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

<지구의 짧은 역사> 218쪽에서 죽음의 3인조라고 했던 지구 온난화, 해양 산성화, 산소 고갈 중 산소 고갈에 대한 개괄적인 설명을 잘 하고 있는 것 같아서 인용했습니다. 참고하시기 바랍니다. 책들을 읽다보니 산소는 이산화탄소에 비해 물에 잘 녹지 않는다는 사실을 알았고, 기체는 잘 알려져 있듯이 뜨거운 액체보다는 차가운 액체에 잘 녹으므로 지구 온난화가 진행되면 더더구나 산소가 바다나 호수에 잘 녹지 않게된다고 합니다.

지구 온난화가 진행되면서 물 속에서 산소 고갈이 더욱 가속화되었겠어요. 기체가 온도가 낮은 액체에 잘 녹는 것은.. 탄산음료를 차갑게 보관했을 때 더 맛있게(탄산이 톡톡 터지는 맛) 먹을 수 있는 것이 대표적인 예이죠. ^^ 그리고 해양산성화는.. 콜라에 치아를 넣어두면 녹는 것을 예로 들 수 있겠네요. 해양산성화로 조개나 산호들이 살기 힘들어지는 것이고요.

산소의 고갈은 지표면이 아닌 바다 밑이나 호수 또는 늪의 바닥 부분에서 일어나는 현상입니다. 지구에서 광합성으로 산소가 많아진 후로 대기에서 산소가 완전히 없어진 적은 없습니다. 상당히 떨어진 적도 있고 높아진 적은 있지만요(전에 제가 산소의 농도 그래프를 올렸었죠). 그러므로 산소 고갈은 물밑에서 일어난 현상을 이야기한다는 것에 혼동이 없어야 겠습니다. 전 <지구의 짧은 역사>를 읽으면서 특히 산소 고갈에 관심이 생겼는데요. 이유는 다름아닌 석탄과 원유때문입니다. 현 인류의 산업화를 촉진하고 현대 문명을 떠받치는 중요한 자원이죠. 그런데, 다른 광물들과는 달리 석탄과 원유는 생물의 사체가 주재료가 되어 만들어진 것입니다. 석탄은 주로 나무, 원유는 플랑크톤이나 조류라고 하죠. 이 생물들의 사체가 오랜 세월 동안 압력과 열을 받아 석탄이나 원유가 되기 위해서는 이 녀석들이 썩지 않아야 합니다. 썩지 않는다는 것은 미생물이 활동을 하지 않았다는 이야기고 지구에 널린게 미생물인데 그 미생물이 활동을 하지 않았다는 것은 그들이 활동할 수 없는 환경이 있었다는 것입니다. 그게 바로 산소 고갈 환경이죠. 미생물이 산호 호흡을 해야 하는데 호흡할 산소가 없는 바다 밑이나 늪 밑에 바로 조류나 나무의 사체가 쌓인 거죠. 바로 석탄과 원유의 연료입니다. 우리가 흔히 석탄기라고 부르는 그 때는 식물의 키가 엄청 커지면서 어마어마한 식물들이 번성했던 때입니다. 이 녀석들이 죽어서 늪 밑에 가라앉아 석탄이 된 것이죠. 물론 이 때 말고도 식물들은 끊임없이 석탄의 재료가 되어 주었습니다. 페름기 대멸종 후 트라이아스기 전반기 까지 형성된 지층에서는 석탄이 발견되지 않는데 이 때는 대멸종으로 석탄의 재료인 식물이 없었기 때문입니다. 원유는 여러 연대에 원유가 될 재료들이 바다 밑으로 가라앉았는데, 페름기 말 대멸종 시 당연히 많은 생물들이 멸종한 가운데 플랭크톤이나 조류들도 떼죽음을 당해서 바다 밑에 가라앉았습니다. 그것이 지금 북미 대륙의 셰일 오일이 되었구요. 사우디아라비아의 세계 최대 유전인 가와르 유전이 있는 아라비아 반도의 유전들은 백악기, 쥐라기 때 쌓인 조류들로 인해 생겼습니다. 지금 벌어지고 있는 미국과 이란의 전쟁을 보면 고생대 원유와 중생대 원유가 싸우고 있는 듯한 생각이 듭니다. 실제로 전쟁 발발 후 아라비아 반도의 원유 수입이 줄어들면서 우리나라는 미국의 셰일 원유 수입액이 증가하고 있다고 합니다.

