빙하의 의미에서 빙하 장례식까지, 기후 위기 시대의 묵직한 메시지

빙하여 안녕 - 기후 위기 최전선에 선 여성학자의 경이로운 지구 탐험기
제마 워덤 지음, 박아람 옮김 / 문학수첩 / 2022년 7월

빙하(氷河)란 말에서 하(河)는 강물을 의미하는 글자다. 이 단어가 들어 있는 것은 거대한 얼음 덩어리가 마치 강물처럼 아주 느리게 흘러가기 때문이다. 빙하는 거대한 자신의 무게에 눌려 얼음 결정들이 변형되면서 산비탈을 서서히 미끄러져 내려간다. 이는 빙하가 커다란 압력을 받으면 부피가 작은 물이 되기에 영하(1~2도)에서도 녹아 미끄러지기에 일어나는 현상이다. 빙하는 조용하고 수동적이며 죽어 있는 것 같지만 수십 년, 수백 년, 수천 년에 걸쳐 측정한 결과를 보면 빙하기에 확장되었다가 대기 중 탄소 농도가 높아지면 줄어들기를 반복하는 가장 민감하고 동적인 자연이다. 

빙하빙(glacier ice)은 빙하를 이루는 얼음을 의미한다. 빙하빙은 깊은 곳에서 엄청난 압력을 받아 빙하 가장자리로 밀려나오는데 오랜 세월에 걸쳐 서서히 압축되면서 기포가 전부 빠져나간 얼음이 흡수하지 못하는 색이 푸른 색이어서 푸른 색을 띤다. 빙하학자(박사)이자 모험가이자 작가인 제마 워덤(Jemma Wadham)은 온난화로 인해 빙하가 녹고 있는 현실을 주지시킨다. 빙하가 녹아 후퇴한 자리에는 거대한 호수들이 수없이 많이 생겨난다. 이를 빙하호(Glacial Lake)라고 부른다. 

빙하와 함께 있으면 마치 친구와 함께 있는 듯한 기분이 든다고 말하는 저자는 그린란드, 남극대륙, 스발바르, 칠레 파타고니아, 페루 안데스, 히말라야 등 전 세계 극지와 고산지대의 빙하를 가는 원정대를 25회 이상 이끌었다. 저자는 이를 통해 빙하 밑바닥에 수많은 미생물이 살고 있고 빙하가 녹으면서 바다로 보내는 풍부한 영양소(철분, 인 등)가 해양 플랑크톤을 키우고 지구의 기후를 조절하는 중요한 기작임을 밝혀냈다. 

빙하(Glacier)와 해빙(海氷; sea ice)은 구별된다. 빙하는 육지의 거대한 얼음 강이고, 해빙은 바다 자체가 얼어붙은 얼음판이다. 빙하는 산에서 녹은 물이 다시 얼어서 만들어진 것이 아니라 오랜 세월 동안 녹지 않고 쌓인 눈이 자신의 무게에 짓눌려 단단한 얼음(빙하빙)으로 변한 것이다. 빙하가 바다로 밀려 내려오다 부러져 바다에 떠다니는 조각을 빙산(Iceberg)이라고 부른다. 이 역시 민물 얼음이다. 

해빙은 육지와 상관없이 극지방의 차가운 바닷물 표면이 영하의 기온 때문에 직접 얼어붙은 것으로 소금기가 있어서 0℃가 아닌 보통 영하 1.8℃ 이하에서 얼기 시작한다. 얼음은 유동 속도가 빠를수록 하나의 몸체로 이동하기 어려워 크레바스와 빙폭(氷瀑)이 만들어진다. 지질학에서는 크레바스를 얼음이라는 암석에 가해진 인장 응력(Tensional Stress, 잡아당기는 힘)에 의한 취성 파괴(Brittle Failure)로 분석한다. 크레바스는 빙하가 현재 어떤 지형 위를, 얼마나 빠른 속도로, 어떤 힘을 받으며 흐르고 있는가를 표면에 그대로 찍어내는 지질학적 지문이다. 

빙하는 얼음 결정의 변형(완전히 단단한 고체 상태를 유지한 채 연성 변형), 얼음의 미끄러짐(압력으로 빙하가 녹는 경우), 빙하 아래 퇴적물의 변형 등 세 가지 방식으로 이동한다. 이를 어떤 빙하는 기어가고(creep; 얼음 결정 변형만 일어나는 경우), 어떤 빙하는 걸어가고(얼음 결정 변형과 활동성 이동이 일어나는 경우), 어떤 빙하는 전력질주(얼음 결정이 변형되고 지반 위를 미끄러져 내려가는 동시에 그 아래 퇴적물이 변형되는 경우)한다. 과학계에서는 빙하가 고체 상태로 움직일 때 빙하를 일종의 '고온 변성암'처럼 취급한다. 즉 바위가 열과 압력을 받아 휘어지는 것과 같은 원리로 보는 것이다. 

빙하의 최상부(0~50m 깊이)는 압력이 낮아 단단하고 부서지기 쉬운 취성 영역(Brittle zone)이다. 이곳에서는 얼음이 스트레스를 받으면 깨져서 크레바스를 만든다. 반면 50m보다 깊은 곳은 위에 쌓인 엄청난 얼음 무게로 인해 가해지는 압력(정수압)이 매우 높다. 이 깊이에서는 얼음 입자들이 서로 떨어지지 않고, 깨지는 대신 연성 영역(Ductile zone)으로 거동하게 된다. 

압력에 의해 얼음이 녹아 물처럼 흐르는가(기저 미끄러짐/압력 융해), 고체 상태로 유연하게 늘어나는가(연성 변형)를 결정하는 핵심 요인은 얼음의 온도와 압력의 크기다. 압력이 가해지더라도 얼음이 녹는점에 도달하지 못하면 얼음은 고체 상태를 유지하면서 서서히 영구적인 형태 변형을 일으킨다. 얼음의 온도가 압력 융해점보다 훨씬 낮은 영하 수십 도 상태(한랭 빙하)이거나 압력이 고르게 분산되어 특정 지점에 압력이 집중되지 않을 때다.

빙하는 내부 온도와 바닥면(기저부)의 상태에 따라 크게 두 가지 열 체제(Thermal Regime)로 분류된다. 온난 빙하와 한랭 빙하다. 빙하의 거대한 무게는 바닥면에 엄청난 압력을 가한다. 물은 압력이 높아지면 0℃보다 낮은 온도에서도 녹는 성질(압력 융점)을 가지고 있다. 온난 빙하는 두꺼운 얼음의 압력과 지구 내부에서 올라오는 지열 덕분에 바닥면의 얼음이 녹아 얇은 수막(물층)을 형성하게 된다. 이 물이 윤활유 역할을 하면서 빙하가 지반에 붙지 않고 미끄러져 내려갈 수 있게 만든다.

다시 말해 빙하는 바닥 지반(암반)에 단단히 얼어붙은 채 움직이는 빙하(한랭 빙하)와 지반에 얼어붙지 않고 그 위를 미끄러지듯 이동하는 빙하(온난 빙하)로 나뉜다. 빙하를 바라보았을 때 주변에 물이 콸콸 흐르고, 얼음 겉면에 흙돌더미가 잔뜩 섞여 있으며 표면이 거칠게 찢어져 있다면 육안으로도 지반에 붙지 않고 미끄러지는 온난 빙하임을 알아챌 수 있다. 한랭 빙하가 거친 흔적을 남기지 않는 것은 움직임이 매우 적으며 전 세계에서 가장 느리게 이동하기 때문이다.

저자는 물이 기억을 가지고 있다고 말한다. 이는 의사과학인 워터 메모리 가설(감정이나 정보를 물이 기억한다는 주장)이 아니라 빙하와 환경 과학 관점에서 물이 지구의 역사와 환경 변화의 흔적을 간직하고 있다는 의미다. 1) 수천~수만 년 동안 얼어붙은 빙하(얼음 상태의 물)는 그 당시의 대기 성분, 이산화탄소 농도, 화산재 등의 정보를 그대로 가두어 보존한다. 즉, 물이 과거 지구 환경의 '기억'을 품고 있는 셈이다. 2) 대기 중 이산화탄소가 늘어나 물이 산성화되거나, 도로의 염분, 화학물질 등이 녹아들어 유입되면 물은 그 성분 변화(총용존고형물 등)를 고스란히 담아낸다.(과학자들은 이를 센서로 측정해 낼 수 있다. 3) 빙하 아래 녹은 물(융빙수)이 단순한 무생물이 아니라 미생물이 가득한 활발한 생태계이며, 바다로 흘러가며 영양분과 탄소를 전달하는 지구의 생명줄 역할을 한다.

저자는 현장 탐사는 결코 연구가 주요 목적이 아니라는 것, 주요 목적은 생존이고 운이 좋다면 연구를 겸할 수 있을뿐이라는 중요한 사실을 깨달았다고 말한다. 저자는 빙하 아래의 생명에 대해서도 이야기한다. 빙하 아래에는 빛이 닿지 않는다. 부서진 암석과 물이 있을뿐이다. 그렇다면 이 깊고 어두운 지하 세계에서 생물이 생존할 수 있을까? 이 의문을 해결하기 위해 저자는 다시 황철석에 들어 있는 철과 황으로 눈을 돌렸다.

두 원소 모두 수십억 년 전 태곳적부터 지구상에 존재했다. 과학자들은 고대 지구에서 빛 대신 화학 에너지를 사용하는 화학합성 영양 생물이라는 미생물이 번성했다고 보고 있다. 지구상에서 일어나는 수많은 화학반응은 에너지를 방출하며 일부 미생물은 그것을 이용할 수 있기 때문이다. 예를 들어 빙하 밑에서 황철석이 산소와 반응한다면 암석의 황은 산화 반응을 통해 황산염으로 전환되고 여기서 생성되는 에너지로 미생물이 생존하고 성장할 수 있다. 다시 말해 미생물이 암석을 소비하면 생존한다는 뜻이다.

