우리 우주는 지금으로부터 137억년 전쯤 무한*무한*무한의 에너지 특이점에서 폭발하여 만들어졌고 빅뱅 후 38만년이 흐르면 전자가 원자핵에 사로잡히면서 빛이 탄생하였고 10억년쯤 흐른 후에는 은하들이 탄생하였고 지금으로부터 50억년 전 쯤에는 우리태양이 46억년전 쯤에는 지구가 탄생하였습니다.
불덩이로 태어나 서서히 식어 가면서 자구는 여러번의 빙하기와 간빙기를 겪으면서 지금에 이르렀습니다.
예전에 빙하기 이야기라는 글에서 약 300만년 전 북아메리카대륙과 남아메리카 대륙이 지금의 파나마 지역에서 만나면서 태평양과 대서양의 해류교환이 차단되었고 그 결과로 대서양에서 따뜻한 멕시코 만류가 형성 북상 하면서 그 멕시코 만류가 실어 나른 습기와 북극지방에서 불어오는 찬바람이 만나 수많은 눈을 뿌리게 되면서 빙하기가 시작되었다는 이야기를 한 적이 있습니다.
따듯한 해류가 오히려 빙하기를 만들었다는 아이러니를 말씀드렸었죠.
그런데 그것은 비교적 최근의 소빙하기에 대한 얘기였습니다.
지구는 커다란 빙하기가 4번정도 있었다고 합니다.
큰 규모의 빙하기만 간추리면 24억년전(3억년간) 8억5천만년전(약 2억년간) 4억6천만년전(4천만년간)
3억6천만년전(1억년간) 큰 빙하기를 겪었다고 하는데 그 중에서도 첫번째와 두번째 빙하기는 온 지구가 적도지방까지 얼음으로 뒤덮이는 Snow Ball상태였다고 합니다.
오늘은 그 Snow Ball 지구에 대한 이야기를 하고자 합니다.
이 사건을 다룬 얼어붙은 지구라는 과학 다큐를 얼마 전 다시 볼 기회가 있었는데 한가지 긍금증이 생기기도 했고 흥미롭기도 하였기에 그 다큐 내용을 중심으로 요약해서 설명해 보겠습니다.
한 마디로 이야기 하면 지구는 22억년 전 첫번째 스노우볼 상태를 겪고나서 우리의 조상은 원핵세포에서 진핵세포로 진화하였고 8억년전에서 6억년전 사이에 두번째 스노우볼 상태를 겪고나서 진핵세포에서 다세포생물로 진화해서 오늘에 이르렀다는 내용입니다.
그 메카니즘을 설명 드리면 다음과 같습니다.
22억년전 스노우볼 이전에 지구는 산소가 거의 없었고 이산화탄소 역시 매우 적었습니다.
그런데도 지구는 비교적 따듯한 영상의 기후를 유지했는데 그 이유는 당시에 메탄균이라는 고세균이 유기물을 합성하여 메탄을 만들어냈기에 메탄이 이산화탄소 대신 지구온난화 역할을 했다는 겁니다.
메탄은 이산화탄소보다 20배 이상 온난화 효과가 큰 기체입니다.
그 당시 우주에서 지구를 봤다면 토성의 위성 타이탄처럼 붉게 보였을 것 같습니다.
메탄량을 감안하면 타이탄만큼 붉지는 않았겠네요.
그런데 35억년 전부터 존재했던 남조류(시아노 박테리아)가 따뜻해진 날씨 때문에 더욱 번성하여 광합성을 통해 산소를 조금 더 만들어내기 시작했습니다.
이러한 남조류는 지금도 존재하는데 호주 서쪽 해안 샤크배이라는 곳에 가면 얕은 바다에서 스트로마톨라이트라는 형태로 살아서 지금도 산소를 공기방울 형태로 만들어 내는 것을 눈으로 확인할 수 있습니다.
지구에서 가장 오래된 가문의 생명체라 할 수 있습니다.
이렇게 만들어진 산소는 바닷물에 녹아들었고 일부는 대기로 방출되었습니다.
메탄은 산소와 같이 존재하기에는 가까이 하기엔 너무 먼 당신과 같은 존재인데 산소와 만나면 쉽게 불이 붙기 때문입니다.
