[함께 읽는 과학도서] 천천히 곱씹으며 느리게 읽기 <지구의 짧은 역사> 3부

“ 전구로 인한 조명 혁명으로 그때까지만 해도 등유 비즈니스에 주로 의존하고 있던 록펠러의 석유 산업은 한풀 꺾이는 듯 보였다. 하지만 1886년 독일 엔지니어 카를 프리드리히 벤츠(Karl Friedrich Benz)가 가솔린으로 구동되는 내연 기관을 사상 최초로 개발하여 가솔린 자동차가 등장하자 상황이 바뀌기 시작한다. 이후 1892년 디젤 엔진이 개발되고, 중유가 선박에 널리 이용되면서, 석유는 20세기에 들어 수송 혁명의 근간이 되어 황금기를 누린다. 석유는 인류가 발견한 가장 강력한 유동성 에너지이다. 유체로서 유동성을 가진다는 것은 필요한 곳에 순환이 잘 된다는 의미이기도, 다양한 형태로 전환이 쉽다는 의미이기도 하다. 유동성이 뛰어난 석유에 담긴 에너지는 마치 혈액에 혈관을 통해 산소를 공급하듯 송유관을 통해, 주유소를 통해 산업 곳곳에 전달되었다. 또한, 석유는 연소되어 빛이 되기도, 엔진을 구동하기도 하고, 발전기를 돌려 또 다른 유동성 에너지인 전기를 생산하기도 했다. 만약, 인류가 석탄에만 의존했다면, 유동성 에너지인 석유가 없었다면, 자동차나 항공기 같은 새로운 수송 수단은 탄생하지 않았을 것이다. ”

“ 19세기 중반, 화학자들이 역청에서 가연성 액체를 증류하는 법을 알아내면서 상황이 급변했다. 그리스어로 밀랍을 뜻하는 캐러신Kerosene, 즉 등유는 놀라운 제품이었다. 등유는 향유고래의 두개골에서 추출한 고래기름보다 여섯 배나 밝았다. 사람들이 고래가 멸종할까 걱정하던 때에 등유는 희미하지만 반짝이는 희망의 빛이 되어줬다. 이때는 전기가 발명되기 전의 어둑어둑한 시대였지만, 밤하늘을 밝히기 위한 탐구, 노동 시간의 연장, 생활 환경의 개선은 당대의 위대한 목표가 되었다. 그리하여 사람들은 더 많은 등유 공급원을 찾아 나섰다. 이 탐색은 아제르바이잔의 바쿠 유전에서 시작되었지만, 미국에서 가장 열심히 찾았다. ”

“ 1908년 이란, 1927년 이라크, 1930년대 쿠웨이트와 바레인에서 원유가 발견되었다. ... 당시 사우디아라비아는 오늘날과 같은 산유 대국의 모습과는 한참 동떨어져 있었다. 대형 정유회사 소속의 몇몇 지질학자는 사우디아라비아의 잠재력에 회의적이었다. 오히려 알바니아나 동유럽의 캅카스의 다른 지역들이 주목을 받았다. 하지만 하라드에서 언덕을 조사하던 어니 버그는 아라비아반도를 뒤덮은 모래사막인 룹압할리Rub'al Khali 사막의 가장자리에 있는 이 황량한 땅에서 무슨 일이 일어나고 있는 게 틀림없다고 느꼈다. ... 훗날 버그는 가와르 유전Ghawar field도 발견했다. 이 유전은 매우 광대한 탓에 여기서 100킬로미터 넘게 떨어져 있는 또 다른 유전과 실은 하나의 유전임을 지질학자들이 깨닫기까지 오랜 시간이 걸렸다. 가와르 유전은 남북으로 282킬로미터, 너비는 31킬로미터에 달하는 규모다. ... 이상한 소리처럼 들릴 수도 있겠지만, 가와르 유전은 지구온난화 덕분에 존재한다. 가와르의 이야기는 약 1억 년 전에 시작되었다. 당시는 빈번한 화산 활동으로 대기 중 이산화탄소 농도가 높아지면서 플랑크톤의 개체 수가 어마어마하게 증가하던 때였다. 오늘날의 페르시아만 지역(당시에는 초대륙 곤드와나의 북쪽 해안) 해저에서 이러한 유기물들의 잔해가 쌓이면서 곧 하나의 층을 이루었다. 그 후, 동물성 플랑크톤과 해조류가 수백만 년 동안 가열 및 압축되어 석유와 가스로 변했다. ”

