[함께 읽는 과학도서] 천천히 곱씹으며 느리게 읽기 <지구의 짧은 역사> 1부

“ In fact, it is the sinking of crustal slabs that pulls the ocean crust apart; new crust then forms passively at the ridges. ”

“ 헤스의 가설이 옳았던 것이다. 새로운 해양 지각은 해령에서 생겨났다. 해마다 보스턴과 내가 좋아하는 런던의 식당 사이의 거리는 2.5센티미터씩 늘어나고 있다. 우리의 시간관념으로 보자면 무시할 수 있을 정도로 느리지만 ─ 분명히 내 여행 일정을 엉망으로 만들 정도는 아니다 ─ 지난 1억 년에 걸쳐서 보면, 대서양은 거의 2,500킬로미터나 벌어졌다. 대륙 이동 문제는 사실상 해저 확장을 통해 해결되었고, 판구조론plate tectonics이라는 새로운 패러다임이 형태를 갖추기 시작했다. ”

“ 지구가 점점 커지지 않는 한(커지고 있지 않다), 해령에서 새 지각이 형성된다면 다른 어디엔가에서는 오래된 지각이 사라져야 한다. 지각의 무덤은 섭입대subduction zone다. 섭입대는 한 지각판이 다른 지각판 밑으로 가라앉으면서 지각의 암석을 원래 기원했던 맨틀로 돌려보내는 곳으로, 지각판의 가장자리를 따라 뻗어 있다. 대서양은 느리기는 하지만 가차 없이 넓어지고 있는 반면, 태평양 분지의 가장자리는 섭입대로 둘러싸여 있다. 알류샨 열도에서 인도네시아에 이르는 이 지대에서는 화산과 지진이 빈발한다. 사실 해양 지각을 찢어서 여는 것은 반대쪽에서 벌어지는 이 지각판의 침강 작용 때문이다. 그 결과 해령에서 수동적으로 새 지각이 생겨나는 것이다. ”

“ 해양 지각이 대륙의 가장자리에서 가라앉는 지점을 따라서 산계가 형성될 수도 있다. 안데스산맥이 그런 사례다. 또 산맥은 두 대륙이 충돌할 때에도 생길 수 있다. 웅장한 히말라야산맥은 인도 아대륙이 북쪽의 아시아와 충돌할 때 생겨났다. 그보다 규모가 작은 애팔래치아산맥은 현재 섭입대에서 멀리 떨어져 있지만, 3억 년 전에 고대의 대륙들이 충돌해서 생겨났다는 증거가 있다. 러시아 한가운데로 뻗어서 유럽과 아시아를 구분하고 있는 우랄산맥도 오래 전에 대륙들이 충돌한 흔적이다. ”

“ 또 지각판은 새로운 지각을 생성하거나 기존 지각판의 섭입을 일으키지 않은 채, 서로 미끄러질 수도 있다. 아마 가장 유명한 사례는 샌앤드레이어스 단층일 것이다. 이 단층은 샌프란시스코 북부에서 멕시코에 이르기까지 캘리포니아주 일대를 가르고 지나간다. 동쪽의 북아메리카판과 서쪽의 태평양판의 마찰로 이 지역에는 끊임없이 지진이 일어난다. 과학자들은 이 지진을 멈출 수는 없지만, 컴퓨터의 엄청난 연산력을 써서 예측하는 법을 알아내고 있다. ”

“ 영국 지구물리학자 댄 매킨지를 비롯한 이들의 연구 덕분에, 현재 우리는 지표면에서의 판 운동이 지구의 더 깊은 곳에서 일어나는 동역학을 반영한다는 것을 안다. 1장에서 맨틀 대류를 언급한 바 있다. 바닥에서 뜨거운 물질이 솟아오르고, 더 차가운 물질은 가라앉아서 중심핵 쪽으로 돌아가는 흐름이다. 해령은 뜨거운(따라서 비교적 부력을 지닌) 맨틀이 지표면으로 상승하는 곳에 생기고, 섭입대는 맨틀이 가라앉는 곳과 일치한다. 따라서 지도와 여행을 통해서 우리에게 친숙한 산맥과 대양은 지구 깊은 곳에서 일어나는 과정을 반영한다. ”

