[함께 읽는 과학도서] 천천히 곱씹으며 느리게 읽기 <지구의 짧은 역사> 2부

“ p.121 대기의 화학적 과정이 지구의 황 순환에 주된 역할을 하다가, 그 이후에는 중단되었음을 알려준다. pp.123~124 그러나 빛은 있지만 산소가 없다면, 다른 전자의 원천도 이용할 수 있게 된다. 수소 기체, 썩은 달걀 냄새를 풍기는 황화수소, 용액 상태의 철 이온 등이 그렇다. pp.125~126 당신과 나는 산소를 써서 유기분자를 분해하는 호흡을 하지만, 일부 세균은 황산이온이나 산화철 같은 화합물을 써서도 호흡할 수 있다. 즉 동물이 식물이 생산한 산소를 이용하는 호흡을 하여 유기분자를 다시 이산화탄소로 바꾸는 것처럼, 이런 세균은 광합성 세균이 황화수소, 용해된 철 같은 화합물에서 얻은 전자를 써서 생산한 분자를 무산소 호흡을 통해 분해한다. 이런 식으로 햇빛이 들지만 산소가 없는 환경에서 탄소 순환은 철 및 황의 순환과 연결된다. 그러니 지구의 유년기는 최초의 철기 시대였다고도 할 수 있다. 탄소 순환이 산소가 없는 강, 호수, 바다에서 철의 생물학적 순환과 긴밀하게 얽혀 있던 시대였다. ”

“ 고대 세계의 강철 혁명 쇠는 구리와 주석의 합금인 청동이 갖지 못한 두 가지 장점이 있었다. 첫째, 쇠의 원료인 불그스름한 철광석은 구리나 주석보다 흔했다. 둘째, 잘 만든 철은 청동만큼 강하고 철과 탄소의 혼합물인 강철은 그보다 더 강했다. 그러나 철의 제조 방법은 청동보다 훨씬 복잡하며, 완벽한 제철 기술을 익히려면 많은 시행착오가 필요했다. 철은 구리나 주석보다 녹는점이 높다. 고온의 용광로 안에서 구리와 주석 광석이 녹으면 두 가지 종류의 액체가 생긴다. 하나는 녹은 금속이고, 다른 하나는 ‘슬래그’라고 부르는 잡동사니가 섞인 용액이다. 하지만 철을 같은 온도로 가열하면, 슬래그는 대부분 흘러가 버리고 순수 상태의 철만 남는다. 철을 주조할 정도의 액체 상태로 녹이는 데 필요한 온도를 유럽에서는 수세기 이후에나 만들어 냈지만, 중국에서는 이미 기원전 4세기에 철을 주조했다. 고대 지중해 세계에서 했던 것처럼 낮은 온도에서 철을 녹이면 괴철이 나온다. 괴철에는 벌집처럼 조그만 구멍이 뚫려 있는데, 이 구멍에 슬래그가 들어차서 냉각되면서 굳는다. 괴철을 다시 가열하면 슬래그가 부드러워지고, 여기에 망치질을 하면 슬래그가 빠져나와 철 덩이만 남는다. ‘단조(鍛造)’라고 부르는 이 과정은 용광로에서 이루어진다. 고대 문명권의 금속 기술자는 단조된 철 가운데서도 단단한 것과 무른 것이 있다는 사실을 알았다. 또 많은 시행착오 끝에 가열 과정에서 사용된 숯의 양이 금속의 굳기에 영향을 준다는 것도 깨쳤다. 물론 그 이유가 용광로 안에 들어 있는 탄소 때문이라는 사실까지는 알지 못했다. 탄소가 용광로 안에서 괴철과 결합하면, 그 혼합물인 강철은 합금의 성질을 일부 띠게 된다. 이렇게 만들어진 강철은 보통 철보다 더 단단하며, 가열과 망치질을 반복하면 끝을 날카롭게 만들 수 있다. 이 기술은 금속 기술자가 구리와 청동을 다룰 때 이미 사용하던 기술인 담금질과 비슷하다. ”