“ “박정희 대통령과 철의 사나이들”이라는 제목에서 알 수 있듯이 이 전시는 박정희와 박태준에게 핀 조명을 비춘다. 박정희기념사업회에서 주최한 만큼 주인공이 박정희가 될 수밖에 없지만 국내 철광석 생산의 역사가 이렇게 지워진 것은 상당히 유감스러웠다. 포항제철 초기에는 국내 철광산에서 생산된 철광석이 적지 않게 납품되었다. 대한철광 양양광업소에서 생산한 철광석이 대표적이다. ”

“ 화약 폭발은 21세기 필바라의 심장 박동이다. 필바라에서 한동안 머물다 보면 멀리서 쿵 쿵 쿵 하고 들려오는 폭발음에 곧 익숙해진다. 이것은 지구상에서 가장 오래되고 아름다운 철광석 지층을 폭파하여 돌덩어리로 파쇄하는 소리이다. 리오틴토에서만 매년 100만 개의 구멍을 발파하는데, 30초당 구멍 하나를 발파하는 셈이다. 물론 실제로는 몇백 개의 구멍을 한꺼번에 발파하지만 말이다. 매년 100~200곳의 귀중한 고고학적·문화적 유적지가 정부의 승인 아래 파괴된다는 추정도 있다. 아무튼 이곳은 철광석 매장량만큼이나 문화와 역사도 풍부한 땅이다. ”

“ 철, 금, 우라늄, 구리, 리튬 같은 광물이 많이 매장된 곳 치고 그 땅에 사는 사람들의 권리와 기억을 침해하지 않는 경우는 거의 없다. 주칸 동굴들의 파괴와 관련하여 가장 마음에 걸리는 점은 우리 모두가 어떤 식으로든 여기에 얽힌 공모자라는 사실이다. 호주산 값싼 철광석은 중국이 전 세계에 저렴한 상품을 계속해서 공급할 수 있었던 주요 이유이다. 호주산 철광석으로 강철을 생산하면, 중국이 그 강철로 공장을 세우고 기계를 만든다. 이 공장과 기계에서 우리가 사용하는 스마트폰이 만들어지고, 배터리가 조립되고, 아이들의 장난감이 제작된다. 오늘도 내일도 필바라에서는 거대한 발파가 반복되고 철광석 수천 톤이 상공에 날아올랐다가 암석 더미 위에 내려앉을 것이다. 이 암석들은 교회 크기만 한 굴착기로 채굴되어 분쇄 및 분류 작업을 거친 뒤 북쪽의 포트헤들랜드로 향하는 열차에 실린다. 포트헤들랜드에는 철광석, 소금, 리튬 등을 선적하는 대규모 수출항이 있다. 필바라 철광석은 대형 선박에 실려 중국, 일본, 한국, 미국 등 전 세계로 수출된다. 웨일스 남부의 포트탤벗 제철소까지도 항해한다. ”

“ 필바라의 값싼 철광석은 국가 간 1인당 강철 불평등을 점차적으로 바로잡는 중이다. 아시아와 아프리카 국가들이 다른 지역과 생활 수준을 맞추는 데 필요한 고속도로, 철로, 학교, 의료 시설을 건설하는 데 도움을 준다. 하지만 그 대가로 필바라에서 거대한 산과 계곡을 깎아내고, 문화 유적지를 훼손하고, 엄청난 양의 이산화탄소를 배출한다는 사실을 그냥 넘길 수는 없다. 그렇기에 우리는 철광석을 채굴하는 좀 더 나은 방법이 없을까 묻게 된다. ”

