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

“ 기후를 통제해 행성의 거주 가능성을 좌우한다고 여겨진 음의 피드백은 이제 고전의 반열에 오른 1981년 논문에서야 완전히 다루어졌다. 논문의 저자 워커와 헤이스, 캐스팅은 규산염 풍화 작용과 기후 모두 이산화탄소에 민감하며, 이산화탄소 역시 두 작용에 민감하다고 가정했다. 지금 돌이켜 생각해 보면, 제임스 허턴이 새로운 '지구에 관한 이론'을 가까운 친구 조지프 블랙의 '지구 시스템과 그 지속 기간 및 안정성' 강의에서 발표했다는 사실이 아이러니하다. 블랙은 이산화탄소가 산성이라는 사실을 처음으로 밝혀낸 사람이다. 그는 이산화탄소가 조개껍데기와 석회암(탄산칼슘)의 주요 구성 성분이며, 석탄을 태울 때 생성된다는 사실을 파악했다. 그리고 새롭게 알게 된 이 기체를 '고정 공기'라고 불렀다. 얼마 지나지 않아서 위대한 화학자 조지프 프리스틀리Joseph Priestley가 석회암에 산을 떨어뜨리기만 해도 이 고정 공기가 누출된다는 사실을 보여주었다. 프리스틀리는 독창적인 논문 <물에 고정 공기 포화시키기Impregnating Water Fixed Air> 에서 처음으로 탄산을 규산염 풍화의 주요 작용제로 제시했다. 블랙은 시간만 충분하다면 빗물이 산맥을 통째로 풍화해서 없애버릴 수 있다는 사실을 알았다. 결국 빗물은 묽게 희석된 탄산이기 때문이다. 허턴은 이 풍화 작용을 증명하는 데 인생 대부분을 보냈다. 허턴의 경이로운 통찰력은 지질학은 넘어서 모든 물질, 가장 중요하게 생명을 유지하는 데 필요한 영양분의 순환을 아우르는 데까지 이르렀다. 기묘하게도 허턴은 지구를 스스로 조절하고 자족하는 유기체로 바라보는 제임스 러브록의 가이아 이론Gaia theory을 예견한 듯했다. 허턴이 보기에 지구는 "하나의 살아 있는 세계 전체를 이루는 물질들의 복합적인 체계다. 이 살아 움직이는 세계의 물질은 식물의 성장과 번영, 다양한 동물의 생명과 안위를 위해 현명하게 자원을 공급하는 유익한 순환 속에서 끊임없이 움직인다." 허턴이나 그 시대 사람들에게 눈덩이지구라는 개념은 끔찍하게 충격적이었을 것이고, 영구적 안정성이라는 당대의 생각은 가혹한 시련을 맞닥뜨렸을 것이다. 허턴은 지구의 장구한 선사시대가 "언제 시작했는지 알 수도 없고, 또 언제 끝날지도 예측할 수 없다"라고 유명한 말을 남겼다. 하지만 다윈과 에벨망이 일찍이 깨달았듯이, 우리가 사는 세계에서는 각기 다른 두 순환이 서로를 정확하게 반복하지 않는다. 자연도, 피드백의 방향도 바뀔 수 있다. 그렇지만 오늘날까지도 지질학계는 대격변을 싫어한다. 상황을 불안정하게 흔드는 양의 피드백이 아니라 상황을 안정시키고 변화를 억제하는 피드백을 여전히 선호한다. 그러나 눈덩이지구처럼 전례 없는 사건의 원인을 파헤쳐 보고 싶다면, 동일과정설의 규정집을 버려야 한다. 적어도 한동안은 서랍에 넣어둔 채 먼지가 쌓일 때까지 잊어야 한다. ”

“ 물리학자 세이건은 항성이 늙어갈수록 열을 더 많이 방출한다는 사실을 알았다. 이는 태양의 중심부에서 일어나는 핵융합 반응의 불가피한 결과다. 우리의 태양은 지구에서 가장 오래된 미생물이 끈적끈적한 덩어리를 이루었을 때에 비해서 현재 열을 적어도 25퍼센트 더 많이 내뿜는 것으로 추정된다. 지구는 예나 지금이나 똑같은 유전자 주형genetic template으로 생명체를 만들고 유지한다. 아마 언제든 변함없었을 것이다. 이는 지구의 기후가 생명체에게 쾌적한 조건에서 단 한 번도 벗어난 적이 없다는 뜻이다. 그리고 생명체에게 알맞은 조건이란 대체로 액체 상태의 물이 필요하다는 의미다. 까마득한 과거에는 태양이 지금보다 희미했는데, 이 사실은 세이건의 주장에 따라 '희미한 젊은 태양의 역설Faint Young Sun Paradox'이라고 불린다. 린 마굴리스와 제임스 러브록은 가이아 이론을 다룬 공동 기고문에서 세이건의 의견을 받아들였다. "기온이 우연히도 35억 년 동안 예외 없이 표면의 생명체에게 가장 적합한 곧고 좁은 경로를 따랐다는 것은 믿기 어려울 정도로 가능성이 없어 보인다. 생명체는 이 조건을 적극적으로 유지해야 한다"라는 두 사람의 결론은 제임스 허턴이 200년 앞서 제시했던 지구의 항상성 개념을 반영한다. 이 책이 끝날 무렵 가이아 이론을 다시 살펴보도록 하자. 사람들이 이 이론을 어떻게 생각하든, 태양이 수십억 년 동안 쉬지 않고 열을 더 많이 내뿜었는데도 생명체가 제자리를 지켰고, 지구 표면 온도가 꽤 일정하게 유지되었다는 사실은 몹시 흥미롭다(어떤 사람들은 그야말로 기가 막힌 행운이라고 생각할 것이다). 태양열이 갈수록 강해지는 현상을 상쇄하기 위해 기후에 작용하는 메커니즘이 틀림없이 점진적으로 바뀌었을 것이다. 그 정도로 효과를 낼 수 있는 요소는 두 가지뿐이다. 바로 알베도, 즉 지구 표면에서 태양 빛을 반사하는 비율과 온실 효과다. 세이건은 먼 과거에 암모니아 수준이 더 높아서 희미한 젊은 태양의 힘을 상쇄했다고 보았다. 일부 학자는 메탄으로 설명하는 편을 선호하다. 하지만 여러 가지 타당한 이유로 가장 큰 공로를 세웠다고 인정받아야 하는 대상은 이산화탄소다. 이산화탄소는 기본적인 방법, 즉 기후와 풍화 작용이라는 음의 피드백을 통해 균형을 잡았다. ”