이렇게 해서 남조류가 만든 산소가 대기 중에 있는 메탄을 사라지게 만들었습니다.
메탄이 없어지자 온난화 효과가 사라지고 지구는 차가워지기 시작했습니다.
컴퓨터 시뮬레이션에 의하면 양극지방에서부터 얼어붙기 시작한 빙하가 지금의 하와이지역인 위도 20도 지역까지 내려오는데는 약 100만년이 걸렸다고 합니다.
그리고 위도 20도에서 적도지방까지 뒤 덮는데는 수십년밖에 안 걸렸다고 합니다.
아마 알베도효과 때문 이었을 것 같습니다.
빙하얼음이 커질수록 태양빛을 반사하는 양이 늘면서 더욱 급속히 지구가 차가워진 거겠죠.
얼음이 적도까지 뒤덮은 당시의 지구를 우주에서 보았다면 아마 목성의 두 번째 위성인 유로파와 같았을 겁니다.
유로파 하니까 칼 세이건에 이어 최근 코스모스 다큐 진행을 맡았던 닐 타이슨의 농담이 생각나네요.
만약 유로파에 생명체가 살고 있다면 우리는 그들을 유러피언이라고 불러야 하는 것 아니냐는 유머였지요.
이렇게 지구는 얼어붙어 영하 50도까지 내려갔습니다.
적도지방 바다도 얼음의 두께가 약 1키로미터정도 되었을거라고 합니다.
그런데 다행히도 지구는 겉은 얼었지만 내부맨틀에는 열이 있었고 마그마가 끓고 있었습니다.
화산이 터집니다.
화산에는 이산화탄소가 많이 포함되었지요.
그리고 이산화탄소는 빗물에 섞여 바닷물에 잘 녹아듭니다.
그러나 당시에는 온 지구가 얼음으로 뒤덮여 바다도 없고 비도 없으니 이산화탄소는 대기에 쌓여갑니다.
대기에 쌓인 이산화탄소가 온실 효과를 내기 시작합니다.
얼음이 녹기 시작합니다.
얼음이 녹고 난 후에도 이산화탄소는 계속 쌓여 온난화는 지속되고 지구는 영상 50도까지 뜨거워집니다.
바다가 40도 이상 뜨거워지면 증발량이 많아져 거대한 허리케인이 자주 발생할 거라고 합니다.
초속 300미터나 되는 초거대 허리케인이 바닷속 심층수와 표층수를 휘저어 놉니다.
그런데 그동안 얼음바다 밑의 열수구에서는 인을 포함한 영양염류들이 많이 배출되어 있었습니다.
얼음으로 뒤덮여 있지 않았으면 남조류의 광합성 원료로 벌써 소진되었을 영양분들이 계속 쌓여가다가 거대한 허리케인이 이를 뒤섞어 얕은 바다에 공급합니다.
얕은 바다에는 녹아든 이산화탄소와 영양분 햇빛이 힘을 합쳐 남조류를 번성하게 만듭니다.
남조류는 계속해서 산소를 만들어내어 첫번째 스노우볼 이후에는 지구대기에 산소가 1%정도가 되었고 두번째 스노우볼 이후에는 산소량을 20%까지 끌어 올렸습니다.
이 무렵 우주에서 지구를 봤다면 남조류와 산소때문에 지금처럼 파랗게 보였을 겁니다.
아무튼 1차 동결현상 후에 대기중의 산소는 1%정도까지 증가하여 생명의 진화를 도왔는데 그동안 원핵세포 상태로 존재하던 생명체 고세균이 서로 잡아먹는 과정에서 일부는 공생을 하게 되면서 세포핵과 미토콘드리아를 갖는 진핵세포로 진화한 것입니다.
크기는 1,000배정도 커집니다.
산소는 아직 부족하여 호기성 세포들의 호흡에만 사용됩니다.
그런데 2차 동결현상 뒤에는 대기중의 산소가 20%까지 증가하면서 다세포 생물들이 탄생하게 됩니다.
아직 선캄브리아기에 속하는 약 6억년 전부터 5억5천만년 전까지의 에디아카라 생물군이죠.
에디아카라 생물군은 캄브리아기 대폭발(5억4천만년전~5억천만년전) 전의 생물군입니다.