눈과 빙하의 차이가 있다. 눈의 재료인 얼음 결정 자체는 사실 물처럼 투명하지만 눈송이들은 매우 복잡한 육각 결정 구조를 지니고 있으며, 그 사이사이에 무수히 많은 공기 방울이 갇혀 있다. 햇빛(백색광)이 눈 표면에 닿으면 빛은 얼음 결정과 공기 방울의 수많은 경계면에 부딪히며 모든 방향으로 무작위로 튕겨 나가는 난반사(산란)를 일으킨다. 가시광선의 모든 색(빨강~보라)이 흡수될 틈도 없이 고스란히 튕겨 나와 합쳐지기 때문에 우리 눈에는 가장 밝은 색인 흰색으로 보인다.

빙하는 수천~수만 년 동안 눈이 계속 쌓이면서 엄청난 무게로 압축되어 만들어진 얼음이다. 이 강한 압력 때문에 얼음 속에 있던 공기 방울들이 대부분 밖으로 빠져나가고 매우 밀도가 높고 투명한 거대 얼음 결정만 남은 것이다. 공기 방울(반사 유발자)이 사라진 빽빽한 빙하 조직은 빛을 즉시 튕겨내지 않고 얼음 깊숙한 곳까지 통과시킨다. 물(H₂O) 분자는 본질적으로 파장이 긴 붉은색 계열(빨강, 주황, 노랑)의 빛을 잘 흡수하는 성질이 있다. 햇빛이 두꺼운 빙하 내부를 길게 통과하는 동안 붉은빛은 얼음에 모두 흡수되어 사라지고 파장이 짧아 흡수되지 않고 끝까지 살아남은 푸른빛 계열만 빙하 내부에서 산란되어 밖으로 빠져나오기 때문에 우리 눈에는 신비로운 푸른색으로 보인다.

빙하와 구별해야 할 것이 빙상이다. 빙하는 높은 산이나 고위도 지역에서 눈이 쌓여 다져진 얼음이 자체 무게로 천천히 흐르는 모든 얼음 덩어리를 지칭하며 빙상은 그 가운데서 면적이 5만 km²를 넘는 대륙 규모의 초대형 빙하를 말한다. 빙하 구혈(moulin; 溝穴)은 빙하 표면에 수직으로 뚫린 거대한 원통형 구멍으로 표면이 녹은 물이 빙하 바닥까지 흘러 들어가게 만드는 통로로 작용한다. moulin은 방앗간을 뜻하는 프랑스어다. 물이 떨어지는 모습이 방앗간의 물레방아를 닮았다고 하여 붙여진 이름이다.

어떻게 빙하 탐사와 같이 힘든 일을 하느냐는 질문을 받곤 한다고 말하는 저자는 목표가 리더의 것이 아니라 모두의 것이 되어야 한다고 생각한다고 말하며 "실패했다면 다시 시도해라. 다시 실패해라. 더 낮게 실패하라"는 사무엘 베케트의 구절을 인용한다.(116 페이지) 저자에 의하면 남극 대륙은 지구상에 마지막으로 남은 거대한 황무지다. 지금껏 인류가 뿌리내리지 못한 유일한 땅, 우리의 모든 상상을 뛰어넘는 미지의 땅으로 세계 지도에는 인간이 살 수 없는 흰색 공백으로 자리하고 있다.

저자는 170cm 키에 체중이 54kg에 불과한 자신은 극한의 활동을 즐길 만큼 튼튼해 보이지 않지만 실제로는 꽤 체력이 강인한 편이라고 말한다. 저자는 남극대륙에서 발견한 가장 의미 있는 것은 표면의 대기 온도가 무려 섭씨 영하 80도에 달하는데도 남극 빙상 하부의 상당 부분이 젖어 있다는 사실이라고 말한다.(166 페이지) 압력이 상당하면 부피가 작은 액체가 되려는 물의 성질로 인한 것, 지구 깊은 곳에서 올라오는 약간의 열과 빙하 저면의 암석 위로 얼음이 이동할 때 발생하는 마찰열 등이 두루 작용한 경우다.

2015년 파리 협정을 통해 전 세계 거의 모든 국가들이 지구의 평균 온도를 산업화 이전 시대와 비교해 섭씨 2° 이상, 이상적으로는 1.5° 이상 올리지 않겠다는 협약을 맺었다. 그러나 이 협약은 빙상이나 영구 동토층이 녹을 때 메테인이 야기하는 추가적인 온난화를 고려하지 않은 수치다. 빙상 아래 갇혀 있는 메테인 하이드레이트가 방출될 가능성이 분명히 존재하며 이를 감안하면 우리는 화석연료 배출량을 훨씬 더 많이 줄여야만 온난화를 파리 협정에서 약속한 수준으로 유지할 수 있다.(177 페이지) 흥미로운 점은 남극 깊은 곳에 메테인 하이드레이트가 숨어 있다고 해도 대기로 빠져나오기 전에 덜 해로운 이산화탄소로 전환될 가능성도 있다는 사실이다. 빙상 밑에 서식하는 다른 미생물군은 메테인을 이산화탄소로 전환하여 에너지를 얻기 때문이다.

저자는 매일 빙하로 건너 가는 길에 마치 연못에 잔물결이 펴지듯 조이스 빙하 앞으로 퍼져나간 울퉁불퉁한 빙퇴석 지대를 지나갔다고 말한다. 이 빙퇴석들은 이제는 소리도 없고 움직임도 없지만 과거에 빙하 주둥이가 전진했다는 증거라고 말한다. 빙퇴석(moraine)은 빙하가 이동하면서 산과 계곡을 깎아내고 운반해온 바위, 자갈, 흙 등이 빙하가 녹은 자리에 그대로 쌓여 만들어진 언덕이나 지형을 말한다.

저자는 자신이 파타고니아에 간 이유는 기후와 얼음, 물이 복잡하게 얽힌 현상을 연구하기 위해서였지만 그것만으로는 2016년 한겨울에 슈테펜 빙하 언저리에 소박한 텐트 안에서 오돌오돌 떨며 밤을 지새운 연유를 온전히 설명할 수 없다고 말한다. 그 뒤로 저자는 자주 자문해 보았다고 한다. 자신이 파타고니아를 찾은 것일까? 아니면 파타고니아가 나를 부른 것일까?(193 페이지)

저자는 글로프(GLOF)라는 것을 소문으로 들어 알고 있었다고 말한다. 글로프는 빙하호 범람(Glacier Lake Outburst Flood)의 줄임말이다. 최근 일어난 히말라야 빙하 붕괴에 의한 네팔 대홍수가 하나의 예다. 저자는 자신의 모든 빙하 탐사가 그랬듯 파타고니아에 간 것도 답을 찾기 위해서였지만 자신이 찾은 답은 더 많은 의문을 낳았다고 말한다.(217, 218 페이지)

히말라야는 산스크리트어로 눈이라는 뜻의 히마와 거처라는 뜻의 알라야가 합쳐진 이름이며 서로 교차하는 세계의 산맥인 힌두쿠시, 카라코람, 히말라야를 모두 포함하기도 한다. 히말라야와 그 일대의 산맥은 북극과 남극을 제외하고 지구상에서 빙하가 가장 넓게 분포한 지역이어서 제3의 극지라 불리기도 한다. 그린란드와 남극대륙은 높게 솟은 봉우리와 골짜기를 거대한 빙상이 모조리 뒤덮고 있지만 히말라야 산맥에는 5만 개 이상의 곡빙하가 최대 해발 8849m 높이에 이르는 높은 봉우리들에서 슬금슬금 내려오고 있다.

이 곡빙하들은 이 지역의 중요한 자원, 가장 기본적인 자원을 동결 상태로 저장하는 아시아의 급수탑이다. 히말라야의 빙하들은 크기와 모양이 다양하며 운동 방식도 저마다 다르다. 겨울에 빙체 위에 내린 눈을 가둬놓는 빙하가 있는가 하면 여름 몬순에 물을 가두는 빙하도 있고 초타 시그리처럼 여름과 겨울에 모두 물을 가두는 빙하도 있다. 육지에서 종결되는 빙하도 있고 호수로 혀를 내밀고 있는 빙하도 있다. 알프스의 많은 빙하와 달리 히말라야 빙하들은 표면이 매우 지저분하고 높은 곳에서 떨어진 거친 암석이 층층이 쌓여 있는 경우도 많다. 이러한 사실과 더불어 이곳의 빙하들은 3,000km 이상을 아우르는 산계에 걸쳐 있기 때문에 혹독한 날씨와 물자 수송을 감수하며 히말라야 빙하들을 탐사하기란 여간 어려운 일이 아니다.(233 페이지)

히말라야에는 암설(巖屑)이 많다. 히말라야가 세계에서 가장 빠른 속도로 침식을 겪고 있기 때문이다. 암설보다 훨씬 작게 쪼개진 것을 암분(巖粉)이라 한다. 저자는 빙하와 샘이 정화와 생명 잉태의 힘을 가진 살아 있는 여신의 영역이라는 발상을 더없이 매력적이라고 소개하며 자신은 이런 믿음을 배척하지 않는다고 설명한다.

저자는 2013년 여름 어머니가 세상을 떠나고 일주일 뒤 어머니와 기막힌 대화를 나눴다고 말한다. 당시 저자는 슬픔에 잠긴 채로 어둑한 어느 영매의 방에 앉아 있었다. 달콤하고 진한 향냄새가 방 안을 가득 메웠다. 저자에게는 보이지 않지만 영매에게는 보이는 영혼이 나타나 자신이 저자의 어머니라며 실제 어머니의 이름을 말했고 어머니의 병명과 마지막에 느낀 감정도 정확히 묘사했다. 심지어 저자가 어머니의 결혼반지를 끼고 있다는 사실도 알았다.

