2. 지구의 탄생과 생명체의 기원 : 과학의 보고서

● 원제 : How the Earth was Made 2007 히스토리 채널 제공

● 지구의 탄생과 나이, 생명체의 기원에 대한 200년간의 과학 보고서(https://youtu.be/MHbtulzT51I)

지구탄생, 45억6천만년의기록(www.youtube.com)

이 2시간짜리 다큐멘터리는 2007년 히스토리 채널에 의해 만들어서 방영된 지구의 역사이며 과학적으로 지구의 역사를 조사하는 과정으로서 스페셜로 만들어 졌다. 이를 EBS에서 방영한 것이다.

인류는 과거 기독교 구약성서의 “창세기”에 근거해, 교회의 지도자들이 제시한 지구의 나이를 약 6천년이라고 믿고 살아 왔으나, 인류는 지난 200년간 끈질기게 연구 탐사한 끝에 지구 역사에 대한 장대한 여정의 비밀이 풀리게 된 것이다.

믿기지 않을 만큼의 놀라운 이야기, 괄목할 만한 과학의 발달과 놀라운 지성에 의해 지구의 나이가 46억년 이라는 그 여정이 밝혀지기에 이르렀다.

지구의 탄생 46억 년 전부터 현재에 이르기까지 그 생성으로부터 지구의 지질(地質)을 탐사하고, 성인(成因)을 밝혀내었던 생물학적 역사를 지루하지 않게 설명하고 있다. 또한 물의 기원과 바다에서 시작한 대륙의 탄생, 그 인고의 시간, 또 어떻게 이렇게 산소가 풍부한 환경으로 변했는지를 설명한다.

석탄기와 그것이 끝난 시기, 여러 번의 빙하시대를 거치면서 바다에서 육지로 올라온 생명체들, 공룡이 점령했던 이 지구를 포유류가 점령해가는 과정을 생생하면서도 과학적인 근거에 의해 설명하고 있다.

지구는 매우 특별한 행성이다. 둘레가 4만 킬로에 이르는 거대한 암석 덩어리이자, 생명의 보금자리인 지구는 표면적의 1/3은 육지이고 2/3은 바다이다.

* 지구는 직경이 12,756km이며 표면의 두께가 대륙지각은 30~65km, 해양지각은 5~10km정도이며 그 내부는 거대한 맨틀이라고 하는 Magma(용암)가 불타고 있다.

산소가 풍부한 이 조그마한 행성 곧 지구는 생명체가 살고 있는 유일한 곳이라고 알려져 있다. 하지만 이 평온한 청록색 오아시스 지구에도 뼈아픈 상처가 남아있다. 엄청난 참사와 재앙을 견뎌야 했던 지구는 46억 년의 기나긴 시간동안 여러가지 변화를 격어 왔다.

불덩어리로 타 올랐다가, 얼음 덩어리로 변했다가, 온통 물길에 휩싸이는가 하면, 독가스로 뒤덮였던 시간, 현재 지구에서 살아가는 생명체들은 대량 멸종이 줄줄이 이어지는 시간 속을 살아 낸 운좋은 생존자들이다.

* 창조론의 입장에서 보면 피조물이므로 창조자의 선택에 달렸다고 본다.

수천 년간 인류는 지구의 생성과 나이를 몰랐었다. 1,788년 어느 날, 스코틀랜드의 현대 지질학의 아버지인 제임스 허턴(James Hutton 1,726년~1,797년)에 의해 스코틀랜드 에든버러에 있는 작은 바위산을 탐사하면서부터 지구의 역사가 새로 쓰이게 된다.

토양 아래에 있는 암석이 어떻게 형성되는 것인지에 대해 주목하게 되었고 마침내 침식과 퇴적으로 오랜 세월을 거쳐 쌓여 그런 암석들이 만들어 진다는 사실을 깨달았던 것이다.

당시 교회는 창세기에 따른 “창조론”을 주장했고, 교회 지도자들은 성서에 기록된 계보에 근거해 지구의 나이가 6,000년 이라고 주장했다. 이 논리는 절대적이었다.