이제 생명체는 덩치가 커져서 우리 눈으로도 볼 수 있을 정도로 커졌고 일부 생명체는 점점 덩치를 더 키우게 됩니다.
생존경쟁에서 이기기 위한 목적이었을 겁니다.
하지만 에디아카라 생물군에서눈 입같은 구조가 없었고 잡아먹힌 흔적이 발견되지 않아서 바다 속 영양분을 여과섭식하는 생물군으로 보고 있습니다.
최초의 다세포 생물들은 낙원에서 살았네요,
아무튼 생명체가 이렇게 덩치가 커질 수 있는 이유는 콜라겐 덕분입니다.
콜라겐은 산소가 있어야 만들어지고 조직을 만드는데 사용됩니다.
우리 몸에 있는 약 60조개의 세포도 모두 핵과 미토콘드리아가 있는 진핵세포이며 이것들이 콜라겐을 사용해서 조직을 만들어 지금 우리의 모습을 하고 있는 것입니다.
우리 몸무게의 30% 정도가 콜라겐 성분이라고 합니다.
산소의 역할은 그 뿐만이 아닙니다.
넘쳐나는 산소가 지상 25키로미터쯤 성층권에서 오존층을 만들어냅니다.
산소원자 두개가 합쳐저 있는 우리가 마시는 산소분자가 태양의 자외선을 받으면 산소원자 두개로 나뉘어지고 나누어진 산소원자가 다른 산소분자와 만나면 산소원자 3개의 오존이 만들어지는겁니다.
쪼개지고 합쳐지는 이런 과정이 반복되면서 오존층이 형성되고 오존층은 태양자외선의 99%를 막아줍니다.
오존층이 형성되기 전에는 위험한 자외선때문에 육지에 생명체가 살 수 없었습니다.
육지는 그저 황량한 흙과 암석덩어리에 불과했습니다.
오존층이 형성된 후에야 식물은 약 4억년 전에 육지에 상륙하였고 동물은 약 3억7천만년 전쯤에 해상에서 육지로 상륙작전을 펼 수 있었던 겁니다.
다큐를 보니 22억년전 동결시기에는 원핵세포밖에 없던 시기인데 물고기가 고위도 지방에서 추위를 피해 적도지방으로 피한다는 내용이 나와 조금 어이가 없었는데 그 정도는 애교로 보아 주더라도 근본적으로 설명을 해 주어야 할 부분을 설명해 주지 않고 어물쩍 넘어가는 데는 매우 실망스러웠고 과학다큐로서 부끄러운 태도라는 생각이 들었습니다.
그 이유는 2차동결과정에 대한 설명이 없었기 때문입니다.
1차와 2차 지구동결 후 해빙과정은 같은 과정을 겪었다고 보면 설명이 됩니다.
그런데 동결과정은 분명히 다를 수밖에 없습니다.
1차 동결과정은 남조류가 만든 산소가 메탄을 제거하면서 동결이 시작되었다고 잘 설명해 주었습니다.
그런데 2차동결의 원인에 대해서는 설명이 없습니다.
1차동결과정을 거치면서 메탄은 이미 대기 중에서 사라졌고 산소는 늘어났습니다.
1차동결 이후에는 메탄 대신 화산폭발이 만들어 낸 이산화탄소가 지구온난화 역할을 하고 있었습니다.
그럼 6억년에서 8억년 전에 있었던 2차 지구동결은 어떤 원인으로 발생 된 걸까요?
무엇이 온실가스 역할을 하는 이산화탄소를 없앴기에 다시 지구가 얼어 붙었을까요?
다큐에서도 설명이 없고 인터넷을 뒤져봐도 그런 내용이 없습니다.
제 보기로 1차보다 2차가 생명의 진화에서 훨씬 더 중요한 사건 같은데 말입니다.
혼자서 상상을 해 볼수 밖에요.
소설을 써 봅니다.
1차동결사건 이후에 메탄은 사라졌지만 이산화탄소는 꾸준히 늘어났습니다.
그런데 남조류가 번성해서 광합성이 대규모로 이루어지다 보니 그 과정에서 이산화탄소를 많이 소비하여 온난화 현상이 줄어듭니다.
그래서 지구가 다시 추워집니다.
그런데 이 가정은 문제가 있습니다.
