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

“ 대륙에서 더 오늘날에 가까운 생물 세계가 모습을 갖추어가고 있는 와중에도, 물리적 지구는 변화를 거듭했다. 판게아가 쪼개지는 과정을 담은 초기 기록 중에 이 초대륙이 초기에 쪼개질 때 분출한 화산암인 팰리세이즈Palisades 암석이 있다. 이 암석은 현재의 뉴욕시 인근 허드슨강 연안의 낮은 절벽에 드러나 있다. 대서양은 적도에서부터 남북극을 향해 지퍼처럼 열렸다. 그리고 남북아메리카가 서쪽으로 밀려남에 따라서, 태평양판의 해양 지각이 그 밑으로 섭입되면서 로키산맥과 안데스산맥이 솟아올랐다. 남쪽에서도 대륙들이 쪼개져 나갔다. 아프리카와 인도는 북쪽으로 나아가서 유라시아 아래쪽을 들이받으면서 알프스산맥에서 히말라야산맥까지 뻗어 있는 거대한 산맥을 형성했다. 즉 오늘날의 세계 지리가 모습을 갖추어가고 있었다. 대체로 얼음이 없는 따뜻한 시기였지만, 다시금 판구조가 대륙들을 재배치하고 산맥을 밀어올림에 따라서, 새로운 빙하기의 씨앗이 뿌려졌다. 훨씬 더 미래의 일이긴 하지만. ”

“ 그런데 화석 기록은 대륙의 균열과 이동을 입증하기에는 부족하다. 곤드와나 대륙이 있었고 균열되어 현재와 같은 배열이 되었다는 가설은 남극 대륙을 둘러싸고 있는 해양 지각에 기록된 자기 기록으로 입증할 수 있다. 해양 지각이라는 자기테이프를 거꾸로 돌려보면 쥐라기 말까지도 남극 대륙은 곤드와나의 한 구성원이었다. 공룡들이 번성했던 쥐라기에는 대부분의 대륙이 하나로 뭉쳐 있었던 것이다. 그런데 1억 2,000만 년 전, 즉 쥐라기 말부터 남극 대륙의 서쪽에서 남미 대륙, 아프리카, 그리고 인도가 떨어져 나가기 시작한다. 남미 대륙과 아프리카도 분리되고 멀어져가면서 대서양이 형성되고, 인도는 북진하면서 인도양을 형성한다. 남극 대륙은 이때도 거의 같은 장소에 위치하고 있다. 그러나 대서양과 인도양이 기본 형태를 갖추게 되는 8,000만 년 전, 즉 백악기 말부터 남극 대륙의 동쪽에서는 뉴질랜드가 떨어져 나가기 시작한다. 이때 남극 대륙과 호주의 균열도 시작된다. 뉴질랜드가 이후 빠르게 분리되는 것에 비해 호주는 매우 천천히 남극으로부터 떨어져 나가다가 4,000만 년, 즉 신생대 초기가 되면서 좀 더 빠른 속도로 분리된다. 그러나 2,000만 년 전에 이르면 최남단 테즈매니아가 남극 대륙에서 떨어짐으로써 호주와 남극 대륙은 완전히 분리된다. 비슷한 시기에 남미 대륙의 최남단도 남극 대륙과 완전히 분리됨으로써 남극 대륙은 바다로만 둘러싸인 남극 순환류가 흐르고, 이제 따뜻한 해류들과도 분리된다. 다른 대륙들은 점점 더 북진하면서 멀어지고 남극에 홀로 남은 남극 대륙은 점점 더 차가워져 가면서 쌓인 눈들은 녹지 않아 점차 두터운 빙하로 뒤덮이게 되는 것이다. ”

