판 구조 이론

어떻게 지구의 판 구조와 초기 생물의 진화 과정이 힘을 합쳐 새로운 복잡한 생물이 출현할 수 있는 조건을 만들었을까?

1. 물의 순환

지구의 역사에서 이 시기에 인간의 호흡 계통과 놀라울 정도로 유사하게 작동하는 지구의 생명 유지 장치가 나타났다. 만일 이러한 장치가 없었다면 20억 년 전의 박테리아가 식물과 동물, 인간으로 진화하는 일은 결코 일어나지 않았을 것이다. 사실 지금도 자연의 생명 유지 장치가 제대로 작동하지 않으면 대부분의 생물이 금방 죽어버릴 것이다.

지구의 생명 유지 장치에서 가장 먼저 나타났고 가장 단순한 것은 아주 잘 알려진 것은 , 바로 물의 순환이다. 태양이 지표면에 내리쬐면 바다가 따뜻해져 바닫물의 일부가 증발해 수증기가 된다. 수증기는 공기 속으로 들어가면 차가워져 구름이 되고, 구름은 바람 다는 대로 지구 위를 떠돌다가 결국 비가 되어 어디론가 떨어진다.

아주 단순해 보이는 이러한 과정의 이면에는 지구와 지구에 사는 생물이 약 37억 년 전에서 20억 년 전 사이에 맺은 중요한 파트너십이 있다. 비가 내리려면 구름이 형성되어야 한다. 그런데 수증기 분자는 방울방울 맺힐 수 있는 어떤 종류의 표면, 또는 씨앗이 있을 때만 응결되어 물로 돌아갈 수 있다.

다행스럽게도 초기 박테리아들이 만들어낸 배기가스는 수증기가 물로 돌아가 비가 될 수 있는 완벽한 표면을 제공했다. 박테리아는 이렇게 구름의 씨앗이 되어 자연이 자연의 가장 중요한 생명 유지 장치 가운데 하나를 작동시킬 수 있도록 돕는다.

또한 하늘을 덮은 구름은 태양의 따가운 햇살 중 많은 부분을 되쏘아 우주로 보내는 반사경 구실을 한다. 그래서 지구를 식히는 데도 도움이 되어, 지구 생물이 살 수 있는 조건을 크게 향상시킨다. 이것은 마치 우리의 피가 흐르면서 살아 있는 세포가 만들어내는 노폐물을 제거하듯이 바다도 독을 제거하는 것 같다.

물론 얕은 함초와 해안, 해변이 많을수록 소금은 바다에서 더 많이 제거된다. 이런 석회질 암초의 무게가 엄청나게 무거워져 지각이 내려앉으면서 휘어지기 시작하더니 급기야 완전히 찌부러져 지표면 아래 있는 용암 속으로 들어가는 일이 발생했다. 섭입으로 알려진 현상이다. 이러한 과정은 바닷물의 소금 농도를 더욱 낮추었다. 이것이 ‘판 구조 이론‘이라는 것이다.

2. 지각의 이동

지각은 지하에 있는 뜨거운 용암의 바다에 거대한 뗏목처럼 떠 있는 여러 개의 판으로 쪼개져 있으며, 이 판들은 느리게 움직이는 범퍼 카처럼 끊임없이 움직인다. 판들은 저마다 서로 떨어져서 표류하기도 하지만 서로 부딪히기도 한다. 판이 충돌하면 하늘 높이 솟아오른 거대한 산맥이 만들어진다. 

판이 서로 떨어지면 바다 밑에 거대한 해저 산맥이 생긴다. 지구의 암석층에 가해지는 압력이 증가하면 지각 판이 움직여 엄청난 지진과 화산 폭발, 해일이 일어나고 뜨거운 간헐천이 생긴다. 지각이 여러 개의 판으로 쪼개져 마치 거대한 퍼즐 조각처럼 움직이면서 염전으로 쓸 수 있는 해안과 해변의 수도 엄청나게 늘어났다.

이 같은 과정은 증발된 바다 소금이 산맥 아래 깊숙이 저장되어 있다는 뜻이기도 하다. 오늘날 유럽의 알프스 산맥과 히말라야 산맥에는 소금이 수백만 톤 묻혀 있다. 판이 계속 움직이는 한 산더미 같은 소금이 늘 암석층 아래 안전하게 묻혀 있을 것이므로 바닷물의 소금 농도가 낮게 유지되어 생명이 계속 번성할 수 있을 것이다.

