말한다.(166 페이지) 리제 마이트너와 오토 프리슈는 우라늄의 핵이 실은 단단한 고체가 아니라 흔들거리는 통통한 빗방울 같아서 아주아주 약한 힘으로도 분해될 수 있다고 가정했다. 닐스 보어는 핵은 액체 방울과 같다는 생각을 했다. 그때까지 물리학자들은 핵에 중성자를 충돌시키면 기껏해야 양성자와 중성자 몇 개가 분리된다고 생각했다. 중성자처럼 작고 연약한 발사체가 핵 전체를 동강내기란 전적으로 불가능해 보였다. 그것은 마치 수영장에 한 사람이 뛰어들면 수영장의 물 전체가 흘러 넘칠 수 있다고 보는 것과 같았다.(170 페이지)
카밀라 팡은 현실에서 약간의 마찰은 필요한 요소라고 말한다. 오히려 모두가 항상 같은 의견인 것이 최악의 상황일 수도 있다고 말한다. 과학은 혼자서 개척하고 씨름하는 일이 아니다. 더 많은 발견을 위해 함께 비옥한 토양을 파헤치는 일에 더 가깝다. 공동연구는 거의 언제나 바퀴를 부드럽게 널리는 윤활유이자 발전을 가져오는 촉매라고 말한다. 과학에서 협력은 서로 다른 유형의 과학자, 나아가 서로 전혀 다른 종류의 과학이 한데 모이는 상황이기도 하다. 지구에서 단일 경작으로 황폐해진 땅을 복원시켜야 하듯이 삶의 모든 영역에서 생물 다양성이 필요하다. 카밀라 팡은 수개월이 지나고 또 수년이 지나서 돌아보면 자신을 신선한 질문과 사고방식으로 이끌었던 강연은 자기의 전공 분야에서 완전히 벗어난 주제였던 경우가 많았다고 말하는 신경과학자 로히어르 키비트의 말을 인용한다.
카밀라 팡은 과학은 우리에게 자기가 몸담은 분야의 한계를 알려준다고 말한다, 진정한 팀워크는 비판할 줄 아는 친구들로 구성된다고 말한다. 그것은 진실을 위해 사랑의 채찍을 드는 셈이다.(193 페이지) 과학은 근본 개념을 증명하기 위해 길고 굴곡진 여정을 거친다.(197 페이지) 과학자는 기술의 지속적인 발전에 의존한다. 카밀랄 팡은 스스로 무엇을 성취하고자 하든지 인내는 우리가 가질 수 있는 최고의 도구라 말한다. 애초에 과학에서 무언가가 증명 가능하다는 생각 자체가 도전이라 말한다.(204 페이지) 카밀라 팡은 증명이라는 개념이 가지는 한 가지 문제는 그 속성상 끝이 없는 과정에서 최종을 암시한다는 데 있다고 말한다.
모든 것은 언젠가 반증되거나 대체된다. 또는 적어도 불완전하다고 밝혀진다. 보편, 법칙이라는 이름이 붙은 개념조차 적절한 때가 오면 그 어느 것도 아니었음이 밝혀진다. 과학자들은 아무리 덩치가 큰 이상체라도 예외 몇 개로 이론을 폐기하진 않는다. 과학자의 본능은 처음부터 모든 것을 팽개쳐버리지 않는다. 대개는 그 이례적인 발견을 정당화하고 특정 이론이나 법칙의 경계 안에서 이해되게끔 설명하려고 한다. 그러기 위해 연구자들은 먼저 그들이 놓치고 있을 무언가를 가정한다. 존재가 밝혀지면 그 이상 현상은 설명해 줄 새로운 힘이나 변수 같은 요소 말이다. 새로운 발견이라는 유혹은 훌륭한 과학자들도 길을 헤매게 한다. 발견의 열망이 너무 커지면 실재하지 않는 존재까지 보게 된다. 신기루를 좇는 것이다.
1964년 물리학자 리처드 파인만은 어느 강연에서 ”그 어떤 확실한 이론이라도 틀렸다고 증명할 수 있다. 그러나 결코 그 이론이 옳다고 증명할 수는 없다“고 말했다. 과학에서 통념이 원리, 이론, 법칙이라는 말로는 불려도 결코 증명이라고 불리지 않는 데는 이유가 있다. 원리는 바뀔 수 있다. 이론은 오류로 증명될 수 있다. 법칙은 수정되거나 갱신될 수 있다. 그러나 증명은 절대적이고 최종적이다. 그리고 이제는 모든 사람이 알겠지만 과학이란 절대적일 수도 최종적일 수도 없다.(215 페이지) 완벽하게 준비할 필요는 없다. 끝없는 준비로 행동을 정당화할 필요도 없다. 그렇게 하다가는 평생 시작조차 하지 못한다. 일단 시도해보기 전에는 그 어떤 것도 확신할 수 없다. 그러니 일단 시작하고 나서 그때그때 배우는 편이 더 낫지 않을까?
이러한 태도는 특히 소외되는 상황에서 중요하다. 자신에 속한 업계나 커뮤니티의 틀에 자신이 잘 맞지 않는다는 느낌이 들 때 자신의 존재를 정당하고 어떻게 행동해야 할지 생각만 하면서 세월을 흘려보낼 수도 있다. 당신 같은 사람도 그런 환경에서 성공할 수 있다고 보여지는 증거는 존재하지 않는다. 스스로 의심받는다는 기분이 들기도 한다. 그러나 성공하고 싶다면 언제까지고 초대만을 기다려서는 안 된다. 닥치고 뛰어드는 것만큼 최선의 준비는 없다.(216 페이지) 어떠한 과학 이론도 본질적으로는 판타지에 불과하며 우리는 그 사실을 인정해야 한다. 과학 이론이란 특정 시스템이 어떻게 작동하는지를 설명한 이상화된 판타지다. 과학자는 그 안에서 소설가가 등장인물과 줄거리로 그러하듯 요소들을 배열한다.
이러한 그림 대부분에는 설득력을 가진 증거가 있고 판타지는 명료함을 달성하는 유용한 방법임을 증명할 수도 있다. 그렇다고 해도 결국에는 그럴듯한 환상 그 이상도 이하도 아니다.(219 페이지) 증명을 향한 충동은 과학이라는 작업을 계속 유지시킨다. 그러나 그로 인해 연구자들은 막다른 골목으로 가게 된다. 혹은 증명을 과도하게 추구하면서 균형감을 잃는다. 이는 우리 모두가 귀 기울여야 하는 경고다. 우리는 문제에 대한 해답을 쥔 듯 반짝이는 물체 앞에서 주위가 흐트러진다. 그러나 차를 빠르게 몰고 다닌다고 해서 남성성이 증명되지는 않고 Instagram 팔로워 수가 진짜 인기를 증명하지 못한다. 우리가 추구하는 일이 우리를 의미 있는 목표로 이끌기보다 길을 잃게 할 때가 더 많다. 증명되지 않은 이론이라도 멋지고 유용할 수 있다.
인생도 우리가 성공과 연결 짓는 사회적 지위라는 상징 없이도 얼마든지 행복하고 충만할 수 있다. 과학은 너무 근시안적으로 집중하느라 진정으로 중요한 일을 잊으면 안 된다고 경고한다.(220 페이지) 증명이란 결정적이고 보편적이며 이론의 여지가 없는 진실을 암시한다. 이는 그 어떠한 과학의 원리도 감당할 수 없는 무거운 짐이다. 증명은 과학적 발견의 여정의 시작부터 끝까지 군더더기 없이 수월하게 진행된다는 뉘앙스를 풍긴다. 하지만 헛발질, 우회로, 막다른 길만 정신없이 이어지고 결국 새로운 세대에게 바통을 전해주는 일만이 유일한 결론일 뿐이다. 하룻밤 사이에 일어난 것 같은 성공에도 언제나 필수적인 고통의 서막이 있다. 우리는 과학 연구에 한계가 있다는 점을 인정해야 한다. 어떤 이론이 특정한 맥락에서 진실임은 증명할 수 있지만 그 이론이 교체하는 모든 맥락에서 사실임을 증명할 수는 없다.
증명은 단일체가 아니다. 오히려 어떤 부분에서는 강하고 어떤 부분에서는 약한 거미집에 가깝다.(222 페이지) 책을 읽으며 공감을 많이 하게 된다. 깊고 넓게 보는 성숙함이 돋보인다. 하지만 허무하기도 하다. ”결국 새로운 세대에게 바통을 전해주는 일만이 유일한 결론일 뿐이다.“ 같은 글을 통해 느끼는 바이다. 카밀라 팡은 나를 위로한다. 이런 글을 통해서다. ”그러나 증명이 가진 찾기 어렵고 환상에 가까운 속성이 과학자로 하여금 모든 도구를 내려놓고 자포자기하게 만들지는 않는다. 사실 증명은 과학에 존재하는 가장 크고 훌륭한 동기부여 중 하나다. 발견할 것, 해야 할 일이 항상 더 있다는 것 그리고 자신의 이름을 알릴 기회가 남았다는 사실 때문에 말이다. 발견은 언제나 열린 결말이다. 과학연구는 우리가 증명할 수 없는 것들, 어쩌면 영영 증명할 수 없는 것들 덕분에 계속해서 번성한다. 모든 답을 이미 다 알고 있다면 인생 그리고 과학이 얼마나 지루하겠는가?“(223 페이지)
과학은 편향의 완벽한 해독제여야 한다. 우리는 냉정하게 객관을 실행해야 한다. 그게 카밀라 팡이 항상 과학을 사랑했던 이유 중 하나였다. 도무지 이해할 수 없던 세계에 질서를 부여하는 방법이었다. 과학의 차가운 확실성은 인생을 살아가면서 수시로 느꼈던 가열된 혼돈에 대한 해독제였다.(225 페이지) 어느 분야와 마찬가지로 과학 역시 편향 없는 청정구역이 아니다. 파격적인 차트, 상세한 공식, 추상적인 언어에도 불구하고 과학은 축구 경기 관람만큼 속세와 가까운 활동이다. 과학자란 세상이 어떻게 돌아가는지 알아내고 싶어 세상에 질문을 던지는 사람을 부르는 호칭에 불과하다. 그들은 어떤 커다란 깨우침을 찾아내 중요한 발견을 하고, 논문을 쓰고, 승진하고, 상을 타고 어쩌면 세상을 조금 나은 곳으로 바꿀 수 있을 때까지 여기저기 쑤시고 다니는 사람이다. 또한 과학자는 연구비를 주는 개인이나 기관, 다음 논문을 투고할 학술지, 그 분야 내 다른 이들의 연구 등에 영향 받기 쉽다.(227 페이지)
카밀라 팡은 연구자는 분명 무언가를 염두에 두고 보거나 찾고 있기에 그들이 고려하지 않은 입력과 그들이 기대하지 않은 결과는 거부하는 성향을 보이게 된다고 말한다.(228 페이지) 아주 중요한 말이다. 인간인 우리는 자기가 보고 싶은 것을 찾는 경향이 있다. 과학 특유의 엄격함이 이를 막아 줘야 하지 않을까? 그러나 숙련된 전문가들조차 그 함정에 빠진다. 과학자들은 관찰의 오류와 의심스러운 해석, 의도적으로 편향된 설계로 왜곡된 실험까지 다양한 결과를 낳는다. 편향은 늘 우리 주위에 있으므로 삶의 다른 영역과 비교해서 과학이라고 특별히 더하거나 덜하지 않다. 개인으로서 우리는 각자 편향을 품고 있다.
카밀라 팡은 박사과정은 매일 자기 분야에 관해, 자기 자신의 존재에 관해 묻는 것이 임무인 시간이라고 말한다. 이 글을 읽으며 이론물리학자 김현철 교수가 말한 바를 생각했다. [우주의 중심으로 사는 법]에서 저자는 박사 학위 과정은 홀로 서는 기간이고 박사학위는 비로소 혼자서 연구할 수 있다고 인정해주는 자격증과 비슷하다고 말한다. 카밀라 팡은 BIAS란 말을 만들었다. behave in alternative scenario란 말의 이니셜이다. 대체 시나리오에서의 행동을 의미하는 말이다. 편향은 맥락을 제공하고 우리가 세계를 이해하는 방식을 형성한다. 그것은 곧 창의성과 독창성을 풍부하게 불러일으키는 힘이다. 아주 많은 위대한 과학자, 사업가, 발명가가 삶의 경험과 정신의 기질이 이끄는 방향을 따라가 성공했다.
그들은 다른 사람들이 잘 보지 못하는 것을 본다. 그게 바로 편향 때문이며 그 편향이 다른 사람과 공유할 수 없는 독특한 관점을 준다.(241 페이지) 카밀라 팡은 적어도 이론은 징검다리의 디딤돌이라고 말한다.(254 페이지) 물리학과 철학 사이의 변경에서 사람들은 정신을 뒤흔들고 이해하기 어려운 개념들과 싸운다. 이상하고 불안정한 공간에 들어가려면 먼저 우리가 만질 수 있는 편안한 담요를 걷어내야 한다. 과학의 상당 부분이 실험과 증거를 통해 그림을 완성하는 반면 이런 물리학의 이 분야는 현실을 갈갈이 찢는다. 그런 뒤 우리가 쌓아올린 우주를 설명하는 이론에서 느슨한 실타래를 잡아당긴다. 그리고 그림 전체가 흐트러지는 모습을 관찰한다. 여기에서 과학자들은 저 바깥에 있는 것을 설명하는 현재의 개념이 현실의 진정한 본질을 비슷하게라도 반영하는지 의문을 가지기 시작한다. 이는 과학이 다음과 같이 대답한 질문을 던지는 지점이기도 하다. 당신이 이 세상에 대해서 이미 안다고 믿는 모든 것이 사실은 틀렸다면?(256 페이지)
카밀라 팡은 파동 함수는 확률의 표현이라는 점을 기억하라고 말한다. 즉 그것은 입자가 존재할 수 있는 모든 위치를 말한다. 그것을 측정하면 그 확률은 확실성이 된다. 이는 양자 입자의 난해한 속성을 표현한다.(259 페이지) 숀 캐럴은 우리가 세상을 볼 때 보이는 것은 실재로 존재하는 것과는 근본적으로 다른 것 같다고 말했다. 다세계는 보편적 파동 함수라는 개념을 알기 쉽게 줄인 말이다.(265 페이지) 누구라고 상세하게 말하고 싶지 않지만 미국의 이론물리학자 브라이스 디윗(Bryce DeWitt)이란 이름을 기억하고 싶다. 마지막 장인 9장 ‘상상; 한계를 넘어 새로운 현실을 설계하기‘에서 카밀라 팡은 양자역학의 다세계, 파동함수(붕괴) 등에 대해 이야기한다. 난해하지만 상상과 흥미를 찾아 새 길을 가게 하는 장이 아닐 수 없다.
”상상력은 다른 아마도 더 나은 세상의 모습을 인식하는 데 그치지 않는다. 그것은 또한 미지를 개척하는 연구의 기본 신조어이기도 하다고 말한다. 양자역학의 원리를 보여주었듯이 때로 과학의 기본 기술은 이해에 방해가 된다. 합리적인 질서와 정제된 이론을 향한 갈망은 우리 우주에서 일어나는 규모의 일을 이해하기에 부족하다. 그것은 아름다움과 복잡성을 온전히 담아낼 수 없는 제한된 구조를 강요한다. 이 때문에 복잡한 현실을 이해하기가 어려워진다. 이 지점에서 과학자를 비롯해 우리 모두 구속복을 벗는 일에 익숙해져야 한다. 문제를 틀에 맞추려 하기보다 그 문제가 문제되지 않는 더 큰 세상을 만들어야 한다. 그리고 그 안에서 우리가 지금까지 상상한 모든 영광스러운 불확실성과 가능성을 편안하게 탐구해야 하지 않을까?“ 이는 본문의 마지막 문장이다.
카밀라 팡이 이야기한 이탈리아의 이론물리학자 카를로 로벨리의 책([시간은 흐르지 않는다]) 만큼 심오하다는 생각을 한다. 결론부에서 카밀라 팡은 이렇게 말한다. ”우리는 커털린 커리코가 메신저 RNA를 연구하며 그랬듯이 다른 이들이 포기하라고 말할 때에도 자신의 아이디어에 열정을 가져야 한다. 진심으로 확신한다면 대부분의 사람이 믿지 않는다고 해서 그게 포기할 이유는 되지 않는다. 그러나 반대로 세상에서 가장 큰 선의와 강력한 가설을 뒷받침할 좋은 증거가 있더라도 자신의 엄청난 아이디어가 쓸모없어질 수도 있다는 사실을 역시 받아들여야 한다.“ 그리 오래 산 사람이 아닌데(카밀라 팡이 밝혔듯 31세다) 생각도, 글 솜씨도 대단하다. 거장을 연상하게 한다.
카밀라 팡은 ”과학자는 끝없이 읽어야 하는 방대한 논문, 파헤쳐야 할 무한한 자료, 조율해야 할 수많은 인간관계에 둘러싸여 살아간다.”고 말한다.(277 페이지) 이 부분을 읽기 전까지 나는 책을 많이 읽고 특히 과학책 읽기에 정성을 기울이기에 과학자는 아니지만 그 구도적 자세는 통한다 생각했다. 나는 물론 과학자가 아니다. 카밀라 팡은 추구하던 일에서 성공하든 못하든 관계없이 과학은 혼자서는 그 어디에도 쉽게 도달할 수 없다고 말한다. 내가 과학자 성향이 아닌 결정적인 이유는 조율, 소통, 협업에 거의 제로에 가까운 점수의 사람이기 때문이다. 그래도 책 읽는 면에서 나는 과학자적 사람이라 생각한다.
카밀라 팡이 말한 여러 점에서의 균형을 내 읽기, 생각, 쓰기에 적용해야겠다고 다짐한다. 카밀라 팡은 빠르게 성공을 거두고자 하는 조급한 사람들은 노벨상이 대개 수상자가 학계에서 은퇴하고서도 한참 후에 수여된다는 사실을 고려해 보기를 바란다는 말을 한다. 카밀라 팡의 대단한 독서량에 경의를 표한다. “꿈을 추구하되 쉽게 이루어지리라 기대하지 말아라. 통념에 도전하되 먼저 자기가 깨부수려는 규칙을 완벽하게 이해하라.”(284 페이지)
카밀라 팡은 단순화는 과정의 시작이 아니라 끝이고 고된 작업에 대한 보상이라 말한다. 나는 글을 쉽게 쓰는 것도 단순화라 생각한다. 물론 어려운 과정을 이해하고 난 뒤 취하는 간결한 단순함이어야 한다. 이에 카밀라 팡은 편집자들이 저자들에게 책을 길게 쓴다고 무조건 잘 쓴 원고라 말하지 않을 것이라 말한다고 말한다. 단 벽돌책도 쓰고 짧은 책을 써야 할 것이다. 카밀라 팡은 기후변화 해결에도 단순화, 덜어내기가 필요하다고 말한다. 버지니아 대학교 공학 및 건축학 교수 레이디 클로츠는 학생들에게 “세상에는 타당한 질문이 무한히 존재하고 우리가 모르는 것들도 무한정 있지만 과학자와 연구자의 수는 무한하지 않다”고 말한다고 한다. 이를 나의 책읽기에 전용하고 싶다. 세상에는 매력적인 책이 무한히 존재하고 내가 모르는 것들도 무한정 있지만 내 시간과 체력은 무한하지 않다고.

