연세소식(2024년 5월호) [우리 학교 이런 학과] 우리가 살고 있는 지구에 관심이 있다면 / 연세대학교 홍보팀 2024년 5월 29

[Chaum 차용환]

[우리 학교 이런 학과] 우리가 살고 있는 지구에 관심이 있다면
2024년 5월 29일 (수) 오후 3:52 접


우리가 살고 있는 지구에 관심이 있다면
지구시스템과학과(Earth System Sciences)

우리가 밟고 서 있는 땅, 놀라운 힘과 질서의 순환 속에 생명체가 태어나고 역동하는 천체, ‘지구’를 연구한다. 지구시스템과학은 지구의 구성물질, 구조와 분포상태 그리고 이들에 작용하는 힘의 원인과 이로 인해 일어나는 다양한 변화들을 연구함으로써 지구의 역사와 진화를 밝히고, 지구환경의 보전과 이용, 에너지자원 및 광물자원의 개발과 보존에 대해 연구하는 학문이다. 지구시스템과학은 지구의 생성과 진화에 대한 궁금증을 풀어주는 학문적 탐구와 함께 환경보존, 자원개발 및 지구정보체계 구축에 대한 전 세계적 관심의 증가로 21세기를 주도하는 종합적인 학문으로 발전하고 있다.

우리 대학교 지구시스템과학과는 1965년 설립된 이래 기초와 응용을 조화롭게 아우르는 활발한 교육과 연구를 진행하며 지구의 생성과 진화를 비롯한 과학의 본질적 질문과 해답에서부터 지질 지해의 이해 및 방지, 자원 탐사 및 개발 등 현실적 문제까지 다채로운 주제를 다루며 대한민국 지구시스템과학 분야를 선도해 왔다.

지구시스템과학의 세부 전공 분야는 학습의 효율성을 극대화하기 위해 ‘고체 지구 전공(Solid Earth)’, ‘지구 및 환경 전공(Earth & Environment)’, ‘응용 지구과학 전공(Applied Geoscience)’ 세 분야로 나누어 커리큘럼을 구성하고 있다.

고체 지구 전공(Solid Earth)은 지구를 구성하는 물질의 기본 단위인 광물과 광물로 구성된 암석의 생성과 진화를 지표면에서부터 지구 중심에 걸쳐 다룬다. 맨틀의 구성 성분과 진화는 고압 광물 실험, 지진파 분석, 컴퓨터 수치모델링 등 다양한 방법을 통해, 지표면 부근의 암석의 변형은 야외 조사, 실내 및 수치모델링 실험 등을 통해 이해할 수 있다. 또한, 지구 내부부터 표면에 이르기까지 다양한 지질 현상에 대한 이해를 기반으로 지진, 화산, 조산 작용 등 우리 삶과 밀접한 지구시스템 작용을 이해할 수 있다.

우리가 살아가는 지구를 지속적으로 활용하는 것은 인류의 삶에서 가장 중요한 핵심 과제다. 가령 일상에 필수적인 생수는 지하수 자원으로, 이를 효율적으로 개발하고 보존하는 것은 더할 나위 없이 중요하다. 지구 및 환경 전공(Earth & Environment)은 지표 및 얕은 깊이에서 물과 암석의 반응과 오염 물질의 이동을 연구해 환경을 보전하고 혜택을 지속적으로 누릴 수 있도록 한다. 또한 빙하기와 극한 환경에서의 지구시스템 진화를 이해하고 지구의 역사, 더 나아가 화성과 같은 다른 행성에서의 지질 작용과 역사에 대해서도 연구한다.

우리 삶에 필수적인 자원은 거의 전부 지구에서 얻는다. 화장품, 단열재 등으로 널리 쓰이는 점토 광물과 희토류와 같이 유용한 자원의 분포를 파악하고 개발하는 것은 국가 발전에 매우 중요한 산업 분야이다. 응용 지구과학 전공(Applied Geoscience)은 산업에 필요한 자원의 분포와 특성을 이해함으로써 미래 산업을 대비할 수 있는 지식과 통찰을 키운다. 뿐만 아니라 방사능 폐기물 처분장과 이산화탄소 지중 저장 등 지속가능한 인류의 삶을 위한 지질 환경을 이해하고 적절한 조건을 제공한다.


학과 부설 연구실
2024학년도 1학기 기준, 지구시스템과학과에는 13명의 교원과 154명의 학부생, 45명의 석박사 대학원생이 소속돼 있으며 기초 과학에서 응용 과학을 아우르는 전문적인 교육과 연구를 활발히 수행하고 있다. 해외 연구중심대학 교수 및 미항공우주국(NASA) 책임연구원 출신 등 국제적으로 두각을 드러낸 학자들로 구성된 지구시스템과학과 교수진은 부설 지구시스템과학연구소를 통해 연구를 선도하고 있다.

