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

“ 그러나 집단유전학에 아주 결연하게 초점을 맞춤으로써, 심프슨은 지질학에서 나온 진화에 관한 핵심 교훈 하나를 빠뜨렸다. 지구는 역동적인 집단이 진화하는 수동적인 발판이 아니라는 것 말이다. ”

“ 광역변성작용은 단어 그대로 넓은 지역에 걸쳐 일어나는 변성 작용으로, 주로 조산대나 섭입대 또는 큰 규모의 퇴적분지에서 발생한다. 조산대나 섭입대의 경우 판의 수렴과 섭입이 일어나 암석이 점차 고온 고압 환경에 노출되는데, 이에 따라 열에 의한 변성과 압력에 의한 변성이 동시에 발생하게 된다. 이 과정에서 원암이 포함한 변성 유체(물, 이산화탄소 등)에 의해 탄수반응이나 탈탄산염 반응같이 부수적인 화학반응이 일어나기도 한다. 고요한 퇴적분지에서는 대개 변성이 잘 일어나지 않으나, 방대한 퇴적물이 오랜 시간 두껍게 쌓이면 퇴적물 하중으로 암반이 눌리면서 열과 압력에 의한 변성이 일어날 수 있다. 이러한 광역변성작용은 환경이 고온 고압 상태로 변화함에 따라 원암의 점진적 변성을 특징으로 하며, 변성 정도에 따라 여러 단계의 변성암이 존재한다. ”

“ 예를 들어 이질 퇴적암인 셰일이 낮은 열과 압력변성을 받으면 기존의 얇은 판상 구조를 유지한 채 점판암siate으로 변성된다. 이때 더 높은 열과 압력을 받아 변성도가 증가하면 천매암phyllite, 편암schist, 편마암gneiss 순서로 점차 광물의 크기와 재결정 정도가 증가한 변성암이 된다. 천매암은 운모류 광물들이 평행하게 배열되어 반짝이는 광택을 띠며, 편암은 석영과 장석 등 규장질 광물이 엽리를 이룬다. 편마암은 편암보다 더욱 뚜렷한 엽리를 가진 변성암으로, 화강암이 고온 고압 변성을 받은 경우에도 석영과 장석으로 이루어진 띠 모양 엽리follation가 발달하기 때문에 마찬가지로 편마암으로 분류된다. ”

“ 한편, 현무암 같은 고철질 해양지각이 섭입 초기 낮은 열과 압력(저온 고압) 변성을 받으면 푸른 남섬석glaucophane을 특징으로 하는 청색편암blueschist이 만들어진다. 이후 맨틀 가까이 섭입이 더 진행되면 암석은 훨씬 높은 열과 압력(고온 고압)을 받게 되는데, 이때 청색편암이 에클로자이트eclogite로 변성된다. 에클로자이트는 단사휘석의 일종인 녹색의 옴파사이트omphacite에 검붉은 석류석이 알알이 박힌 독특한 외형을 특징으로 한다. ”

“ 이처럼, 지표를 구성하던 화성암과 퇴적암은 여러 변성작용을 받아 굴곡진 변성암으로 거듭난다. 무릇 암석은 변성을 크게 받을 수록 단단해지며, 풍화에 강해 오랜 시간이 지나도 깨지지 않는다. 이는 암석의 풍화물인 토양이나 퇴적물에서 변성암 기원 광물 입자를 유독 보기 힘든 이유이며, 아주 먼 옛날 선캄브리아기 변성암 암체들이 현재 기반암으로 심심찮게 관찰되는 까닭이기도 하다. 암석의 변성작용은 석생石生에 큰 굴곡과 같다. 거대한 열과 압력을 인내한 암석은 더욱 단단해지고, 미래를 견딜 넉넉한 여유를 얻는다. 마치 우리가 피부 주름의 형태로 삶의 역경을 담듯이, 암석 역시 자신이 겪은 지질학적 시련을 변성의 형태로 몸에 간직하는 것이다. 이제 새로운 문장을 더해, 아래와 같이 시를 완성할 수 있겠다. 땅은 파랑들의 도시. 지하 깊은 곳 일렁이는 열과 압력에 수백 수천만 년 자리를 지키던 암석들이 고운 몸체에 단단한 결을 새기고 파도처럼 휘어지다 이내 부서지는 곳. 그 안에 품고 있던 오랜 비밀스런 이야기가 기억과 망각으로 층층이 교차하는 곳. 찰나의 순간과 억겁의 세월을 품은 파란 행성 지구는 하늘, 땅, 바다로 넘실대는 늘 파랑 행성 지구. - 오얼수, <새로 쓴 '파랑 도시'>(2016~2024년) ”