진정한 팀워크는 비판할 줄 아는 친구들로 구성된다는 말로부터

벤투의스케치북 — Thu, 19 Mar 2026 18:47:00 +0900

카밀라 팡은 [궤도 너머]에서 진정한 팀워크는 비판할 줄 아는 친구들로 구성된다고 말한다. 그것은 진실을 위해 사랑의 채찍을 드는 셈이다. 이 문장을 접하며 자신의 단점을 인지하지 못하는 사람, 그리하여 반성하지 못하는 사람은 자신을 사랑하지 않는 사람이라는 생각을 하게 된다. 친구를 위해 비판하는 그 마음을 사랑이라고 한다면 자신에 대해 비판하지 않는 사람을 진정한 자기애를 가진 사람이라고 볼 수는 없는 것이다. 나는 [궤도 너머]라는 책의 원제가 마음에 든다. 원제는 [Breakthrough]다. 이는 돌파구(를 찾다)란 의미다. 물론 궤도 너머라는 말도 좋다.

여전히 시사적인 1990년대 말 환경 생물학 지구 변화학 교수의 실험실 지구 이야기 - [실험실 지구 - 스티븐 슈나이더가 들려주는 기후 변화의 과학]

벤투의스케치북 — Tue, 17 Mar 2026 22:19:00 +0900

실험실 지구 - 스티븐 슈나이더가 들려주는 기후 변화의 과학
스티븐 H.슈나이더 지음, 임태훈 옮김 / 사이언스북스 / 2006년 02월

자신의 책이 적어도 몇몇 독자들에게는 지구에 대한 지식을 더욱 추구하려는 동기를 유발하고, 거의 모든 이들에게는 지구 시스템 문제를 해결하는 데 동참하도록 해주지 않을까, 희망한다는 스티븐 슈나이더(Stephen Schneider; 1945-2010)의 책이다. 스탠퍼드 대학교의 환경 생물학 지구 변화(environmental biology and global change) 교수를 역임한 저자는 고체 지구가 공기와 물 그리고 생물과 어떻게 상호작용하는가는 지구를 하나의 시스템으로 이해하는 데 매우 중요하다고 말한다.
저자에 의하면 우리의 경험만으로는 자연계에서 일어나는 중요한 현상의 모든 범위를 샅샅이 조망할 수 없다. 우리의 개인적인 척도는 너무 제한적이다. 우리를 둘러싸고 있는 자연의 풍부한 다양성에 대해 지각의 창을 열어젖히기 위해서는 더욱 큰 공동체의 관찰과 추정을 필요로 한다. 세상은 분명 커다란 규모의 관점과 작은 규모의 관점을 모두 필요로 한다. 21세기 환경 문제는 단순히 어떤 지방이나 지역의 규모에 그치는 것이 아니라 실로 전 세계적인 규모로 나타난다는 특성이 있다. 또한 훨씬 더 심각하고 오래 지속되고 어떻게 되돌릴 수조차 없는 결과까지 나타날 수 있다. 시행착오를 통해 가르침을 얻는다는 식은 이제 더 이상 받아들일 수가 없다.
저자는 유기체와 무기체가 서로 연결되어 있듯 지구 화학과 생물학 지질학과 기후학은 연관을 맺고 있다고 말한다. 저자는 기후와 생명체의 그늘진 미래를 살피기 전에 우선 몸을 돌려 우리의 생물 지리학적인 뿌리로 여행을 떠나는 것이 필수적이리라고 말한다. 젊은 지구가 최초로 생명을 잉태했던 시대, 머나먼 과거의 시생대로 말이다. 저자는 반드시 방문하고 싶은 특별히 흥미를 끄는 시기를 생명 탄생의 시대 즉 약 35억 년 전의 시생대라고 말한다. 당시에는 산소가 있긴 했지만 그 양은 현재 약 10억분의 1에 불과하다고 말한다. 산소가 거의 없었다고 할 수 있다.
초기 지구에 가장 먼저 나타난 기체는 수소와 헬륨이다. 35억 년 전에는 태양이 지금보다 더 작았다. 태양은 수소가 헬륨으로 바뀌는 핵융합 반응을 거치며 점점 커지고 또 밝아졌음을 생각해보라. 희미한 원시 태양의 패러독스라는 것이 있다. 메탄과 암모니아라는 두 기체가 지구 대기의 하층부에서 적외선 복사를 차단하는 데 매우 탁월한 효과를 갖고 있으며 시생대에는 이 두 기체가 매우 많았기 때문에 부족한 태양열을 보충해서 온난한 기후를 유지했을 것이라는 뜻이다. 원시 지구에서 메테인은 주로 물과 철 및 마그네슘이 풍부한 암석이 반응하는 사문암화 작용과 같은 비생물학적 열수 과정을 통해 형성되었다. 사문암화 작용이란 지구 맨틀의 철·마그네슘이 풍부한 초염기성 암석(감람석 등)이 물과 반응하는 변성·열수 작용을 말한다. 이 과정에서 감람석, 휘석 같은 1차 광물이 사문암으로 변하며 열을 발생시키고 암석의 부피를 증가시키며 수소 및 메테인 가스를 방출한다.
태양이 커진 상태에서 이산화탄소 등의 온실 가스를 상쇄한 것은 무엇이었을까? 칼슘, 마그네슘, 규산염 같은 광물들이 대기의 탄소와 결합하여 이산화탄소 농도를 줄이고 칼슘의 탄산염인 석회암, 마그네슘의 탄산염인 돌로마이트 같은 퇴적암에 탄소를 붙잡아둔다. 생물학적 과정을 통해 태양 광도가 커짐에 따라 시생대의 대기 중에 있던 높은 수준의 이산화탄소가 제거되었다는 이론도 있다. 태양 에너지를 이용해서 이산화탄소와 물을 탄수화물과 산소로 바꾸는 과정을 광합성이라 한다. 탄수화물과 산소가 결합해서 열을 방출하고 이산화탄소와 수증기를 만들어내는 과정을 호흡이라 한다.
오늘날 우리는 석탄 덩어리를 태우면서 화석의 유기물 속에 붙들려 있는 공룡시대의 이산화탄소와 태양열을 소생시키고 있다. 지구과학자들은 바다에 있던 대부분의 환원되어 있는 광물이 소모된 약 20억 년 전부터 대기에 많은 양의 산소가 형성되기 시작했다고 생각한다. 그리고 이때부터 대사 작용을 진행시킬 에너지를 얻기 위해 산소를 필요로 하는 새롭게 진화한 생물체들의 생태학적 자리가 마련되기 시작했다. 지구의 대기는 산소가 충분히 만들어진 뒤에야 생물이 육지에 뿌리내리고 살 수 있도록 하는 오존을 만들 수 있었다. 대기 중에 산소와 오존이 존재한 지난 10억 년 정도의 기간 안에 원핵 생물에서 단세포의 진핵 생물로, 그리고 다시 다세포의 후생동물로의 빠른 진화가 일어났다는 사실이 결코 우연이 아니다.
전 세계적인 규모로 일어나는 변화 중에서도 가장 커다란 관심을 끄는 것은 탄소의 순환이다. 탄소는 현재 대기 속에 이산화탄소의 형태로 아주 적은 양(0.035 퍼센트)이 들어 있고 해양과 퇴적물, 암석들에는 이산화탄소나 다른 형태로 훨씬 더 많은 양이 존재한다. 이산화탄소는 지구 대기에 존재하는 미량 기체다. 이는 현재 이산화탄소의 양이 상대적으로 그리 많지 않다는 뜻이다. 그러나 이렇게 적은 부분을 차지하는 7500억 톤의 대기 탄소가 대기의 열 균형에 미치는 영향은 꽤 큰 편이다. 이산화탄소가 기후에 미치는 영향력은 이산화탄소가 대부분의 태양 복사 에너지는 통과시키는 반면 대부분의 적외선 복사 에너지는 흡수하는 경향이 있어서 지구에서 복사되는 열의 일부를 차단한다는 사실에서 나온다.
차단되지 않은 지구 복사열은 대기를 통해 우주로 탈출할 것이다. 다시 말해 이산화탄소는 온실 기체다. 대기 속에는 강력한 온실 효과를 내는 다른 미량 기체들이 있다. 대기 중에서 이들의 농도는 증가하였다. 그중에서도 메테인이 유명하다. 메테인의 양은 산업혁명 이후 약 150%나 증가했다. 메테인은 동물과 세균이 만들어내는데 채광이나 경작 같은 인간 활동에서 나온 오염물질 때문에 발생하기도 한다. 일산화이질소의 양도 증가하고 있는데 이는 질소 비료의 사용량이 급격히 늘어났기 때문이다.
기후학자, 진화 생태학자, 경제학자들이 가질 수 있는 가장 유용한 도구는 빠르고 정확한 모형이다. 이 일은 방정식을 풀고 지구관측 시스템 예를 들면 인공위성에서 들어온 자료를 처리하고 개념을 발전시키고 모형 작업을 시험하는 빠른 대형 컴퓨터의 발달이 있기까지는 결코 가능하지 않았다. 사실 현대의 슈퍼컴퓨터가 나오기까지는 1960년대의 대학과 대기업에서 사용한 그 당시로는 상당히 비싼 계산기계조차 너무 느려서 계산을 충분히 할 수 없었다. 대기의 역사가 현재 대기의 실제적인 모형으로 작용했는데 이는 지질학자들의 동일과정설이라는 견해와 견줄 수 있다.
루이스 프라이 리처드슨은 일기예보의 새로운 패러다임을 열어 놓았다. 그것은 바로 닮은 꼴 방식의 일기도 작성이 아닌 물리법칙에 기초한 수학적 모형이었다. 모형 제작의 이점은 현실 세계에서는 불가능하거나 실행할 수 없는 실험들을 수행할 수 있다는 데 있다. 기후의 시뮬레이션을 위해서 모형을 만드는 사람은 기후 시스템의 구성요소에 무엇을 포함시켜야 할지, 포함시킬 변수들은 무엇인지를 결정해야 할 것이다. 장기간에 걸친 일련의 빙기와 간빙기를 시뮬레이션하기로 했다면 지난 수백만 년 동안의 기후 시스템의 상호작용한 주요 요소들이 미친 영향을 분명하게 포함시켜야 할 것이다. 생물은 기후에 영향을 주므로 역시 포함시켜야 한다. 이렇게 상호 영향을 주고받는 하위 시스템은 모형의 내적 구성요소를 이룬다. 한편 일주일과 같이 매우 짧은 기간에 일어난 기상 현상만을 모형화하려 한다면 단기간에는 거의 변화가 없는 빙하, 심해, 지형. 숲과 같은 곳에서 일어나는 변화는 모두 무시할 수 있다. 이러한 요인들은 모형화한 기후 시스템의 외적 구성요소로 할 수 있다.
지질학의 역사를 통해 자연계에서 일어난 이런 행성 규모의 실험 중에서 그 어느 것도 현재 진행중인 인간이 이야기한 전 세계적인 변화의 실험과 정확하게 필적하는 것은 없다. 따라서 그 어느 것도 우리의 예측이 올바르다는 결정적인 증거를 제공할 수 없다. 하지만 그 사건들은 모두 현재의 예측이 최소한 상당히 그럴듯하다는 암시를 주는 많은 정황적인 증거를 보태고 있다. 저자는 이 점은 지구의 생태계와 우리의 운명을 이해하는 데 필요한 미래의 기후변화에 대한 엄밀한 예측을 위해서는 육지와 바다, 얼음 속으로 파고들어 될 수 있는 대로 많은 지질학적, 고기후학적, 고생태학적 기록을 들춰내야 한다는 자신의 주장을 다시 한 번 확인시켜준다고 말한다.
불행히도 일부의 근시안적인 정치적 이해관계가 이런 일을 정략적인 것으로 생각해서 난해한 것처럼 보이는 이런 작업을 위한 예산을 삭감하고 있다.(91 페이지) 우리가 이런 시험의 목적을 위해 갖고 있는 최고의 물리적 실험실은 유리와 강철로 세운 연구실이 아니라 지구 자체이며 그 중에서도 특히 지구의 오랜 옛 시절에 대한 우리의 지식이다.(94 페이지) 과학자들은 언제나 변화 뒤에 숨어 있는 원인을 찾는다. 원인이 확실하다면 변화와 요동을 구별할 수도 있다. 과거의 기후는 상당히 다양한 모습을 띠고 있었다. 빙기도 있었고 빙하가 없는 시기가 수천만 년 동안 지속되기도 했으며 심지어는 대기에 산소가 거의 없거나 전혀 없었던 시기도 10억 년 이상이나 된다. 오늘날과 비교할 때 대륙들은 다른 곳에 위치해 있었으며 태양에서 오는 에너지의 양도, 대기의 조성도 달랐다. 다시 말해서 과거에는 엄청나게 커다란 규모의 변화를 나타내는 자연의 실험이 있었다. 많은 경우 이런 변화는 향후 수십년 동안 인간이 어떤 일을 함으로써 대기의 화학조성에 영향을 미칠 수 있는 것보다 훨씬 큰 것이었다. 그러나 이런 자연적인 변화의 속도는 항상 그랬던 것은 아니지만 대부분 인간이 자연에 강제한 것에 비해 지극히 완만했다.
기후를 예측하기 위해 우리는 도구를 확인하는 데에서 한 걸음 더 나아갈 필요가 있다. 우리는 또한 기후변화를 강요하는 요인 즉 기후 강제 요인이 어떤 것들인지 확인하고 분석해야 할 것이다.(96, 97 페이지) 열을 가진 모든 물체는 복사 에너지를 방출한다. 지구는 절대온도 255K(- 18 ℃) 정도 되는 흑체의 총복사 에너지량에 필적하는 복사 에너지를 방출하고 있다. 지구 표면의 공기의 평균 온도는 287K(14 ℃)로 지구의 흑체 온도에 비해 32 ℃ 정도 따뜻하다. 따뜻한 표면 공기 온도와 지구의 복사 등가온도 간의 32 ℃ 차이가 바로 그 유명한 온실효과에 의한 것이다.(118 페이지)
대기는 온실 효과를 통해 태양 복사 에너지의 적지 않은 부분을 지구의 표면까지 투과시키고 그 뒤에는 지표면과 낮은 대기에서 나온 위를 향한 지구의 적외선 복사를 많은 부분 차단한다. 정확하게는 도중에서 가로 채 낮은 에너지로 재복사한다. 아래쪽을 향한 재복사는 지표면의 온난화를 더욱 강화시켜 32 °C의 자연적인 온실 효과를 일으키는 중요한 작용을 한다. 이는 사변적인 이론이 아니라 충분히 양해 되고 완전히 검증된 자연현상이다.(119 페이지)
자연계의 온실 효과는 분명히 과학적으로 의심의 여지없이 입증되었다. 지금까지 기후와 생물의 공진화를 진행시켜온 자연의 온난화를 설명해주고 있다. 인간이 자연계의 온실 효과를 확대하는 일이 어느 정도로 심각한가에 대해서는 지금도 논의가 진행되고 있다.(120 페이지)
저자는 정치가들은 자신의 선거구민들의 인식에 반응하는 데는 탁월한 재간을 보인다고 말한다. 우리가 우리의 의견을 전단할 때 특히 그렇다. 우리가 정치 지도자들을 다그쳐 창조성을 갖고 그 중에서 에너지의 효율적 이용을 북돋울 장기적 해결책을 마련하고 중국인들에게 대안을 제시해서 그들이 계획하고 있는 비효율적인 석탄 이용을 개선시키며, 인도네시아와 브라질 사람들의 급속한 삼림 벌채 계획을 바꾸어놓도록 조치할 수 있게 만든다면 정치가들은 우리가 그들에게 무엇을 원하는지 알게 될 것이다. 그들이 여러분의 관심사와 가치관을 알 수 있도록 하자. 우리가 침묵한다면 특수한 이해당사자들이 보낸 팩스만 통과될 것이다. 역시 이런 말을 할 수밖에 없다. 아니 최선이 이것이다.
지구 화학과 생물학 지질학과 기후학은 연관을 맺고 있다는 저자의 기후와 생물의 공진화란 말로 수렴하는지 궁금하다.

