(75쪽) “처진 지구조(sag tectonics)”에 관해 제미나이에게 물어보았습니다.
> Sag tectonics(처진 지구조 이론)는 현대 지질학의 정설인 '판 구조론(Plate Tectonics)'이 확립되기 전, 혹은 판 구조론만으로는 설명하기 어려운 초기 지구(시생대)의 지각 변동을 설명하기 위해 등장한 이론입니다.
쉽게 말해, 지각판이 옆으로 움직이며 부딪히는 것이 아니라, 지각의 무게나 밀도 차이로 인해 수직으로 가라앉으며(sagging) 지형이 만들어졌다는 핵심 아이디어를 담고 있습니다.
1. 핵심 원리: "무거우면 가라앉는다"
판 구조론이 '수평 이동'에 주목한다면, Sag tectonics는 '수직 운동'에 집중합니다.
• 밀도 불균형: 초기 지구는 지금보다 훨씬 뜨거웠고 지각이 얇았습니다. 이때 상대적으로 무거운 암석(염기성 암석 등)이 가벼운 암석(화강암질 지각) 위에 놓이게 되면 불균형이 생깁니다.
• 침강(Sagging): 무거운 상부 지각이 중력의 영향으로 하부의 말랑말랑한 맨틀이나 연약한 지각 속으로 서서히 가라앉습니다.
• 이 과정에서 거대한 분지나 '처진' 형태의 구조가 만들어지며, 여기에 퇴적물이 쌓이거나 변성 작용이 일어납니다.
2. 왜 시생대(Archean) 연구에 중요한가?
현재의 판 구조론은 단단한 '판'이 존재해야 성립하지만, 약 25억 년 전보다 더 오래된 초기 지구는 판이 형성되기 전이거나 매우 불안정한 상태였습니다.
• 그린스톤 벨트(Greenstone Belts): 고대 지괴(Craton)에서 발견되는 독특한 지질 구조입니다. 과학자들은 이 구조가 판의 충돌보다는 지각이 수직으로 처지면서 만들어진 Sag tectonics의 결과물이라고 해석하기도 합니다.
• 돔-앤-키어 구조(Dome-and-keel): 가벼운 화강암은 위로 솟고(Dome), 무거운 암석은 아래로 처지는(Keel) 모양이 나타나는데, 이는 수직적 이동의 대표적인 증거로 꼽힙니다.
요약하자면,
Sag tectonics는 "지구가 충분히 식어 단단한 판이 만들어지기 전, 뜨겁고 말랑했던 초기 지각이 중력 때문에 아래로 처지면서 변형되었다"는 이론입니다. 오늘날에는 판 구조론이 지배적이지만, 아주 먼 과거의 지구 역사를 이해하는 데에는 여전히 중요한 퍼즐 조각으로 다뤄집니다.
[함께 읽는 과학도서] 천천히 곱씹으며 느리게 읽기 <지구의 짧은 역사> 1부
D-29
sag tectonics 가 궁금했는데 올려주신 내용을 보니 이해가 잘 되네요. 판 구조론이 원활하게 작동하기 전 초기 지구의 판이 형성되는 부분에 대해 이해할 수 있어요.
서호주의 필바라 지괴Pilbara Craton에 'sag tectonics'의 흔적이 있어서 과학자들이 연구에 박차를 가하고 있다고 합니다. 그곳에는 스트로마톨라이트도 있고 호상철광층도 있고요.. 지구의 오랜 역사를 비밀스럽게 간직한 곳이네요.
“ 인간이 채굴하는 철의 90퍼센트는 호상철광이다. 호상철광은 20억 년 전 광합성을 하는 생명체에 의해 생성되어 바다 밑바닥에 쌓이며 철광석 층을 만들었다. 대체 어떤 생명체가? 시아노 박테리아! 또 시아노 박테리아다! 산소부터 하늘, 오존층을 만들더니 이번에는 철광석까지……! 정말 대단한 녀석 아닌가. ”
『서호주 탐험가를 위한 과학 안내서 - 지구 태초의 모습을 찾아 떠나다』 p.124, 조진호 지음
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“시아노 박테리아! 또 시아노 박테리아다!” ㅎㅎㅎ 재밌습니다.
오, 이 책 그림도 좋고 재밌을 것 같습니다. 소개 감사합니다! 이미 가득 차서 범람 중인 읽을책 바구니에 킵! ㅋㅋㅋ
“ 머릿속이 어지러워 유흥을 즐길 기분이 아니었지만 말콤 박사와 좀 더 어울리기로 했다. 그는 호주의 한 대학교에서 고생물학을 연구하는 교수였다. 송 대장이 말콤은 고생물학의 세계적인 권위자라고 말한 적이 있었는데, 한국으로 돌아와 몇 년 후 우연히 영국의 BBC 자연 다큐멘터리를 보다가 말콤을 발견했다. '와~진짜 유명인이었네.'
