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

“ 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 황철석과 석고의 황 동위원소를 상세히 분석하면, 24억 년 전보다 더 이전에는 대기의 화학적 과정이 지구의 황 순환에 주된 역할을 하다가, 그 이후에는 중단되었음을 알려준다. 화학적 모델은 이 상세한 동위원소 흔적이 대기의 산소 농도가 극도로 낮을 때에만 생길 수 있음을 시사한다. 현재의 1/100,000보다 낮을 때다. ”

“ 지구 표면에는 25억 년 전의 이 거대한 변화가 표현되어 있었다. 생명은 시생대 초기에 혐기성 세균의 형태로 시작되었지만, 광합성 세균은 시생대 중기에 나타났고 원생대가 되어서야 번성했다. 광합성 세균은 산소를 내뿜었다. 대기가 바뀌었다. 대양도 바뀌었다. 바다 속에는 물에 잘 녹는 제1철이 풍부했는데, 주로 20억 년에 걸쳐 배출된 용암에 의해 바다 속으로 들어왔다. 이제 산소가 추가되면서, 제1철은 제2철로 바뀌었다. 물에 녹지 않고 밀도가 높은 제2철은 진흙 같은 형태로 석출되어 바다 밑바닥에 가라앉았고, 석회 진흙과 이산화규소 진흙, 그 밖의 다른 바다 속 퇴적물과 결합해 호상철광층banded-iron formation이 되었다. 전 세계에 걸쳐 형성된 호상철광층은 쇠못이 되고, 자동차가 되고, 대포가 되었다. 이것이 바로 미네소타 메사비산맥의 철이며, 오스트레일리아 해머슬리 분지의 철이고, 미시간과 위스콘신과 브라질의 철이다. 전 세계에서 지금까지 채굴된 철은 90퍼센트 이상이 선캄브리아 시대의 호상철광층에서 나왔다. 이 철의 연대는 지금으로부터 25억~20억 년 전이다. 환원된 대기에서 산화된 대기로의 전이, 그리고 그와 관련해서 일어난 대양의 화학적 성질의 급격한 변화, 즉 철을 만들어낸 변화는 대단히 특별하다. 그 사건은 결코 반복되지 않았다. 지구에서 그런 일은 다시 일어나지 않았다. ”

“ 1895년 문을 연 헐-러스트-머호닝 철광산은 6억 3500만 톤이 넘는 광석을 생산했고 450톤이 넘는 폐석을 이 황무지 전역에 쌓아놓았다. 광산이 확장되면서 원래 시가지가 있던 곳까지 집어삼키게 되자, 히빙은 도시의 위치를 옮겨야 했다. 미국에서 생산되는 철의 거의 35퍼센트가 한때 산이었던 자리에 있는 이 구덩이에서 나왔다. 1800년대 후반과 1900년대 초반 산업혁명 시대에 만들어진 기계와 구조물에는 대부분 이 광산에서 채굴된 철이 들어갔고, 특히 두 번의 세계대전 동안 선박과 탱크와 비행기의 제작에 필요한 엄청난 양의 강철도 이곳에서 나왔다. ... 이 철광들과 그 막대한 매장량은 미국 역사에 엄청나게 큰 영향을 끼쳤다. 슈피리어호 지역의 철은 미국의 강철이 거대한 배의 건조뿐 아니라 수백만 대의 자동차와 다른 기계의 제작에도 쓰일 수 있다는 것을 보여줬다. 아이언레인지의 철은 타코나이트taconite라고 하는 작은 산화철 알갱이로 분쇄된 다음 기차에 실려서 슈피리어호 연안의 항구, 특히 미네소타의 덜루스로 보내진다. 항구에서 강철 배에 실린 화물은 슈피리어호를 가로질러 휴런호를 지나 이리호로 들어가서 클리블랜드로 향하고, 클리블랜드에서는 오하이오 동부와 펜실베이니아 서부에 위치한 제철소들로 보내진다. 그곳에서는 근처 애팔래치아 산맥의 탄광에서 나온 석탄이 바지선에 가득 실려(피츠버그를 둘러싼 세 강인 엘러게니강, 머낭거힐러강, 오하이오강과 같은) 강을 따라 운반되고, 이 석탄으로 달궈진 용광로에서는 철의 원료인 타코나이트가 품질 좋은 철강으로 바뀐다. ”