온실가스가 없으면 지구의 기온은 영하 18도까지 떨어질 거라고 합니다.
오랜 시간이 지나면 적도까지 얼음덩어리로 바뀔 수 있겠네요.
그러나 이산화탄소가 양이 줄어들면서 온실효과를 낼 수 없을 정도로 남조류의 광합성량이 많았다면 지구는 이미 산소량이 상당히 늘어나 있었을겁니다.
그리고 산소량은 갑자기 늘어난게 아니고 지속적으로 늘어났겠지요.
그렇다면 5억5천만년전의 에디아카라 생물군 폭발이 설명이 안됩니다.
산소의 증가속도에 비례해서 2차동결 이전부터 에디아카라 생물군이 서서히 나타나야 이치에 맞습니다.
산소가 늘어 났으나 콜라겐을 만드는 방법을 모르다가 드디어 갑자기 5억5천만년 전에 그 방법을 찾아냈던 걸까요?
과학자가 연구소에서 실험하는 것도 아니고 자연의 진화에서 이건 아닌 것 같습니다.
다시한번 대규모 화산폭발이 일어나 지구가 화산재로 뒤덮여 햇빛을 받지 못하고 얼어붙기 시작했을까요?
이것도 이상합니다.
화산재는 그렇게 오랜 시간 대기에 머물지 못하고 지상으로 떨어졌을 것이고 얼마 안 있어 화산폭발로 인해 늘어난 이산화탄소가 오히려 지구온난화 현상을 가속시켜서 지구는 더 뜨거워졌을것 같습니다.
그리고 더워진 날씨로 인해 남조류가 급격히 번성해서 산소를 급격히 증가시킬수는 있을것 같습니다.
그럴려면 2차동결이 없는 상태의 산소급증 현상이어야 합니다.
그런데 이 가정도 과학자들이 밝혀낸 사실과 부합하지 않습니다.
과학자들이 빙하가 운반하여 쌓인 오래된 빙퇴석들에 들어있는 화산암 속의 자기장을 보고 컴퓨터로 분석을 해보았습니다.
당시 빙하가 녹으면서 암석을 실어 나르고 오랜 세월에 걸친 대륙의 이동에 의해 지금은 여기저기서 발견된 것들이지만 자기장 분석을 해보면 용암이 굳기 전에 자기장의 방향을 보고 그 당시 어느 지역에 위치해 있는 지를 알 수 있습니다.
분석 결과 적도 지역에 있었던 암석이었음이 밝혀졌고 그 암석을 빙하가 녹으면서 다른 지역으로 옮겨 놓았고 또 대륙이동에 의하여 지금은 남아프리카등 지구 곳곳에서 발견이 되는 것입니다.
그리고 방사선연대측정 결과 그 암석들은 22억년전의 것이거나 6억년 이전의 것임을 알게 되었기에 이 두번의 시기에 지구가 적도지방까지 얼음덩어리였다는 것을 알게 된 것입니다.
빙퇴석을 조사했다는 점을 기억하시기 바랍니다.
따라서 2차동결 없는 산소급증은 틀린 얘기가 됩니다.
만약 소행성충돌을 가정하면 화산폭발보다는 이산화탄소의 양이 적다는 유리한 점은 있으나 아직 2차동결 시기의 커다란 크레이터를 발견 했다거나 이리듐이 쌓여있는 지층을 발견한 적이 없어서 이것 또한 설득력이 떨어집니다. 멕시코 유카탄 반도지역에 떨어져 공룡의 멸종을 야기시켰던 칙슐룹 분화구이며 그 무렵의 지층에 다량
현재 발견한 가장 오래된 크레이터는 6500만년 전의 이리듐층이 여러곳에서 발견되었기에 소행설 출돌로 인한 공룡의 멸종설은 정설로 받아들여 지고 있습니다.
하지만 1,2차 지구동결 사건은 너무 오래전 일이라 이리듐 지층 발견이 어렵고 크레이터 또한 그 이후의 풍화작용으로 발견 할 수 없을지도 모른다는 생각도 들지만 웬지 부족한 느낌입니다.
10만년에 한번씩 지구공전궤도가 약간 타원형 궤도를 그린다는데 그 때 지구가 태양에서 원일점을 돌 때 추워지는 것은 아닐까요?