이렇게 지구의 생성시기를 탐구하기 시작한 이래 지구의 나이를 계산하는데 오늘날에는 “방사성 동위원소 연대측정법”을 쓰고 있다. 그 원리는 암석에 포함되어 있는 우라늄은 자연 상태에서 일정한 속도로 붕괴되며, 이 우라늄은 납으로 변한다. 따라서 납과 우라늄의 함량을 측정하면 우라늄이 언제 형성되었는지 그 시기를 알 수 있는 것이다. 이 방법을 처음으로 발명한 사람은 영국의 아서 홈스(Arthur Holmes 1,890년~1,965년)였다. 이에 따라 과학자들은 암석을 나이순으로 나열할 수 있게 되었다. 지구의 과거사를 정확히 쓸 수 있는 토대가 마련된 것이었다.

46억 년 전, 지구는 신생 태양계에서 수백만 개의 운석과 충돌해 지구의 지표는 불타는 용암의 바다였다. 그러나 이 지구는 우라늄을 비롯한 방사성 물질의 힘이 점점 약해지면서 식어져 갔고 몇 백만 년 만에 지구는 온통 물바다가 된다.

물은 아직도 생성원인이 풀리지 않은 의문점으로 남아있지만 초기 지구와 충돌했던 운석들로 부터 물이 유입되었을 것으로 추론한다.

지구의 나이가 8억 살이 되었을 때 즉 38억 년 전 지구의 표면은 대부분 응고되어 짙은 색의 화산암(현무암등)으로 바뀌어 갔다. 우라늄이 포함된 지르콘 (zircon)은 이 시기부터 남아 있는 지구의 역사를 알아내는 주인공이 되었다.

물은 어디서 왔든 빠르게 지구 표면을 식혀갔다. 지구표면의 온도가 내려가면서 암석은 이산화탄소를 다량 방출하여 대기 중에 쌓이게 되었다.

또한 물은 지표면에서 증발하여 공기 속으로 수증기화 한다. 이 때 지구를 덮고 있던 먼지속의 이산화탄소와 결합하여 수증기는 구름이 되었고 대기 속에 포화되어 갔다.

40억 년 전 지구에는 처음으로 포화된 수증기가 비가 되어 수백만 년 동안 지구표면에 비가 내렸다. 그리하여 지표면의 90%가 거대한 원시 바다로 이루어졌다. 처음 바다는 철 성분이 풍부했기에 황록색으로 보였을 것이다. 그리고 굳어진 암석 속에 들어있던 암염(소금성분)이 물에 녹아 바다물이 짜게 되었다.

이산화탄소가 가득 채우고 있는 하늘빛은 붉은 색이었다. 먼지로 가득한 대기의 공기는 사람을 납작하게 누를 정도로 압력이 높았다. 지구표면의 온도는 대략 섭씨 90도에 이르렀을 것이다. 독가스로 녹아있던 물바다는 5억년 동안 지속되었다. 그 이후부터 지표면이 굳어지면서 화산활동이 일어나기 시작했고 그로인해 이제 지구는 마그마 속에서 대규모로 응집되어 있던 화강암 성분을 함유한 용암이 지표를 뚫고 솟아올라서 단단하고 거대한 암석 산으로 형성되어 갔다.

34억 년 전 이 때의 바다는 녹색이 되었다. 해저면의 화산 활동으로 인해 단단한 암석들이 만들어지고 대륙형성의 초석이 마련된 것이다. 남아프리카 카아프발 대륙괴는 지구 최초의 원시 화강암지대가 노출된 곳이다.

지구가 20억년 동안 화강암질의 원시대륙은 매우 천천히 커져갔다. 이 때 지구 탄생시 보다 더 극적인 일이 일어났다. 얕은 해안에서는 햇빛을 받아 생명체가 생겼다.(창조라고 해석함)

산소가 만들어지기 시작한 것이다. 최초의 생명체가 생긴 것은 38억 년 전 원시바다가 처음 생겼을 때 출현했다고 알려져 있다. 이 생명체는 깊은 바다 속에서 화상열극(Volcanic fissure)현상 때문에 생긴 열을 흡수해 살았는데 이것이 변화해 수면 위로 부상했다.