스티븐 슈나이더의[실험실 지구] 이야기

벤투의스케치북 — Tue, 17 Mar 2026 09:53:00 +0900

경상북도립 영양 공공도서관 인장이 찍힌 책 한 권이 내게 있다. 29년 전인 1997년 발간된 스티븐 슈나이더(Stephen H Schneider; 1945- 2010)의 [실험실 지구]란 책이다. 몇 단계 기증을 거쳐 나에게까지 온 책이다. 내가 이 책을 만난 것은 지난 해 여름 연천군 백학면 광장애서(廣場愛書) 서점의 기증 도서 가판대를 통해서였다. 소설, 시, 수필, 잡지, 역사서 등이 주를 이루는 가운데 하드 커버 서적이 눈에 띄었는데 놀랍게도 기후과학 책이었다. 저자는 2007년 정치인인 엘 고어와 함께 노벨 평화상을 수상한 분이다. 2021년 일본계 미국인 기후학자 마나베 슈쿠로, 독일의 해양학자 클라우스 하셀만, 이탈리아 물리학자 조르주 파리시 등이 기후 연구로 노벨 물리학상을 받았는데 같은 과학자인 스티븐 슈나이어는 평화상을 받은 이유가 궁금하다. 슈나이더는 유기체와 무기체가 서로 연결되어 있듯 지구 화학, 생물학, 지질학, 기후학은 연관을 맺고 있다고 말한다. 최근 독일 기후학자 프란츠 마울스하겐의 [꿰뚫는 기후의 역사], 마나베 슈쿠로, 앤서니 브로콜리의 [기후의 과학], 스티븐 포더의 [엘리멘탈]을 연이어 읽고 서평을 썼는데 곧 [실험실 지구]도 완독하고 서평까지 써야 할 것 같다.

[엘리멘탈] 이후 [궤도 너머]

벤투의스케치북 — Sun, 15 Mar 2026 21:33:00 +0900

스티븐 포더의 [엘리멘탈]을 읽고 다음 단계로 넘어가기 전에 카밀라 팡의 [궤도 너머]를 읽는다. [엘리멘탈]의 번역자는 물리학 전공자 김은영이고 [궤도 너머]의 번역자는 생물학 전공자 조은영이다. 다음 단계로 넘어가기 전에 읽는 책이지만 완독하고 서평을 쓸 수 있으면 좋겠다. 지은이는 여덟 살에 자폐 스펙트럼 장애를, 스물여섯 살에 ADHD 진단을 받은 생물화학자다. 이럴 줄 알았으면 자폐인 출신 과학자 템플 그랜딘의 [나는 그림으로 생각한다]를 읽어 두었다면 좋았을 것이다. 카밀라 팡은 이런 말을 한다. “여느 분야와 마찬가지로 과학 역시 편향 없는 청정구역이 아니다....과학자란 세상이 어떻게 돌아가는지 알아내고 싶어 세상에 질문을 던지는 사람을 부르는 호칭에 불과하다.... 연구자가 아무리 엄격하고 철저하게 연구에 임한다고 해도 과학은 주관적인 견해에서 벗어날 수 없다..” 가볍게 읽기가 쉽지 않을 것 같다.

화석 연료의 막대한 체외 소비로 월드 체인저가 된 인간이 가야할 길을 제시한 환경과학자이자 환경보호론자의 책 - [엘리멘탈 - 5가지 원소로 보는 생명의 역사와 인류의 미래]

