[책 41] 지구과학이 암기과목이라고?: 지구가 조금 가깝게 다가오는 책

책이름: 지구과학이 암기과목이라고?

곁이름: 지구과학을 포기한 사람들을 위한 특별한 강의

지은이: 임태훈

펴낸곳: 동녘

펴낸때: 2005.11

과학 과목에 대해서 관심은 많지만 그 내용을 혼자서 이해하는 것은 쉽지 않기 때문에 관련되는 책을 잘 읽지 않았다. 그러다 고등학생들을 위한 지구과학 책을 발견하게 되었고, 강의식으로 풀어 쓴 것이라서 그래도 이해하는데 조금이라도 더 쉽지 않을까 하는 생각으로 읽게 되었다. 전체적으로 지구의 나이, 운석, 지구의 탄생, 대기, 대륙, 화산과 지진, 바다, 우주, 별 등의 이야기를 한다.

1. 지구의 나이

먼저 지구의 나이를 측정하는 방법으로 탄소 연대 측정법을 사용한다고 한다. 탄소의 동위원소로 C12, C13, C14가 있는데, 이들의 비율을 따진다. 동식물이 살아있을 때에는 대기 중의 탄소를 흡수하고 배출해서 이들의 비율이 일정한데, 죽고나면 탄소를 흡수하거나 배출하는 작용을 멈추기 때문에 체내의  C12와 C14의 비율이 변하게 되고, 그 비율을 측정하면 유물의 연대를 알 수 있게 된다. 그리고 유물 뿐만 아니라 암석도 이런 식으로 측정을 하니 가장 오랜된 암석의 나이가 38억년이라는 것이 확인이 되었고, 가장 오래된 운석을 측정하니 46억년이 나와서 지구의 나이는 46억년이 된 것이다.

지구 나이를 확인하는 데에 사용한 운석은 우주를 떠돌다 지구의 인력에 이끌려 지구에 부딪친 것인데, 이들이 지구 표현과 부딪쳐서 생긴 구덩이들을 크레이터라고 한다. 그런데, 구덩이만 있고, 운석은 보이지 않는데, 운석은 충돌할 때의 충격으로 폭발했다고 한다.

2. 원시 지구의 대기

지구에 이런 여러 미행성이 충돌하면서 지구에는 대기가 만들어진다고 한다. 즉, 미행성이 충돌하면서 수분이나 이산화탄사 같은 휘발성 물질이 증발해서 원시 지구의 대기를 만드는 것이다. 그러면서 이 대기가 온실 효과를 만들어서 지구의 온도는 점차 올라가게 되는데, 지구의 온도가 무한대로 올라가지 않는 것은 마그마의 바다가 하나의 역할을 하기 때문이다.

마그마의 바다는 수증기를 흡수하기도 하고 방출하기도 하거든요. 대기 중 수증기의 양이 증가하면 마그마에 녹아들어 가는 수증기의 양도 증가해요. 그러면 대기 중의 수증기 양은 감소하겠죠. 그 다음에는 온실효과를 생각하면 돼요. 온실 효과를 일으키는 수증기의 양이 줄어드니까 지표에서 방출되는 열에너지가 지구 밖으로 많이 빠져나가는 거예요. 그 결과 지표의 온도는 내려가고 땅은 다시 굳게 되겠죠. 그러면 다시 미행성의 충돌로 가스가 방출되고 대기 중에 수증기가 다시 축적되면서 온도가 올라가요.

결국 원시 지구는 마그마의 바다와 뜨거운 대기 사이에 둘러싸여 안정적인 상태를 유지하고 있는 것이다. 그러다가 비가 내리게 되는데, 비는 어떻게 내리게 된 것일까? 막대한 양의 수증기가 분해되기 전에 지구가 먼저 식기 시작하고, 원시 지구의 대기층이 두꺼워서 태양빛이 지표면에 도달하지 못함으로써 대기가 점점 습해지기 시작한다. 결국 공기 중의 수증기가 응결되어 비가 되어 내리는 것이다. 이 비들이 모여서 바다가 된 것이다.

또한 원시대기 중의 막대한 이산화탄소는 점차 감소하게 된다. 즉, 대기 중의 이산화탄소가 바닷물에 용해되어 칼슘 이온과 결합하고, 이 때 만들어진 탄산염 암석인 해저에 침전되어 맨틀의 움직임에 따라 이동하다 맨틀 속에 끌려들어가고 이는 다시 분해되어 화산 가스의 형태로 대기중에 방출된다. 이런 과정이 반복되면서 이산화탄소를 줄이게 된다.

이렇게 이산화탄소가 줄면서 생명체가 출현할 수 있는 조건들이 하나씩 만들어지게 되는데, 원시 조류인 남조류인 스트로마톨라이트가 발생하고, 이들이 광합성을 하여 산소를 발생하는 것이다. 이산화탄소가 줄어들고 산소의 양이 많아지면서 다양한 생물이 출현할 수 있게 되었다. 

3. 지구와 달

달의 기원에 관한 네 가지 가설도 있다. 포획설은 태양계 밖의 천체가 지구 인력에 포획되어 달이 되었다는 것이고, 친자설은 지구에서 떨어져 나간 지구의 일부가 달이 되었다는 것이고, 형제설은 지구가 생기면서 달도 그 옆에 같이 생겼다는 것이고, 충돌설은 미행성이 지구에 충돌해서 지구 물질 일부가 떨어져 나가 달이 되었다는 것이다. 이 중 충돌설이 유력하게 받아들여지고 있다고 한다.

바다에는 밀물과 썰물이 있는데, 이는 기조력에 의한 것이라고 한다. 달과 지구를 일직선상에 놓았을 때 달에 가까운 쪽은 달의 인력을 많이 받고, 먼쪽은 달의 인력을 적게 받는데, 이러한 힘의 차이를 기조력이라고 한다. 하지만 실제 상황은 달과 지구 뿐만 아니라 태양의 인력까지 고려해야 하기 때문에 매우 복잡하다.

4. 바람

바람은 단순히 공기의 흐름이라고 생각하는데, 그 이유를 따지면 지구 단위로 생각해야 한다. 지구는 둥글기 때문에 태양빛이 지구로 들어오는 입사각은 적도 지방과 고위도 지방이 다르다. 고위도는 비스듬한 방향으로 태양빛이 들어오고, 적도 지방은 수직으로 들어온다. 그 결과 가열되는 정도가 다르게 된다. 적도 지방의 공기는 가열되어 상승 운동을 하고, 고위도 지방의 공기는 냉각되어 하강 운동을 한다. 이러한 공기의 흐름이 곧 바람이 되는 것이다.

뒷부분에 우주에 대한 얘기들도 있는데, 내가 글로 옮길 수 있을 정도로 이해를 하고 있지 못해서 잘 발췌를 할 수 없었다. 우주는 가보지도 않았는데, 화학적, 물리적 사고를 바탕으로 우주의 원리를 밝혀낸다는 것이 정말 대단하다는 생각이 들었다.

읽으면서 새로운 것을 꽤 많이 알게 되었고, 완벽하지는 않지만 다른 과학 관련 책을 읽을 때 낯설지 않은 지식으로 만날 수도 있을 것 같다. 물리나 화학, 생물 관련 책들도 찾아봐야겠다.