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2-5. 지구의 진화
지구는 태양 주위를 돌고 있는 행성들 중, 세번째로 태양에 가까운
행성이며 지구형 행성 중 가장 큰 행성이다. 지구는 또한 태양계 행성 중 유일하게
생물이 살고 있는 행성으로서, 지하로부터 마그마의 분출에 의한 화산 작용, 응력의
집적에 의한 단층 작용 및 지진 그리고 지구 표면을 둘러 싸고 있는 물과 대기에 의한
침식 및 퇴적 작용등 매우 다양한 지질 작용이 끊임없이 일어나고있는 행성이다.
그 동안 수집된 지구화학 및 지구물리학 자료를 바탕으로 해석한 바
에 의하면, 지구는 동심원상의 내부 구조를 갖는 것으로 해석된다. 즉, 지구의 가장
안쪽에는 약 3500 km의 반경을 갖는 핵(core)이 있고 (이 핵은 액체 상태의 외핵과 고
체 상태의 내핵으로 다시 구분된다), 그 위에 약 2870 km의 두께를 갖는 맨틀(Mantle)
이 있으며, 다시 그 위에 약 30km의 두께를 갖는 지각이 존재한다.
이와 같은 특징을 갖는 지구는 처음 어떻게 만들어져서 지금까지 어
떠한 모습으로 진화했을까? 지구는 처음부터 이와 같은 동심원 상의 내부 구조를 갖
고 있었을까? 또 지구는 생길 때부터 현재와 같은 많은 양의 물과 대기를 두르고 있
었을까? 그리고, 지구에는 지구의 탄생과 동시에 생명체가 생겨났던 것일까?
지구(및 다른 지구형 행성들)의 형성에 대해서 여러 가지 이론이 있
지만, 현재 가장 널리 받아들여지는 것은 소위 성분이 다른 planetesimal들이 순차적
으로 모여 만들어졌다는 "sequential accretion (순차적 성장?)"모델이다 (Murray et
al., 1981). 이 모델에 따른 지구의 형성 과정을 간략히 정리하면 다음과 같다.
최초 지구의 모체는 철과 기타 금속 산화물로 이루어진 planetesimal
들이 모여 만들어졌다. 이 위에 규산염 화합물로 이루어진 planetesimal들이 덧 붙어
졌다. 이때 planetesimal 들은 매우 빠르게 모여 초기 지구를 구성했는데, 이 때의
에너지 그리고 방사능 붕괴로부터의 방사능에너지가 지구의 온도를 매우 높였을 것이
다. 따라서, 초기 지구의 구성 물질들중 금속 성분들은 아마 녹은 상태로 존재했다고
추측된다. 지구 구성물질들 중 무거운 것들 (특히 철 및 기자 금속 성분들)은 지구
중앙부를 향해 움직이게 되고, 이 때의 일 에너지는 열 에너지로 전환되어 지구 내부
의 온도를 더욱 높였다. 온도가 더욱 높아짐에 따라 규산염 성분들의 부분 용융도 매
우 활발해졌으며, 이 때 용융 성분 중 가벼운 것들은 지표쪽으로 이동하여 지각을 형
성하면서 지구 내부 성분의 분화를 촉진시켰다. 이러한 일이 얼마간 계속되면서 지구
내부는 동심원상의 충상 구조를 갖게되었다.
지구 탄생 과정의 마지막 단계에 기권 및 수권 (대기와 물)이 형성되
었다. 이는 아마 태양계 끝 자락에서 형성되었던 휘발 성분으로 이루어진 planetesim
al, 즉 cometesimal이 지구에 붙잡히면서 이루어진 것으로 추측된다. 이 cometesim
al을 구성하던 수분과 다른 개스들은 즉시 기화되어 지구의 대기를 두껍게 형성하였다
. 시간이 흐름에 따라 지구가 차츰 식으면서, 이 대기로부터 수증기가 응결되어 물로
되었고 이는 결국 40억년 전 쯤에 바다를 이루었다. (현재 지구형 행성에서 발견되는
수소나 헬륨은 원시 태양 성운으로부터 유래된 것이아니다. 왜냐하면 그 것들은 T-Ta
uri stage 때 모두 태양풍에 의해 날려가버렸기 때문이다).
지구에서 생명의 탄생은 바다가 만들어지고 난 다음의 일이다. 생명
의 탄생 이론에 대해서는 역시 많은 가설이 있지만, 가장 잘 알려져 있고 과학자들이
범용적으로 받아들이는 것은 오파린(Oparin)의 화학적 탄생설이 아닐까한다. 이에 대
해서는 다른 전문 서적을 참고하자. 생명이 탄생된 이후, 지구 대기에는 자유 산소가
집적되었다.
지구가 탄생하고 처음의 모습을 갖춘 후 지금까지 지구는 끊임없이
지질 작용들을 통해 변화해 오고 있다. 이 변화의 에너지 원은 바로 지구 내부의 열과
태양 에너지다. 지구 내부의 열은 지구가 형성될 때 받았던 운동에너지, 방사능 에
너지, 그리고 중력 에너지로부터 유래된 것이다. 이 지구 내부의 열은 지자기의 역전
, 맨틀의 대류, 그리고 그 유명한 판구조 운동을 일으키는 원동력인 것이다. 태양에
너지는 물과 바람 같은 것들을 움직여 지형을 삭박하고 퇴적물을 운반하는 힘의 원천
이다. 지구는 이 내부 에너지와 태양 에너지를 갖고 살아 꿈틀거리는 것이다. 우리
는 이러한 지구에 살면서 어떻게 지구의 진화와 조화롭게 살아갈 수 있을까를 곰곰히
생각해 보아야 하지 않을까?
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