원격탐사학 연구실
원격탐사학 연구실(원중선 교수)에서는 인공위성으로부터 관측된 위성 영상을 활용해 지구의 표면 및 지하 천부에서 일어나는 변화를 탐지하고 그 특성을 규명하는 연구를 수행한다. 주로 위성 합성개구레이다(Synthetic Aperture Radar, SAR), 광학 및 열적외선 자료를 활용해 지표면 정밀 변위 측정, 이동물체 탐지, 지표면 온도 파악, 반사도 측정 등의 연구를 수행한다.

수리지질학 연구실
자연적 혹은 인위적 환경 변화에 따른 지하수위과 수질 변화는 우리의 삶에 큰 영향을 미친다. 수리지질학 연구실(우남칠 교수)에서는 지하수 자원의 안전하고 지속가능한 이용을 위한 평가기법을 개발 중이며, 지진 예측과 감시를 위한 지하수 모니터링 기법을 개발하는 등 지질 재해에 대비한 연구를 수행한다.

광물학 연구실
광물학 연구실(송윤구 교수)은 암석을 구성하는 기본 단위인 광물의 결정 및 화학적 특성 규명을 통해 광물이 형성되는 지질학적 환경부터 이들의 변성과 소멸에 대한 이해를 증진하는 연구를 수행한다. 예를 들어 광물의 일종인 일라이트 연대 측정을 이용한 단층의 활동/재활동 시기 규명, 광물학적/지화학적 분석, 분자역학 시뮬레이션의 통섭적 적용을 통한 점토광물과 누대구조 광물의 구조 규명 등을 연구한다.

환경지구화학 연구실
환경지구화학 연구실(이기현 교수)은 지표 및 지하수 환경에서 인간과 생태계에 중요한 영향을 미치는 다양한 원소들과 이들의 거동을 지배하는 주요 광물 및 고체상들의 존재형태와 그에 따른 반응 및 이동경로를 규명하는 연구를 수행한다. 자연수 및 다목적 엔지니어링 시스템 환경을 모사한 다양한 실내실험을 통해 복합적인 지화학적 반응을 이해하고 예측하며, 첨단 분석기술을 활용해 보다 심층적인 해석과 자연현상에 대한 기본지식을 제공한다. 연구의 궁극적인 목표는 지구환경에 대한 올바른 이해를 도모하고 환경보존 및 생태계 보호에 기여하는 것이다.

구조지질 및 지구조학 연구실
구조지질 및 지구조학 연구실(권상훈 교수)은 암석이 변형되어 나타나는 다양한 규모의 구조와 판운동에 의한 거시적인 규모 운동에 대한 연구를 수행한다. 구조기하학적 형태, 운동학적 특성 그리고 역학적 특성 분석으로 지구를 구성하는 암석의 변형과 그로 인한 결과에 대해 밝히고자 한다.

결정학 및 광물물리 연구실
결정학 및 광물물리 연구실(이용재 교수)은 지구 내부를 구성하는 물질과 일상생활에 쓰이는 다양한 고체 합성물질에 대한 고압 연구를 통해, 지구 및 행성의 진화에 대한 이해를 높이고, 물질의 새로운 특성을 발견 및 응용하는 연구를 수행한다. 초고압에서 일어나는 물질의 구조 및 특성 변화를 포항방사광가속기와 같은 거대 시설을 이용해 파악함으로써 미시 세계에 대해 연구한다.

지진학 및 지구물리학 연구실
지진학 및 지구물리학 연구실(홍태경 교수)은 지진과 지구내부 구조 연구, 지구-대기-해양-지구의 연동 현상 연구, 행성 탐사 연구 등 다양한 연구를 수행한다. 북한핵실험과 각종 사건 사고를 지진파를 통해 분석해 실험의 규모와 경위를 파악한다든지, 최근 한반도에서 증가하고 있는 중규모 지진의 특성과 전망을 연구해 지진 재해 잠재성을 파악하기도 한다. 또한, 태풍 등 대기 활동이 만들어내는 지진파 분석을 통해 태풍의 경로와 강도를 분석한다. 산업화로 인한 인간 활동량 및 지진파 배경잡음의 증가에서 착안해, 지진파 배경잡음을 활용하여 각 지역의 경제성장률을 분석하기도 한다.