저자는 사람이 죽으면 실제로 한 영역에서 다른 영역으로 옮겨가는 것인지도 모른다고 생각하며 그곳을 나왔다고 말한다. 저자는 파키스탄 카라코람 북부의 길기트 발티스탄이라는 지역을 소개한다. 이곳에서는 많은 이들이 빙하를 살아 있는 존재로 간주하고 성별로 구분하기도 한다. 어둡고 느리게 이동하며 물을 거의 내주지 않는 빙하(암설 덮인 빙하)는 남성이고 흰색이나 푸른색으로 빛나고 많은 물을 내주는 빙하(깨끗한 빙하)는 여성이다.

저자는 현장 탐사를 할 때 극심한 불편도 잘 참아내는 습성으로 병을 키워 뇌종양 수술을 받기도 했다. 저자는 자신이 다룬 빙하들은 자신이 빙하 연구를 시작한 25년 전(2019년 기준)부터 지금까지 주변 대기와 바다의 온난화 수준, 그리고 각각의 특성 및 상황에 따라 정도의 차이가 있을 뿐 하나같이 계속해서 줄고 있다고 말한다. 2019년 8월 기후변화로 소멸 위기에 처한 첫 아이슬란드 빙하인 오크예퀴들의 장례식이 열렸다. 오크 화산의 빙하라는 뜻을 가진 오크예퀴들은 기후 위기로 지난 10년간 90% 이상이 녹아내려 2014년에 공식적으로 빙하의 지위를 잃었다. 슬픔으로 대해야 할 상징적인 장면이다.

적도까지 얼음으로 덮였던 눈덩이 지구와 그것을 끝낸 불, 그로부터 살아나온 생명 이야기

얼음과 불의 탄생, 인류는 어떻게 극악한 환경에서 살아남았는가 - 빙하와 화산을 통해 지적인 생명체의 기원을 추적한다
그레이엄 실즈 지음, 성소희 옮김, 최덕근 감수 / 웨일북 / 2025년 2월

과학은 사실을 확인하는 것이 아니라 의심을 따져보는 것이라 말하는 그레이엄 실즈의 책이다. 지질학자이자 동위원소 전문가인 저자가 바라보는 지질학은 궁극의 미해결 사건이다. 지질학 탐정은 마치 사건을 과학적으로 수사하듯 무자비한 시간에 갉아 먹히고 남은 몇 안 되는 자그마한 퍼즐 조각에서 증거를 모아 종합한다. 저자는 최초의 동물 조상은 얼음에서 태어나 불의 품에 안겨서 자랐고 암석의 풍화작용에서 에너지원을 얻었다고 말한다. 이는 눈덩이 지구 이론과 관련 있는 말이다.

약 7억 년 전 지구는 적도까지 모두 얼어붙는 빙하기인 눈덩이 지구 시절을 겪었다. 저자는 눈덩이 지구 이야기를 하며 소중한 동일과정설을 버려야 한다고 말한다. 동일과정설은 현재는 과거를 푸는 열쇠라는 말로 설명할 수 있다. 저자의 말은 동일과정설을 부정하는 것이 아니다. 저자가 동일과정설을 잠시 보류하라는 것은 현재에는 눈덩이 지구 같은 사건이 없기 때문이다. 당시에는 음(陰; 마이너스)의 피드백이 없었다. 지구는 스스로 기후를 조절하는 음의 피드백 즉 안정화 작용 시스템을 가지고 있다.

가령 지구는 더워지면 암석의 풍화작용이 활발해져 이산화탄소를 흡수해 기온을 낮추고, 추워지면 풍화작용이 느려져 이산화탄소가 다시 쌓여 따뜻해진다. 그러나 선캄브리아 시대에는 이 마이너스 피드백 시스템이 고장나 얼음이 햇빛을 반사해 지구를 얼게 했다. 이를 현재의 지구 온난화에 적용하면 어떨까? 지구가 더워지면 비가 많이 내리고 화학 반응이 빨라져 암석이 대기 중의 이산화탄소를 흡수해 바다 저편으로 격리하는 천연 에어컨 시스템이 가동한다.

하지만 현재 인간에 의해 가속화되는 온난화를 막지 못하는 근본적인 이유가 있다. 바로 시간 규모의 차이 때문이다. 천연 에어컨 시스템은 수십만 년이 걸리고 인간의 작용은 수십 년이라는 짧은 시간에 일어났다. 저자는 믿어지지 않는 상황을 상상하려면 현재는 과거를 열쇠라는 지질학의 전통적 주문을 버리고 레슬리 폴스 하틀리(1895-1972)가 1953년에 발표한 소설 [중개자; The Go-Between] 속의 유명한 대사를 받아들여야 한다고 말한다. 그것은 "과거는 외국이다. 과거에서는 사람들이 다르게 산다."라는 말이다.(92 페이지)

빙하기에는 너무도 많은 물이 얼음 속에 갇혀서 바다는 염분 함량이 높고 얼음장처럼 차갑고 밀도가 극도로 높은 성질을 보였을 것이다. 지질학자들에게 7억 년 전 지구는 얼음으로 뒤덮이고 바다에 철이 가득한, 완전히 다른 규칙으로 작동하던 외국인 셈이다. 동일과정설의 제창자가 살았던 시대는 7억 년 전 지구 상황이 밝혀지기 전이었다. 7억 년 전 지구 상황이 밝혀진 것은 1990년대 이후다.

학계는 덮개 돌로스톤이 전 지구적으로 빙하가 후퇴하던 시기에 형성되었다고 뒤늦게 합의했다. 이 합의 내용은 덮개 돌로스톤이 놀라울 만큼 정확하게 시간을 표시하는 존재이기에 층서학계의 귀중한 보물이라는 사실을 의미한다.(97 페이지) 덮개 돌로스톤은 눈덩이 지구의 얼음이 녹아내린 직후 바다 전체에 탄산염 성분이 과포화되어 수천 년에서 수만 년이라는 지질학적 시간 단위에서는 짧은 시간에 급격히 침전되어 형성되었다.

덮개 돌로스톤은 7억 년 전과 6억 3,500만 년 전 전(全) 지구의 얼음이 동시에 녹으면서 아프리카, 북미, 남미, 아시아, 호주까지 전 세계 모든 바다 밑바닥에 동시에 깔렸다. 저자는 석고를 강조한다. 석고는 지구가 얼어붙었다가 녹아내린 격변의 흔적이자 대기에 산소를 채우고 동물의 뼈를 만들어낸 타임 캡슐이다.

화산활동으로 이산화탄소가 쌓여 빙하가 순식간에 녹아내리자 지구는 엄청나게 뜨겁고 습한 기후로 변했다. 이때 격렬한 풍화작용으로 암석 속의 칼슘이 대거 바다로 흘러 들어 황산염과 결합해 거대한 석고 퇴적층을 만들었다. 석고층은 지구가 극단적인 추위에서 극단적인 더위로 급격히 변했음을 보여주는 지질학적 증거다. 7억 년 전 눈덩이 지구의 증거는 적도에서 발견된 빙하 퇴적암, 빙하가 떨어뜨린 이국적인 바위, 7억 년 전 퇴적층에서 발견된 호상철광층 등이다.

퇴적암은 층이라고 불리는 다양한 두께의 수평층으로 발견된다. 퇴적층마다 위쪽으로 갈수록 입자가 작아지는 상향 세립화(upward fining)가 나타난다. 상향 세립화는 퇴적물을 운반하던 물이나 바람의 에너지가 시간이 지나면 따라 점점 약해질 때 제한적으로 나타난다. 저자는 지질학자는 변호사처럼 정황 증거를 바탕으로 주장을 뒷받침한다고 말한다. 자백은 전혀 없고 결정적 증거는 거의 없지만 전 세계의 과학자로 구성된 배심원단은 개연성이라는 저울을 써서 증거를 숙고한다고 말한다.

더 많은 증거를 확보한다고 해서 학자들의 해석이 하나로 모이지는 않는다. 가설이 성공하느냐 실패하느냐를 결정하는 것은 통합된 상황 증거의 힘이다.(57 페이지) 지질학에서는 지질 도에 표시할 수 있을 정도로 쉽게 알아볼 수 있는 암석의 묶음을 층(formation)이라고 부른다. 보통 층의 이름은 처음 밝혀진 장소를 따서 짓는다. 덮개 돌로스톤은 돌로마이트라는 광물로 이루어진 퇴적암층이다.

전 지구적 빙하기가 끝난 후 빙하 퇴적층 바로 위에 모자처럼 얹혀서 형성된 백운암 지층을 말한다. 빙하 퇴적층은 빙하에 의해 한데 모인 돌과 진흙 등이 빙하가 녹으면서 땅에 쌓여 만들어진 규칙없이 어지러운 지층을 의미한다. 덮개 돌로스톤은 그 지층 위에 형성된 칼로 자른 듯 매끈하고 깨끗한 탄산염 바위층이다. 최근에 빙하가 녹고 있지만 우리는 여전히 빙하 시대를 살고 있다.

이탈리아 북동부에 돌로미티 산맥이 있다. 18세기 후반 프랑스의 지질학자이자 광물학자인 데오다 돌로미외가 이탈리아 산맥을 여행하던 중 일반 석회암처럼 생겼지만 산에 반응하는 속도가 다른 특이한 탄산염 바위를 발견하고 샘플을 채취했다. 마그네숨 성분으로 인해 산에 강하다는 의미다. 돌로미외가 탄산염 바위를 발견한 산맥이 돌로미티라고 명명되었다. 눈덩이 지구 가설은 얼음이 지구 전체를 뒤덮은 탓에 이산화탄소 농도가 극단적인 수준에 이르렀고 마침내 온실 효과가 완전히 얼어붙은 행성의 높은 알베도를 극복했다고 말한다.

