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

“ 런던 웨스트엔드의 사우스켄싱턴에 있는 자연사박물관의 내 연구실에서 출발하자. 여러 지질학자들이 한 세기 넘게 일해온 곳이다. 제3기 지층들의 분지 속에 자리한 모든 멋진 호텔들과 건축물들, 그리고 끝없이 뻗어 있는 런던 교외 지역들을 살펴볼 수 있도록 점점 더 높이 날아올라 가자. 이제 템스 강은 그 분지의 중앙을 가로지르는 은빛 선에 불과하다. 주로 부드러운 모래와 점토로 이루어진 이 지층들 밑에는 더 오래된 암석들이 있다. 런던 동쪽과 남쪽의 언덕들이 늘어선 탁 트인 지대에 도달하면 백악(Chalk)이라는 백악기의 하얀 석회암이 나타난다. 한때 그곳에는 양들이 지천으로 널려 있었다. 뛰어난 자연학자 길버트 화이트는 이 암석 위에 세운 자신의 사제관에서 셀번이라는 한 마을의 역사를 상세하게 기록했다. 화이트의 책은 거의 셰익스피어의 희곡들만큼이나 많이 팔렸고, 그 책의 매력 중 하나는 특정한 장소, 특정한 지질을 깊이 파고들었다는 데에 있다. 런던 분지의 남쪽, 백악은 윌드 지방의 울타리에 해당한다. 윌드 지방은 중세 시대에는 철의 주산지였으며, 지금은 유럽밤나무들이 울창하게 자라서 철을 제련하기 위해서 팠던 옛 연못들을 가리고 있다. 높은 곳에서 보면 대부분 숲으로 뒤덮여 있다. 더 높이 올라가면 백악이 도버의 하얀 절벽들을 이루고 있음을 볼 수 있다. 아마도 많은 영국인들에게 가장 진한 감정을 자아내는 중요한 지질 작품일 것이다. 이 높이에서 보면 도버 절벽들이 영국 해협의 반대편에서 마주 보고 서 있는 프랑스의 절벽들과 같은 종류임을 알 수 있다. 영국 해협은 겨우 몇천 년 전에 바다의 침식으로 깎여서 생긴 지질학적 뒷마무리의 결과일 뿐이다. ”

“ 지질은 국경이라는 것을 모르며, 여기서 보면 백악이 프랑스를 가로질러 더 멀리 뻗어나가 북쪽의 끝없이 펼쳐진 평원들의 기반을 이루고 있다는 것까지 알 수 있다. 그 평원에는 울타리도, 뚜렷한 경계도 없는 밭들에서 수억 개의 바게트 빵을 만드는 데에 쓸 곡물들이 자라고 있다. 그리고 우리가 전 세계의 백악을 따라갈 수만 있다면, 우리는 캐나다 순상지로부터 쥐스가 말했듯이 "텍사스와 멕시코를 죽 가로질러" 흑해와 그 너머 중동까지 비슷한 하얀 석회암들이 뻗어나갔음을 알게 될 것이다. 백악은 바다가 대륙을 뒤덮었다는 사실을 보여주는 기록이다. 그 일은 약 1억 년 전에 일어났으며, 뒤에 남긴 퇴적물은 드넓은 세계를 영구히 하얗게 칠해놓았다. 백악은 한때 북쪽으로 영국 제도의 상당한 지역까지 뻗어 있었다. 비록 지금은 침식으로 거의 대부분 사라졌지만 말이다. 지금 우리 밑으로 보이는 풍족한 영국 남부에서 북쪽으로 쥐라기, 트라이아스기, 페름기에 속한 더 오래된 암석들이 드러난 지역들이 바로 그런 침식이 일어난 곳이다. 그리고 페나인 산맥의 헐벗은 산줄기가 잉글랜드 북부를 세로로 가르고 있는 곳도 그렇다. 남서쪽 다트무어의 황량한 지대에서는 화강암이 지표면에 드러나 있어서, 아주 오랫동안 사람들이 길들이고 정착한 섬에서도 여전히 야생이 남아 있음을 보여준다. 콘월 반도는 알프스 산맥이 솟아오르기 2억 년 이상 전에 유럽을 갈랐던 옛 윌슨 주기, 즉 바리스칸 조산운동의 유산이다. 요아힘 계곡의 옛 광산들처럼 유럽의 풍족한 광물의 상당 부분은 예전의 이 사건이 남긴 유산이다. 그 사건은 당시 마터호른을 솟아오르게 한 조산운동만큼이나 중요한 사건이었다. 페나인 산맥 양쪽에 발달한 석탄기의 석탄 분지들은 산업혁명의 추진력이 되었고, 제국의 증기기관들에 동력을 제공했다. 이제 갱들은 거의 전부 물에 잠기거나 버려졌고, 거의 알아볼 수 없는 생물의 골격처럼 녹슬고 못쓰게 된 채굴 도구들도 보인다. 인간의 주기들은 지구의 주기들에 비해서 터무니없을 정도로 짧다. ”