홍태경 교수


생지구화학연구실
생지구화학 연구실(김진욱 교수)은 극한환경에서의 미생물-광물 반응, 생물 기원 광물 형성 작용, 남극, 남태평양환류대, 옐로스톤, 심해저 열수분출공, 난카이해구 그리고 독도 등의 현장 탐사를 수행해 생지구화학적 기작을 규명한다. 이를 통해 생물이 극한 환경에서도 서식할 수 있음을 밝힘으로써 과학의 근본 질문 중 하나인 생명의 기원에 대한 규명을 궁극적인 연구 목표로 삼고 있다.

지질유체역학 연구실
지질유체역학 연구실(한원식 교수)은 여러 가지 물질이 동시에 존재하는 복잡한 암석 내 유체의 흐름을 모델링을 이용해 지중 환경오염, 기후변화 및 이산화탄소 지중 저장, 간헐천, 해수 침투, 단층 작용 및 지열과 관련된 연구를 한다. 지질과학뿐만이 아닌 석유 공학, 수리지구화학을 아우르는 통섭적 연구를 수행하고 있다.

지구동력학 연구실
지구동력학 연구실(이창열 교수)은 태양계 행성 중에서 오직 지구에서만 발생하는 해양판이 다른 판 아래의 맨틀로 침강하는 현상인 섭입 작용의 시공간적 발달 및 진화와 그 결과에 대해 주로 연구를 수행한다. 섭입 작용이 일어나는 섭입대는 일본 섭입대를 예로 들 수 있으며, 이는 인류의 삶과 재산을 위협하는 화산과 지진 활동을 일으킨다. 현재까지 화산과 지진 활동의 구체적인 발생 과정과 결과에 대해 밝혀지지 않은 점이 많다. 지구동력학 연구실에서는 최신 컴퓨터 수치모델링 기법을 이용해 침강하는 해양판의 변형과 온도 및 압력 증가에 의한 탈수 작용이 화산 형성과 지진 활동에 미치는 영향을 정량적으로 예측한다. 또한, 울릉도/독도의 화산 활동, 철원/연천 지역의 용암 대지, 백두산/한라산의 분화 등 한반도와 그 주변의 화산 활동의 원인을 밝혀내고 있다. 최근에는 섭입 작용이 지구 맨틀 전체를 수백 km 이상 수평 이동시킬 수 있다는 연구 결과를 도출해 판구조론의 핵심 전제인 고정된 맨틀 가정의 수정을 제안한 바 있다.

이창열 교수


퇴적형태 및 층서역학 연구실
퇴적형태 및 층서역학 연구실(김원석 교수)은 퇴적물 거동에 따른 지형의 변화와 지질과학적 시간에 따라 생성되는 지층 내 기록이 지구환경에 따라 어떻게 변화하는지를 연구한다. 연구의 목적은 석유, 가스와 같은 에너지 자원을 탐사하거나 이산화탄소를 저장할 지하 저장소를 찾을 때 사용할 지질과학적 지식을 증진하고, 지구온난화에 의해 나날이 심각해지는 지질재해를 퇴적역학적 관점에서 이해하는 데 있다. 퇴적형태 및 층서역학 연구실은 일반적으로 현장에서는 접근하기 힘들고 긴 시간을 다루기 위해 수조실험을 수행하고, 실험 데이터와 자연계의 원격탐사자료를 활용해 형태 역학 및 층서 패턴의 이론을 수치모델화하는 연구를 실행한다. 또한, 지구와 비슷한 퇴적 환경이 조성된 화성의 지형 변화를 연구함으로써 행성과학 분야에서 지식을 제고하고 있다.

김원석 교수


지구생태학 연구실
지구생태학 연구실(변은지 교수)은 지구 생명체들의 상호작용과 이로 인한 물질 순환에 대해 이해하는 것을 연구 목표로 한다. 예를 들어 습지 생태계는 초기 물리적 환경에 적응한 생명체들이 살아가면서 발생하는 부수물로 완성된다. 북반구 고위도 지역의 추운 기후대에 위치한 캐나다 온타리오 주 한 습지의 경우 약 1만 년 전 빙하가 녹아 호수가 형성돼 수생식물이 서식하다가 시간이 지나면서 퇴적물이 점차 쌓여 호수에서 나무들이 서식하는 숲으로 바뀌었다. 주목할 점은 그 과정에서 습지에 살아왔던 식물들과 토양유기물질들이 여러 세대를 거치며 지표에 차곡차곡 쌓였다는 점이다. 이러한 현상이 빙하기 이후 지구의 여러 습지에서 동시에 발생했다면 기후변화를 일으키는 중요 물질인 탄소 순환에 큰 영향을 주었을 것이다. 지구생태학 연구실은 우리나라 습지를 대상으로 생태학적 및 지질학적 연구자료를 종합 분석함으로써, 특정 생태계가 조성되고 변화할 때 지구시스템의 물질 순환에 어떠한 영향을 미치는지 연구한다.