지구가 얼음으로 덮이면 증발이 일어나지 않아 비가 내리지 않는다. 대기 중 이산화탄소가 빗물에 녹아 내리면 육지의 규산염 광물을 화학적으로 녹이게 되고 칼슘 이온과 탄산 이온이 결합해 바다로 흘러가 탄산염이 되어 갇히는데 비가 내리지 않으니 이산화탄소 농도가 계속 올라가고 화산활동으로 이산화탄소가 계속 증가해 농도가 극단에 이른 것이다. 결국 눈덩이 지구를 끝낸 요인은 눈덩이 지구 자체에 있었던 것이다.

전 지구적인 빙하 작용의 존재를 확실하게 밝히려면 마지막으로 한 번 더 지구 물리학의 도움을 빌려야 한다. 열대 지역이 얼음으로 덮였다는 정황 증거가 상당히 많이 쌓이자 크리오스진기의 빙하기를 향한 관심이 마침내 부활했다. 이 부활을 이끈 주역은 지구의 과거 자기장에 관한 연구였다. 이 연구는 저위도의 빙하 작용이 그토록 파멸적이었던 이유를 설득력 있게 설명한 눈덩이 지구 가설로 이어졌다.

눈덩이 지구 가설을 제기한 조 커쉬빙크는 행성 전체가 얼음으로 덮인 후 이전 상태로 돌아가는데 오랜 시간이 걸렸으리라고 추측했다. 증가한 알베도가 불러온 효과는 온실가스가 수백만 년 동안 점진적으로 축적되어야만 상승될 수 있었기 때문이다.(113 페이지) 저자는 요즘 우리는 이산화탄소 배출이 지구 온난화를 유발한다는 사실을 너무도 잘 알지만 온실 효과 자체는 본래 해롭지 않다고 말한다.

저자는 단어의 뜻이 너무도 명백해서 따로 설명할 필요가 없는 화석연료라는 말을 좋아한다고 말한다. 탄소 배출과 흡수를 연결하는 고리는 화학적 풍화작용이다. 탄산염 암석의 풍화도 탄산염 퇴적으로 이어지지만 규산염 암석의 풍화와 똑같은 효과를 내지는 않는다. 따뜻한 환경에서는 이산화탄소의 용해도가 낮아진다.

탄산염 퇴적은 오직 규산염 풍화와 연계될 때만 이산화탄소의 순 흡수원이 된다. 전 지구가 얼음으로 뒤덮였다는 사실을 증명할 퇴적학, 지구 물리학적 증거는 이제 압도적으로 많다. 저자는 규산염 풍화작용과 장기적 탄소 순환은 천천히 정상 상태를 회복했다고 말하며 훈훈한 해안과 얼어붙은 불모지가 정말로 나란히 존재했다고 설명한다.(126 페이지)

다이아믹타이트와 텍토닉 멜란지가 있다. 외관상 매우 흡사하지만 전자는 퇴적작용의 산물이고 후자는 지각변동의 산물이다. 아주 오래된 퇴적암의 연대를 충분히 정확하게 밝히는 일은 매우 어렵다. 여기서 충분히 정확하다는 말은 오차 정도가 100만 년이라는 뜻이다. 일반적으로 제일 나은 방법은 화석이나 동위 원소 함량을 바탕으로 상대적 연대를 구하는 것이다.

대상에 포함된 방사성 동위원소의 반감기를 정확하게 추정할 수 있다면 방사성 붕괴를 활용해서 연대를 측정할 수도 있다. 하지만 퇴적물에는 이 방법을 적용할 수 없다. 퇴적물을 이루는 성분은 훨씬 더 오래된 암석이 풍화된 후 강물에 실려 바다로 운반된 쇄설물이기 때문이다. 저자는 서로의 양을 대응 시켜볼 수 있는 독립적 붕괴 계열이 세 개 있는 덕분에 연대를 극도로 정확하게 계산할 수 있다고 말한다.

요즘에는 수억 년 전에 발생한 사건이라도 오차범위를 단 수만 년 이내로 좁혀서 연대를 측정할 수 있다고 말한다. 서로 독립적인 세 개의 붕괴 계열은 우라늄 238, 우라늄 235, 토륨 232다. 지구의 나이를 측정할 때 가장 많이 쓰이는 지르콘이라는 단단한 모래 알갱이가 있다. 이 알갱이가 처음 만들어질 때 우라늄 238, 우라늄 235, 토륨 232라는 방사성 원소가 우연히 함께 갇히게 된다. 이들은 각기 독립적이다.

영향을 받지 않는다는 의미다. 저자는 우리가 전 지구적인 빙하 작용처럼 터무니없이 혼란스러운 현상도 받아들일 수 있다면 마침내 과거를 진정으로 다른 장소로 생각할 수 있을 것이라고 말한다. 동일과정설이라는 신성한 신조를 버린다면 새롭고 흥미로운 질문을 던질 수 있다고 말한다. 대체 무엇 때문에 지구 기온이 이처럼 급락했을까? 혹시 눈덩이 지구 시기가 다시 찾아올 수 있을까?

저자는 자주 현재가 과거의 문을 여는 열쇠라는 선입견을 버려야 할 것이라고 언급한다. 선캄브리아 시대 지구 시스템을 이해하는데 현대의 탄소 순환을 적용해야 할까? 신원생대의 탄소 순환이 오늘날의 탄소 순환과 비슷하다고 확신할 수 있을까? 빙하 작용이 없던 기간이라고 해도 당시에 탄소 순환이 현재와 비슷할까? 먼 과거에도 생물권에서 탄소의 체류 시간이 고작 10만 년이었다고 굳게 믿을 수 있을까?

크리오스진기 빙하기는 생명체 진화의 중요한 전환점이었다. 물론 확실한 동물 화석은 크리오스진기 이후에 형성된 암석에서만 발견되며 초기 생명체는 대부분 미생물이었다. 그러나 오래도록 이어진 빙하기는 생명을 앗아가는 재앙이 아니라 이후에 복잡한 생명체가 출현하는 기틀이 되었다. 캐나다의 지질학자 레지널드 달리는 빈약한 암석 기록을 비난하는 대신 선캄브리아 시대의 동물이 몸에 화석이 될 만한 단단한 부분이 없어져서 아무런 흔적을 남기지 못했다고 보았다.

요즘은 캄브리아기가 가장 오래된 삼엽충보다 2천만 년 먼저 시작되었다고 본다. 대기에는 GOE(Great Oxygen Event)를 통해 23억 년 전에 처음 산소가 공급되었고 해양에는 5억 7천만 년 전 신원생대 산소 발생 사건이 일어났다. 현무암의 높은 인 함량이 해양을 비옥하게 하고 유기물 매장을 촉진해서 한랭화를 더욱 악화시켰다는 가설이 있다. 궁극적으로 인산염은 화학적 풍화작용으로 생겨난다. 그러므로 눈덩이 지구 이후처럼 풍화 속도가 높았던 시기는 인 생산이 대폭 늘어난 시기와 일치하리라고 당연히 예상할 수 있다.(275 페이지)

눈덩이 지구 이후에 풍화 속도가 빨랐던 것은 눈덩이 지구를 끝낸 초온실 효과 때문이다. 저자는 생명체의 급작스러운 확산(다윈의 딜레마)이 조산운동과 산소 모두와 연관되어 있다고 말한다.(293 페이지) 조산 운동은 대기 및 해양의 산소 농도를 급격히 높이는 기폭제가 되며 이로 인해 확보된 풍부한 산소가 생명체의 폭발적인 진화와 확산을 이끌었다. 지구 시스템은 태양 에너지와 판구조운동에 의해 변해왔다. 새로운 생태 기회에 가장 적합한 생명체는 전 세계로 퍼져나갔다.

하지만 기후변화와 해양 무산소 조건이 결합해 생물 진화를 되돌려 놓는 바람에 대량 멸종 사건이 생길 때마다 동물은 무수히 타격을 입었다. 23억 년 전 GOE 이후 지구가 변화하고 이런 재앙이 벌어지는 데에는 황 순환과 여러 피드백이 큰 영향을 미쳤을 것이다. 빙하 작용은 동물이 진화하는데 도움이 되는 환경을 마련했다. 화산활동은 지구의 온실 담요를 두껍게 만들어서 눈덩이를 녹였다. 계속되는 풍화작용 덕분에 바다에 영양소와 산소가 풍부해졌고 생명체가 이를 무기로 군비 확장 경쟁에 나선 끝에 캄브리아기 생명 대폭발이 일어났다.

저자는 우리가 탄 차를 여기까지 안내한 존재는 얼음이었을지 몰라도 그 차의 운전대를 잡은 존재는 태고의 불이었다고 말한다.(364 페이지) 저자는 의심할 여지없이 지식의 발전은 우연한 천재성과 운 좋은 발견에 달린 데다가 가끔 잘못된 길로 들어서기도 하고 뒤로 물러서 기도 하지만 지식이 나아가는 궤도는 무작위가 아니라고 말한다. 지식에는 방향이 있다. 괜히 과학 진보라는 말이 있는 게 아니다. 생물 진화는 우연과 우발적 사고에 의지하며 눈덩이 지구나 대량 멸종 같은 명백한 좌절을 겪기도 한다.

하지만 우리 지식과 마찬가지로 더 커다란 복잡성을 향한 외길을 꿋꿋하게 걸어간다. 저자는 크리오스진기의 빙하기는 동물이 더 진화하는 데 필수적이었다고 말한다. 오히려 진정한 생물 재앙은 영하의 기온이 끝없이 이어질 것 같은 환경에 적응한 생명체가 느닷없이 극단적으로 다른 기후를 만났을 때 일어났을 것이라고 말한다. 생명체는 크리오스진기의 얼어붙은 환경에서 확실히 살아남았다.