벤투의스케치북 — Sun, 15 Mar 2026 11:45:00 +0900

엘리멘탈 - 5가지 원소로 보는 생명의 역사와 인류의 미래
스티븐 포더 지음, 김은영 옮김 / 원더박스 / 2025년 11월

기후 변화를 넘어선 기후 위기의 시대다. 인류를 파멸로 치닫게 하는 온실가스를 배출하는 화석 연료 대량 소비 양태를 지양해야 한다는 경고는 더 이상 낯설지 않다. 생태학, 지질학 전공자 스티븐 포더(Stephen Porder)의 [엘리멘탈] 역시 같은 목소리를 내는 책이다. 원소(元素)를 뜻하는 엘리멘탈을 제목으로 삼은 [엘리멘탈]은 그러나 몇 가지 점에서 다른 책들과 구별되는 근본적인 책이다. 디테일한 차별점이란 1) 세상을 바꾼 월드 체인저란 개념으로 인간이 인간에 앞선 두 월드 체인저의 전철을 밟아서는 안됨을 언급한 것, 2) 탄소의 체내 소비와 체외 소비 개념의 대비로 현실을 설명했다는 점이다.
책이 다룬 원소는 탄소, 수소, 질소, 산소, 인(燐) 등 다섯 원소다. 저자는 자신을 환경과학자이자 환경보호론자라 소개한다. 환경과학자란 말은 과학적인 관찰 방법을 동원해 인간이 환경에 일으키는 변화와 그 변화의 결과를 이해하려고 노력하는 사람이라는 의미이다. 환경보호론자란 말은 자연 세계의 가치를 높이 평가하고 인간의 행동이 자연에 미치는 부정적인 영향을 최소화할 방법을 찾는 사람이라는 의미다.(220 페이지)
탄소, 산소, 수소도 중요하지만 결정적인 것은 질소와 인이다. 질소와 인은 광합성 여부와 관계 없이 살아 있는 모든 것의 생체분자의 핵심 요소들을 만드는 데 필수적인 구성요소다. 이 두 원소가 부족하면 해양은 사막이 되고 풍부하면 우림(雨林)이 된다. 저자는 인간을 마지막 월드 체인저로 본다. 저자가 말하는 첫 번째 월드 체인저는 시아노박테리이다. 남세균(藍細菌)이라고도 하는 시아노박테리아는 약 25억~30억 년 전 지구에 산소를 공급하여 산소 시대(대산화사건)를 연 광합성 원핵생물이다. 대산화사건이란 시아노박테리아의 광합성이, 광활한 무산소의 바다에 오직 단세포 유기체만 존재하고 대륙에는 아무것도 존재하지 않았던 지구 역사의 전반기를 끝낸 사건임을 의미한다.
책을 통해 처음 알게 된 사실이 여럿 있다. 그 가운데 하나가 시아노박테리아가 질소를 고정해 생존경쟁에서 절대 우위를 차지했었다는 사실이다. 대기 중에 거의 무제한으로 존재하며 해수에도 쉽게 녹는 질소는 생명을 지배하는 가장 변덕스러운 조절자다. 질소 기체는 공기의 80 퍼센트 정도를 차지하지만 대부분 불활성 기체다. 그래서 유기체들이 질소를 얻는 것은 어렵다. 사람 역시 늘 공기를 호흡하며 살지만 호흡으로는 질소를 우리 몸이 이용할 수 있는 형태로 흡수하지 못한다. 2개의 질소 원자가 결합한 질소 분자는 매우 강력한 삼중결합 구조로 이루어져 있다. 우리가 쓸 수 있는 유용한 질소는 두 질소 원자 사이의 강한 결합이 끊어져서 각각의 원자가 수소, 산소, 탄소 등의 다른 원소의 원자들과 결합한 형태로 존재하는 것이다. 번개는 초기 지구의 바다에서 이용 가능한 질소를 만드는 주요 요인이었을 것이다.
시아노박테리아는 공기 중 불활성 기체인 질소를 흡수해 자신이 쓸 수 있는 형태로 고정하는 능력을 갖추었다. 시아노박테리아는 탄소와 질소를 모아들이는 데 탁월했다. 그렇다면 시아노박테리아의 생장을 제약하는 것은 무엇이었을까? 질소 고정 능력이 있는 유기체들은 대개 다른 원자들에 대한 수요도 크다. 특히 인에 대한 요구가 크고 철과 몰리브덴도 많이 필요하다. 철과 몰리브덴은 질소 고정을 수행하는 생물학적 장치의 중요 성분이다. 인, 철, 몰리브덴은 질소와 달리 공기 중에는 거의 존재하지 않는다. 철, 몰리브덴은 질소 고정에 필요한 원소이고, 인은 질소 고정에 에너지를 되어주는 원소다. 이 원소들은 바위를 화학적으로 분해해야만 얻을 수 있기 때문에 암석 유래 원소라 불린다.
대산화사건은 오랜 시간에 걸쳐 질소를 고정해 광합성 장치를 만들어 햇빛을 화학 에너지로 바꾸어 성실하게 살아간 시아노박테리아로 인해 일어난 사건이다. 이로 인해 눈덩이 지구가 만들어졌다. 이는 광활한 무산소의 바다에 시아노박테리아의 광합성으로 배출된 폐기물격인 산소가 (이산화탄소보다 더 강력하게 열을 가두는) 메테인을 분해함에 따라 이산화탄소가 생성되어 지구에 온실효과가 빚어졌으나 왕성한 광합성으로 인해 온실효과가 약화되어 눈덩이 지구가 찾아온 것을 두고 이르는 말이다.
시아노박테리아 다음으로 세상을 바꾼 두 번째 월드 체인저는 식물이다. 바다 생명체들이 육지를 향해 갈 수 밖에 없었던 이유는 암석 유래 원소들을 찾아서였다. 수분을 유지하기 위해 끊임없는 투쟁을 해야 하는 단점이 있었지만 땅 위에서 사는 것은 다른 원소들에 쉽게 접근할 수 있다는 장점이 있다. 땅 위에도 햇빛은 충분하다. 햇빛은 공기 중에 이산화탄소를 얻는 데 필요한 연료를 공급해주는 에너지다. 그러나 광합성 장치를 만들기 위해서는 많은 양분이 필요하다. 질소 뿐만 아니라 인, 철 같은 암석 유래 양분들이 필요한 것이다. 땅 위에서는 이런 원소들이 강이나 바람 또는 해류에 실려서 자신에게 전달될 때까지 기다릴 필요가 없다. 육상 식물은 이런 양분을 스스로 찾아간다. 식물은 뿌리 아래 잠자고 있는 이 양분들을 찾아내기 위해 땅에 균열을 내기 시작했다.
식물 역시 역설적 상황의 희생자가 되었다. 지상으로 올라와 공기 중의 이산화탄소를 빨아들여 자신의 조직을 구성했던 식물이 죽음에 따라 탄소의 일부가 흙 속에 저장되었다. 식물은 지상에 있는 암석에서 미네랄의 용해를 가속화했고 이는 공기 중의 이산화탄소를 제거하고 해저에 석회암으로 저장하는 순효과를 냈다. 암석의 풍화작용이 가속화되어 죽은 식물이 그대로 땅속에 묻힘에 따라 공기 중에서 이산화탄소는 점점 제거되고 지구는 차갑게 식어갔다. 이런 상황은 식물에게도 불리한 일이었다. 이산화탄소가 감소해 광합성을 하기 어려워진 것이다. 식물의 진화가 공기 중으로부터 많은 양의 이산화탄소를 빼앗아가자 온실효과가 약해졌다. 빙하기가 닥친 것이다. 식물은 생존과 번식에 성공한 대가로 얼어 죽게 되었다.
세 번째 월드 체인저는 인간이다. 물론 우리가 감안해야 할 것은 인간 또는 인류라는 말의 추상성이다. 인간 또는 인류라는 말 속에는 불평등과 차이가 숨겨져 있다. 가령 세계 인구의 5퍼센트를 차지하는 미국은 온실가스의 18퍼센트를 배출하고, 세계 인구의 16퍼센트를 차지하는 아프리카 사람들은 온실가스의 4퍼센트를 배출할 뿐이다.(224 페이지) 어떻든 인간은 우리보다 앞서 세상을 바꾼 월드 체인저들에 의해 고정되어 오랜 세월 묶여 있던 탄소를 경악스러운 속도로 공기 중으로 풀어놓기 시작했다.
지구에 존재하는 거의 모든 원소가 그렇듯 세상의 거의 모든 탄소도 암석에 들어 있다. 산업혁명이 일어나기 전까지 지구의 역사를 통틀어 암석에 묻혀 있던 탄소가 그 암석으로부터 탈출할 수 있는 유일한 경로는 화산 분출뿐이었다. 순환 시스템 안에 들어 있는 탄소의 총량은 어느 해나 똑같다. 적어도 인간이 존재하기 전에는 그랬다. 인간이 화석연료를 발견했을 때 탄소 순환에서 빠른 변화는 전혀 다른 의미를 갖게 되었다. 계산에 따르면 인간은 식물이 광합성으로 400년 동안 축적한 에너지를 1년에 태우고 있다.(‘burning buried sunshine’ 참고) 화석 연료의 연소는 깊은 땅속에 파묻혀 느린 탄소 순환에 갇혀 있던 탄소를 꺼내 빠른 탄소 순환으로 몰아넣는다. 순환하는 탄소의 총량을 급격하게 증가시키는 것이다.(91 페이지)
지구 생명의 역사를 통틀어 인간은 느린 탄소 순환과 빠른 탄소 순환 사이에 다리를 놓은 최초의 유기체다. 지구상의 모든 곳에서 탄소는 점점 더 많이 발생하고 있다. 대기로 흘러 들어가는 탄소, 해수에 녹아드는 탄소, 땅속에 저장되는 탄소도 점점 증가한다. 산업혁명기인 1850년대부터 화석연료 연소의 직접적인 결과로 공기 중의 탄소량은 거의 40 퍼센트 가까이 증가했다. 우리가 화석연료의 연소를 중단하거나 공기 중의 이산화탄소를 포획하여 암석에 다시 집어넣는 방법 – 그것도 거의 상상할 수 없이 빠른 속도로 –을 발견하기 전까지 이 증가세는 멈추지 않을 것이다.
