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

“ 석유는 진짜로 생물의 사체가 주원료일까? .석유의 생성 과정. 석유 생성 가설로는 생물 기원설과 비생물 기원설이 있다. 석유 속 헤모글로빈 고리 모양 분자 때문에 생물 유래설이 유력하다. 석유가 만들어지는 과정에는 지금도 밝혀지지 않은 부분이 많습니다. 대표적인 가설로는 생물 기원설과 비생물 기원설이 있으며, 비생물 기원설은 무기성인설이라고도 합니다. 현재 가장 유력한 가설은 생물 기원설입니다. 석유 속에 헤모글로빈을 만드는 고리 모양 분자와 비슷한 것이 들어 있기 때문입니다. 생물에서 유래하지 않았다면 이러한 것이 포함되기 어렵기에 생물 기원설이 유력시되고 있습니다. 사람들은 생물 기원설 중에서도 유기물(케로진)설을 눈여겨보고 있습니다. 이는 생물의 사체가 해저나 호수 바닥에 퇴적된 뒤 유기물이 되어 석유로 변한다는 주장입니다. 비생물 기원설은 지구가 만들어질 당시 내부에 갇힌 탄화수소가 열과 압력으로 변성되어 석유가 되었다는 주장입니다. ‘태양계가 탄생했을 때 이미 석유의 근원이 되는 탄화수소가 지구의 중심에 있었던 것이 아닌가’ 하는 생각에서 나온 가설입니다. 탄화수소가 땅속에서 다양한 반응을 일으키면서 땅 쪽으로 서서히 스며든 것이라고 여기는 것이지요. 과거 생물이 존재하지 않았을 것으로 보이는 장소에서도 유전이 발견되기 때문에 비생물 기원설 또한 완전히 부정할 수는 없습니다. ”

“ ‘석탄기’라는 이름에서 알 수 있는 것처럼 석탄기 퇴적층에서는 석탄이 많이 들어 있다. 현재 지구에 매장되어 있는 석탄의 대부분은 석탄-페름기에 생성된 것으로 알려져 있다. 석탄石炭을 학술적으로 정의하면, 주로 식물의 유해로 이루어진 퇴적암으로 식물이 차지하는 비중이 무게 50퍼센트 이상, 부피 70퍼센트 이상인 암석이다. 석탄을 이루고 있는 물질이 대부분 육상식물이기 때문에 석탄을 다른 말로 표현하면 ‘옛날의 울창한 수풀’이다. 먼 옛날 울창한 수풀을 이루고 있던 나무들이 겹겹이 쌓여 두꺼운 퇴적층을 이루고 있다가 이들이 지하 깊은 곳에서 높은 온도와 압력의 영향으로 단단히 굳어 ‘석탄’이 되었다. 석탄기 초엽에는 로라시아Laurasia 대륙과 곤드와나Gondwana 대륙이 합쳐져 초대륙 판게아Pangea가 만들어졌고, 두 대륙이 충돌한 곳에 거대한 산맥이 솟아올랐다(이때 형성된 산맥이 현재 미국 동부 애팔래치아산맥이다). 높은 산맥의 양쪽으로 광활한 충적평야가 펼쳐졌고, 이 평야를 흐르는 강 주변에 큰 나무들이 자라면서 곳곳에 울창한 수풀이 형성되었다. 그런데 석탄기 식물들의 특징 중 하나는 뿌리가 짧다는 점이다. 나무의 키는 큰데 뿌리가 짧으니까 어느 정도 자란 나무들은 쉽게 쓰러졌다. 나무를 이루는 주성분은 리그닌lignin과 셀룰로스cellulose다. 오늘날은 나무가 죽으면 세균의 활동에 의해 리그닌과 셀룰로오스가 분해되기 때문에 죽은 식물체가 퇴적물 속에 남아 있기 어렵다. 그런데 석탄기는 리그닌이나 셀룰로스를 분해할 수 있는 세균이 출현하기 이전이었다. 따라서 나무가 쓰러져도 분해되지 않았고, 그 결과 엄청난 양의 식물체가 퇴적물 속에 묻혀 석탄으로 남겨지게 되었다. ”