하지만 생명체의 에너지 대사가 거의 멈추는 수준으로 아주 느려졌을 테니 당시 지구가 생명체의 이상적인 환경이었다고는 볼 수 없다. 게다가 전 지구를 뒤덮은 빙하에서 벗어나려면 화산활동이 일어나야 했는데 판구조운동이 생명체가 있는 행성에서 지속될 수 있다는 극단적인 견해를 따르지 않는다면 화산활동은 생물이 절대 통제할 수 없는 일이다. 모든 길은 판구조 운동으로 이어지는 것 같다. 그런데 수많은 지질학자가 지각변동에는 액체 상태의 물이 윤활유로 작용해야 한다고 결론 내렸다.

판구조 운동이 일어난 결과 최초의 높은 산맥이 솟아오르고 오늘날과 비슷한 암석 순환이 시작되었다. 물이 암석과 상호작용해서 수소를 배출하는 과정을 사문석화 작용이라고 한다. 저자는 "대사 반응은 폭포 가장자리에서 회오리치는 소용돌이와 비슷하다. 갓 만들어져 엔트로피가 낮은 오아시스인 소용돌이는 에너지를 방출하는 부모인 폭포 없이 존재할 수 없다. 반대로 폭포는 더 정교하게 구성된 자식의 존재를 전혀 인식하지 못한다. 생명체도 마찬가지다."란 말을 한다.

동물은 얼음에서 태어나 석고 염분에서 나온 산소 덕분에 번성했을 것이다. 하지만 에너지를 점점 더 많이 생산하는 대사의 진화와 더 커지고 복잡해진 생물권을 지탱한 주인공은 펄펄 끓는 화산에서 배출된 이산화탄소의 양과 타오르는 태양에서 연료를 공급받은 산화력이 갈수록 증가한 현상이었다.

˝지구의 음악˝ 즉 지질학 이상의 지구과학의 깊이를 느끼게 해주는 책

지질학, 지구사 그리고 인류 - 어느 지질학 입문 ㅣ 현대과학신서 40
장기홍 지음 / 전파과학사 / 1991년 1월

현대 지질학의 기원은 1788년이다. 이 해는 스코틀랜드의 지질학자 제임스 허턴이 동일과정설을 발표한 해다. 현재는 과거의 열쇠란 개념을 주지(主旨)로 하는 이론이다. 지금 너무도 당연한 이 이론은 나왔을 당시에는 충격적이고도 위험한 이론이었다. 성경에 나오는 노아 홍수 같은 격변설을 부정한 이론이기 때문이다. 지층누중(地層累重) 이론도 그렇다. 저자는 씨를 심는 자가 있고 추수하는 사람은 따로 있다는 말이 있거니와 학문의 세계에 있어서도 자료를 모으는 사람들이 있고 이론 또는 생각을 만들어내는 사람이 있는 일이 허다하다고 말한다. 아이디어가 먼저 있고 자료가 후에 수집되어 그 아이디어를 뒷받침하는 예도 많다고 말한다.

격변설을 믿은 학자들은 부정합(不整合) 지층을 보면서도 이를 오랜 시간의 흔적이 아니라 대홍수나 지각 변동 같은 거대한 재앙이 순식간에 휘몰아쳐 지층을 뒤틀고 깎아낸 흔적으로 해석했다. 부정합이란 과거 지각변동의 흔적이다. 핵과 맨틀의 화학성분이 아주 다르다는 사실은 지구의 진화를 논의하는데 중요한 출발점이다. 지구가 변화 없이 처음 성분 그대로 뭉친 덩어리라면 내부 성분이 균일해야 하지만 겉을 감싸는 맨틀은 규산염(산소와 규소 중심) 광물로 이루어졌고 핵은 철과 니켈 같은 무거운 금속으로 채워져 있다. 이 극적인 차이는 지구가 태어난 직후 거쳤던 가장 거대하고 역동적인 사건인 지구 분화 과정(Differentiation)을 증명하는 결정적 증거다.

지구는 약 45억 년 전 수많은 소행성과 우주 먼지들이 충돌하며 뭉쳤다. 이때 발생한 엄청난 충돌 열과 방사성 원소의 붕괴 열로 인해 지구 전체가 완전히 녹아내린 마그마 바다 상태가 되었다. 지구가 액체 상태로 녹아내리자 무거운 원소인 철(Fe)과 니켈(Ni)은 중력에 의해 중심부로 가라앉아 핵을 형성했다. 상대적으로 가벼운 산소(O), 규소(Si), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg) 등의 성분은 위로 떠 올라 맨틀과 지각이 되었다. 두 층의 화학 성분이 다르다는 것은 지구가 과거에 완전히 녹았다가 성분별로 분리되는 대대적인 화학적 체질 개선을 거쳤음을 뜻한다. 핵과 맨틀의 성분 차이는 단순한 구조적 특징이 아니다. 지구가 뜨거운 원시 행성에서 1) 스스로 내부를 정렬하고(분화), 2) 자기장을 만들어 생명을 보호하며, 3) 끊임없이 살아 움직이는 행성(판구조론)으로 진화해 온 역사의 첫 페이지를 열어주는 열쇠다.

지구는 내부가 고온임에도 고압으로 인하여 맨틀이 완전한 용융 상태에 이른 적이 없다. 지구 내부는 고온임에도 고압이어서 녹지 않는다. 반면 빙하 겉면은 압력을 받지 않고 속은 압력을 받아 녹는다고 한다. 이는 모순되게 보이지만 둘 다 가능한 일이다. 지구 내부를 구성하는 암석(맨틀)이나 금속(내핵)은 아주 정상적이고 일반적인 규칙을 따르는 물질들이다. 물질은 고체에서 액체가 될 때 부피가 늘어난다. 분자들이 자유롭게 움직이며 자리를 더 많이 차지하기 때문이다.

그런데 지구 내부 깊은 곳에서처럼 엄청난 압력으로 사방에서 누르면 물질이 부피를 늘리며 액체로 변하고 싶어도 변하지 못한다. 따라서 녹는점(융점)이 강제로 높아지게 된다.(물질의 녹는점이 강제로 높아진다는 것은 원래라면 액체로 녹아내려야 할 온도에서도 물질이 녹지 못하고 고체 상태를 계속 유지한다는 의미다.) 지구 중심부로 갈수록 온도가 엄청나게 높아지지만 내핵이 고체이고 외핵이 액체인 결정적인 이유는 바로 내핵에 가해지는 압력이 상상을 초월할 정도로 높기 때문이다. 겉보다 온도가 훨씬 높아도 누르는 힘이 더 강하기 때문에 맨틀의 대부분과 내핵은 녹지 못하고 단단한 고체 상태를 유지한다.

반면 빙하를 이루는 물(얼음)은 전 우주에서 몇 안 되는 아주 독특한 성질을 갖는다. 얼음은 일반적인 물질과 반대로 고체(얼음)에서 액체(물)로 녹을 때 오히려 부피가 줄어든다. 얼음일 때 빈 공간이 많은 육각형 구조를 가졌다가 녹으면서 그 구조가 무너지기 때문이다. 얼음이 물에 뜨는 이유도 이 때문이다. 빙하 깊은 곳에서 거대한 얼음 무게로 꾹 누르면 얼음 입장에서는 압력이 가해지니까 부피가 작은 액체(물)로 변하게 된다. 압력을 가하면 녹는 점이 0도씨보다 낮아진다.(영하에서도 녹는다) 이 현상을 복빙 현상(Regelation) 또는 압력 융해라고 한다.

빙하 밑바닥은 엄청난 얼음 무게를 받기 때문에 즉 고압 상태이기에 영하의 온도임에도 불구하고 얼음이 살짝 녹아 물(윤활유 역할)이 된다. 덕분에 빙하가 미끄러지듯 이동할 수 있다. 압력을 받지 않는 빙하 겉면은 기온이 영하라면 녹지 않고 얼어 있다. 빙하 자체의 거대한 무게(압력)를 가장 크게 받는 곳은 수백~수천 미터 아래에 있는 빙하의 맨 밑바닥(지표면과 맞닿은 곳)이며 압력 때문에 그곳부터 녹기 시작한다. 암석은 고온의 경우 액체로 변하게 되지만(녹지만) 압력이 높으면 고체 상태가 되고(부피가 작은 상태를 유지하고), 물은 압력이 가해지면 액체 상태가 된다.(부피가 작은 상태를 유지한다.)

물은 액체일 때 부피가 작고, 물 외의 물질은 고체일 때 부피가 작다. 물 외의 물질이 액체일 때 부피가 큰 것(고체일 때 부피가 작은 것)은 분자들이 자유롭게 움직이며 자리를 더 많이 차지하기 때문이다. 물은 액체 상태일 때 부피가 작아 밀도가 높아 바닥으로 가라앉는다. 얼음은 육각형 구조여서 내부에 빈 공간이 많아져 액체인 물보다 부피가 더 크고 밀도가 낮아서 물 위에 뜨게 된다.

저자는 달 속의 에너지가 달에 지질운동을 일으키기에 부족하지만 지구는 충분한 에너지를 보유하여 왔다고 말한다. 가장 중요한 열원은 지각에 농축된 방사성 원소다. 지구의 충분한 에너지는 끊임없는 지질운동을 일으킨다. 맨틀이 대류하고 대륙이 움직이며 화산이 터지는 이 역동적인 과정이 바로 지구를 살리는 축복이다. 지구 내부의 열에너지 덕분에 외핵의 액체 철이 움직이며 지구 자기장을 만든다. 이 자기장이 없다면 태양에서 오는 치명적인 우주 방사선 때문에 지구상의 모든 생명체는 전멸했을 것이다.