변은지 교수


위성지구과학 연구실
위성지구과학 연구실(정한철 교수)은 위성 데이터와 원격탐사 기술을 이용해 지구를 원거리에서 관측하고 그 자료를 바탕으로 자연 및 인간 활동에 의해 진화하는 지구시스템을 연구한다. 예를 들어, 레이더와 광학위성 영상을 이용하여 도심 지역의 지반침하를 관측하고, 남아메리카 아마존과 아프리카 콩고 습지에서의 지표수 변화를 관찰한다. 또한 물부족 문제로 효율적 수자원 관리가 절실한 아프리카 서부와 나일강 지역의 물순환을 연구한다. 국내에서는 과학적 정책의사결정을 지원하는 디지털 트윈 시뮬레이션의 일환으로 위성 영상 기반의 해양과 어장 환경 모니터링 시스템을 개발하고 있으며, 최근에는 육상지표모델을 기반으로 동아시아 육상-대기-해양 상호 작용에 대해 연구하고 있다. 위성지구과학 연구실은 다양한 연구를 통해 지구의 물순환과 환경 변화를 이해함으로써 효율적 수자원 관리와 환경 보호에 기여한다.

정한철 교수


지구시스템과학과는 BK21 사업과 자원개발특성화 사업 등 교육 및 연구에 특화된 사업을 수행함으로써 국가와 인류 사회 발전에 공헌하는 선구자적 혁신 인재를 길러내고 있으며, 다양한 장학 및 복지 제도를 운영하고 있다. 이과대학 내 다수의 교육우수상 선정을 비롯해 교내 최고 수준의 강의 평가는 인재를 양성하는 교육 기관으로서 지구시스템과학과의 위상을 잘 보여 준다.

이창열 학과장은 “코로나 팬데믹으로 대면이 어려웠던 시기를 온라인 교육 시스템의 활용과 학과 교수진의 헌신, 학생들의 적극적인 참여로 슬기롭게 이겨낼 수 있었다.”면서 “오히려 이 기간에 교수, 연구원, 직원, 학생 간의 적극적인 의사소통의 중요성을 깨닫게 돼, 구성원들 간의 소통을 중시하는 학과 비전을 제시할 수 있었다.”고 밝혔다.

지구시스템과학과는 학생회와 학과 간의 정기 면담을 진행하고 학과 차원의 학술 답사, 학술 동아리, MT, 장학금 지원 프로그램 확대 등 소속 학생들의 자부심과 정체성을 제고하는 데 힘을 기울이고 있다.

지구시스템과학과 학생회 CORE
지구시스템과학과 학생회는 코로나19 동안 단절되었던 교류를 복원하고 학생들의 학업과 복지 증진에 중점을 두고 있다. 학과장과 학생회 간의 대화, 중간시험 및 기말시험 기간 동안의 간식 나눔 행사, 합동응원전, 아카라카 등 교내 축제의 뒷풀이를 주최해 구성원들 모두가 화합할 수 있는 자리를 마련하고 있다.

또한, 학생회는 학생들의 원활한 학업 생활을 위해 중요한 전공 과목 수요 조사, 수업 개선 사항 등을 조사하고 학과장과 매 학기 회의를 가짐으로써 변화하는 교육 환경에 대응하기 위한 최선의 방안을 마련했다. 이를 통해 수요가 많은 전공 과목의 경우 수강인원의 증원, 강의 시간 조정 및 강의 환경 개선 등의 성과를 이뤄냈다.

뿐만 아니라 학과, 학술 동아리 YSGS와 공동으로 학술 답사를 기획 및 시행해 글로 얻는 지식이 아닌, 현장에서 익히고 배우는 진정한 학습을 완성하고자 한다. 2023년에는 유네스코 세계지질공원인 철원군 및 포천시 일대의 한탄강 지질공원 답사를 진행했고, 올해는 화성시의 공룡알화석산지와 인천광역시 소래생태습지 공원에서 학술답사를 진행했다. 한탄강 지질공원 답사에서는 분출된 용암이 굳어 형성된 용암대지와 주상절리, 하도의 침식과정을 실제 접할 수 있었다. 공룡알화석산지 및 소래생태습지 학술 답사에서는 중생대의 공룡 서식 환경과 습지의 형성 과정 등에 대해 학습함으로 교실 내에서 획득한 지식을 실제 검증할 수 있는 기회를 가졌다.