비록 똑같은 이산화탄소이지만 우리가 날숨으로 토해내는 이산화탄소와 자동차 배기구에서 배출되는 이산화탄소 사이에는 차이가 있다. 전자는 이미 순환하고 있던 탄소다. 언젠가 식물이 흡수했던 이산화탄소가 그 식물을 먹은 누군가의 몸에 들어갔다가 약간의 시간이 흐른 후 다시 공기 중으로 되돌아가기 때문이다. 화석 연료를 태우는 것은 다르다. 새로운 탄소를 등장시키는 것이다. 하루에도 최저 기온과 최고 기온 사이의 3.89도의 차이는 거의 매일 발생한다. 그런데 고작 그 정도의 차이로 어떻게 1만 년 전 남쪽의 뉴욕 시 위치까지 확장되었던 빙상이 지금은 다 녹아 북아메리카에서는 더 이상 볼 수 없게 되었을까? 기온의 일교차 또는 계절 간 차이가 3.89도라면 큰 차이가 아닌 것처럼 보일 수 있지만 장기간에 걸쳐서 지구의 평균기온이 그 정도의 차이를 보인다면 지구의 기후에 극적인 차이를 가져온다.
1815년 남태평양의 탐보라 화산이 폭발해서 햇빛을 가릴 정도로 많은 양의 화산재가 분출되었다. 이때 지구 전체적으로 농사가 망했고 기아 사태가 벌어졌다. 1816년은 여름이 없는 해로 기록되었다. 이 화산 폭발로 지구의 평균 기온은 얼마나 떨어졌을까? 고작 0.55도였다. 지구 평균기온에 아주 작은 변화만 생겨도 그 결과는 매우 크게 나타난다. 지구의 평균기온이 올라가려면 극지방에서 적도 지방까지 지구상 모든 장소에서 실질적으로 시스템 전체에 더 따뜻해지는 방향으로 동시적이고 심대한 변화가 있어야 한다. 수많은 구성원 또는 구성 요소가 있는 집단에서 어떤 평균 수치를 변화시키려면 한 방향으로 작용하는 매우 큰 추동력이 있어야만 한다. 평균적인 수치를 보면 아주 작은 변화가 지구 전체로는 매우 큰 변화를 일으키는 또 하나의 이유는 그 평균치가 극단적인 경우에 빈도수에 영향을 미친다는 것과 관련이 있다.
마지막 빙하기 이후 수천 년이나 걸리긴 했지만 지구 평균 기온이 3.8도 오른 영향은 매우 크다. 1만 년 전 캐나다와 미국 북부 대부분이 얼음으로 덮여 있었지만 오늘날 미국에는 영구 얼음층이 없다는 사실만 보아도 알 수 있다. 1856년 유니스 푸트(Eunice Foote; 1819 – 1888)가 처음 발견한 이래 우리는 온실가스가 열을 가둔다는 사실을 두 세기 전부터 알고 있었다. 푸트는 이산화탄소 기체가 열을 흡수하는 놀라운 능력 즉 지구 온난화의 주요 원인이라는 사실을 최초로 기술했다. 몇 년 후인 1861년 아일랜드 과학자 존 틴달은 이산화탄소의 열 흡수율을 측정했다. 그는 "빛에는 매우 투명한" 물질이 열을 그토록 강하게 흡수한다는 사실에 너무 놀라 이 단일 물질로 수백 번의 실험을 했다고 한다. 저자는 에너지를 쓰는 방법(화석 연료 일변도)을 바꾸기를 거부하면 앞선 두 유기체(시아노박테리아, 식물)가 맞았던 것과 비슷한 기후 절벽으로 떨어지지 않는다고 자신할 수 없다고 말한다.
컴퓨터로 기후 모델을 만들기 위해서는 기후와 중요한 관련이 있는 물리학, 화학, 수학을 이용하여 우리가 기술할 수 있는 모든 과정들을 포함해야 한다. 예를 들면 지구의 각 지점에 얼마나 많은 양의 햇빛이 떨어지는지, 시간이 지나면서 그 햇빛의 양이 어떻게 변하는지 알아야 할 필요가 있다. 대기 중의 온실가스 농도를 알아야 하고 그 농도가 시간에 따라 어떻게 변해왔는지도 알아야 한다. 지표면이 햇빛을 얼마나 잘 반사하는지에 대한 정보도 필요하다. 그 반사율에 따라 지구에 흡수되어 지표면을 달구는 햇빛의 양이 얼마나 되는지 알 수 있기 때문이다. 우리가 알아야 할 정보의 목록은 끝이 없을 것이다. 또한 우리가 알아야 할 각각의 정보에 대해서 다른 모든 것이 변할 때 그 정보가 어떻게 변할지를 방정식으로 기술할 수 있어야 한다.
어떤 모델이 인간이 배출한 온실가스가 기후 변화의 원인이라는 논리를 합리적인 의심을 뛰어넘을 정도로 증명하는 데 유용한지를 우리가 어떻게 알 수 있을까? 저자는 1990년대 모델은 지난 30년간 아주 훌륭하게 기후변화를 예측해왔다고 말한다. 지난 30년 동안 있었던 인간의 온실가스 배출을 놓고 보면 우리는 그 모델들이 예측했던 바로 그 상황에 처해 있다. 한 마디로 그 모델들은 미래를 예측하는 데 아주 유용하다고 아주 확실하게 믿을 수 있을 만큼 아주 훌륭하게 작동하고 있다.(133 페이지) 자연의 변수만으로는 지난 50년 동안 있었던 극적인 온난화 경향을 설명할 수 없다. 인간의 온실 가스 배출이라는 변수가 없이는 지구의 기후에 일어난 변화를 설명하는 신뢰할 방법은 없다.
인류는 1850년 이래 지금까지 약 2조 5천억 톤의 이산화탄소를 배출했다. 그 대부분이 지난 수십 년 사이에 배출되었고 지금은 매년 500억 톤 가량을 배출하고 있다. 기온 상승을 1.6 - 2.2도 수준에서 머무르게 하려면 앞으로 인류에게 허용된 이산화탄소 배출량은 약 5천억 톤에 불과하다. 현재 배출량으로 따지면 10년 밖에 시간이 없다.(이 책의 원서가 나온 것은 2023년이다.) 10년은 아주 짧은 시간이다. 인류는 세상을 바꾸는 속도에서는 그 어떤 생명체와도 비교할 수 없는 독특한 존재다.
저자는 기후변화와 탄소 순환의 변동은 그 속도를 크게 줄일 수 있고 정치적 의지만 있다면 완전히 멈출 수 있다고 말한다. 그런데 인류가 정말 그렇게 하지 말지는 두고 볼 일이지만 이미 행동할 시점이 너무 오래 지났다는 것은 분명하다.(187 페이지) 인간은 탄소화합물이 가득한 식물성 식량과 동물성 식량을 먹고 그 화합물을 분해해 에너지를 얻고 날숨으로 이산화탄소를 내뱉는다. 이 과정에는 변화도 다양성도 없다. 우리는 화학적으로 그렇게 만들어졌다. 지구의 탄소순환을 바꿔 놓은 것은 우리 몸 안에서 일어나는 화학반응이 아니다. 우리 몸 내부에서 일어나는 화학 반응이 지구의 탄소 순환에 남기는 흔적은 아주 제한적이다.
다른 월드 체인저들과 달리 인간은 체외에서 막대한 양의 탄소 기반 에너지를 소비한다. 화석연료를 태워 얻는 에너지로 우리는 난방을 하고, 차를 운전하고, 공장을 돌려 상품을 생산한다. 기후 변화의 주요 원인은 이렇게 인간 체외에서 일어나는 에너지 소비다. 체내 소비와 체외 소비의 비는 1; 25다. 1인당 2천 칼로리; 5만 칼로리다. 미국인들과 그 외 다른 나라 사람들의 평균적 에너지 소비량을 비교하면 거의 1; 100이다. 결론은 인간이 발생시키는 온실가스의 70퍼센트 정도를 배출하는 화석연료의 연소를 중단해야 한다는 점이다. 온실 가스를 배출시키고 않고 전기를 생산하는 다른 방법으로 핵융합이 있다. 핵융합은 고에너지 수소 원자를 서로 충돌시켜 헬륨을 생성하는 과정에서 방출된 에너지를 이용하는 방법이다. 태양이 바로 이 방법으로 막대한 열을 만들어낸다. 핵융합은 방사성 폐기물을 남기지 않고 온 우주에서 가장 흔한 원소인 수소를 이용한다는 점에서 한동안 발전의 성배로 떠받들어졌다.
문제는 핵융합 반응을 유도하기 위해서는 이 방법으로 생산되는 가용 에너지보다 훨씬 더 많은 에너지를 투입해야 한다는 사실이다. 몇몇 물리학자들에 따르면 앞으로 10년 후면 핵융합도 이용 가능한 발전 기술이 될 것이라고 한다. 이런 예언은 과거에도 있었지만 정말로 그 예언이 현실이 된다면 핵융합 발전은 진정한 게임 체인저가 될 것이 분명하다.(245 페이지) 모든 부분에서 정부와 기업 그리고 민간 부분의 역할이 중요하다. 온실가스를 배출하지 않는 에너지 사용에 대한 커다란 사회적 요인이 형성되지 않는다면 우리는 기후변화를 늦추고 최종적으로는 멈추는 데 성공할 수 없다. 개인의 행동을 강조하다 보면 대규모의 정치적 사회적 변화를 이끌어내는 데 소홀해질 수 있다는 지적도 일리가 있다.
그러나 특히 주택과 승용차의 경우 더욱 깨끗한 에너지 생산을 위해 개인이 할 수 있는 일이 있고 정부가 엉금엉금 기여하는 동안에도 개인들의 행동이 온실가스 배출을 직접적으로 줄일 수 있다. 물론 각 개인이 화석연료를 태워 얻는 전기로부터 멀어지도록 하는 규제 행위도 필요하다. 획기적인 기술의 발달도 필요하다. 세상을 바꾸는 우리의 선조들과 우리 사이에 있는 아주 커다란 차이가 있다는 이야기로 돌아가지 않을 수 없다. 우리는 우리가 원치 않는 부산물이나 부작용 없이 우리가 원하는 에너지를 얻을 수 있다. 그 결정적인 차이를 충분히 활용할 의지가 우리에게 있는지 여부를 시간이, 얼마 남지 않은 시간이 곧 말해줄 것이다.