“ 수소 원자의 융합으로 헬륨이 새로 만들어졌습니다. 우주의 온도가 높아지면서 수소를 구성하는 양성자가 엄청난 에너지를 가지게 되었고, 서로 격렬하게 부딪히다가 융합하면서 헬륨 핵이 만들어진 것입니다. 이후 우주에는 수소와 헬륨이 만연했습니다. 우리가 가장 잘 알고 있는 별인 태양은 중심 온도가 15,00만 도 이상입니다. 이 정도 온도에서는 수소 양성자들이 융합해서 헬륨을 만들 수는 있지만 헬륨 양성자들이 융합해서 다른 원소를 만들기에는 부족합니다. 그 결과, 태양에서 만들어질 수 있는 원소는 수소와 헬륨뿐입니다. ”

“ 그러나 별이 헬륨을 모두 사용하고 나면 새로운 원소를 만들기 위한 과정이 시작됩니다. 우주의 온도가 약 10억 도가 되면 헬륨 양성자들이 융합되고, 점점 더 빠른 붕괴.융합 과정을 통해 네온, 산소, 규소를 만듭니다. 그리고 우주의 온도가 30억 도쯤 되면 규소를 철로 만드는 융합이 시작됩니다. 따라서 철을 만들 수 있을 정도로 질량이 크고 온도가 높은 별 안에는 수소에서부터 철에 이르기까지 다양한 원소들이 가득 차게 됩니다. 그리고 별의 중심이 철로 가득해지면 더 이상 융합은 진행되지 않고, 앞서 보았듯이 초신성 폭발이 일어나게 되는 것입니다. 별이 폭발하면서 다양한 원소들이 별의 주변과 우주 전체로 널리 퍼집니다. 그럼에도 불구하고 우주에서 가장 많이 존재하는 원소는 여전히 수소와 헬륨으로, 전체의 약 98퍼센트를 차지하고 있습니다. 따라서 헬륨 이후의 여러 가지 원소들이 우주에서 차지하는 비중은 불과 2퍼센트 내외인 것입니다. 어쩌면 무시해도 좋을 정도로 아주 적습니다. 하지만 이 2퍼센트 내외의 원소들의 다양한 결합으로 생명체, 인간 그리고 세상의 모든 것들이 탄생할 수 있었습니다. 2퍼센트가 우주와 생명과 인간의 역사 속에서 지니는 의미는 매우 큰 셈입니다. ”

“ <조선왕조실록>‘광해군일기’ 20권에는 다음과 같은 기록이 등장합니다. 8월 25일 미시에 품관 김문위의 집 뜰 가운데 갑자기 세숫대야처럼 둥글고 빛나는 것이 나타났다. 1609년 8월 25일에 강원도에서 발견된 미확인비행물체에 대한 기록입니다. 몇 년 전 우리나라와 중국에서 매우 인기를 얻었던 <별에서 온 그대>는 바로 이 기록을 토대로 만들어진 SF드라마였습니다. 지구에 떨어진 초능력을 가진 외계인과 톱스타의 사랑을 그린 드라마였기 때문에 우리나라 최초의 ‘SF로맨스’라는 평가를 받기도 했습니다. 순간 이동이나 시간 정지 등의 능력을 보여주는 남주인공은 조선에 떨어진 외계인이었지요. 말 그래도 ‘별에서 온 그대’였습니다. 그런데 별에서 온 그대가 단순히 다른 별이나 행성, 혹은 은하에 사는 외계인만 가리키는 것은 아닙니다. 인간을 포함해 지구의 모든 생명체들이 별에서 만들어진 원소들의 다양한 결합으로 만들어졌습니다. 그리고 죽으면 다시 원소로 되돌아갑니다. 생명체뿐만 아니라 세상에 존재하는 모든 것들이 그러합니다. 이러한 점에서 우리가 주변에서 보는 것들은 모두 별에서 온 존재라고 할 수 있습니다. 별에서 만들어진 원소들과 이들의 다양한 결합에 대한 관심이 세상 모든 것의 기원을 살펴보는 데 매우 중요한 이유가 바로 이것입니다. ”