화산 운동은 지구 내부의 가스를 뿜어내 대기층을 만들었다. 또한 지각이 맨틀 속으로 말려 들어가고 다시 튀어나오는 과정을 통해 생명에 필수적인 탄소와 영양분이 지구 전체에 끊임없이 순환한다. 지질운동이 멈춘다면 지구의 기후 조절 시스템도 고장나고 말 것이다. 지구는 물, 물 외의 물질, 온도와 압력의 밀고 당기기로 인해 만들어지고 유지된 것이다.

굳은 부분을 가진 생물이거나 그렇지 않은 생물이거나 그들에게 공통된 화석화의 요건 중 가장 중요한 것은 빨리 묻혀 파괴를 피하는 것이다. 육지 생물은 멀리 운반되어서야 퇴적물 속에 묻히고 바다 생물은 죽은 그 자리에서 또는 짧은 운반을 거쳐 묻히는 것이 보통이다. 즉 바다 생물은 빨리 묻힐 기회가 훨씬 많다. 이 때문에 바다생물 화석이 훨씬 많다. 육지는 기본적으로 퇴적물이 쌓이는 곳이 아니라 깎여 나가는 곳(침식 지역)이기 때문이다. 교대 작용은 생물의 굳은 부분이 지하수에 용하여 용해되는 순간 그 지하수에 용해되어 있던 광물들이 그 자리에 침전함으로써 일어나는 작용을 말한다.

이 교대 작용은 생물 본래의 미세한 구조를 그대로 보존하면서 극히 점차적으로 일어나는 경우로부터 생물체 전부가 녹고 다른 광물이 그 자리를 메우는 경우에 이르기까지 다양하다. 규산에 의한 교대 작용 즉 규화작용의 경우는 화석 연구에 있어서 흔히 주목할 만한 결과를 가져온다. 첫째로 이런 방법으로 보존된 화석이 흔히 매우 정교한 내부 구조를 간직하고 있기 때문이며. 둘째는 석회암 속에 규화된 화석들이 함유되어 있을 때 석회암을 염산에 용해시키면 훌륭한 화석을 얻을 수 있기 때문이다.

이 책은 주요 단어들이 한자로 표기되었다. 이 가운데 黑色頁巖 같은 단어가 눈길을 끈다.(91 페이지) 엽암이라고 읽을까 아니면 혈암이라고 읽을까 궁금하다. 한글로 표기되어 있지 않기 때문이다. 셰일이라고 하는 편이 나을 것이다. 저자는 실제로 포항 지역의 延日 셰일이라고 말한다.(93 페이지) 저자는 왜 동물들이 캄브리아기 초에 껍질을 가지게 되었는지에 대해 말한다. 대기 중 산소가 충분해야 그 상층에 오존층이 생성되는데 이때는 아직 외계로부터 지구에 쏟아지는 자외선을 막아줄 오존층이 생기지 않은 때여서 보호막으로 껍질이 생긴 것이라는 가설이 있다. 과학자들이 바라보는 캄브리아기의 껍질은 오존층이 없어 쏟아지는 자외선을 막는 방패인 동시에 포식자의 이빨을 막는 갑옷이었다. 지구 내부와 외계의 거대한 환경 변화가 생명체들에게 단단한 외투를 입도록 강제한 셈이다.

저자는 공룡 멸종이 몸집이 너무 컸기 때문이라고 한다.(115 페이지; 1991년에 처음 책이 나왔다.) 1991년은 소행성 충돌설이 최초로 제안되기는 했으나 과학계의 전폭적인 지지를 받아 '100% 정설'로 완전히 굳어지기 직전의 과도기였다. 당시 출판된 책들이 최신 과학 이론을 실시간으로 반영하지 못했거나 저자가 여전히 과거의 고전적인 학설을 지지했을 가능성이 크다. 저자는 우리에게는 고쳐야 할 점도 많고 선진(先進)에게서 배워야 할 것도 많음이 사실이지만 어떤 활동에도 대전제가 되어야 할 것은 우리의 영원한 자원인 마음씨를 잃지 않아야 하는 것이라 말한다.(175, 176 페이지)

저자는 사람은 지각변동의 고적(古蹟) 위에서 기거하고 있다고 말한다. 고고학자가 사전사학도(史前史學徒)라면 지질학자는 사전사전사학도(史前史前史學徒)라고 말한다.(181 페이지) 저자는 지질학은 생성과정을 문제삼는 학문이라 말한다. 지질학(Geology)은 지구를 이루는 물질들의 생성과정(Origin and Formation Process)을 규명하는 것을 가장 본질적인 목표로 삼는다. 단순히 현재의 상태를 기록하는 것에 그치지 않고 이 암석과 지층이 과거에 어떤 환경에서, 어떤 물리·화학적 과정을 거쳐 만들어졌는가?라는 역사적 원인을 집요하게 추적한다.

저자는 석탄은 햇빛의 통조림이라 할 수 있다고 말한다. 그리고 모든 돌이 일종의 통조림이라 말한다. 석탄이 고대의 햇빛과 생명 에너지를 담은 통조림이라면 모든 돌(암석)은 그 돌이 만들어지던 당시 지구의 '환경, 기후, 지각 변동의 순간'을 밀봉해 놓은 타임캡슐이자 정보의 통조림이다. 저자는 시간이란 요소는 시험관에 넣거나 기계에 걸 수 없으므로 지질학적 연구대상 가운데는 실험실에서 재현시킬 수 없는 것이 대부분이라고 말한다. 이 때문에 지질학도는 먼저 현재 지구상에서 진행되고 있는 현상과 과정에 관한 지식과 경험을 가지고 그것을 과거에 적용시켜 과거 지질 시대의 일들을 해석하게 된다. 그래서 지질학의 가장 중요한 원리는 현재는 과거의 열쇠라는 표어 속에 잘 나타나 있다. 온고이지신(溫故而知新)이 아니라 온신이지고(溫新以知故)다.

그러므로 지질학도에게 요청되는 제3의 소질은 풍부하고도 건전한 상상력이다. 또한 거꾸로 지질학적 훈련은 매우 효과적으로 사람의 상상력을 풍부하게 해준다. 지질학도들 가운데 막대한 수가 판구조의 원리를 응용한 연구에 참여하고 있다. 실로 지질학에 새로운 활력이 불어넣어졌다. 지질학의 혁명이 일어났다고들 한다. 지질학의 이름마저 지구학으로 바꿀 단계가 왔다는 주장이 유력하다.(189 페이지) 과거의 지질학이 죽어있는 돌을 분석하는 학문이었다면 현대의 지구학은 기후변화, 환경오염, 화산과 지진, 자원 고갈 등 인류의 생존과 직결된 지구 전체의 변화를 다루는 역동적인 학문이 되었다. 돌(地質)이라는 글자에 갇혀있기엔 지구(地球)는 너무나 유기적으로 연결되어 움직이고 있다.

태평양에는 심해동물군이 있으나 동해에는 심해동물군이 없다. 이는 동해가 태평양의 잔류물이 아니라 태평양과는 별개로 생겨났고 역사가 짧아 아직 심해동물군의 생태계가 이루어지지 않았다는 의미다. 저자에 의하면 온습(溫濕)한 저평지대(低平地帶)에 있어서 강우량의 1/3은 지표수가 되고, 1/3은 증발되고, 1/3은 지하수가 된다.(215 페이지)

단층이 처음 생길 때도 지진이 일어나지만 멈추었던 단층이 다시 운동할 때도 지진이 일어난다. 우리가 겪는 파괴적인 대형 지진의 대부분은 처음 생기는 단층이 아니라 이미 존재하던 단층이 다시 움직일 때 발생한다. 지진은 탄성체만이 일으킨다. 탄성체(Elastic body)란 외부에서 힘을 가하면 모양이 변했다가 힘을 제거하면 원래의 모양과 크기로 완벽하게 되돌아가는 성질(탄성)을 가진 물체를 말한다.

20세기 구조지질학의 발전에 획기적인 전환점을 마련한 독일의 천재적인 지질학자 한스 클로스(Hans Cloos; 1885~1951)는 지질학은 지구의 음악이란 말을 했다. "황홀했던 여행의 나날 동안 문득 내 머릿속에 떠올라 수년 동안 몇 번이고 나를 행복하게 만들었던 생각이 하나 있다. 그것은 바로 지질학이 지구의 음악(Geology is the music of the earth)이라는 생각이다."

한스 클로스는 첼로 연주에 능하고 그림을 사랑했던 예술가적 기질이 충만한 과학자였다. 한스 클로스는 우리가 자연을 사색함에서 기쁨을 맛보는 까닭도 우리 자신의 혼(魂)의 음악과 지구의 음악의 조화 때문이 아니겠는가?란 말을 했다. 한스 클로스에게 지질학이란 단순히 돌의 성분을 외우고 지도를 그리는 딱딱한 학문이 아니었다. 지질학을 통해 지구의 생성과정과 메커니즘을 배우는 것은 지구라는 거대한 오케스트라의 악보를 읽는 법을 배우는 과정과 같다. 한스 클로스는 지구 지각이 찢어지거나 부러지는 거대한 지질학적 과정을 실험실 책상 위에서 완벽하게 재현해 낸 혁신적인 실험인 점토 축소 모형 실험(Scaled Clay Model Experiment)을 실행한 과학자였다.

"With mind and hammer"라는 말이 있다. 지질학계에서 가장 오래되고 숭고하게 여겨지는 전통적인 모토이자 라틴어 격언인 'Mente et Malleo'를 영어로 번역한 이 말은 '사색과 망치로' 또는 '지성과 망치로'라는 의미를 지닌 말이다. 저자의 책은 한자가 많고 글씨체가 작아 읽기 불편하지만 읽을 만하다. 한스 클로스란 과학자를 알게 된 것이 수확이고 다행이다. 지질학자는 아니지만 지질공원 해설사로서 감사하고 만족스럽다. 좋은 지질학 아니 지구과학 책을 많이 찾아 읽어야겠다. 야외조사기회도 가끔이나마 만들어야겠다.