[엘리멘탈] 너무 재미 있다.

벤투의스케치북 — Fri, 13 Mar 2026 19:13:00 +0900

지질 글에서 다룬 적 있는 시아노박테리아(남세균)에 대해 새로운 사실을 알게 되었다. 질소 고정을 영어로 무엇이라 하는지 검색하자 Nitrogen Fxation이라 알려준다. 이어서 cyanobacteria라 치니 Fixation이 자동 완성된다. photosynthesis before chemical synthesis?라 치니 맞다고 한다.
너무 재미 있다. 화학합성이 너무 신선했는데 사실 대산화사건(Great Oxidation Event)으로 직격탄을 맞은 생명체들이 심해 열수분출구/ 화산 분출구로 피해간 것. 산소가 없었기에 이산화탄소도 없었지만 메테인이 있어 온실효과를 만들어 지구가 살만한 곳이 되었지만 산소가 메테인을 파괴해 빙하기가 온 것.
천체의 움직임은 계산할 수 있어도 인간의 광기는 계산할 수 없다는 뉴턴의 말이 이해된다. 사회의 불규칙, 일탈, 불합리 등을 보며 자연질서는 너무도 정연하고 비약이 없다는 사실을 새삼 실감한다. 물론 내 독서가 자연과학 일변도로 보이겠지만 지금은 과도기일뿐이다. 자연과학 이후 사회과학/ 역사/ 철학이 아니라 자연과학과 함께 사회과학/ 역사/ 철학이다.

2021년 노벨 물리학상 수상자 중 한 명인 마나베 슈쿠로가 제시하는 기후의 실상 - [기후의 과학 - 지구 온난화를 넘어설 기후 물리학의 정석]