“ 이토록 많은 사람들이 우리 다음 세대의 삶을 바꿔놓을 지구적인 변화에 거의 신경도 안 쓰는 이유가 대체 무엇일까? 1968년 세네갈 산림 감시원 바바 디움은 기억에 남을 답을 내놓았다. "결국 우리는 자신이 사랑하는 것만을 보존할 것이고, 자신이 이해하는 것만을 사랑할 것이며, 자신이 배운 것만을 이해하게 될 겁니다." ”

“ 해저 확장이 일어나는 지대의 활동은 더욱 활발하다. 판이 갈라지는 곳에서는 맨틀에서 마그마가 올라와 그 틈을 채우면서 새로운 해저 지형이 형성된다. 오래된 지각은 바깥쪽으로 밀려나고 균열의 양쪽으로 산등성이와 산봉우리가 솟아오른다. 뜨거운 가마솥과도 같은 확장 중심은 지진으로 흔들리고 단층으로 갈라지고 미생물들을 뿜어내는데, 이것이 전 세계 화산 활동의 75퍼센트를 차지한다. 바로 이런 곳에 마치 용의 콧구멍처럼 뜨거운 액체를 뿜어내는 열수공들이 생겨나는 것이다. ”

“ 심해저 생물은 무엇을 먹고 사나요? 중요한 질문입니다. 결국 생물은 먹어야 할 수 있으니까요. 심해는 먹을거리가 아주 부족한 환경입니다. 빛이 전혀 들어오지 않고, 수온도 매우 낮습니다. 그런데 매우 특수한 곳이 있습니다. 바로 열수 분출구 주변입니다. 열수 분출구에서는 황화합물 등 지구 내부에서 기원한 물질들이 쏟아져 나옵니다. 이런 물질들을 이용할 수 있는 생명체가 있다면 그 생명체들에게 열수 분출구는 척박한 환경이 아닌 사막의 오아시스 같은 곳일 겁니다. 그런 생명체가 있습니다. 고세균이라고, 뜨거운 온도도 거뜬히 견뎌내고 황화합물을 분해해 에너지를 얻는 미생물이 바로 그들입니다. 세균은 고온에 약한데 고세균은 고온에 강한 특징을 갖고 있죠. 이 고세균이 광합성을 하는 육상식물이나 플랑크톤과 비슷한 역할을 합니다. 황화합물을 분해해서 살아가는 고세균을 먹는 생물이 있고, 이 생물을 먹는 생물이 있고, 이런 식으로 열수 생태계가 형성됩니다. 열수 생태계는 태양에너지에 기반한 지표 생태계와 대비되는 새로운 생태계입니다. 20세기 새로운 발견 중 하나죠. 열수 생태계를 연구하면 원시 지구에서 초기 생명체가 어떻게 탄생했는지, 지구 외 행성에서 어떻게 생명체가 생존하는지에 대한 실마리를 얻을 가능성도 있습니다. 이와 같은 이론적 연구는 물론 극한 생명체에서 유용 물질 추출 등 실용적 연구도 가능합니다. ”

“ 열수 분출구의 위치는 확실히 파악됐으나 잠수정이 없었기 때문에 무진 열수 분출구 주변에서 살아가고 있을 열수 생물을 관찰하고 채집할 방법이 없었다. 가능한 것은 오직 해저면에 드레지를 내려서 끌어보는 방법뿐이었다. 수심 2,000m에서 직경 1m도 채 안 되는 드레지를 끌어, 거기 열수 생물이 걸려 오기를 기대한다는 것은 사실 기대하기 어려운 일이었다. 말하자면 요행이다. 그럼에도 나는 탐사 준비 단계부터 내심 드레지에 열수 생물이 담겨 오리라는 기대감을 갖고 있었다. 그런 기대 때문에 열수 생물 전문가들을 아라온호에 승선시켰던 것이다. 몇 번의 실패 끝에 암석들 틈에 숨어 있는 몇 마리의 게와 불가사리를 발견했다. 게는 키와속kiwa의 신종이었고 불가사리도 일곱 개의 다리가 달려 있어 다리가 다섯 개인 보통 불가사리들과는 달랐다. 이 두 종의 열수 생물은 남극 중앙 해령에서 처음으로 채취된 신종 생명체였다. 열수 생물 연구에 있어 중요한 한 걸음을 내딛게 된 것이다. ”