35억 년 전 대륙의 해안에는 유기체들이 출현하기 시작했고 스트로마톨라이트(Stromatolite)는 호주 샤크만에서 지금도 볼 수 있는 것이다. 이것은 산소 생성 유기물로서 광합성을 하는 박테리아들의 배설물이 층층이 쌓여 침전되면서 만들어진 암석 덩어리이다. 시아노박테리아(Cyanobacteria)라고 불리는 이 녹조류들이 출현하게 됨으로서 빛 에너지와 무기물인 이산화탄소와 물로부터 포도당 등의 유기물을 만들어 배출하게 되어 산소를 만들게 되었다. 이런 과정을 통해 만들어진 산소를 이용해 호흡하는 미생물들이 생기게 된 것이다.

22억 년 전 20억 년 동안 수많은 스트로마톨라이트가 세대를 거듭하며 1경톤의 산소를 공기 중에 만들어내었다. 처음에 산소는 바다 속에 용해되었고 바닷물 속에 녹아있던 수십억 톤의 철분을 산화작용으로 부식시켰다. 하지만 결국 산소는 지구의 외형까지 바꾸게 되었다.

15억 년 전 산화작용으로 철이 바다 물에서 사라지자 바다는 초록색에서 푸른색으로 변했다. 공기 중으로 산소가 유입되면서 두껍게 포화되어 있던 이산화탄소 막은 희석 되었고 공기는 점점 더 깨끗해져 갔다. 이리하여 자외선이 산소로부터 오존층을 생성하게 되었다. 이 오존층에 의해 생물이 지구 위에서도 안전한 생활이 가능한 환경으로 기나긴 시간동안 만들어졌던 것이다.

이 때 바다 속에는 칼슘성분이 이산화탄소와 결합하며 침전되면서 산호가 생성되어지게 되었고 수 억년동안 쌓여진 산호 층이 지구상에 거대한 석회암층(두께 300~1,200m)을 만들어지게 되었다.

1960년대 까지 대륙은 부동(움직이지 않는다)의 것이라는 인식이 주류였다. 그러나 이 이론은 문제가 많았다. 특정 화석의 지구촌 분포지역(희말라야 산맥의 정상에서 발견되는 어패류 화석)의 대륙 부동설을 시험대에 들게 했다.

대륙은 지표면의 약 1/4을 차지할 만큼 팽창해 갔다. 바다 밑은 대륙판의 이동이 이루어져 대륙의 위치를 끊임없이 재 조정했다.

대륙의 이동이 시작되었다. 이 급진적인 이론은 독일의 기상학자 앨프레드 베게너(AlfredWegener 1880~1930)가 제시했다. 그는 자신의 이론을 증명하기 위해 그린란드 빙하지대에서 고군분투 하다가 1,930년 행방불명이 되었고 그의 이론은 그의 사후 30년 뒤에 세상에 다시 조명 되었다.

이 이론을 뒷받침하는 근거가 1차 세계대전 당시 미국의 행양지도가 완성된 이후 발견되었다. 이 지도는 지구가 품은 가장 큰 비밀 중 하나를 밝혀낸 것이다. 전쟁이 끝난 후 참전용사 해리 헤스(Hary Hess 1906~1969년)가 그 지도를 해독했는데 5대양을 관통하는 거대한 해저 산맥을 발견한 것이다. 이것은 해저 확장설로 대륙 이동설과 같은 원리이다.

이 원리를 토대로 지구는 끊임없이 움직이는 10여개의 판으로 이루어져 있다는 사실을 밝혀냈으며 해저면의 자기장은 중앙 해령을 따라 해저의 자기장이 평균 50만년을 주기로 바뀐다는 것을 밝혀냈던 것이다.

대륙판을 움직이는 것은 지구 내부의 맨틀(용암)에 의한 것이다.

지각 아래는 맨틀의 고열(수천만 도)이 형성되어 끊임없이 순환하면서 엄청난 에너지가 만들어지며 이 에너지에 의해 지구의 표면에 굳어져 있던 지각을 밀어내고 이 대륙은 서로 멀어지기도 하지만 충돌하기도 한다. 이때 지각판 끼리의 충돌은 높은 산맥을 만들어 내기도 한다. 이것이 바로 판 구조론의 초석이 된 것이다.