벤투의스케치북 — Thu, 12 Mar 2026 22:58:00 +0900

기후의 과학 - 지구 온난화를 넘어설 기후 물리학의 정석
마나베 슈쿠로.앤서니 브로콜리 지음, 김희봉 옮김 / 사이언스북스 / 2025년 09월

지구 표면의 온도는 20세기가 시작된 이래 계속 올라갔다. 기온은 1년, 10년, 수십 년 주기로 요동치면서도 지난 100년 동안 점점 증가했고 지난 수십 년 동안 비교적 크게 증가했다. 기후 변화에 관한 정부 간 협의체(IPCC; Intergovernmental Panel on Climate Change) 제5차 평가 보고서(2013년)에 “20세기 중반 이후에 관측된 온난화의 지배적인 원인은 인간의 영향이었을 가능성이 극단적으로 크다.”는 내용이 있다. 이 보고서는 관측된 온난화의 대부분이 인간의 활동에 따른 이산화탄소, 메테인, 아산화질소 같은 온실 기체의 농도 증가 때문일 수 있다고 결론지었다. 2007년 IPCC는 전 미국 부통령 엘 고어와 함께 노벨 평화상을 수상했다.
온실 기체는 대기에서 차지하는 함량이 매우 작지만 적외선을 강하게 흡수하고 방출해 지구 표면을 따뜻하고 거주 가능한 곳이 되게 하는 데 도움이 되는 온실효과를 일으킨다. 장기적으로 지구의 온도는 대기권 최상단으로 들어오는 알짜 태양 복사와 지구에서 빠져나가는 복사가 균형을 이루도록 유지된다. 복사 불균형은 지금 진행중인 지구 온난화와 일치하는 결과다. 지구 복사는 대부분 4 마이크로 미터보다 긴 파장에서 발생하고 태양 복사는 대부분 4 마이크로 미터보다 짧은 파장에 관련된다. 태양 복사는 단파(短波) 복사, 지구 복사는 장파(長波) 복사다.
지구의 장파 복사는 주로 수증기 때문에 스펙트럼의 많은 범위에 걸쳐 매우 강하게 흡수된다. 수증기를 통한 흡수가 비교적 적은 7~20 마이크로 미터 사이에 이른바 대기의 창이 있어서 이산화탄소, 오존, 메테인, 아산화질소가 매우 강하게 흡수된다. 온실 효과는 하늘을 덮는 구름 때문에 일어나기도 한다. 구름은 대기 전체에서 일어나는 온실 효과의 약 20%를 차지한다. 구름은 태양광을 반사하는 알베도 효과도 낸다. 구름이 일으키는 태양 복사의 반사가 온실 효과를 압도한다. 구름은 지구의 열 균형에서 알짜 냉각 효과를 일으킨다.
수증기는 강력한 온실 효과의 주요 원인이다. 이산화탄소는 대기 중에 오래 머물고 수증기는 짧게 머문다. 온실 효과는 지구 표면을 따뜻하고 거주 가능한 기후로 유지하는 데 있어서 필수적이다. 대기 중 이산화탄소 농도가 2배로 증가하면 지표면과 대류권에서는 온도가 상승하지만 성층권에서는 냉각이 일어난다.(67 페이지) 위성 마이크로파 즉정과 소형무선기상 장비 측정 결과 밝혀진 바로는 성층권의 지구 평균 온도는 지난 수십 년 동안 감소해 왔다.(68 페이지) 이는 지구 온난화를 간접 증거한다.
이산화탄소 증가는 대류권(하층 대기)의 온난화를 유발하는 한편 성층권 및 상층 대기의 냉각을 일으킨다. 이산화탄소 농도가 증가하면 지표 근처에서 방출되는 적외선 복사를 더 많이 가두어 온난화가 일어나지만 밀도가 낮은 상층 대기에서는 증가한 이산화탄소가 우주로 향하는 열을 증가시켜 수축과 냉각을 유발한다. 그 이유는 그곳에서는 공기가 너무 희박해서 분자들이 방출된 적외선 복사를 재흡수하지 못하기 때문이다.(대류권을 영어로 troposphere라 한다. 변한다는 의미의 어원을 갖는다. 성층권을 영어로 stratosphere라 한다. 층이 졌다는 의미의 어원을 갖는다.)
대류권에서는 고도가 높아질수록 기온이 점차 낮아진다. 성층권에서는 처음에는 일정하게 유지되다가 일정 고도를 넘으면 오히려 따뜻해진다. 이를 이렇게 풀어서 이야기할 수 있다.
<워싱턴 D.C.와 이후 뉴저지주 프린스턴에 있는 NOAA(미국해양대기청)의 GFDL(지구물리유체역학연구소)에서 근무한 마나베는 GFDL의 초대 소장인 조셉 스마고린스키와 함께 대기의 3차원 모델을 개발했다. 첫 단계로 마나베와 웨더럴드(1967)는 수증기의 양의 되먹임 효과를 고려한 복사-대류 평형 상태의 1차원 단일 열 대기 모델을 개발했다. 수증기 피드백 즉 따뜻한 공기가 더 많은 수증기를 함유할 수 있어 온실 효과를 증가시킨다는 사실을 나타낼 수 있게 해주도록 개선한 시스템을 바탕으로 기후 민감도를 재계산할 수 있었다. 대기 중 이산화탄소 농도가 두 배로 증가할 때 기온이 2.3°C 상승한다는 그들의 결과는 기후 과학의 역사는 물론 기후 모델링 역사에서도 중요한 결과로 생각할 수 있다. 그들은 이 모델을 사용하여 대기 중 이산화탄소 농도 변화에 따라 지표면과 대류권에서는 온도가 상승하는 반면 성층권에서는 온도가 하강한다는 것을 발견했다.>라고.
기후 과학의 가장 어려운 과제 중 하나는 기후 민감도를 신뢰성 있게 추정하는 것이다. 기후 민감도란 충분히 긴 시간에 걸쳐 특정한 열 강제력이 주어졌을 때 일어나는 지구 평균 표면 온도의 반응을 말한다. 1966년 11월 마나베 슈쿠로는 최초의 현대 기후 모델을 개발했다. 임페리얼 칼리지 런던의 명예 교수이자 대기 물리학자인 조안나 헤이그는 마나베의 모델에는 온실 효과를 추정할 때 다른 사람들이 간과했던 두 가지 핵심 요소가 포함되어 있었다고 말한다. 하나는 대류 조정으로 대기 중 기체가 들어오는 태양 복사열과 지면에서 반사되는 열에 반응하여 움직이는 방식을 설명한다.
마나베 모델의 또 다른 핵심 요소는 수증기다. 대기가 따뜻해지면 온실가스인 수증기를 더 많이 함유할 수 있게 된다. 이는 양의 피드백 루프를 발생시킨다. 대기가 따뜻해질수록 더 많은 수증기를 함유할 수 있게 되고 결과적으로 대기는 더욱 따뜻해진다. 따라서 건조한 계산(dry calculations)을 했던 과학자들은 이산화탄소의 온난화 효과를 과소평가했다고 헤이그는 말한다. 건조한 계산이란 수분(물)을 제외하고 고형분(固形分; dry matter)만을 기준으로 성분을 분석하는 방식이다. 고형분이란 액상 제품의 수분을 모두 증발시켰을 때 남는 유효성분의 함량(%)을 뜻한다.
2021년 마나베는 클라우스 하셀만, 조르주 파리시 등과 함께 노벨 물리학상을 수상했다. IPCC의 2007년 평화상 수상, 마나베 등의 2021년 노벨 물리학상 수상은 모두 기후와 관련된 업적을 인정받은 결과다. 기후 문제 해결은 평화와 직결되며 그 메커니즘 해명은 물리적 의미를 지닌다고 말할 수 있다. 그렇다면 마나베의 업적은 어느 정도의 지질학젹 의미를 지닐까? 그의 기후 분석은 지질 시대에 걸쳐 지구 표면, 해양, 대기가 어떻게 상호작용하는지 이해함으로써 지질학과 밀접하게 연결된다.
또한 그의 해양-대기 모델은 대륙 배치 및 대기 조성과 같은 경계 조건을 변경하여 과거의 지질 시대를 시뮬레이션할 수 있게 해준다. 노벨상에 지구과학 분야는 없다. 그러나 베틀슨(또는 베틀레센) 상이 있다. 1959년 뉴욕에 본부를 둔 G. 웅거 베틀레센 재단이 제정한 이 상은 "지구, 지구의 역사 또는 우주와의 관계에 대한 더 명확한 이해를 가져오는 과학적 업적"에 수여하는 상으로 지구과학 분야의 노벨상에 해당한다. 물론 이 상도 물리학자 또는 지구물리학자가 많이 수상했다. 해수면 상승 추이를 도표화하고 이를 기후 변화와 연관시킨 선구적인 연구를 한 지구물리학자 아니 카제나브(2020년), 지구 내부 작동 원리를 밝혀낸 심지구(深地球) 탐험가이자 물리학자 데이비드 콜스테트(2023년) 등이 대표적이다.
이는 물리학이 자연과학의 기본에 해당하는 학문이기 때문이다. 6,500만 년 전 대멸종이 단순히 느린 동일과정설적 과정이 아니라 거대한 소행성 충돌에 의해 발생했음을 증명하여 지구과학을 혁신적으로 바꾼 공로를 인정받은 월터 알바레즈(2008년)가 가장 유명한 지질학자다.
중요한 사실은 지구 표면의 온난화 규모가 두 반구에서 비대칭적이라는 점이다.(208 페이지) 북반구에서는 위도 증가에 따라 온난화가 증가해 북극해에서 최대가 된다. 남반구의 고위도에서는 온난화가 비교적 작다. 북반구 고위도에서 온난화가 큰 것은 지구로 들어오는 일사(日射)의 많은 부분을 반사하는 해빙(海氷)과 적설(積雪)이 북극에 몰려 있기 때문이다. 남반구의 고위도에서 온난화가 작은 것은 남극해 연안 근처뿐 아니라 남극해의 방대한 지역에서 일어나는 심층 대류 때문이다. 마나베는 물 순환에 미치는 영향을 평가하는 연구를 했다. 온도가 증가하면 포화 증기압이 커진다.
이에 따라 물이 더 많이 증발한다. 증발이 많아지면 강수도 많아지고 지구 전체의 물 순환이 빨라진다. 이에 따라 파괴적 폭우가 내리는 지역이 생긴다. 지구 전체의 물 양은 일정하기에 다른 지역은 가뭄에 시달릴 수 있다. 화석 연료 연소로 인한 기온 상승이 지구의 대기를 더 거대한 스펀지로 만들어 물 순환을 더 강력하고 불규칙하게 변화시킨 결과다. 독일의 기상학자 프란츠 마울스하겐의 말을 기억할 필요가 있다. “기후 변화 앞에서는 전세계가 궁극적으로 운명 공동체다.” [기후의 과학]의 원제는 [지구 온난화를 넘어서(Beyond Global Warming)]다. 기후 변화에 대해 경각심을 주기보다 관련 메커니즘을 밝히는 쪽의 서술 방향을 보였기 때문이라는 생각이 든다.좋아요

과학의 눈으로 해명, 분석 하는 놀라운 먼지 이야기 - [먼지 - 거실에서 우주까지, 먼지의 작은 역사]