“ 대륙은 해저보다 섭입에 더 저항하므로, 훨씬 더 오래된 기록도 보존하고 있다. 퇴적암 지층의 규모와 특징, 화강암을 비롯한 화성암들의 화학적 조성과 분포, 더 오래된 산맥에서의 단층과 습곡의 배치 등은 판구조가 적어도 25억 년 전부터 지표면의 모습을 형성해 왔다는 사실을 명확히 보여준다. ”

“ 중요한 단서는 1장에서 말한 고대의 지르콘에서 나온다. 이 결정에 갇힌 미량 원소들은 지표면에 있던 물질이 40억여 년 전에 지구 내부로 흘러들었지만, 더 나중 시대에 비하면 훨씬 느린 속도로 이동했음을 시사한다. 이 관찰 결과는 지구 초기에 지르콘을 함유한 마그마가 두꺼운 화산암 더미의 바닥에서 형성되었음을 시사한다고 해석되어 왔다. … 그러나 38억 년 전 ~ 36억 년 전에는 섭입이 시작된 상태였으며, 따라서 지각판과 비슷한 형태의 운동이 일어나고 있었음을 시사한다. ”

“ 대부분의 지르콘은 밝게 빛나는 보석이기는커녕 눈에 잘 보이지 않을 정도로 작다. 지르콘 결정은 긴 지름의 길이가 10분의 1밀리미터도 되지 않는 것이 보통이다. 지르콘은 사암, 편암, 편마암 속에 들어 있다. 마그마가 응고된 암석 종류에는 거의 다 지르콘이 들어 있는데, 그중에서 가장 친숙한 암석은 화강암이다. 지르콘은 화강암질 마그마가 지표로 분출되어 만들어진 암석인 유문암 속에도 들어 있다. 그리고 화강암과 다른 암석에서 유래한 모든 퇴적암, 바닷가와 강가의 모래 속에도 당연히 들어 있다. 안타깝게도, 호상열도와 해양지각에서 무엇보다 중요한 구성 요소인 현무암질 암석에는 지르콘이 드물다. ... 마그마가 식는 동안, 이를테면 관입해 들어온 거대한 저반이 천천히 점점 굳으면서 그 안의 마그마가 다양한 광물과 암석으로 차례차례 발달하는 동안, 지르콘늄 이온은 규소와 산소를 끌어당겨 지르콘을 만든다. "그 원소들은 매우 강하게 결속되어 있어요." 반 슈무스가 말했다. "거기에 우라늄, 하프늄, 토륨 같은 다른 원소가 살짝 끼어드는 것이죠. 납은 우라늄과 토륨이 방사성 붕괴를 일으키면서 형성되기 시작해요. 지르콘이 만들어지려면, 주위에 규소가 많아야 해요. 그래서 일반적으로 지르콘은 석영이 들어 있는 화성암과 연관이 있어요." ”

“ 44억 년 전에 생성된 가장 오래된 광물 호주 서부 잭힐스에서 발견된 돌로 44억 년 전에 형성된 것으로 추정되는, 지구상에서 가장 오래된 광물이다. 태양계 나이가 약 46억 년인 점을 고려한다면, 지구 초기 환경과 생명 기원에 관한 많은 비밀을 품고 있는 광물이기도 하다. 풍화에 강하고 무거워서 해안 등지의 모래에서도 종종 발견된다. 굴절률이 높고 분산광Diffuse 을 내는 다채로운 색을 지닌 보석으로 무색 지르콘은 다이아몬드의 모조품으로 이용된다. 지르코니아Zirconia라 불리는 인공 돌은 이름이 비슷하여 혼동하기 쉬우나 지르콘과 다른 성질을 가진 돌이다. 많은 종류의 암석에 함유된 단단한 광물이기 때문에, 방사 연대를 측정할 때 흔히 이용된다. 화학명 규산지르코늄 색 무색, 회색, 노란색, 녹색, 청색, 적갈색 원산지 호주, 미얀마, 캄보디아 등 용도 보석 장식품, 지층의 연대 측정, 특수 내화물 ”