“ 열수 생물이라고 하면 대부분의 사람이 아무런 감흥을 느끼지 못할 수도 있을 것 같다. 그러나 사실 생각해보면 심해에 생물이 산다는 것은 놀라운 일이다. 적어도 19세기 중반까지는 과학계에서 심해저에는 생물이 거의 없으리란 의견이 지배적이었다. 생명체가 살아가기 위해서는 먹을 것이 필요한데, 수천 m 심해 바닥에 사는 생물들에게까지 돌아갈 몫의 먹이가 거의 없을 것이라고 생각했기 때문이다. 생태계의 구성 원리를 생각해보면 납득이 가는 추론이다. 육지의 식물은 햇빛을 이용한 광합성을 통해 살아간다. 초식 동물이 식물을 먹고, 육식 동물이 초식 동물과 다른 육식 동물을 잡아먹음으로써 생태계가 형성된다. 바다의 경우도 비슷한데, 광합성을 통해 생존하는 식물성 플랑크톤이 바다 위를 떠다니고 일부 해양 생물이 이 플랑크톤을 먹는다. 그리고 이 생물을 다른 생물이 먹음으로써 해양 생태계가 꼬리에 꼬리를 물고 형성되는 것이다. 그런데 햇빛은, 지역에 따라 편차를 보이기는 하지만 그래도 깊어봐야 100m 이상을 투과할 수 없다. 따라서 식물성 플랑크톤은 이보다 더 깊은 곳에서 살아남지 못한다. 이보다 깊은 곳에 사는 생물은 능동적으로 표층의 플랑크톤을 먹거나 다른 해양 생물을 잡아먹을 수 있어야 생존할 수 있다. 생물이 생존하기 위해서는 능동적으로 다른 생물을 잡아먹지는 못하더라도, 최소한 죽어서 떨어지는 사체라도 주워 먹을 수 있는 환경이 필요하다. 표층에서 멀어질수록 먹이 구하기가 점점 어려워질 것은 자명하고 따라서 수천 m 깊이의 심해 환경은 생존에 매우 불리할 수밖에 없다. 따라서 과학자들이 생각하기에 심해저는, 빛도 없고 생명체도 귀하고 퇴적물만이 두껍게 쌓여 있는 사막 같은 환경일 수밖에 없었던 것이다. ”

“ 이러한 추측은 1977년 미국의 유인 잠수정 앨빈호가 수심 2,000m가 넘는 동태평양 갈라파고스 중앙 해령 열수 분출구 주변에 서식하는 수많은 생물들을 발견함으로써 깨지게 된다. 이 생물들은 그때까지 알고 있던 해양 생물들과는 전혀 다른 특성을 보였고, 종류도 다양했다. 그런데 이 생물들은 어떻게 열악한 심해 환경 속에서 생존해온 것일까? 그 열쇠는 바로 중앙 해령이라는 환경에 있다. 중앙 해령은 해양 지판이 갈라지는 곳인데, 이 과정에서 맨틀이 상승하고, 그 일부가 녹아 만들어진 마그마가 중앙 해령을 통해 분출된다. 그리고 중앙 해령의 깨진 틈으로 침투한 바닷물이 마그마에서 나오는 뜨거운 열로 인해 끓어올라, 여기저기에서 열수가 뿜어져 나온다. 그러면 열수 분출구 주변에 왜 수많은 생명체들이 서식할 수 있는 것일까? 열수 분출구 주변에 심해 생물들을 위한 먹이가 풍부하기 때문이다. 열수는 중앙 해령에서 막 생성된 뜨거운 해양 지각을 순환하면서 많은 광물질들을 녹여내는데, 과학자들은 열수에 포함되어 있는 다량의 황(S)화합물이 고온성 미생물들의 에너지원이 되고 있음을 밝혀냈다. 이 고온성 미생물을 먹이로 하는 생물이 열수 분출구 주변에 모이고, 또 이 생물을 먹는 다른 생물들이 모여드는 것이다. 육상 생태계와 해양 표층 생태계가 태양 에너지를 중심으로 형성된 것이라면, 심해의 열수 생태계는 지구 내부 에너지를 중심으로 한 특수 생태계인 셈이다. 심해저라는 지구 최대의 사막, 중앙 해령은 그 한가운데 샘솟는 오아시스이다. ”