그것도 말이 안됩니다.
만약 그렇다면 그런 동결현상은 10만년에 두 번씩 일어났어야 합니다.
이것은 소빙하기의 원인을 설명 하는 데는 말이 될 수 있습니다.
참고로 지구의 공전속도는 시속 10만 8천키로미터(초속30키로미터)입니다.
이 계산 근거는 지구와 태양의 거리가 1억5천키로미터이므로 지구의 공전 원둘레는 2*1억5천키로미터*3.14 */365일*24시간 =107,500키로미터입니다.
지구의 자전속도는 시속 1,666키로미터입니다.
이 계산근거는 지구의 원둘레 길이 40,000키로미터/24시간=1,666키로미터입니다.
물론 이 속도는 적도지방의 속도입니다.
지구의 회전축인 자북점이나 자남점이라면 시속 0키로미터이겠지요.
대단한 속도입니다.
하지만 우리는 그 속도감을 못 느끼고 살고 있습니다.
지구를 감싸고 있는 대기와 같이 움직이고 있기 때문입니다.
같은 원리로 만약 소음도 없고 진동도 없으며 창문도 다 막혀있는 시속 300키로미터의 고속열차에 타고 있다면 기차 안에서는 전혀 달리고 있다는 사실을 못 느끼겠지요.
그리고 우리 태양도 은하 중심을 기준으로 시속 78만 키로미터(초속 217키로미터)의 속도로 공전하고 있습니다.
2억년에 한 번씩 은하를 공전하는 것입니다.
지금까지 태양이 은하 중심을 약 23번 공전했겠네요.
우리 은하와 안드로메다 은하도 태양공전속도보다 조금 빠른 초속 275키로미터의 속도로 접근하고 있습니다.
두 은하 사이의 거리가 약 200만 광년이니 이 속도로 접근하면 20억년 후면 두 은하가 충돌을 합니다.
하지만 걱정은 하지 마시기 바랍니다.
별과 별 사이의 거리가 워낙 멀어서 자동차 충돌과 같은 사고는 안 일어 납니다.
혹시 별이 많이 모여 있는 은하 중심부는 그런 일이 일어 날 수도 있겠네요.
우리 태양은 은하 중심에서 3만광년 정도 떨어져 있습니다
도심에서 약 2/3 지점의 시골 외곽에 위치해 있으므로 그런 일은 없을 것 같습니다.
궁금하시면 20억년을 살아서 확인하시기 바랍니다.
달은 29.5일마다 시속 3370키로미터(초속 1키로미터,정확히는 초속 940미터) 속도로 지구를 한바퀴 돌고 있으니 사실 달이 제일 빨리 움직이고 있는 거네요.
지구를 공전하랴 지구와 같이 태양을 공전하랴 태양과 같이 은하를 공전하랴 참 정신없이 바쁩니다.
그런데 우리가 보는 달은 밤하늘에 태평스럽게 떠 있을 뿐입니다.
물에 떠 있는 백조의 바쁜 다리를 보지 못하고 겉으로 보이는 백조의 평화로움만을 우리가 찬미하는 것과 같다고 하겠습니다.
얘기가 또 옆으로 샛습니다.
혹시 이글을 읽는 회원님들 중에 지구과학이나 지질학 혹은 진화생물학을 공부하신 분이 계셔서 제 궁금증(2차 동결과정)을 풀어 주신다면 너무나 고마울 것 같네요.
기대해보겠습니다.
그리고 이 다큐에는 다른 의문도 듭니다.
2차 동결 이후에 산소량이 20%로 늘어 났다고 하는데 현재 지구의 대기중 산소비율은 21%입니다.
그리고 지금 산소를 만들어 내는 것은 해양의 식물성 플랑크톤과 그리고 지상의 식물들이 거의 반반씩 만들어 내고 있다고 알고 있습니다.
아마존 숲에서만 지구산소의 20~30% 정도를 만들어 내고 있다고 들었습니다.
하지만 2차 지구동결시에는 육상에 식물이 없었습니다.
물론 남조류는 지금보다 더 번성했겠지만요.
그래도 남조류만으로 20%의 산소를 만들어 냈다는 게 웬 지 미심쩍습니다.