“ 석탄기에 일어났던 또 다른 중요한 사건은 빙하시대다. 고생대에는 두 번의 빙하시대가 있었다. 한 번은 오르도비스기 말엽이었고, 다른 한 번은 후기 고생대 석탄~페름기였다. 후기 고생대 빙하시대의 기록은 당시 남반구 고위도 지방에 있었던 곤드와나 대륙에 남겨졌다. 후기 고생대 빙하시대는 3억 2600만 년 전에 2억 6700만 년 전까지 지속되었다. 하지만 그 기간 내내 계속 추웠던 것은 아니다. 후기 고생대 빙하시대는 3억 2600만 년 전에서 3억 1200만 년 전까지 추웠다가 3억 1200만 년 전에서 3억 년 전 사이의 기간에는 비교적 따뜻했다. 그러다가 3억 년 전에서 2억 9000만 년 전 사이에 다시 혹독한 빙하시대를 겪었고, 그 후에 빙하활동이 약화된 것으로 알려져 있다. 후기 고생대 빙하시대는 울창한 수풀이 형성됨에 따른 식물의 대량 매몰과 높은 산맥이 형성됨에 따라 활발해진 풍화작용의 결과로 대기 중에 이산화탄소가 줄어들면서 시작되었다. 그리고 페름기 후반에 지구의 기후가 전반적으로 건조해지면서 수풀이 사라지고 풍화작용이 약화된 결과 이산화탄소가 늘어나 후기 고생대 빙하시대는 끝났다. ”

“ 마지막으로, 우리의 멸종 사건 탐구의 가닥들을 한데 모으고 있자니 증거가 보여준다. 선캄브리아기 말 사건은 캄브리아기 대폭발에서 현생 동물 집단의 기원을 가능하게 해주었다. 캄브리아기 말 대멸종은 그토록 많은 해양 집단이 팽창했고 생명이 땅 위로 기어올랐던 오르도비스기 대규모 다양화 사건을 촉발했다. 페름기 말 대멸종은 트라이아스기 혁명을 촉발해 그 모든 맛있고 알찬 바다 생명체와 단열된 온혈의 원시 공룡과 원시 포유류를 데려왔다. 그리고 백악기 말 대멸종은 속씨식물, 포유류, 조류에게 번성할 기회를 주었다. PETM(팔레오세-에오세 최고온기)과 플라이스토세 말 멸종 같은 그 밖의 사건들도 황폐를 부르는 막대한 숫자의 종 손실과 일치해왔다기보다는 기원 및 기회와 더 일치해온 듯하다. 이 복습을 통해 참신한 교훈이 드러난 터다. 오늘날로부터 바라본 이 과거의 멸종 사건들은 모두 종합적인 생명의 역사에 혁혁하게 창의적인 공을 세웠다. ”

“ 대서양은 대폭 넓어졌고, 로키산맥, 알프스산맥, 히말라야산맥이 장엄하게 높이 솟아올랐다. 솟아오른 산맥은 풍화 속도를 높임으로써 대기로부터 이산화탄소를 제거했고, 이동하는 지각판들은 바다에서 바닷물의 순환 방향을 바꾸었다. 그 결과 지구는 이윽고 식기 시작했다. ”

“ The Atlantic Ocean widened dramatically, and the Rockies, Alps, and Himalaya all rose majestically into the sky. Rising mountains increased weathering rates, pulling carbon dioxide from the atmosphere, while shifting plates reoriented seawater circulation in the oceans. In consequence, Earth eventually began to cool. ”

“ 아시아 서부의 화산 활동이 중국에서 잘 보이지만 전 세계적으로도 관찰된 생물학적 격변과 어떻게 연결될까? 넓게 펼쳐져 있긴 해도 시베리아 트랩이 지구 전체나 지구의 상당 부분을 뒤덮은 것은 아니므로, 세계적인 멸종이 단순히 용암 분출을 반영하는 것은 아니다. 여기서 우리는 화산 활동이 얼마나 대규모로 일어날 때 지구 환경이 충격을 받을지를 물어야 한다. 화산 활동으로 국지적으로 용암이 흐를 때, 대량의 기체가 대기로 들어간다. 거기에는 앞서 살펴보았듯이 기후에 영향을 미치는 지질학적 주역인 이산화탄소도 많이 들어 있다. 페름기 말 화산 활동으로 대기와 바다의 이산화탄소 농도는 빠르게 7배까지 늘어났다. ”