벤투의스케치북 — Wed, 11 Mar 2026 06:58:00 +0900

먼지 - 거실에서 우주까지, 먼지의 작은 역사
요제프 셰파흐 지음, 장혜경 옮김 / 에코리브르 / 2024년 07월

인간을 별의 먼지라 부르는 사람들 사이에서 천체물리학자 마틴 리스는 인간은 핵 폐기물이라고 말했다. 그의 [여섯 개의 수]에 이런 구절이 나온다. “먼지 입자는 자주 충돌해서 서로 들러붙어 울퉁불퉁한 덩어리가 된다. 이 덩어리가 다시 합쳐져서 더 큰 덩어리가 되고 그것들이 병합해서 행성이 된다. 우리 태양계는 이런 과정을 거쳐 원시 태양 원반으로부터 형성되었다.”
요제프 셰파흐의 [먼지]의 주인공은 먼지다. 하지만 먼지 외에 다른 존재들도 중요하게 다루어졌다. 에어로졸, 플랑크톤 등이 그것들이다. 에어로졸은 러시아 물리학자 니콜라이 알베르토비치 푹스가 1955년에 처음 쓴 말로 부유(浮遊)하는 입자, 공기, 기체 혼합물을 의미한다. 책의 부제는 ‘거실에서 우주까지. 먼지의 작은 역사’다. 열 아홉 챕터로 이루어진 책의 18부는 ‘블랙홀; 거대한 먼지 괴물‘이고 19부는 ’먼지에서 먼지로‘다.
첫 문장은 아니지만 앞 부분의 주요 대목에서 저자는 “처음에는 먼지가 없었다. 원시 가스뿐이었다.... 우리의 은하수 같은 2세대 은하계에 이르러서야 그 열기를 데려갈 수 있는 먼지가 생겼다. 이 먼지는 우리 몸에서도 발견할 수 있는 무거운 원소들로 구성었다.”는 말을 한다. 인간은 별의 먼지라는 말, 나아가 핵 폐기물이라는 말은 이로부터 유래했다.
초기 우주의 먼지 대부분이 초신성에서 탄생했다. 이어지는 글에서 저자는 주기율표에 대해 충분한 앎을 제공한다. 저자는 초신성에 대해 “이제 별은 자신의 물질을 먼지 형태로 우주에 되돌려준다. 돌을 만드는 결정 물질인 규소 먼지, 대리석에 든 산화마그네슘 먼지, 지구에서 오염도에 따라 루비나 사파이어로 부르는 강옥(鋼玉) 즉 산화알루미늄 먼지다.”라고 설명한다.
먼지는 어떤 물질인가? 먼지 한 조각에서 유전자 조각을 수 조(兆)개 찾을 수 있다. 석기 시대 인간은 먼지를 이용할 줄 알면서 불을 피울 수 있었다. 부싯돌 두 개를 충돌시킨다고 불이 생기지는 않는다. 황철석(pyrite)이 있어야 한다. 이 두 가지를 충돌시켜야 먼지 조각에서 눈에 보이는 불꽃이 튄다. 가장 오래된 벽화는 네안데르탈인이 그린 것으로 적철석(hematite)의 비율이 높은 돌가루를 사용했다. 스페인 동굴 벽화는 구석기 시대 호모 사피엔스(현생 인류)의 작품으로 여겨지다가 최근 연구에 의하면 약 6만 4천 년 전 즉 현생 인류가 유럽에 출현하기 2만 년 전에 그려진 것으로 밝혀졌다.
돌가루를 다른 말로 먼지라 한다. 이런 내용들을 감안하며 헤아려야 할 먼지의 정의는 무엇일까? 먼지란 표면에 쌓이거나 공기 중에 떠다니는 흙, 꽃가루, 파편과 같은 미세하고 가루 같은 물질을 말한다. 가장 흥미로운 사실은 대양의 플랑크톤과 비슷하게 대기 중에도 미생물이 우글거린다는 점이다. 지표면에서 소용돌이쳐 오르는 에어로 플랑크톤이 그것이다.
본문에 인간 산화장(酸化場)이란 말이 나온다. 실내 오존이 피부의 기름기 및 지방과 반응할 때 호흡기 주변에 형성되는 눈에 보이지 않고 반응성이 높은 수산화 라디칼(OH)의 헤이즈(haze; 아지랑이)를 말한다. 이론(異論)이 있지만 꽃가루 즉 화분(花粉)도 먼지로 분류된다. 우리는 꽃가루가 자연의 가장 소중한 먼지라는 사실을 잘 안다는 것이 저자의 주장이다.
그와 관련된 찰스 다윈의 이야기도 흥미롭다. 그는 “꽃은 언제, 어떻게 진화했는가?”에 대한 답을 얻기 위해 평생 애썼다. ’꽃의 승전(勝戰)은 백악기에 시작되었다. 지질학의 잣대로 보면 그리 오래전은 아니다. 지구 역사를 1시간이라 가정하면 꽃은 이제 막 90초 전에 등장했으니 말이다.“
저자도 언급한 석면(石綿)은 어떤가. 석면을 영어로 aesbestos라 한다. 이 단어의 어원은 불멸(不滅)의, 꺼지지 않는 등의 말이다. 석면은 본질적으로 먼지가 아니라 자연적으로 발생하는 섬유상 규산염 광물 그룹이지만 이 물질이 손상되거나 구멍이 뚫리거나 부서지면 미세한 막대 모양의 섬유를 방출하여 아주 위험한 공기 중 먼지 역할을 한다.
먼지 해명에 물리학적 지식도 동원되었다. 독일의 물리학자 구스타프 미(Gustav Mie; 1868-1957)에 의하면 입자의 집합에서 작은 입자 옆에 큰 입자가 존재하면 빛은 언제나 파장과 관계없이 모든 방향으로 산란한다. 이런 산란을 구스타프 미의 이름을 따서 미(Mie) 산란이라 한다. 이 결과 먼지 입자는 회색으로 보인다. 먼지는 (증가하는) 엔트로피의 산물이다.
‘철과 함께 빙하기로?‘란 글도 흥미롭다. 해양학자 존 마틴은 ”나에게 유조선 절반을 채울 수 있는 철을 다오. 내 너희에게 빙하기를 선물할 것이다.“란 말을 했다. 식물성 플랑크톤이 먹는 것이 철분이다. 생존, 번식, 광합성을 위해서다. 이들은 광합성을 통해 대기 중 이산화탄소를 흡수하고 산소를 배출해 지구 온난화를 완화하고 대기 온도를 낮추는 중요한 역할을 한다고 알려졌다. 이렇게 존 마틴의 말에는 일리가 있다. 이는 빙하기 먼지의 철 함량이 간빙기 먼지의 철 함량보다 15~20배 더 높은 데서 기인한다. 물론 철은 순수 금속 형태로 존재하는 경우는 극히 드물다. 철은 산소와 쉽게 반응해 다양한 산화철이 된다.
임페리얼 칼리지 런던의 매슈 겐지(Matthew Genge)는 화산 폭발이 이온권의 합선을 유발해 구름 형성을 자극함으로써 폭우가 쏟아지게 한다고 말했다. 이는 1815년 나폴레옹의 워털루 전투와 그 이듬해의 여름 없는 해로 연결되는 사건을 두고 한 말이다. 당시 여름이 없었던 것은 인도네시아 탐보라 화산 폭발로 발생한 먼지가 햇빛을 흡수해 지구로 유입되는 빛의 양을 줄였고 거대한 먼지 구름이 세상을 뒤덮었기 때문이다. 매슈는 화산재가 대기권 하층에 붙들려 있지 않고 정전기력이 추가되면 부력 하나만 있을 때보다 재가 훨씬 더 높이 뜰 수 있다고 말했다. 이온권은 지표면에서 100km 높이다. 탐보라 화산 폭발은 수천 km가 넘는 유럽에까지 영향을 미쳤다.
블랙홀 주변의 소용돌이에서 물질의 흐름은 거대한 먼지 공장이 된다. 맨체스터 대학교의 시스카 마그윅캠퍼(Ciska Markwick Kemper)는 수많은 물질이 먼지 알갱이로 갈려 블랙홀의 회오리바람에 달려간다고 말한다. 블랙홀 퀘이사 PG 2112+059 주변의 회오리바람을 연구한 그녀는 그곳에서 암석을 만드는 광물, 산화알루미늄, 산화마그네슘, 지구에서 발견된 수많은 다른 물질들 – 지구 유기체의 몸에도 들어 있는 화학 원소 –을 대량 확인했다. 현재 제임스 웹 우주망원경이 이 초기 우주의 암석 형성 촉매를 찾고 있다. 어떤 것을 찾든 천문학의 새 시대가 열릴 것이다. 그렇게 되면 태초에 별과 은하가 있었던 게 아니기 때문이다. 태초에 블랙홀이 있었다.(205 페이지)
마지막 챕터에 나오는 빙장(氷葬)이 눈에 띈다. 시신을 영하 196도씨의 액화 질소에 담가 냉동 먼지로 만드는 방식이다. 저자의 스케일 또는 글솜씨를 느낄 수 있는 대목은 가장 마지막에 나온다. 최대한 오래오래 지상에 남고 싶어 하는 사람들에게 미라화 장례를 제공하는 것을 보며 저자는 제아무리 비싼 방법을 택한다 해도 인간이 지구의 종말을 넘어 살아남지는 못한다고 말한다.
이 구절만 읽으면 별것 아닌 말로 들린다. 하지만 이어지는 말은 다르다. 50억-60억 년 후면 태양의 내부 연료가 바닥을 드러낸다. 껍데기에는 아직 수소가 남아 있다. 그곳에서도 핵융합이 일어날 때까지 수소는 계속 가열된다. 그 과정에서 방출된 에너지로 인해 태양은 지금 크기보다 100~150배 팽창해 붉게 빛날 것이다. 아마 지금보다 약 40퍼센트 더 밝을 것이다. 그러면 대양이 증발해 지구는 먼지로 가득할 것이다.
언젠가 태양은 화장터가 될 테고 그 안에서 지구는 다시 없어질 것이다. 지구의 구성 성분 - 수정, 화강암, 철, 금, 마그네슘, 규소로 이루어진 먼지 – 은 태양풍에 휩쓸려 방황할 것이다. 태양이 단말마의 비명을 지르며 마지막 남은 연료를 껍질에서 펌프질하려면 먼지는 그 충격파로 인해 덩어리가 될 것이다. 약 10의 14 제곱 년이 지나면 지금 우리가 잘 아는 가장 오래된 별들도 불타 없어질 테고 우주는 암흑이 될 것이다. 10의 36 제곱 년이 지나면 모든 물질이 녹아 없어질 것이다.
물리학자들은 그때가 되면 양성자가 분해될 것이라 예상한다. 우주를 구성하는 물질 중에서는 전자, 양전자, 광자만 남을 것이다. 장엄한 시나리오가 아닐 수 없다. 일미진중함시방(一微塵中含十方)의 과학적 버전이라는 생각이 든다. 새삼 ”...너는 흙이니 흙으로 돌아갈 것이니라...“(창세기 3장 19절)란 성경 말씀이 맥락 있게 다가온다. 책의 분위기에 취해 일시적인 감상에 든 것인지 모르나 세상의 모든 분별이 허망하게 느껴진다.

요제프 셰파흐의 [먼지]를 다시 읽어야

벤투의스케치북 — Tue, 10 Mar 2026 19:20:00 +0900

요제프 세파흐의 [먼지]를 다시 읽을 필요를 느낀다. 이 책에 플랑크톤 이야기가 나온다. 플랑크톤도 두 종류로 나뉜다. 동물성 플랑크톤(zooplankton)과 식물성 플랑크톤(phytoplankton)이다. 미항공우주국에서 운영하는 PACE 사이트의 P가 바로 플랑크톤이다. A는 에어로졸(Aerosol)이다. 에어로졸의 일종이 미세먼지(fine dust)다. C는 Cloud다. E는 ocean Ecosystem이다. 플랑크톤, 에어로졸, 구름, 해양 에코시스템은 중요 키워드들이다. 어제 읽은 프란츠 마울스하겐의 [꿰뚫는 기후의 역사]에도 플랑크톤 이야기가 나온다. 해수 온도가 상승할 때 콜레라균이 동물성 플랑크톤에 서식한다고 한다. 해수 온도가 오르면 식물성 플랑크톤이 확산하고 그들을 먹고 사는 동물성 플랑크톤이 번성하게 됨에 따라 콜레라균이 많아져 동물성 플랑크톤에 서식하다가 특정 생태학적 조건이 갖추어지면 인간에게 전파된다는 것이다. 이는 플랑크톤이 지닌 진면목의 일부에 해당한다. 기본적으로 지질학과 관련이 큰 존재가 플랑크톤이다. 사실 플랑크톤이 수수께끼 같은 존재가 아니라 시스템이 수수께끼 같다고 할 수 있다.