말콤 박사는 초기 지구의 생물체를 추적, 연구하고 있다. 서호주는 30억 년 전 형성된 지층이 고스란히 노출된 곳이 많고, 인구밀도가 희소한 탓에 대부분의 지역이 원시 상태로 보존돼 있다. 고생물학자에게 이보다 좋은 환경은 없을 것이다.
말콤은 샤크만에서 북쪽으로 800킬로미터 떨어진 필바라에서 고대에서 생성된 스트로마톨라이트를 찾고 있었다. 수십억 년 전에도 오늘날과 같은 구조의 스트로마톨라이트가 만들어졌을 가능성이 크다. 필바라에서는 산화철이 층층이 쌓인 해양 지각이 종종 발견된다. 그는 그 지층의 오묘한 무늬가 초기 지구에서 생성된 스트로마톨라이트의 구조라고 주장한다.
물론 논란은 많다. 무늬가 비슷하다고 해서 그것이 오늘날의 스트로마톨라이트와 같을까? 말콤은 검사를 위해 지층의 시료를 채취해 자신의 연구실로 가져가 정밀한 측정기로 시료의 물질을 분석한다. 물질에서 시료가 생물의 흔적임을 믿을 만한 과학적 결과가 도출되면, 그 흔적이 얼마나 오래전의 것인지 연구한다.
”
『서호주 탐험가를 위한 과학 안내서 - 지구 태초의 모습을 찾아 떠나다』 pp.155~156, 조진호 지음
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“ 복잡한 뵈프 부르기뇽 요리법을 시청자들에게 소개할 때와 똑같은 유쾌한 목소리로 줄리아는 “원시 수프” 요리법을 알려주었다. 이 단순한 화학물질들의 혼합액에서 생명이 출현했다고 여겨진다. 생명의 “요리법” 이 있다는 개념은 단순해 보이긴 하지만, 생명의 복잡성을 구성 부분으로 해체하여 생명 분자를 살펴볼 때 도움이 된다. ”
『지구의 짧은 역사 - 한 권으로 읽는 하버드 자연사 강의』 p.87, 앤드루 H. 놀 지음, 이한음 옮김
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“ In the same delightful voice with which she guided viewers through the intricacies of Boeuf Bourguignon, Julia presented a recipe for "primordial soup," the mix of simple chemicals from which life is thought to have emerged. The idea that there is a "recipe" for life is admittedly simplistic, but it gains traction when we break the complexity of organisms down into their component parts, the molecules of life. ”
『지구의 짧은 역사 - 한 권으로 읽는 하버드 자연사 강의』 앤드루 H. 놀 지음, 이한음 옮김
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원시 수프 primordial soup : 생명체가 만들어졌는지에 대해 설명해 주는 유력한 가설
보글보글 끓이는 이미지가 떠올라서 수프soup라고 표현한 것이 재미있어요. 한국식으로 표현하면 죽 같은 느낌일까요? 원시 대기에 있었던 분자들도 필요하지만 결정적으로 에너지(번개, 화산활동, 자외선 등)가 필요했다는 게 중요한 것 같아요. 수프가 조리되는 동안 화학적인 변화가 일어나 새로운 요리인 아미노산(유기물)이 만들어지는 것이죠.
“ 影片中、朱莉亚用她解说红酒炖牛肉复杂做法的嗓音、悦耳动听地为观众讲述了“原始汤”的料理配方、这碗汤里混着被视为生命起源所需的简单化学组分。诚然、“生命有‘配方’”这个解释显得过于简单、不过这个想法也越来越欢迎了、因为它简化了生物的复杂性、把复杂的整体折解为各个组成部分、即构成生命的基本分子。 ”
『지구의 짧은 역사 - 한 권으로 읽는 하버드 자연사 강의』 앤드루 H. 놀 지음, 이한음 옮김
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원시 수프Primordial Soup 를 중국어에서는 '위안스탕原始汤'이라고 하네요. 한자의 음독으로는 '원시탕' ㅎㅎ 이고요.
글자들을 조합하여 의미를 지닌 단어와 문장을 만드는 것과 비슷하게, 아미노산들을 줄줄이 꿰어서 이런저런 기능을 하는 구조를 지닌 단백질을 만든다.