“ 화산폭발이 일으키는 기후변화 화산이 폭발하면 화산 분출물은 주변에 직접적인 피해를 일으킬 뿐 아니라, 기후에도 여향을 미칠 수 있다. 화산 폭발은 지구온난화에 기여하지만, 한편으로는 냉각 효과도 일으키기 때문이다. 그러나 모든 화산 폭발이 기후에 영향을 주는 것은 아니다. 2억 5,000만 년 전, 시베리아에서 용암이 100만 년 동안 분출되어 호주 대륙 절반 정도에 해당하는 넓은 지역을 뒤덮었다. 이 지속적인 분화로 화산재가 햇빛을 차단해 기온을 떨어뜨렸다. 화산 폭발이 중단되자 화산재가 가라앉아 냉각기가 바로 끝났다. 화산 분출물과 함께 나온 이산화탄소는 그 후에도 사라지지 않고 그대로 대기에 남아 있었다. 이 이산화탄소가 기온을 높여 페름기 대멸종을 일으켰다. 이처럼 화산 폭발은 기후를 단기적으로 차갑게 하고, 장기적으로 따뜻하게 한다. 오늘날에는 화산 폭발과 함께 분출되는 이산화황에 기후가 영향을 받는다. 이 기체가 황산염이 되어 성층권에 도달하면, 햇빛을 흡수해 성층권을 가열하지만, 햇빛을 차단하고 산란시켜 그 아래의 대류권을 냉각시킨다. ”

“ 화산재가 얼마나 높이 상승할 수 있는지, 그리고 얼마나 많은지가 기후에 영향을 줄지 말지를 결정한다. 화산재가 성층권에 도달하기에 충분할 정도(극지방 8킬로미터 이상, 열대지방 15킬로미터 이상)로 폭발력이 커야 기후에 영향을 미친다. 아무리 화산재가 많이 나온다 해도 성층권에 도달하지 않으면, 대류권에서 단기간에 침강되거나 비에 씻겨버린다. 반면 성층권에서는 대기가 매우 안정되어 있으므로 황산염이 수년 동안 머무를 수 있다. 화산재가 성층권에 들어오면 바람을 따라 퍼진다. 확산되는 정도는 화산 위치에 따라 다르다. 열대지방에서 퍼진 화산재는 지구 전체로 영향을 끼칠 수 있다. 화산재가 북반구와 남반구 양쪽에 다 퍼질 수 있기 때문이다. 그러나 중.고위도에 위치한 화산은 해당 반구에만 영향을 미친다. ”

“ 지난 수 세기 동안의 가장 큰 화산 폭발은 1815년 인도네시아 탐보라에서 일어났다. 이때 황산염이 44킬로미터 높이까지 도달해 성층권에서 지구 전체로 퍼졌다. 탐보라 화산의 증거는 그린란드와 남극의 빙하 코어ice core에서도 찾을 수 있다. 빙하 속에서 화산 폭발의 부산물인 유황, 재, 화산 쇄설물이 포함된 층이 발견되기 때문이다. 탐보라 화산 폭발로 인해 1815년 세계 연평균 기온이 5도 하강했고, 6월 북미 지역에 50센티미터의 폭설이 내리는 등 이상기후가 발생했다. 이듬해에는 같은 지역에 여름이 없었다는 기록도 남아 있다. 아일랜드와 유럽 여러 지역에서는 낮은 기온과 폭우로 인한 기근이 발생했다. 인도 여름 몬순이 바뀌어 폭우가 내려 홍수, 작물 피해, 기근과 콜레라의 원인이 되었다. ”

“ 최근 들어서는 1991년 6월 14일에 필리핀 피나투보에서 강력한 화산 폭발이 발생했다. 이때 2,000만 톤의 황산염이 분출해 성층권 35킬로미터 높이까지 올라갔다. 그 후 1~3년 동안 햇빛을 10퍼센트 감소시켜 지구 평균 기온을 0.2~0.5도 떨어뜨렸다. 하지만 피나투보 화산폭발 때 방출된 온실가스로 인한 기온 상승은 일어나지 않았다. 영국 지질연구소British Geological Survey와 미국 지질연구소US Geological Survey에 따르면 전 세계 화산에서 매년 약 1~3억 톤의 이산화탄소를 배출하는 것으로 추정했다. 이것은 엄청난 양이지만, 사실 인간이 화석 연료를 이용해서 배출하는 이산화탄소량의 1퍼센트 정도에 지나지 않는다. 산업혁명 이후 이 양은 기후변화에 거의 영향을 주지 못했다. 우리는 화산 폭발을 엄청난 장관으로 바라볼 수 있다. 이 자연 현상에도 기후변화의 그림자가 드리워져 있다. 하지만 우리가 이를 알아차린다는 데에 희망의 빛이 있다. ”

“ 백영옥은 그의 수필에서 "누군가에게 예측가능한 사람이 되어준다는 건, 그 사람의 불안을 막아주겠다는 뜻이다"라고 썼다. 불안을 막아주려는 마음은 우리가 모두 지녀야 할 아름다운 가치다. 이것은 기상과학자 역시 끊임없이 추구해야 할 가치이기도 하다. ”