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

“ 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. ”

“ 집단지성이 성공하기 위해서는 조건이 필요하다. 집단이 편향되지 않아야 한다. 독립적으로 자신의 의견을 낼 수 있어야 정확한 어울림을 만들어낼 수 있기 때문이다. 선거에서도 각자의 선거권이 진정한 가치를 가지려면 참여하는 모든 사람이 서로 종속적인 관계가 아니라 독립적인 관계여야 하는 것과 마찬가지다. ”

“ 칼릴 지브란Kahlil Gibran도 <예언자>에서 각자가 혼자여야 어울림이 이루어진다고 말했다. 함께 있되 거리를 두라. 그래서 하늘 바람이 너희 사이에서 춤추게 하라. ... 함께 노래하고 춤추며 즐거워하되 서로 혼자 있게 하라. 마치 현악기의 줄들이 하나의 음악을 울릴지라도 줄은 서로 혼자이듯이. 날씨 예측모형에서도 초기조건들이 집단 편향성을 가지고 있다면, 예측 결과도 편향성을 벗어나지 못한다. 즉, 집단의 예측이 하나의 예측보다 나은 점이 없게 된다. 불확실성을 예측의 근원적 속성으로 받아들이려면 서로 독립적인 초기조건을 사용해야 한다. ”

“ 서로 독립적인 초기조건들로 여러 결과를 예측하는 기법을 '앙상블 예측'이라고 한다. 음악에서 앙상블은 여러 명의 연주자에 의한 합주를 의미한다. 이때 같은 악기로 같은 음을 연주한다면 앙상블의 의미가 없다. 서로 독립적인 다양함이 조화를 이룰 때만 아름다운 음악이 될 수 있다. 이처럼 앙상블 예측 결과는 독립성과 서로 조화를 이루어야 한다. 홀로 극단적이면 전체와 앙상블을 이루기 어렵기 때문이다. 개개 예측의 차이는 우연처럼 보이지만 날씨를 지배하는 자연법칙을 벗어나는 터무니없는 날씨를 예측하지 않아야 하지만, 정확히 똑같은 날씨를 예측하지도 않아야 한다. 날씨 예측에서도 모두 비슷하게 우수한 100개 결과를 내는 경우보다, 성능이 좀 떨어진다 해도 다양한 100개의 앙상블 결과를 산출할 때 더 효과적이다. 이를 인간 사회에 적용하면, 비슷한 생각을 하는 우수한 100명보다는 다양한 의견을 가진 평범한 100명이 더 좋은 결과를 낼 수 있다는 뜻이다. 또한 다수가 따르는 의견에 대해, 다양한 이유로 문제를 제기하는 소수가 어느 정도 어떻게 분포해 있는지도 알 수 있다. 의견의 분포가 집중되어 있다면 실행하기 쉽겠지만 분포가 넓게 흩어져 있다면 실행하기 어려울 것이다. ”

“ 바다와 대기 지구가 태양계의 다른 행성과 구별되는 뚜렷한 특징은 바다가 있다는 것이다. 산소가 풍부한 공기도, 그 때문에 번창하고 있는 생물도, 비가 오고 눈이 내리는 날씨와 계절의 변화도, 수많은 화산 활동과 지진, 그리고 움직이는 대륙이 보여주는 역동성도 모두 지구의 특징이라고 할 수 있지만, 이들 모두가 만약 바다가 없었다면 존재하지 않았거나 지금과는 매우 다른 모습을 보였을 것이다. 지구의 물은 원래 대기 중에 풍부하게 포함되어 있던 이산화탄소(CO2)를 녹인 후 바닷속에 방해석(calcite:CaCO3)이란 광물로 침전시켰다. 방해석이 모인 암석이 우리가 시멘트를 만드는 원료가 되는 석회암이다. 바다가 오랜 세월 동안 대기 중의 이산화탄소를 제거한 덕분에 지구 대기는 이산화탄소에 비해 산소가 풍부한 생명체에 적합한 조성으로 바뀌게 되었고, 대표적인 온실가스인 이산화탄소를 제거하여 거의 대기가 이산화탄소로 이루어진 금성과 같은 초열지옥을 면할 수 있었다. 바다에서 증발한 물은 비나 눈이 되어 내리면서 육지의 생명체에 담수를 제공해 주고, 바다와 대기 사이의 에너지 교환은 기상 변화의 중요한 요소가 된다. 해양지각과 함께 지하 깊은 곳으로 침투한 물은 암석의 녹는점을 떨어뜨려 마그마를 만들며, 이 때문에 일본과 같은 지역에서는 좀더 활발하게 화산 폭발, 지진이 일어나게 된다. ”

“ 지구는 어떻게 바다를 가지게 되었을까? 고온의 초기 지구의 대기에 가득했던 수증기는 온도가 내려가면서 식어 물로 변하여 바다를 만들었을 것이고, 대기 중의 수증기는 끊임없이 생성된 마그마에서 방출되었을 것이다. 그럼, 지구 초기의 마그마에 포함된 수증기는 어디에서 온 것일까? 태양계의 구성원 중 가장 풍부하게 물(액체 상태의 물이 아니라 얼음이지만)을 가지고 있는 혜성의 충돌이 지구에 물을 공급하는 데 중요한 공헌을 하지는 않았을까? 밀도가 낮은 우주 공간에는 액체 상태의 물이 존재할 수 없다(1장 참조). 우주 공간에서 물(H2O)이 존재하는 방법은 기체(즉 수증기) 상태나 고체 상태이며, 고체 상태의 물은 매우 낮은 온도에서는 얼음으로 존재하거나 조금 더 높은 온도에서는 함수광물(hydrous mineral) 속에 포함되어 존재한다. 함수광물이란 화학식에 (OH)를 포함하는 광물로서 이런 광물을 가열하면 물(수증기)이 빠져 나온다. 지구가 생성된 장소는 물이 얼음으로 존재하기에는 너무 높은 온도였을 것으로 생각되며 함수광물 역시 많은 양이 형성되지는 않았을 것으로 생각된다. 따라서 지구에 들어온 물은 태양계 좀더 먼 곳에서 만들어진 물질 속에 함수광물 또는 얼음의 형태로 포함되어 지구로 왔을 것으로 추정된다. 시원운속 중 카보네시어스 콘드라이트(6장 및 좀더 알아보기 6)에는 물이 함수광물의 형태로 비교적 많이 포함되어 있으며 혜성은 얼음이 주 구성물질 중 하나이다. 과연 이 둘 중에서 어떤 것이 지구 표면 물의 주 공급원이었는지는 아직 확실하지 않다. 최근의 동위원소 연구에 의하면 혜성에 포함된 얼음의 수소동위원소 조성이 지구의 바다와 달라 혜성만으로는 지구의 바다를 만들 수 없다고 한다. 하지만, 지구의 46억 년 역사 동안 수많은 혜성이 지구에 충돌했을 것이며, 유성의 형태로 지금도 많은 양의 혜성 파편이 지구로 들어오고 있으므로(1장), 바다의 일정 부분은 혜성이 만든 것이라는 것은 부정할 수 없을 것 같다. ”

“ 찰스 다윈이 100여 년 전에 처음 주장했듯이, 인류 조상은 두 발로 서서 걷게 되면서 손을 다른 용도로 쓸 수 있게 되었다. 시간이 흐르자 그 손으로 도구를 만들고 쓰게 되었다. 따라서 아르디와 친척들은 두발보행을 함으로써 우리로 이어지는 길을 들어섰다(<그림8-1>). ”