네, 물이 따뜻해지면 산소를 더 이상 많이 품을 수 없고 .. 산소 고갈(물밑)이라고 표현하면 더 좋겠네요. 산소 고갈이라는 단어도 산소를 이용하는 생명체(조류)에게만 충격적인 이야기겠죠. 산소 없이 살아갈 수 있는 생명체도 해령(바다 깊은 곳) 근처에 존재하니까요. 지구상에 오존층이 만들어지기 전에는 산소가 필요한 생명체에게도 자외선이 그대로 내리쬐는 지구 환경에서는 산소는 유독할 수 있었어요. 지표면이나 얕은 물 속은 살아가기 힘들었기 때문에 안전지대(수심 10~30m)를 찾아야 했고요. 캄브리아기 폭발(Cambrian Explosion, 약 5억 4100만 년 전)시기에 대기 중 오존 분자들이 생기면서 자외선을 걸러주기 시작하자 이 안전지대는 ‘수심 1~10m’로 올라갑니다. 오존층이 자외선을 완벽하게 차단할 수 있을 정도로 완성된 시기는 ‘고생대 오르도비스기 말 ~ 실루리아기 초’ 입니다. 산소가 오존층이 되어 생명을 보호하기 전까지는 오히려 생명에 독이 되었을 거에요. 시아노박테리아가 광합성을 하면서 바다와 대기에 산소가 가득해집니다. 공중에서는 산소 분자가 자외선을 받아 오존이 되고 있었지만 그 양이 미미했어요. 캄브리아기에 대기 중 산소 농도가 오늘날의 수준으로 폭발적으로 많아집니다. 이 산소 분자들이 성층권까지 올라와서 자리를 잡았어요. 그리고 주위의 산소와 결합해 두터운 오존층을 형성합니다. 오존층이 자외선을 차단해주자 프리 라디칼Free Radical을 폭주를 막을 수 있어서 생명체의 지질, DNA, 단백질 등이 파괴될 걱정이 줄어듭니다. 식물과 동물이 오존층 대신 자외선을 막아주던 바다를 벗어나 육상으로 올라가게 되고요. 석탄기에 나무가 썩지 않은 이유 중 하나로 당시 미생물들에게는 리그닌(Lignin, 목질)을 자르는 효소가 진화되지 않은 상태였다는 것이 학계의 정설이었다고 해요. 2012년 디미트리오스 플라스(Dimitrios Floudas)가 ‘석탄기 말에 효소가 진화했기 때문에 석탄 축적이 끝났다’라고 주장하는 논문을 Science에 발표합니다. 즉.. 어차피 리그닌을 분해하는 효소도 없고 산소도 없는 늪에서는 그냥 그대로 석탄이 되어버렸다고 생각했는데.. 그런데 2016년 지질학자 매튜 나이델(Matthew P. Nelsen) 연구팀이 이 가설을 반박하는 논문을 PNAS에 발표했습니다. 석탄기 지층을 긁어서 초고해상도 현미경으로 살펴보니 이미 미생물이나 원시 균류가 리그닌을 파먹고 부식시킨 흔적이 발견되었습니다. 하지만 당시 환경이 기후가 덮고 습해서 늪지대가 많아서 산소가 차단되어 미생물이 활동할 수 없는 상태였습니다. Delayed fungal evolution did not cause the Paleozoic peak in coal production. https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.1517943113 * @밥심 님이 쓰신 내용과 조금 다른 부분인데 인용하신 내용 중 ‘안전지대’라는 단어에 꽂혀서 어제 공부한 프리 라디칼에 이어 생각나는 것을 정리해봅니다.

리그닌이라는 녀석이 나무가 곧게 높이 자라는데 필요한 일등공신이라던데, 인용하신 것처럼 당시 리그닌을 분해할 수 있는 미생물이 있다, 없다 학설이 분분해서 전 늪 아래부분에 산소가 고갈된 것이 그나마 이견없이 인정받는 석탄 생성의 원인이라고 있습니다.

저도 그렇게 생각합니다. 미생물 여부와 상관없이 당시 지구 상에 거대 늪지대가 형성되어 있었던 것이 석탄 생성의 큰 원인이었던 것 같아요.

밥심님 이 글이 참 좋습니다. 멸종사를 공부하시고 대실패라고 하셨는데 전혀 아니에요. 이렇게 좋은 글을 쓰셨잖아요. 내용의 흐름이 자연스럽게 연결되고 지구를 바라보는 따뜻한 시선이 담겨 있어요. 제가 다른 이야기를 덧붙인다고 글에 대한 솔직한 감상을 남기지 못해서 지금이나마 말씀드립니다.

하하. 감사합니다. 대실패하고 좌절하여 책을 내던지고 소주라도 퍼마시고 있을까봐 신경을 써주셔서… 사실 고생물학자나 지질학자가 될 것도 아닌데 실패한들 어떻겠어요. 실패라는 것도 이 넓고 깊은 영역의 학문을 책 몇 권 읽고 완전 이해하겠다고 과욕을 부린 측면에서 실패했다는 것이지 교양인(?) 수준에서의 독서는 그럭저럭 잘 하고 있다고 생각합니다. ㅎㅎ

저 마지막 말씀 새롭게 알아 갑니다. 정말 글 좋은데 왜요? 근데 이러고 저러고 지간에 빨리 전쟁이 끝났으면 좋겠네요. 정말 뭐하자는 건지. 아무리 지구 역사상 전쟁이 없었던 시기는 없었다고는 하지만 이젠 전쟁의 전자만 들어도...ㅠ

그러게 말입니다. 지켜보는 우리도 이런데 전쟁 당사자들은 또 얼마나 지칠까요. 시작하기 보다 끝내기가 더 어려운 것 같습니다.

위의 책 p.261 석유가 생성되는 과정이 그림으로 잘 표현되어 있네요.

<지구의 짧은 역사> 7장을 천천히 읽는 기회에 지구 생명체의 멸종사를 한 번 제대로 알아보자 하고 이책 저책 보며 시도를 해봤는데 대실패입니다. 그 양이 어마어마하고 아직도 현재 진행형 학문이라 가설도 많고 새로운 가설이 계속 나오고 증거도 끊이지 않고 발굴되어 예를 들어 '페름기 대멸종의 원인은 이것이다' 하고 분명하게 말할 수 있는 상황도 아닌 것 같더라고요. 그리고 산소/이산화탄소 농도 변화, 온난화, 화산 폭발 등이 맞물려 돌아가는 지구 생태계의 메커니즘을 책 몇 권 읽는다고 온전히 이해할 수 있는 영역은 아니라는 생각이 들었습니다. 그래서 오늘 7장을 덮으면서 더 이상 지구 멸종사에 대해서는 파지 않기로 했습니다. 성과는 그리 없는 것 같으나 아주 오랜만에 치열하게 뭔가를 공부한 느낌입니다. ㅎㅎ 사진은 <대멸종의 지구사> 284-285쪽에 마지막으로 실린 연대표입니다.

치열하게 공부하셨다는 것이 성과일 것입니다. ㅎㅎ