『지구의 짧은 역사 - 한 권으로 읽는 하버드 자연사 강의』 p.88, 앤드루 H. 놀 지음, 이한음 옮김
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“ 단백질의 구성 성분은 아미노산amino acid인데, 20종의 아미노산이 결합하는 방식에 따라 다양한 형태의 단백질이 생성된다. 26개의 알파벳을 조립하는 방식에 따라 다양한 단어가 만들어지는 것과 같은 이치다. 알파벳으로 인식 가능한 단어를 만들려면 특정한 배열 순서를 만족해야 하듯이, 유용한 단백질을 만들려면 아미노산도 특정한 배열 순서를 만족해야 한다. 아미노산이 무작위로 조립된다면 생명에 필요한 단백질이 생성될 확률은 거의 0에 가깝다. 20종의 아미노산이 서로 결합하여 긴 사슬을 만드는 방법의 수를 헤아려 보자. 150개의 아미노산이 사슬처럼 연결된 경우, 가능한 배열의 수는 약 10¹⁹⁵가지다. 얼마나 큰 수인지 잘 모르겠다면 이렇게 생각해 보라. 10¹⁹⁵는 우주에 존재하는 입자의 수보다 훨씬 많다! 한 무리의 원숭이들이 수십 년 동안 키보드 위를 아무리 열심히 뛰어다녀도 '사느냐 죽느냐To be or not to be'라는 문장이 입력되지 않는 것처럼, 아미노산이 무작위로 결합한다면 생명체에게 필요한 단백질은 아무리 긴 세월이 흘러도 생성되지 않았을 것이다. ”
『엔드 오브 타임 - 브라이언 그린이 말하는 세상의 시작과 진화, 그리고 끝』 pp.136~137, 브라이언 그린 지음, 박병철 옮김
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“ The proteins in our bodies can be large and complex, but they form by stitching together relatively simple compounds called amino acids - proteins generally contain twenty different kinds - strung together into functioning structures, much as we combine letters to make words and sentences with meaning. ”
『지구의 짧은 역사 - 한 권으로 읽는 하버드 자연사 강의』 앤드루 H. 놀 지음, 이한음 옮김
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여기가 느리게 읽기 방이므로 tmi 하나 늘어놓겠습니다.
3장 생물학적 지구가 시작된 83쪽에 보면 저자가 제트추진연구소에서 일했던 일화가 나옵니다. 혹시 이 연구소가 어디인지 생각해보셨는지요. 책의 내용을 보면 유추할 수 있듯이 nasa(미국항공우주국)의 연구소입니다. 그런데 nasa 산하 연구소나 연구센터는 미국 전역에 10개가 있어요. 제트추진연구소(JPL: Jet Propulsion Lab.)가 그 중 하나로 이름에서 알 수 있듯이 로켓 기술 연구와 행성 탐사에 사용되는 장비 등을 주로 연구 하는데 캘리포니아공과대학교, 우리에겐 칼텍(CalTech)이라고 알려진 유명 공대가 운영하고 있습니다.
NASA 연구소는 우주기술, 항공기술, 그리고 로켓을 발사하는 곳 이렇게 대충 세 부류인데 JPL은 우주 기술을 연구하는 곳이죠. 칼텍은 소수 정예 공대로 유명한데 과학 공학 분야에서 MIT와 쌍벽을 이룹니다. 규모로는 MIT가 훨씬 크지만 칼텍 학생들은 MIT생들이 영재라면 자신들은 천재라고 뻐긴다죠. ㅎㅎ
리처드 파인만이라고 우리에게 잘 알려진 물리학자있죠? 양자역학은 제대로 알고 있는 사람이 없다고 말했던, 양자역학으로 노벨상 받은 과학자죠. ㅎㅎ 이 사람이 교수로 일한 곳이 바로 칼텍입니다. 여기서 학부생 대상으로 물리학 강의를 했는데 이게 유명해져서 나온 책이 바로 <파인만의 물리학 강의>이고 우리나라에도 번역되어 있네요. 한 번 읽어본다고 마음다짐만했지 아직 못 읽었습니다. 그 외에도 농담도 잘 하던 그에 대한 많은 책들이 발간되어 있습니다. 이상 제트추진연구소가 눈에 띄여 파인만을 떠올리며 주절대봤습니다.
파인만의 물리학 강의 Volume 1-1, 반양장본기존에 같은 출판사에서 출간되었던 <파인만의 여섯가지 물리 이야기>와 <파인만의 또 다른 물리이야기>는 이 책의 내용 중에서 가장 쉬운 것들 위주로 묶어 펴낸 것이다. 완역본은 파인만 강의의 진수를 남김없이 경험할 수 있는 귀중한 기회이다.
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오, 3장은 아직 시작을 못했지만 요즘 옆방에서 읽고 있는 <마션>에도 제트추진연구소가 나오더라고요. 상세하게 알려주셔서 감사합니다.
화성에서 살아남기 <마션>에서 라면 당연히 JPL이 등장하겠네요. 전 영화로 봤습니다. 앤디 위어의 소설 중엔 <프로젝트 헤일메리>만 읽어봤는데 <쿼런틴>을 쓴 그렉 이건보다는 덜 어려운 하드 sf를 쓰는 것 같더군요. 도움이 되셨다니 다행입니다.
마션 아직 초반부를 읽는 중인데 재미있어서 3부작 다 읽어보고 싶어집니다. (@밥심 님 덕분에, 그 책에서 제트추진연구소가 언급될 때마다 친숙한 느낌이 들어요 ㅎㅎ) 제가 과알못에 SF알못이라 어려움이 있긴 해도 모임지기 님이랑 다른 분들의 도움을 받으니 무난히 읽혀지는 게 신기합니다. (근데 쿼런틴 같은 책은 너므 어려울 것 같아요.) 지금 이 방에서 과학 책을 읽고 있다는 것도 뿌듯하고요. 과학이 이렇게 마구마구 재밌는 것이었구나! 싶습니다.
글타래
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