판 구조론은 알프레트 베게너라는 독일 과학자가 처음 발견했다. 1912년 판 구조론에 관해 쓴 그는 여러 대륙에서 동일한 초기 동물의 화석을 발견한 뒤에 그런 놀라운 생각을 해냈다. 이 옛날 옛적에 존재했던 동물들 사이에 수천 마일에 이르는 드넓은 바다가 가로놓여 있었지만, 그때까지는 아무도 이 헤엄도 못 치는 동물들이 어떻게 세계의 모든 대륙에 갈 수 있었는지를 설명하지 못했다.

베게너는 아마도 옛날에는 대륙이 서로 떨어져 있지 않고 거대한 톱니처럼 서로 맞물려 있었을 거라는 놀라운 상상력을 발휘했다. 그의 생각은 그가 자신의 이론을 수정해서 발표한 1920년대에 주목받기 시작했지만, 과학자들이 아메리카와 유럽, 아시아, 아프리카, 오스트레일리아 같은 거대한 땅 덩어리들이 사실은 지구의 역사에서 몇 번이나 서로 하나가 되었다가 서로 떨어져서 표류하기를 반복했다고 보기 시작한 것은 1960년대 말에 이르러서였다.

이 거대한 땅덩어리들은 지금도 계속 움직이고 있다. 유럽과 아메리카는 해마다 약 5센티미터씩 간격이 멀어지고 있다.

3. 대륙의 충돌

수십억 년 동안 지구의 지각 판은 지구 핵의 엄청나게 뜨거운 열에 녹은 암석층인 지구의 맨틀에 떠서 이리저리 왔다갔다 하며 산을 만들고 산을 움직이는 데 필요한 거대한 힘을 제공했다. 

하지만 대륙이 얼마나 자주 충돌해 하나의 거대한 대륙을 형성했다가 다시 쪼개져 따로따로 분리된 땅 덩어리가 되었는지는 아무도 확실히 모른다. 그러나 지구의 역사에서 적어도 세 번은 그런 일이 일어난 것 같으며, 최초의 거대한 대륙인 콜롬비아는 약 15억 년 전에 형성되었을 것으로 생각되고 있다.

크라이오제니아기라고 하는 지질 시대에는 지구의 대륙이 마치 적도에 두른 끈 위에 놓여 있는 것처럼 배열되어 있었다. 그런데 이렇게 많은 땅덩어리가 세계에서 가장 뜨거운 지역에 모여 있으니 지각이 어느 때보다도 열대우림 기후에 많이 노출되어, 엄청나게 많은 대기 중 이산화탄소가 억수같이 쏟아지는 빗물에 녹아 탄산으로 변해서 바다로 씻겨 내려갔다.

공기 속에서 온실가스인 이산화탄소의 양이 줄어들자 기온이 뚝 떨어졌고, 지구는 급속 냉동 상태에 빠졌다. 어떤 과학자들은 이로 인해 지구의 표면이 대부분 거대한 빙상에 덮여 지구가 거대한 눈덩어리가 되었을지도 모른다고 생각한다.

그러나 지각이 계속 움직이자 화산 활동이 일어나 대기의 온실가스 공급향을 채워 수백만년 동안의 끔직한 추위가 물러가고 지구가 다시 따뜻해져 지구의 생명이 새로운 단계에 진입하기에 좋은 환경이 되었다.

4. 지구의 생명 유지 과정

수십억 년 동안 이런 지각 구조의 순환은 아주 느린 동작으로 지구의 표면을 휘저어놓아, 기후 패턴을 급격히 변화시키고, 위험한 소금과 광물을 묻고, 하나의 거대한 대륙을 만들었다 부수었다 하면서 지각을 은박지처럼 구겨놓았다.

지구의 생명 유지 과정은 대기의 조성에서부터 지구의 기온과 바닷물의 염도에 이르기까지 모든 것을 생명이 번성할 수 있도록 유지해놓은 것처럼 보일 정도로 대단하다. 만일 그런 장치가 없었다면 지금 우리가 아는 복잡한 생물은 나오지 못했을 것이다.

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