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

“ 신생대에는 인도가 나머지 아시아 대륙과 충돌해서 히말라야산맥이 하늘 높이 치솟는 바람에 물리적 침식 속도가 빨라졌다. 이 충돌은 대략 5000만 년 전 에오세Eocene Epoch에 시작되었다. 하지만 히말라야산맥은 대규모 증발암 퇴적이 일어난 마이오세에도 대거 융기했고, 테티스해 해로가 막히는 데 영향을 주었던 유럽과 아프리카의 충돌 때도 마찬가지였다. 이때 황철석과 석고 풍화 속도가 빨라져서 기온 하강을 막는 완충 역할을 했을 것이다. 당시 지구는 증발암 풍화와 퇴적으로 인한 소규모 기후 교란에서 회복하는 힘이 어느 정도 있었던 것 같다. 적어도 판게아 같은 초대륙이 황혼기를 맞이한 시기처럼 침식 속도가 낮았을 때와 비교하면 상대적으로 회복력이 있었다고 볼 수 있다. 무엇보다도 산소가 풍부한 신생대 바다는 폐쇄해성 환경의 확장에도, 산화 풍화 작용과 황산염 퇴적의 산소 제거 효과에도 저항했다. 그래서 신생대에는 산소와 황산염 수준이 크게 변하지 않았다. 이 상황을 에디아카라기-캄브리아기의 전환기와 비교해 보자. 겉으로 볼 때는 에디아카라기에서 캄브리아기로 넘어가던 전환기와 신생대가 아주 비슷하다. 장대한 조산 운동이 벌어졌고, 바다에 황산염이 넘쳐났다. 하지만 똑같은 일이라도 산소가 적은 환경에서는 완전히 다른 결과를 낳았다. 첫 번째, 과다한 황산염은 산소가 없는 에디아카라기 바다에서 산화 환원 균형을 극적으로 바꿔 놓았다. 황철석 매장을 통해 산소를 공급하는 동시에, 황 순환(DOC 산화)을 통해 훗날 칼슘 순환으로는 이룰 수 없는 수준으로 온난화를 일으켰다. 높은 황산염 수준은 5억 5000만 년 전 이후로 가장 두드러지는 대규모 석고 퇴적으로도 이어졌다. 활발한 침식은 산화 풍화 작용을 거쳐 산소를 소비한다. 폐쇄해성 환경과 황철석 매장은 산소를 다시 배출하고(혹은 더 많이 생산하고), 황산염 퇴적은 산소를 제거한다. 그러므로 무산소 환경의 확산은 곧 산소 발생 사건으로 이어진다. 에디아카라기에서 캄브리아기로 바뀌는 전환기에 지구 기후와 산소 수준, 황산염 수준은 크게 요동쳤고, 커다란 변화의 진폭은 생명체의 확산과 위기에 잘 드러난다. 이처럼 서로 다른 시기에, 그러나 유사하게 발생한 지각 변동 사건을 보면, 교란에 대한 생물권의 반응은 그 교란의 성격만이 아니라 당시 지구 시스템의 상태에도 크게 좌우된다는 사실이 명확해진다. 실제로, 똑같은 교란이 정반대의 결과를 낳을 수 있다. 예를 들어서 에디아카라기에는 온난화가 산소 발생 사건과 밀접하게 연관되었지만, 이후에는 반대의 경우가 더 많았다. 훨씬 더 먼 과거를 살펴보면 또 다른 반응을 확인할 수 있다. 아마 지구 역사상 가장 중요한 환경 변화일 GOE도 그런 순간이었으리라고 생각한다. 원래 산소는 오직 오아시스나 미생물 깔개 내부에 겨우 흔적만 있는 수준이었지만, GOE 이후 최저 임계치를 넘어서는 수준으로 꾸준히 유지되면서 육지의 풍화 환경을 산화할 수 있었다. 앨프리드 P. 슬론 재단Alfred P. Sloan Foundation에 자금을 지원받는 국제 공동 연구 기관 심층 탄소 관측 팀Deep Carbon Observatory은 놀랍게도 GOE가 오늘날 지구에 있는 광물 유형의 절반 이상을 생산했다고 추산했다. 갑작스레 수많은 원소가 산화할 수 있는 상태가 만들어졌기 때문이다. 황도 이런 '다원자가polyvalent' 원소였으므로 황 순환 역시 돌이킬 수 없게 변화했고, 처음으로 지구 시스템에서 주요 파괴자 역할을 맡았다. ”