Exodus가 난망한 거대한 늪에 빠진 기분

 글로벌 warming이 아니라 글로벌 heating의 시대로 접어든 것 같다. 현재 지구의 온도 상승 속도는 인류 역사뿐만 아니라 지구 역사 전체를 통틀어 유례가 없을 정도로 급하게 빠르다. 가속 가열의 시대에 접어들었다고 할 수 있다. 여전히 지금의 기온 상승이 인간 때문이 아니라 태양 활동, 화산, 지구 자전축 변화 등 자연적 요인 때문이라고 주장하는 사람들이 있다.

하지만 자연적 요인만으로는 지금의 폭발적인 온도 상승 속도를 절대 설명할 수 없다. 만일 산업화 이후 인류가 지금과 다르게 마구 이산화탄소를 배출하지 않는 친환경, 순환형 에너지 시스템을 구축했다면 세계는 어떤 모습이었을까?

지구 평균 기온이 산업화 이전 수준을 유지함에 따라 폭염, 한파, 초대형 태풍 같은 극단적인 이상 기후가 일상화되지 않고 예측 가능한 계절의 변화가 유지되었을 것이다. 석탄, 석유 대신 수력, 풍력, 조력, 초기 형태의 태양광 기술이 19세기부터 집중 연구되었을 것이다. 가뭄과 홍수로 인한 식량 위기가 적어 전 세계적인 기아 문제가 지금보다 훨씬 덜했을 것이다. 거주지가 사막화되거나 침수되어 삶의 터전을 잃고 떠도는 수천만 명의 기후 난민이 발생하지 않아 국제 사회의 사회적 비용과 갈등이 크게 줄었을 것이다.

화석연료는 인류 역사상 가장 거대한 축복이자 문명의 존립을 흔드는 저주였다고 할 수 있다.

1) 전 세계에서 화석연료 연소 및 산업 공정으로 인해 가장 많은 이산화탄소를 배출하는 나라는 중국, 미국, 인도 순이다. 2) 누적 순위는 미국, 유럽연합, 중국 순이다. 3) 국민 1인당 배출량을 기준으로 하면 미국, 호주, 대한민국, 사우디아라비아 순이다.

우리나라는 기후 빌런 국가로 손꼽히고 있다. 그 이유는 1) 재생에너지 비중이 9~10% 수준으로 OECD 국가 중 압도적인 꼴찌 기록을 유지하고 있기 때문이고, 2) 전력 생산의 60~70% 이상을 여전히 석탄화력발전과 액화천연가스(LNG)에 의존하고 있기 때문이고, 3) 철강(포스코), 반도체·전자(삼성) 등 탄소를 다량으로 배출하는 중화학 공업과 제조업이 국가 경제의 뼈대를 이루고 있어 단기간에 탄소를 줄이는 것이 매우 어려운 구조적 한계를 갖고 있기 때문이고, 4) 개발도상국의 기후 변화 대응을 돕는 기금(기후 재원) 분담이나 온실가스 감축 목표(NDC) 설정에 소극적이기 때문이다. 물론 억울한 점도 있을 것이다.

우리나라가 설령 넷 제로(탄소중립)에 성공하더라도 다른 나라들이 탄소를 계속 배출한다면 우리는 기후 변화로 인한 타격을 거의 그대로 입게 된다. 대기는 국경 없이 전 지구를 하나로 순환하기 때문이다. 우리나라의 탄소 배출량은 전 세계의 약 1.3~1.6% 수준에 불과하다.

이번에 사고가 난 네팔은 이산화탄소 배출량이 극히 미미하지만 피해를 고스란히 떠안고 있는 실정이다. 네팔은 기후 불평등으로 인한 대표적 희생국이다. 얼마 전 한 탐방객과 대화를 나눈 적이 있다. 내가 미국, 중국 등이 이산화탄소 배출을 줄이는 데는 관심이 없고 패권주의적 경향으로 일관하고 있으니 세계가 암울하다고 하자 탐방객은 (선호하는) 미국을 (“빨갱이 나라”) 중국과 함께 논하는 것이 불편했던지 화난 얼굴을 했다.

하지만 그 70대 여성 탐방객이 지지하는 트氏는 기후 위기를 사기라고 부르며 전면 부정하는 확고한 기후 변화 회의론자다. 마이클 마니아티스의 [분리수거에 진심인데 왜 지구는 뜨거워질까?]란 책이 나왔다.

글로벌 기후 연구 기관인 카본 메이저스(Carbon Majors)의 최신 보고서에 따르면 파리협정 이후 전 세계에서 배출된 온실가스의 80%가 단 57개의 화석연료 및 시멘트 기업에 의해 발생했다는 사실을 생각해 보라.

전 세계에서 분리수거된 플라스틱 중 플라스틱 제품으로 재활용되는 비율은 9~10%에 불과하고 나머지는 기술적·경제적 이유로 매립되거나 소각로에서 불타며 엄청난 탄소를 뿜어낸다. 1970년대 미국의 대형 석유화학 기업들은 플라스틱 규제를 피하기 위해 재활용 마크를 만들고 대대적인 캠페인을 벌였다.

"플라스틱은 죄가 없다, 분리수거를 제대로 안 한 소비자의 잘못이다"라는 프레임을 씌워 쓰레기 처리 비용과 도덕적 죄책감을 고스란히 개인과 지방자치단체에 떠넘긴 것이다.

요즘 많이 떠도는 말이 화성 또는 달 테라포밍이다. 아메데오 발비 같은 천체물리학자가 지적하듯 테라포밍은 너무 복잡하고 어렵고 위험하고 비용이 너무 들어가는 일이다. 전 세계의 넷 제로(Net-Zero)를 달성하는 것이 화성 테라포밍보다 압도적으로 쉽고, 비용도 상상할 수 없을 만큼 적게 든다.

지금 필요한 것은 단순한 환경 보호 캠페인이 아니라 문명 전체의 뼈대를 바꾸는 거대한 패러다임 전환이다. 이번 빙하 붕괴에 의한 히말라야 대홍수는 충격 그 자체였다. 지금의 추세는 비관적인 생각을 갖게 한다. Exodus가 난망한 거대한 늪에 빠진 기분이다

우리의 유일한 가주 가능 행성 지구를 떠나 화성으로 가겠다고?

당신은 화성으로 떠날 수 없다 - 생명체, 우주여행, 행성 식민지를 둘러싼 과학의 유감
아메데오 발비 지음, 장윤주 옮김, 황호성 감수 / 북인어박스 / 2024년 8월

우주에서 독보적으로 아름다운 우리 지구는 아름다울뿐 아니라 지금껏 알려진 유일한 생명의 행성이자 수십억 년 동안 큰 온도 변화를 겪으면서도 생존 가능한 상태를 유지한 기적적인 행성이다. 하지만 지구는 무수한 죽음 위에 핀 행성이다. 지구상에 출현한 모든 종(種)의 99% 이상이 멸종했다. 지금껏 다섯 번의 대멸종이 일어났다. 이탈리아의 저명한 천체 물리학자인 아메데오 발비는 지구가 우리를 위해 존재하는 것이 아니라 우리가 지구를 위해 존재한다고 말한다. 지구가 인류의 편의를 위해 존재하는 것이 아니라 인류가 지구에 완벽히 적응하도록 진화했다는 의미다.

지금은 우주 탐사가 적극적으로 추진되는 시대다. 이 책은 우리 종의 장기적인 생존이 지구를 대체할 수 있는 행성을 찾는 것에 달려 있는지 아니면 다른 전략을 찾는 편이 나을지에 대한 답을 제시하는 책이다. 지구와 생명체에 심각한 기후 이상을 초래할 수 있는 것 가운데 화산 폭발을 빼놓을 수 없다. 약 75000년 전에 발생한 인도네시아 토바 화산이 폭발할 때 나온 먼지와 화산재가 태양 빛을 차단해 몇 년 사이에 지구 평균 온도가 5~15도 떨어졌다. 슬픈 현실은 우리의 생존에 가장 심각하고 즉각적인 위협은 우리 자신에게서 올 것이라는 예측이 힘을 얻고 있다는 점이다.

우리 시대는 인류가 지구를 자신들의 삶에 맞춰 변형시키는 행위가 매우 빠르고 광범위하게 벌어지고 있으며 우리가 이를 통제하기 어려운 시대다. 저자는 기술 진보가 우리 종의 생물학적 한계를 뛰어넘게 할 것이라고 낙관하는 사람들이 있지만 그런 방식의 진보라면 인류를 조기에 종말로 이끌 가능성이 있다고 말한다. 지구를 떠나자고 말하는 사람들이 있다. 스티븐 호킹은 지구를 떠나 우주에 식민지를 개척해야 한다고 말했고, 마틴 리스는 대규모 우주 이주를 위험한 환상이라 말한다. 지구는 주거 지역으로 남기고 우주는 외곽 산업단지로 조성하자고 말하는 사람도 있다.

탈출 속도를 감안하면 지구를 떠나는 것은 불가능하지 않지만 아주 어렵다. 물체를 수직이 아닌 지구 표면에 평행하게 자전 방향으로 발사하면 훨씬 오랫동안 낙하를 지연시켜 지구 저궤도로 보낼 수 있다. 약 400km 고도에서 초속 약 7km(시속 약 28000km) 속도로 90분마다 지구 한 바퀴를 도는 국제우주정거장이 대표 예다. 지구 제궤도는 대략 고도 200~2000km 사이의 영역이다. 우주비행사들이 지구 저궤도에서 무중력과 같은 느낌을 경험하는 것은 중력이 약해져서가 아니라 그들과 함께 있는 우주선이나 우주 정거장이 지구를 향해 자유 낙하하고 있기 때문이다. 물론 직접 지면을 향하지는 않고 대략 원형의 궤도를 돈다.