“ 다. BIF: 호상철광상 지구라는 혹성의 성립과 인류의 문명을 탄생시킨 철은 철광산에서 채굴된다. 캐나다, 호주, 남아프리카, 우크라이나, 브라질에는 호상철광산(BIF, Banded iron formation)이라는 거대한 철광상이 분포한다. 권두사진 1-16에는 호주 필바라지역(Philbara region)의 해머즐리에 노출된 철광상이다. 적철광(Fe2O3)과 규암이 교차로 겹쳐 층상구조를 형성하는 퇴적물로 세계 철 자원의 90% 이상을 공급하는 철광상이다. 광상이라면 일반적으로 지각변동이나 화산활동으로 형성되는 것으로 생각하지만, 이들 호상철광산은 그렇지 않다. 여기에도 조류가 등장한다. 대부분 호상철광상은 25억에서 18억년 이전에 걸쳐 형성된 것으로 점토나 모래입자가 거의 포함되지 않기 때문에 대양성 심해퇴적물로 생각되어진다. 문명을 지탱하는 거대한 철광산은 2가철(Fe2+)이 산소에 산화되어 3가철(Fe3+)로 침전되어 만들어진 것이다. 즉 2가철은 물에 녹기 쉽다. 산소는 2가철에서 전자를 빼앗고는 물에 녹지 않는 3가철로 변화시켜 해저에 침전시킨다. 이러한 산소를 만들어 낸 것이 원핵조류인 남조(시아노박테리아)이다. 남조의 광합성은 물을 분해하는 반응을 포함한다. 때문에 부산물로서 산소를 발생시킨다. BIF가 호상이 되는 것은 바다에서 광합성 활성이 높아 산소에 의한 철산화가 활발한 계절과 낮은 광합성 활성으로 규소가 주로 퇴적한 계절이 반복되기 때문이다. 철은 지구에서 6번째(중량으로는 첫 번째)로 많은 원소지만, 대부분은 지구 전체가 마그마 오션으로 녹아있을 때, 지구 내부로 가라앉아 지구핵을 만들어서 지금은 지구의 다이나모를 구동하는 지자기를 만들어 내고 있다. 지구탄생 이후 마침내 형성된 원시바다에 나머지 일부 철은 2가철로서 지구의 핵에서 녹아 나왔다. 막대한 양의 2가철은 이온으로 원시해양에 녹아 바다를 더욱 파랗게 표현하고 있었을 것이다. 그러한 바다에 30억 년 이전에 남조가 출현하여 광합성으로 산소를 발생하였다. 이때 처음 발생된 변화가 무산소의 환원상태에 있었던 해수 중의 금속원소를 산화시킨 것이다. 2가철은 산소와 결합하면 바로 3가철로 산화된다. 해수에 녹아 있던 막대한 2가철이 점차 산화되어 난용해성 3가의 수산화철(Fe(OH)₃)로 변하여 침전되어 갔다. 침전한 수산화철은 마침내 탈수되어 적철광(Fe₂O₃)으로 변화되었다. 이 과정에서 거의 모든 철이 해수에서 제거된 결과, 지금의 바다는 거의 철을 포함하지 않고 있다. 현재 바다에서 철은 육지에서 공급된다. 연안은 하천을 통해 유입되지만, 외양은 바람을 타고 육지에서 운반된 먼지입자에 포함된 철이 유일한 공급원이다. 남조가 만든 산소발생형 광합성으로 철저하게 바다에서 제거된 철이 현재 호상철광층으로 출현하고 있다. 이때 바다에서 침강되어 제거된 철은 100조 톤에 달한다고 한다. 현재 채굴 가능한 철광석은 2,300억 톤을 윗돌아 다른 금속에 비하면 단위가 다르게 많다. 30억 년 이전 산소발생형 광합성이 바다에 가져다 준 것은 상상을 초월하는 해양 환경의 대개편이었다. 이렇게 만들어진 무진장이라고도 할 수 있는 철광산은 인류문명의 발전을 가져다준 원동력이 되었다. 칼과 창의 시대에서 현재 자동차, 철도의 마천루로 대표되는 새로운 문명을 만들어 내고 있다. ”