“ 요즘에는 거대한 증발 퇴적물이 만들어지지 않지만, 여전히 황산칼슘은 뜨거운 바닷물이 해저의 균열을 통해 순환하는 곳마다 서로 다른 방식으로 제거되고 있다. 이 과정은 화산 활동을 통해 늘 새로운 해양 지각을 만들어내는 대양 중앙 해령 아래에서 일어난다. 압력을 받은 바닷물이 섭씨 150도를 훌쩍 넘기는 온도에서 끓는점에 이르는 열수구 주변에서 황산칼슘의 무수 형태인 경석고가 흔하다는 사실로 미루어 알 수 있다. 경석고가 침전되면 몇 달에서 몇 년 내로 균열이 막혀서 해양 지각의 투수성이 급격하게 줄어든다. 오늘날 바다에서 황산염 농도는 칼슘의 세 배에 달하므로, 경석고 침전 이후 열수에 황산염이 남아 있겠다고 생각할 사람도 있을 것이다. 하지만 해양 지각이 변화하는 동안 현무암에서 마그네슘 대신 칼슘이 침출된다. 이는 나머지 황산염이 모조리 제거된다는 의미다. 당신은 내가 앞서 황산염 퇴적이 지구 황순환에 미치는 영향을 설명할 때 왜 이 사실을 말하지 않았는지 의문스러울 것이다. 장기적으로 볼 때는 열수 경석고 침전을 고려하지 않아도 괜찮다. 새로운 해양 지각이 중앙 해령에서 멀리 떨어져 식고 나면 결국 이 경석고가 대부분 용해되어서 황산염이 바닷물로 되돌아가기 때문이다. 이 과정은 틀림없이 GOE 이후에 시작되었을 것이다. 정확히는 언제였을까? 이 일시적인 황산염 흡수원이 생겨난 일은 지구 산소 수지에 커다란 영향을 미쳤을까? 살짝 방향을 틀어 GOE 이전으로, 표면 환경에 사실상 유리 산소가 없었던 시기로 돌아가서 답을 찾아보자. 이제까지 우리는 주로 세 번째 원생누대와 네 번째 현생누대에 초점을 맞추었다. 가장 앞선 명왕누대는 지질 흔적을 전혀 남기지 않았지만, 화산이 폭발하고 운석이 지구를 폭격하던 시기였다. 명왕누대에 뒤이어 40억 년 전에서 25억 년 전까지 지속된 시생누대에서는 우리 고향 행성의 독특한 특징이 처음 생겨난 듯하다. 바로 이때 생명체가 탄생한 것이다. 아울러 시생누대가 끝날 즈음에는 시아노박테리아가 산소를 만들고 있었다. 지각이 부분 용융partial melting(고온 환경에서 고체 상태의 암석이 부분적으로 녹아 섞이는 현상-옮긴이)을 거듭 거치면서 마그네슘보다 칼륨이 더 많고 밀도가 낮은 지표 규산염층으로 바뀐 것도 이 시기다. 시생누대 말에 밀도가 낮은 대륙 지각은 물 위에 둥둥 뜬 얼음처럼 맨틀 위에 떠 있었을 수도 있다. 그래서 밀도가 더 높은 해양 지각이 대륙 지각 아래로 들어갈 수 있었고, 현재 우리가 알고 있는 가파른 섭입과 초대륙 순환, 지각 변동이 시작되었을 것이다. 부력이 뚜렷한 효과를 낸 덕분에 대륙이 바다 위로 솟아올라서, 사실상 물밖에 없었던 세상은 파란색과 초록색, 갈색이 섞인 오늘날의 지구와 훨씬 더 비슷하게 바뀌었다. 바위로 이루어진 대륙의 출현은 생물지구화학 순환을 영구히 바꿔놓았다. ”