* 히스기야 왕 시대에 하나님께서 히스기야 왕의 수명을 15년 연장해 주시면서 그림자의 기울기를 10도 더 기울게 했다는 기록이 나오는데 이 사실이 지구의 자전축의 기울기가 현재 23.5도(남. 북회귀선) 로 기울어 졌다는 것을 뒷받침 하는 유일한 성경기록이며 지구 자전축의 기울기가 변화하는 것은 지구 자기장의 변화의 원인이 되었고, 지구 내부의 마그마를 움직이는 에너지원의 원천이 되므로서 지각변동과 화산폭발의 원동력으로 작용한다.

이러한 지각의 대 변동은 10억 년 전에서 7억5천만 년 전까지 초 대륙 로디니아(Rodinia)를 형성했었고 로디니아는 생명체도 없는 황량한 사막이었다. 그러나 이 로디니아 대륙은 바다에 있는 생명체들인 태초의 생명체들과 스트로마톨라이트에게 커다란 영향을 주었다.

또한 적도에서 극지방으로 흐르는 난류성 해류를 막아 극지방이 얼어붙고 그 결과 빙하는 태양광선을 반사하게 되었고 점점 더 지구는 얼어붙게 되었다. 두께 1.6km의 얼음으로 지구를 덮어버린 것이다. 깊고 어두운 얼음 밑, 바다 밑에 같혀버린 초기 생명들은 극소수의 생명체들만 제외하고, 멸종되었고 지구는 다시 생명체가 죽어가고 있었다.

6억 5천만 년 전, 약 5천만 년 간 빙하로 덥혀있던 지구는 마치 담요로 덮어 놓은 것처럼 되었는데 바다 밑에서 거대한 화산이 폭발 하면서 발생한 열기가 나가지 못하고 계속 쌓이게 된 것이다. 이러한 강력한 에너지와 열기가 빙하의 종말을 불렀으며 또 다시 지구의 대 지각변동을 초래하게 되었고 그로인해 초 대륙 로디니아가 분리되기 시작했다. 또한 화산폭발로 인해 이산화탄소가 많아지고 온실효과가 생긴 것이다. 초 대륙 로디니아는 거대한 조각들로 갈라졌다.

이제 갈라진 틈 사이로 바다가 차오르며 산소의 수치가 올라가면서 생명체들은 새로운 탄생을 거듭하며 넘치고, 눈부시게 발전했고, 5억5천만 년 전 지구상의 생명체들은 복잡하고 위협적으로 발전되었다.

일명 캄브리아기의 대 변동이 되었다. 5~4억 년 전 풍부한 산소는 대기 중의 이산화탄소와 반응하여 오존층을 만들었고 지표면에 식물들이 나타나게 되었다. 오존층의 생성으로 육지 위가 안전해지면서 생물들이 상륙하기 시작했던 것이다.

최초로 육지에 상륙한 것은 녹조류로서 가장 간단한 식물이었고 육상은 광합성에 필요한 햇빛이 넘쳐 식물의 번성을 거듭 촉구했다. 뿌리와 줄기, 잎이 생기고 얕은 바닷가에서 차츰 대륙의 깊이까지 그 영역을 넓혀 나갔다.

현재 화석연료로 쓰이는 석탄은 이 때 퇴적하기 시작한 무성한 식물(나무의 직경이 최대 20m 정도)들이 늪에 쌓여 있다가 풍화, 침식작용에 의한 퇴적물에 의해 묻히게 되었고 거대한 지각변동의 영향으로 용암의 열과 지층의 압력에 의해 땅 속에서 탄화한 것이다. 그리고 1억년에 걸쳐 여러 개의 대륙 판은 또 한 곳으로 몰려든다. 이것이 초대륙 판게아의 출현이다.

이제 식물은 이산화탄소를 영양분으로 산소를 배출하고 산소와 식물을 먹는 동물이 먹이사슬을 이어가며 안정되어 갔고 동 식물은 서로 유용한 원소들을 배출하며 다양한 생명체의 탄생을 촉구하게 되었다. 또한 해양 어류와 육상동물이 죽어 그 유기물들이 퇴적되어 석유와 천연가스가 생성되었다.

