지구의 탄생

지구의 탄생

 

지구는 어떻게 형성되었을까? 지구의 나이는 얼마일까? 지구상에 살고 있는 사람들은 삶의 터전인 지구의 탄생에 대한 많은 궁금증을 갖고 있습니다.

 

현실적으로 과거로 되돌아가 확인할 수는 없지만 현재까지 알려진 수많은 과학적 지식과 관찰 결과를 토대로 추정할 수 있을 것입니다.

 

별, 행성, 성운 및 은하에 대한 관측 결과를 통해 성운에서 태양계의 탄생을 설명하고 있습니다. 지구 내부의 층상 구조와 구성 물질은 지구의 탄생 초기에서 현재에 이르기까지의 여러 과정을 짐작게 합니다.

 

또한 선캄브리아대에서부터 등장하는 화석의 기록을 통해 생물 진화의 과정을 짐작할 수 있습니다.

 

그리스의 사학자인 헤로도투스 헤로도투스(Herodotus)는 B. C. 450년에 나일강의 범람으로 퇴적물이 쌓이는 양을 관찰하고 나일강의 삼각주가 현재의 크기로 쌓이는데 수 천 년이 걸렸을 것으로 추정했습니다.

 

그 이후 아일랜드의 주교인 어셔(Ussher)는 성서를 바탕으로 우주의 창조는 B. C. 4004년 10월 22일 밤에 이루어졌다고 말했습니다.

 

영국의 물리학자 캘빈(L. Kelvin)은 1862년 지구가 태양에서 떨어져 나와서 현재에 이르는 동안에 잃어버린 열량을 지구가 매년 잃어버리는 열량으로 나누어 지구의 연령을 2천만 년 이상 4억 년 미만이라고 했습니다.

 

시생대 초기부터 현재까지의 퇴적된 지층 두께는 약 160 km입니다. 그런데 1년간 쌓이는 지층의 두께는 1/25～30mm으로 평균을 1 mm로 한다면 지구의 나이는 1억 6천만 년입니다.

 

한편 육지에 있는 Na 이온이 풍화되어 바다의 염분을 형성했다면 해수 중의 Na 이온 총량과 매년 바다로 운반되는 Na의 양을 통해 바다의 나이를 계산할 수 있습니다.

 

바다에 들어 있는 Na 이온의 총량은 약 1.6×1016톤이고 매년 강을 통해 바다로 운반되는 Na 이온의 양은 1.58×108톤으로 바다의 나이는 약 1억 년이 됩니다.

 

한편 어떤 물질의 나이를 알아내는 방법으로 현재 널리 사용되는 것은 방사성 동위 원소에 의한 연대 측정이며 운석을 이용한 연대 측정 결과 지구의 나이는 약 46억 년으로 측정되었습니다.

 

운석이란 지구 바깥에 기원을 둔 물질로서 태양계 내에서 소행성 파편이나 작은 천체가 지구의 중력권에 이끌려 낙하한 것입니다. 무게가 1톤 이상의 운석은 수년에 한 번 정도로 떨어지고 그보다 작은 것은 매일 하나 정도의 비율로 떨어집니다.

 

운석은 지구가 태어날 당시의 먼 과거 환경을 짐작할 수 있는 시원적 운석인 콘드라이트와 이 시원적 물질이 분화되어 층 구조를 이룬 후 떨어져 나간 부분이 운석이 된 에이콘드라이트(achondrite), 석철질 운석, 철질 운석 등으로 구분됩니다.

 

콘드라이트(condrite)는 석질운석의 일종으로 콘드률(chondrule)이라 불리는 아주 작은 구형 입자가 존재하며 석질운석 중 콘드률이 없으면 에이콘드라이트(achondrite)라고 부릅니다.

 

1755년 독일의 철학자 칸트(Kant)는 거대한 가스의 집합체인 성운으로부터 지구와 같은 행성들이 형성되었다는 성운설을 주장했습니다.

 

이 성운설은 1796년 수학자인 라플라스(Laplace)에 의해 보완되어 오랫동안 각광을 받았으나 태양계에서 대부분의 질량을 갖고 있는 태양의 각운동량이 매우 작다는 문제에 봉착한 후 잊혀지게 되었습니다.

 

1902년 미국의 지질학자인 챔버린(Chamberlin)과 천문학자인 몰턴(Moulton)은 원시 태양과 충돌하거나 접근하는 별에 의해 행성이 형성되었다는 조우설을 주장했지만 별이 태양에 접근할 가능성은 매우 희박합니다.

 

1943년 독일의 폰 바이제커(VonWeiz ¨a cker)는 성운 중에서 와류가 생성되어 행성이 만들어진다는 와류설을 주장했습니다. 1944년에 슈미트(Schmidt)는 태양이 우주 공간을 여행하는 도중 우주 진운을 만나 그로부터 먼지 같은 고체 입자와 가스를 포획하여 태양 주위에 태양 성운을 형성했다는 우주 진설을 주장했습니다.

 

원시 지구가 현재 크기의 행성으로 성장하는데 불과 1억 년도 걸리지 않았을 것으로 추정됩니다. 반경이 현재의 1/2 정도일 때 평균적으로 1년에 약 1,000개 이상의 미행성이 충돌했을 것입니다.

 

충돌에 의한 에너지가 열에너지로 전환되면서 지구 전체가 용융 상태인 마그마의 바다로 되었을 것이다. 용융된 이후에는 암석 속의 여러 가지 성분이 중력에 의해 이동하게 되었으며 철과 니켈 같은 무거운 성분은 지구 중심으로 모여서 핵을 구성하고 나머지 성분들이 맨틀을 형성했을 것입니다.

 

이런 미행성의 충돌로 지표에 포함되어 있던 휘발성분은 순간적으로 증발해버렸을 것입니다. 휘발성분 중에서도 특히 많은 것이 수증기와 이산화탄소로 이들이 현재의 금성과 같은 짙은 대기층을 형성했을 것입니다.

 

대기 중에 있던 수증기는 비가 되어 지표를 식히고 지표의 낮은 곳에 채워지며 원시 바다를 형성했을 것입니다.

 

원시 대기는 미행성이 충돌하던 초기 단계에서 CH4나 H2O 등이 주류를 이루다가 분자들 간의 화학반응과 지구 내부에서의 기체 방출로 대기 성분이 변화되어 두 번째 단계에서 N2, SO2, H2O, CO2 등이 대부분을 차지했을 것입니다.

 

그중 CO2는 해양에 녹아들어 가고 침전되어 석회암을 만들면서 급속히 줄어들었습니다. 반면 O2는 해양의 광합성 세균이 광합성을 통해 산소를 만들면서 대기 중에 방출되기 시작했고 일부는 O3층을 형성하여 육상식물의 출현에 영향을 미쳤을 것입니다.