지구 저궤도에 있는 우주선들은 여전히 지구 대기의 가장 바깥층인 열권과 외기권에 머물고 있다. 지구 표면으로부터 100km 이상의 고도를 카르만 라인(Karman Line)이라 한다. 우주는 우리가 정의하는 아름다운 곳과 정확히 대척점에 있는 공간이다. 의사이자 공군 비행사인 해리 암스트롱의 이름에서 유래한 암스트롱 한계(Armstrong Limit; 19km 고도)를 넘으면 대기압이 몸 내부 체액의 압력보다 낮아져서 목과 폐의 수분이 증발한다. 35km 지점을 넘어서면 오존층의 보호가 사라진다.

우주 공간에 도달하면 대기가 사라져 낮과 밤 사이의 일교차가 극단적으로 커진다. 국제우주정거장은 영상 120도와 영하 160도 사이를 오간다. 수성과 금성은 너무 혹독하고 위험한 곳이다. 달에 가는 것은 지구 저궤도에 가는 것보다 훨씬 더 어렵고 위험하다. 달 환경은 인간에게 매우 적대적이다. 달에는 대기가 거의 없다. 표면 온도 변화는 영상 130와 영하 170도 사이를 오간다. 화성에 가는 것은 달에 가는 것보다 여러 모로 훨씬 어렵고 위험하고 복잡하다. 여러 까다로운 조건을 감안해야 한다.

흥미로운 점은 화성의 희박한 대기로 인한 극히 낮은 우주선 착륙 저항을 해결하기 위해 우주선의 속도를 줄여줄 충분한 연료가 필요하다는 점이다. 높은 이산화탄소 농도에 비해 대기가 너무 희박해 사실상 온실효과가 일어나지 않아 매우 춥고 척박한 곳이 화성이다. 화성 중력은 지구 중력의 1/3 수준이다. 화성에 물이 존재하기는 하지만 당장 사용하기에 적합하지는 않다. 화성과 달의 흙을 레골리스(regolith)라 한다. 바위를 덮고 있는 이불 같은 존재다. 이 흙을 경작에 사용하려면 다양한 유기물과 비료를 인공적으로 첨가해야 하며 과염소산염 같은 독성 물질이 고농도로 포함되어 있어 인간과 대부분의 생물체에 해롭다.

지구에서 가장 살기 어려운 곳조차 화성에 비하면 천국이다. 화성에 인간을 보내는 일은 심지어 몇 년간의 왕복 임무만 하더라도 엄청난 성과가 될 것이다. 하지만 제대로 된 준비 없이 화성으로 떠나는 일은 대규모 자살 만큼이나 미친 짓일 수 있다. 지구를 벗어난 환경에서 지구와 유사한 환경을 조성하는 것은 이루 말할 수 없이 복합하고 어려운 일이다. 지구에서 화성은 단지 거리가 먼 정도가 아니라 지구 행성의 궤도 공전 속도 물리법칙이 다르기에 복잡하고 어려운 과제다.

테라포밍이란 개념이 있다. 이는 의도적으로 전체 행성의 환경을 변화시켜 지구와 유사하게 만들고 인간 생존에 적합하게 하는 작업을 의미한다. 칼 세이건은 이 분야의 선구자다. 화성이 오늘날의 화성이 된 것은 지구와 비교했을 때 상대적으로 크기가 작기 때문에 일어난 현상이다. 네터 배철은 우주의 팽창을 막지 못하는 지구를 체중미달의 지구라 표현했다. 대기와 물이 있었던 화성이 오늘의 지옥 같은 곳이 된 것은 크기가 작기 때문이니 화성도 체중미달의 행성인 셈이다.

저자는 화성 토양에 매장된 이산화탄소 양은 온도를 충분히 올려 눈덩이 효과를 일으키기에 턱없이 부족하다는 말을 한다. 여기서 말하는 눈덩이란 차가움을 의미하는 것이 아니라 눈덩이가 계속 다른 눈을 흡수해 커지는 효과를 의미한다. 저자는 우리가 화성의 기후와 환경을 마음대로 바꿀 능력이 있다면 지구에서 그렇게 하는 것이 훨씬 더 간단할 것이라 말한다. 저자에 의하면 지구 온난화를 제어하는 일은 화성의 기후를 변화시키는 것보다 훨씬 더 간단하다.(172 페이지)

저자는 현재의 화성은 지구의 대체제가 될 수 없다고 말한다. 겉보기에는 그렇지 않을 수 있지만 화성의 환경은 달만큼이나 적대적이다. 게다가 달과 비교해도 화성에 정착했을 때 얻는 이점이 거의 없다. 유인 탐사선이 언젠가 화성에 도달해 머지 않은 미래에 남극이나 해저 기지와 유사한 소규모 전초기지를 세우겠다는 꿈을 갖는 것은 충분히 가치 있지만 화성에 도시를 세우는 일은 과학 소설에 맡기는 것이 좋다고 말한다.(156 페이지)

오닐 실린더(O'Neill Cylinder)란 개념이 있다. 1976년 미국의 물리학자 제라드 오닐(Gerard K. O'Neill)이 제안한 거대 인공 우주 거주구(Space Colony) 구상이다. 행성 표면에 기지를 짓는 화성 이주가 아니라 우주 공간에 지구와 유사한 환경을 가진 거대한 인공 구조물을 만들어 인간이 살게 하겠다는 아이디어다. 제라드 오닐은 이 거대한 실린더를 설치할 최적의 장소로 지구-달 시스템의 L5(다섯 개의 라그랑주점) 지점을 콕 집어 제안했다. 중력적으로 완벽한 균형을 이루어 궤도 유지 연료가 들지 않고, 달에서 자원(철, 규소 등)을 채굴해 기지를 건설하기 가장 쉬운 명당이기 때문이다.

오닐 실린더도, 화성도, 지구도 모두 광활하고 텅 빈 우주라는 대자연의 허공 속에 떠 있는 존재라는 점에서 완벽히 같다. 우리가 발을 딛고 있는 지구는 거대하고 단단해 보이지만 그저 태양 중력에 묶여 시속 10만 km가 넘는 속도로 허공을 질주하는 우주선일뿐이다. 다만 모두 허공에 떠 있지만 지구란 우주선은 자기장, 대기, 물, 중력 등 인류에게 필요한 모든 생명 유지 장치를 자연적으로 완벽하게 갖춘 단 하나의 기적의 공간이다.

우주 엘리베이터(Space Elevator)는 로켓을 쏘아 올리는 대신 지상에서부터 우주 정지궤도 너머까지 거대한 케이블을 연결해 엘리베이터를 타고 우주를 오가겠다는 혁신적인 우주 운송 시스템 구상이다. 우주 엘리베이터가 반드시 정지궤도(고도 36,000km)까지 도달해야 하는 이유는 그 지점을 넘어야만 중력과 원심력의 균형에 의해 엘리베이터가 쓰러지거나 추락하지 않고 하늘에 팽팽하게 서 있을 수 있는 우주적 균형이 완성되기 때문이다. 오닐 실린더와 우주 엘리베이터는 모두 혹독한 환경의 외계 행성을 지구처럼 바꾸는 테라포밍(Terraforming)이라는 거대한 장벽을 우회하기 위해 제안된 핵심 대안들이다.

적어도 태양계 내에서 지구 외에 인류에게 현실적인 대안은 없다.(171 페이지) 저자는 생명체에게는 지구 2.0이 필요하지 않다고 말한다.(193 페이지) 우리가 외계 행성을 잠재적으로 가주 가능하다고 말할 때 그것은 인간이 그곳에서 살 수 있는 가능성이 아니라 박테리아와 같은 생물이 생존할 수 있는 가능성을 의미한다. 우리가 새로운 외계 행성을 발견하려는 이유는 그곳에 살기 위해서가 아니라 그곳을 연구하고 우리가 아직 모르는 사실들(생명이 어떻게 시작 됐는지, 우주에 퍼져 있는 생명의 분포가 어떠한지, 어떻게 지구를 더 생명이 살기 좋은 행성으로 만들어야 하는지, 한 행성을 불모지로 만드는 원인이 무엇인지)을 알기 위해서다.(194 페이지)

우리와 다른 별 사이를 가로막는 거리는 엄청나게 멀고, 여행 시간을 줄일 획기적인 해결책도 당장에 없다. 가장 가까운 행성계의 잠재적으로 거주 가능한 행성에 가는 데만 긍정적으로 봐도 수백 년이 걸릴 것이고, 더 현실적으로는 수천 년이 걸릴 것이다.(215 페이지) 1톤의 화물을 광속 대비 1/10까지 가속하는 데 필요한 에너지는 현재 전 세계 에너지 생산량과 맞먹는다는 점을 알 필요가 있다.(223 페이지) 물리법칙과 우주의 작동 방식이 지닌 한계에도 불구하고 일부 사람들은 여전히 빛보다 빠른 속도로 여행할 수단과 가능성을 집요하게 모색했다.(225 페이지)

저자는 지구 바깥에 또 다른 지구는 없다고 말한다. 인간은 이 행성의 생물이며 이들을 다른 곳에 옮기려면 그들이 태어난 세계의 일부를 떼어내는 밀봉된 거품 안에 가둬야만 한다. 인간이라는 단어가 흙을 뜻하는 부식토와 같은 라틴어 뿌리에서 나왔다는 사실은 우연이 아니다. 우리는 문자 그대로 우리가 사는 세계와 같은 재료로 만들어졌다. 우리는 몸의 일부를 잃고 살아남을 수 있지만 우리를 지탱하는 풍경과의 연결 없이 살아남을 수 없다. 우리는 이 작은 젖은 바위에 불과한 지구가 우리 은하 변두리의 별 주위를 돌고 있는 한 절대로 그 인연을 끊을 수 없다.(244 페이지)