“ 남극 대륙의 혹독한 환경은 주변의 해류와 밀접한 관련이 있다. 남극 대륙의 지도를 보면 그 주변으로 태평양-인도양-대서양이 연결되어 있음을 알 수 있다. 저위도에서는 태평양과 인도양, 대서양과 태평양이 거대한 대륙을 경계로 가로막혀 있는데, 남극 대륙 주변에서만 이 대양들이 서로 연결되어 있다. 이 연결된 통로를 통해 남극 대륙을 중심으로 차가운 남극 순환류가 빠르게 흐르고 있다. 남극대륙을 감싸 돌고 있는 이 남극 순환류는 적도 지방의 따뜻한 해류가 남극 대륙까지 흘러들어 오는 것을 차단하는 역할을 한다. 무더위를 막아주는 얼음주머니와 같은 것이다. 즉 이 남극 순환류가 남극 대륙의 온도를 떨어뜨리는 결정적 역할을 하는 것이다. 남극 순환류가 계속 흐르면서 난류의 접근을 차단하고 대륙의 온도가 낮은 온도를 유지하기 때문에 남극대륙에 내리는 눈들이 녹지 않고 쌓여서 빙하가 유지된다. 빙하는 태양빛을 반사해 남극 대륙의 온도를 더 떨어뜨리는 방향으로 기여한다. 서남극과 동남극 대륙을 가르는 남극 횡단 산맥도 기류의 흐름에 영향을 주어 남극 대륙의 기온을 떨어뜨리는 데 중요한 역할을 하고 있는 것으로 알려져 있다. ”

“ 판게아가 단 하나의 대륙이었다면 대양 역시 하나일 수밖에 없다. 그 거대한 바다의 이름이 바로 판달랏사Panthalassa였다. 태평양의 전신이다. 로라시아 대륙이 갈라지고 대서양이 형성되면서 이 판달랏사, 즉 태평양은 조금씩 축소되기 시작한다. 그런데 500만 년 전까지만 해도 태평양과 대서양은 적도 부근에서 서로 통하고 있었다. 현재 남아메리카와 북아메리카의 경계인 적도 부근이 뚫려 있어, 대서양의 물은 태평양으로 태평양의 물은 대서양으로 흘러들어 갈 수 있었던 것이다. 그러다 북쪽으로 이동해가던 남아메리카 대륙이 파나마 운하 부근에서 북미 대륙과 충돌하면서 350만 년 전 쯤에 완전한 차단벽이 생겼다. 태평양과 대서양, 두 바다의 물이 더 이상 서로 통하지 않게 된 것이다. 이렇게 두 바다 사이를 가르는 대류의 벽이 생기자 태평양과 대서양 바닷물은 다른 패턴으로 흐르기 시작했다. 지구 표면의 약 70%가 바다이기 때문에 지구의 기후는 결국 바다의 조건에 가장 큰 영향을 받는데, 이와 같은 해류의 큰 변화는 기후의 변화를 초래한다. 그 대표적 결과 중 하나가 바로 북극해의 결빙이다. 현재 해류와 기후 시스템은 대체로 300만 년 전부터 형성된 것이다. 태평양과 대서양의 물이 서로 차단되고 해류의 패턴이 변했는데, 왜 북극해가 얼어붙은 것일까? 태평양과 대서양 사이에 벽이 생기게 되면, 대서양의 적도 부근에서 태평양을 향해 흘러가던 바닷물은 이 벽에 가로막혀 북아메리카 대륙 동쪽 해안을 타고 북극해를 향해 흘러들어 가게 된다(멕시코 만류). 적도 지방의 바닷물은 햇빛을 많이 받기 때문에 온도가 상대적으로 높고 수분도 많이 증발되기 때문에 염분의 농도도 상대적으로 높다. 따뜻하고 염농도가 높은 적도의 바닷물이 상대적으로 차가운 북극으로 이동하면서 북극해의 대기 중에 상대적으로 많은 수분이 공급된다. 이 수분이 눈 또는 비가 되어 북극권에 내리면서 북극해의 바닷물이 더 묽어진다. 비와 눈이 많이 내리게 되자 북극권인 시베리아에서 북극해로 흘러들어 가는 강물의 양도 증가해 북극해 바닷물은 더 묽어지는 방향으로 변해간다. 바닷물이 묽어졌다는 것은 얼어붙기 쉬운 상태가 된다는 것을 의미한다. 바닷물이 얼어붙으면 햇빛을 더 잘 반사하기 때문에 온도는 더욱 떨어져 얼어붙는 속도가 가속된다. 북극해 해빙은 이와 같은 매커니즘을 통해 형성된 것으로 보고 있다. 이와 같이 보이지 않는 고체 지구의 거대한 순환이 우리의 삶의 조건에 결정적 영향을 미치고 있는 것이다. ”