“ 지각판이 갈라지는 곳마다 그 확장 중심에는 산맥과 열곡으로 이루어진 축이 형성되어 있으며 그 길이는 약 6만5,000킬로미터에 달한다. 이것을 대양 중앙 해령이라고 부른다. 지구의 주요한 지질학적 특징인 대양 중앙 해령은 들쭉날쭉한 모양의 흉터처럼 지구를 둘러싸고 있다(후안 데 푸카 판의 확장 중심인 후안 데 푸카 해령은 그중의 작은 일부이다). 1950년대와 1960년대에 대양 중앙 해령과 그곳에서 일어나는 엄청난 화산 활동을 연구하던 해양학자들은 당황하지 않을 수 없었다. 새로운 해양 지각이 끊임없이 생겨난다는 것은 지구가 풍선처럼 팽창하고 있다는 뜻 아닐까? 처음에 과학자들은 섭입의 개념을 생각하지 못했던 것이다. 새로운 지각이 생겨나면 오래된 지각은 사라지는 이 질서정연한 체계를 통해서 지구는 완벽한 균형을 유지하며 스스로를 재활용한다. ”

“ 45억 년 된 지구에서 가장 오래된 해저 지각은 3억 4,000만 년밖에 되지 않았다. 이 역설적인 사실의 원인은 바로 대양 중앙 해령에 있다. 가장 어린 암석들은 바로 오늘 생겨났다. 이 암석들은 아주 오랜 세월에 걸쳐 어마어마하게 천천히 돌아가는 컨베이어 벨트에 오른 것처럼 확장 중심으로부터 서서히 멀어지다가 섭입대에서 사라질 것이다. 지질학자들은 오랫동안 남아메리카의 동부 해안과 아프리카의 서부 해안이 마치 퍼즐 조각처럼 딱 맞아떨어진다는 사실을 설명하지 못해 난감해했다. 도대체 어떻게 대륙이 해저를 가로질러 이동할 수 있다는 말인가? 움직이는 것은 해저 그 자체이며 그러한 이동을 통해서 지구의 재포장이 끊임없이 이루어진다는 사실이 밝혀지면서 수수께끼가 결국 풀렸다. 심해는 지루하고 재미없는 곳이 아니라, 가장 뜨거운 창조의 중심지라는 사실이 마침내 명백해졌다. ”

“ 5월 9일 오전, 놀호는 순조롭게 출항했다. 대부분의 대원들이 밖으로 나와 점점 멀어지는 버뮤다섬을 바라보기도 하고 바다를 보기도 하고 사진도 찍으며 말없이 배 여기저기를 거닐었다. 해양 탐사가 처음인 학생들은 기대와 불안감을 함께 느끼고 있었을 것이다. 나 또한 대서양 해양 탐사는 처음이었다. 대서양 중앙 해령은 처음 발견된 해령이고 해저 확장이 처음으로 확인된 곳이기도 해서 역사적인 흥미도 있었다. 생각해보니 대서양 중앙 해령의 구간 중의 하나인 아이슬란드를 방문한 적이 있어서 처음이라고 할 수는 없겠지만 해양 탐사로 접근하는 것은 좀 다른 차원이었다. 대서양 해저는 유럽과 아메리카 대륙의 분리의 역사를 담고 있다. 보스턴에서 연구 연가를 보낼 때 해안가를 산책하다가 우연히 만난 사람에게 그곳 사람들은 아주 오래 전부터, 그 지역 해안가를 구성하는 돌들이 대서양을 사이에 두고 마주보고 있는 유럽 해안의 것들과 유사하다는 것을 알고 있었다는 이야기를 들었다. 이러한 유사성을 근거로 알프레드 베게너가 대륙 이동을 주장했고, 2차 대전 후에는 대서양 중앙 해령에서 해저 확장이 확인됨으로써 판구조론까지 발전해나갔던 것이다. ”