“ 이제 평범한 물질로 돌아가자. 별빛의 시대가 시작되었을 때, 우주는 (주로) 수소 원자들이 퍼져 있는 차가운 곳이었다. 초기 별이 헬륨을 더 만들어내고 있었지만, 지구를 만드는 데 필요한 물질들(<표1-1> 참조)은 거의 없었다. 우리 행성을 만드는 데 필요한 철Fe, 규소Si, 산소는 어디에서 나왔을까? 우리 몸을 이루는 탄소C, 질소N, 인P 같은 원소들은? 이런 원소들은 모두 더 후대의 별에서 기원했다. 이 후대의 별들은 훗날 우리 행성을 이루게 될 원자들의 제조 공장이었다. 큰 별의 고온과 고압 속에서 가벼운 원소들은 융합하여 탄소, 산소, 규소, 칼슘Ca이 되었고 철, 금Au, 우라늄U 같은 무거운 원소들은 초신성이라는 거대한 별의 폭발로 생겼다. 우리가 거울 속에서 보는 얼굴은 길게 잡아 수십 년이 되었을지도 모르지만, 그 얼굴은 수십억 년 전 고대의 별에서 생긴 원소로 이루어져 있다. ”

“ 6. 대멸종과 공생 1999년 일곱 번째 달, 거대한 공포의 대왕이 하늘에서 내려오리라. 16세기 프랑스 예언가 미셸 드 노스트르담의 지구 멸망에 관한 예언입니다. 많은 사람들은 그를 노스트라다무스라고 부릅니다. 그의 사후에 발간된 <백시선>은 총 10부로 구성되어 있으며, 각 부마다 4행시가 100편씩 수록되어 있습니다. 주로 16세기 이후 발생하게 될 전염병, 전쟁, 자연 재해 등의 재난에 대해 언급하는 내용입니다. 그런데 많은 사람들이 독일 히틀러의 집권과 제2차 세계대전의 발발, 그리고 2001년에 발생했던 9.11테러에 이르기까지 노스트라다무스의 예언 속에서 역사적 현상들을 해석하면서 인류와 지구의 멸망에 대한 관심이 고조되기도 했습니다. 하지만 시간적 그리고 공간적 범위를 좀 더 확대해본다면 인류의 멸망은 지구 역사 속에서 이미 여러 차례 발생했습니다. 지구에는 오늘날 현생인류의 조상인 호모 사피엔스뿐만 아니라 호모속에 속하는 여러 종들이 살고 있었기 때문입니다. 또, 좀 더 시간을 거슬러 올라가면 약 700만 년 전에 인류와 영장류의 공통 조상에서 분화된 사헬란트로프스 차덴시스Sahelanthropus tchadensis 이후로 다양한 인류의 종들이 등장했다가 사라졌음을 알 수 있습니다. 물론 이와 같이 여러 종이 등장하고 사라지는 것은 인류에게 국한된 현상이 아닙니다. 오히려 지구의 수많은 생명체들에게 공통적으로 발생했던 일입니다. ”

“ 약35억 년 전에 지구에 최초의 생명체가 탄생한 이후 수없이 많은 종들이 발생했고, 이들 가운데 99퍼센트는 멸종했습니다. 지구에서는 최소 열한 차례의 멸종이 발생했고, 여기에는 다섯 차례의 대멸종이 포함되어 있습니다. 최초의 대멸종은 약 4억 4,300만 년 전에 발생했습니다. 당시 바다에 살고 있던 생명체들 가운데 절반 이상이 사라졌다고 합니다. 이와 같은 대멸종의 원인은 아직 명확하게 밝혀지지 않았습니다. 일부 과학자들은 이 시기에 나타났던 초신성 폭발과 더불어 우주에서 가장 강력한 폭발인 감마선 폭발이 발생하면서 오존층이 파괴되고 자외선에 노출되어 대멸종이 발생했을 것이라고 주장합니다. 두 번째 대멸종은 약 3억 7,000만 년 전에 발생했습니다. 당시 지구 기온이 하강하면서 아마존 분지의 일부가 빙하로 뒤덮였다는 과학적 증거들이 발견됨에 따라 이 대멸종은 빙하가 원인이었으리라고 추정되고 있습니다. 이때 지구에 살고 있던 생명체의 약 70퍼센트 이상이 사라졌는데, 멸종된 대부분이 어류였습니다. 이후 지구에서는 어류 대신 양서류가 급속하게 확산되고 진화하기 시작했습니다. ”