3억 년 전 식물에 이어 절지동물은 무척추 동물들이 육지로 올라와 급속히 팽창해 나갔고 척추동물이 탄생한 것은 4억년 정도이다. 이 척추동물들도 육상으로 올라오면서 지구는 현대적인 생명체들로 채워져 나갔다.

2억5천만 년 전 지구내부에서 형성되어오던 거대한 힘 즉 화산 폭발로 지구는 역사상 가장 큰 대량 멸종의 시간이 다가오고 있었다. 이것은 거대한 맨틀의 융기와 분출 때문이었다. 이 지각변동의 활동은 백만 년 넘게 지속 되었다.

이로 인한 지각변동의 영향으로 지구상의 모든 동식물이 거의 멸종하게 되었고 새로운 초대륙 판게아 (Pangaea)시대가 열리게 된 것이다.

이러한 대량 멸종시기를 넘기고 살아남은 동물은 덥고 습하지만 산소의 풍부한 공급에 의해 몸집을 키운 공룡들이었다. 지구는 또다시 모양을 바꾸어 나갔다.

1억 8천만 년 전 화산활동이 다시 활발해지고 지각이 새롭게 융기해 초 대륙은 새롭게 나누어지고 있었다. 분리된 대륙은 오늘날의 위치를 향해 1억 년 전까지 여정을 다시 걷기 시작했다. 화산활동에 의해 지구는 온난화가 점점 더 심해졌다.

1억 년 전 아직 공룡이 지구를 지배할 때 지표면에 다이아몬드가 나타났다.

1,869년 다이아몬드의 기원(수 천만도의 고온 상태에서 탄소가 결정화 되는 것)이 마그마의 분출시 화산의 입구에서 나타나는 현상임을 밝혀냈다.

6천5백만 년 전 화산활동과 운석의 대규모 충돌에 의해 지구상에 살던 공룡이 사라지게 되었다.

그동안 알프스 산맥을 비롯한 세계 최대 높이의 산맥들이 화산활동이 없는 시기에도 두 대륙이 충돌함으로써 솟아올랐다. 알프스 산맥의 암반에는 그 과정을 말해주는 증거들이 많이 들어있다.

지금까지도 지구 속에 들어있는 불타는 마그마의 거대한 활동으로 대륙은 끊임없이 화산활동을 지속하고 있고 그로 인해 지표 융기활동과 지진활동은 끊임없이 이어지고 있다. 그리고 비와 바람과 기후조건은 지표에 있는 모든 암석들과 땅들을 침식하고 풍화시킴으로서 지형을 변화시키고 있었다.

공룡시대가 지나간 후 살아남은 소형 포유류와 조류 파충류 등이 새롭게 번성하게 되었다. 최초의 포유류가 지구상에 등장한 것은 1억 년 전이다. 그리고 영장류가 출현하게 된 것은 약 6천 5백만 년 전에서 5천만 년 전 공룡이 멸종한 직후라고 예상된다.

그리고 약 700만 년 전 현생인류가 출현했다. 인류는 다른 동물들과는 달랐다. 독자적으로 탄생(원문은 진화라 표현)되었다고 본다. 2002년 07월에 아프리카 중부 차드에서 600~700만 년 전의 “사람”의 두개골이 발굴되어 이것이 지금까지의 인류 최고의 것이라고 일컬어지고 있다.

우리가 이 아름다운 푸른 지구에서 살아가고 있다는 것이 얼마나 행운인지 그러나 이 지구도 끊임없이 변화되어 왔고 지금도 살아 움직이고 있다. 우리는 이 지구를 이해하고 건강하게 우리 후손들에게 물려줘야 할 의무가 있다.

지구의 험난했던 여정을 이해하면 할수록 미래의 지구에 닥칠 수 있는 재앙을 예측할 수 있기 때문에 과학적 발굴을 눈여겨 봐야한다. 200년간에 걸친 과학자들의 노고에 감사하며 이 다큐멘터리를 추천하는 바이다.