“ 남극 대륙이 과거에는 생물이 살 수 있는 환경이었고 북극이 과거에는 해빙으로 덮여 있지 않았다는 사실은 지구도 인류와 같이 역사를 갖고 있었다는 것을 의미한다. 지구가 늘 현재의 모습과 같은 것이 아니라 과거에는 다른 모습이었고 계속해서 변화를 거듭한 끝에 현재의 상태에 다다랐으며 미래의 모습도 현재와는 다를 것이라는 의미이다. 앞에서 설명한 판의 이동에 따른 대륙의 이동, 대륙의 충돌과 산맥의 형성 등은 지구환경을 형성하는 가장 기초적인 조건이다. 판이 이동하면서 대륙이 이동하고, 대륙의 위치가 변하면 해류가 변하고, 지구가 태양빛을 반사하는 패턴이 변하며, 이에 수반하여 기후가 변하고, 생물들이 진화하고 변화한다. 판운동은 단순한 물리적인 운동이 아니라 지구 위 삶의 조건을 결정짓는다. 지구의 환경은 계속 변화하며, 그 일차적인 원인은 바로 판구조 운동에 있다. ”

“ 네팔과 일본의 지진 네팔과 일본은 모두 큰 지진이 잦은 지역이지만, 네팔은 산악 지대인 반면 일본은 섬이어서 환경이 확연히 다르다(그림3-1, 3-2). 그러나 두 지역 모두 근처에서 지판이 침강해 들어가면서 가하는 압력을 받는다는 공통점이 있다. 일본의 경우 주변에 깊은 바다, 즉 해구가 분포하기 때문에 그곳으로 지판이 침강해 들어간다는 것을 비교적 쉽게 이해할 수 있다. 일본에서 지진과 더불어 화산활동도 잦은 이유는 섭입되는 지판이 윗 지판에 압력을 가할 뿐 아니라 화산도 일으키기 때문이다. 그런데 높은 히말라야 산맥 기슭, 인도와 아시아 대륙 사이에 놓인 네팔의 경우는 어디로 다른 지판이 침강해 들어가는 것일까? 중앙해령에서 형성된 지판이 계속 이동하다가 해구에서 소멸해가는 과정에서 지판 위에 대륙이 놓여 있다는 상황을 상상해보자. 지판 위에 놓인 대륙은 컨베이어 벨트에 놓인 짐짝처럼 지판을 따라 이동하다가 마침내 지판이 소멸해 들어가는 해구와 만나게 될 것이다. 그런데 대륙은 맨틀보다 가볍고 지판 위에 높고 넓게 퍼져서 붙어 있기 때문에 해구를 통해 맨틀로 들어갈 수 없다. 아래 지판은 계속 침강하면서 당기지만 대륙이 해구 입구에서 걸려버리게 되는 것이다. 대륙이 해구에 걸렸지만 지판은 침강하면서 계속 당기니 안으로 들어가지 못하는 대륙은 밀려서 솟아오를 것이요, 침강하는 아래 지판의 위 윗 지판은 대륙이 가하는 압력 때문에 해구 부근에서 붕괴될 것이다. 윗 지판 위에도 대륙이 놓여 있다면 결국 대륙들이 충돌을 일으키게 된다. 아래 지판은 가라앉으려고 하고 대륙들은 섭입대에 걸려서 저항을 하니 높이 솟구쳐 산맥을 형성하게 된다(그림3-1). 이런 과정으로 만들어진 것이 바로 히말라야 산맥이다. 아시아 대륙과 인도 대륙 사이에는 잘 보이지는 않지만 침각하는 지판이 당기고 있고, 이 힘 때문에 히말라야 산맥은 지금도 조금씩 높아지고 있다. 아시아와 인도 대륙이 충돌하고 있는 지역에 위치한 네팔에서는 지진이 잦을 수밖에 없다. 위에서 묘사된 과정을 볼 때 대륙은 지구 내부로 가라앉아서 소멸하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 예를 들어 일본은 침몰할 수가 없다. 현재 추세를 보면 태평양은 계속 축소되고 있는 반면 대서양은 계속 넓어지고 있다. 아주 머나먼 미래 언젠가는 일본 주변의 해구를 통해 태평양판이 모두 섭입해 들어가 버리면 북미 대륙과 일본이 충돌하게 될지도 모를 일이다. 그때는 일본과 북미 대륙 사이에 히말라야보다 더 높은 산맥이 형성될지도 모른다(물론 이것은 매우 단순한 추측이고 향후 판운동이 어떻게 될지 예상하기 어렵다). 지구의 역사를 보면 대륙은 분열되었다 합쳐지는 과정을 겪지만 결과적으로 조금씩 성장한다. 섭입 지판 위에 놓인 윗 지판에서 화산 활동을 통해 대륙 지각이 조금씩 만들어지고 있기 때문이다. ”