임성윤 학생(지구시스템과학 22)

지구시스템과학과 학생회 임원 이성윤 학생(지구시스템과학 22)은 “앞으로도 소통을 중시하는 운영을 지속함으로써 보다 나은 지구시스템과학과를 만들어 갈 것”이라며 포부를 밝혔다.


학술동아리 YSGS
YSGS(Yonsei Society of Geoscientific Scrutiny)는 2022년 겨울 지구시스템과학과 전공에 관심을 갖고 있는 학생들이 모여 창설한 학술동아리로 토론, 정기적인 학술 세미나, 학술 답사 등 전공 관련 활동을 수행한다. 동아리 창설은 1학년 신입생 7명으로 시작했지만, 참여하는 학생이 지속적으로 증가해 2024년 1학기 현재 17학번부터 24학번까지 총 37명이 소속된 학과 내 가장 큰 학술 동아리가 되었다.

동아리원들이 스스로 주제를 정한 후 직접 공부한 내용을 발표하는 ‘학술 세미나’, 이론을 바탕으로 실습 활동을 진행하는 ‘학술 세션’, 그리고 답사를 가서 여러 지질 구조 등을 관찰하는 ‘외부 답사’ 등의 활동을 수행하고 있다. 학술 세미나에는 지구시스템과학의 광범위한 분야를 주제를 다루는 발표가 진행된다. 현재까지 지진학, 구조지질학, 고생물학, 지구화학 등과 관련해 최근 이슈가 되었던 우리나라 지진해일 사례, 학술 답사 지역의 지질 구조 등의 발표가 진행되었다. 학술 세미나에서는 전공 지식의 학습을 넘어 학과에 어떠한 연구 분야가 있는지, 학계에서 어떠한 연구가 진행되는지 등을 파악할 수 있다.

YSGS에서는 또한 ‘필드’라고 일컫는 야외 학술 조사의 기회를 제공한다. 현재 YSGS 2기 회장을 맡고 있는 문지욱 학생(지구시스템과학 23)은 “외부 학술 조사는 휴일에 가볍게 다녀오는 ‘번개 필드’와 방학기간 중 며칠동안 다녀오는 ‘공식 외부 답사’로 구성된다.”며, “올해는 화성시 탄도로 번개 필드를 나가 다양한 퇴적 구조와 지층의 경사, 경사 방향을 직접 측정하는 활동을 진행했고, 지난 2월 공식 외부 답사로 태종대 일대를 방문해 관입암체와 그 주변에서 나타나는 지질구조 등을 부산대학교 지질환경과학과 동아리 GeM과 함께 진행했다.”고 소개했다.

문지욱 학생(지구시스템과학 23)



졸업생들의 주요 진로 분야
일반적으로 자연과학 분야는 학사 학위 취득만으로는 전공을 살려 취업하는 것이 어렵다는 인식이 자리하고 있지만 지구시스템과학과의 졸업생들은 국내 유수의 기업과 공사, 정부 등으로 진출해 자원 개발 관련 분야에서 뛰어난 역량을 펼치고 있다. 최근 학부 졸업생들의 사례를 보면 LX인터내셔널, 고려아연 등의 자원 전문 기업, 철도공사, 환경부 등 각계각층에서 지구시스템에 대한 전문성과 이해를 바탕으로 커리어를 개척해 나가고 있다. 대학원 졸업생들은 영국 옥스포드 대학 등 세계 최고의 연구중심대학으로 진학해 지속적으로 연구를 이어나가거나 서울대학교, 고려대학교, 부산대학교 등 국내 주요 대학, 한국지질자원연구원, 한국원자력연구원, 기상청 등 국가 연구기관, 포스코인터내셔널, 삼성전자, SK어스온 등과 같은 자원 및 환경 관련 기업, 광물자원공사, 석유 공사 등의 공기업에 교수, 연구원 등으로 취업해 각자의 전문성을 발휘하고 있다.

윤태웅 학생(지구시스템과학 20)

윤태웅 학생(지구시스템과학 20)은 “학생들이 대학 진학 후 전공 분야가 본인과 잘 맞지 않아 고민하는 경우가 많은데, 지구시스템과학과는 학문 특성상 다양한 연구 분야의 강의가 개설돼 있기 때문에 각자의 적성에 맞는 진로를 발견하고 선택할 수 있는 장점이 있다.”고 말했다. “순수 학문으로 여겨지는 자연과학임에도 불구하고 학사 졸업 이후에 자원 관련 기업과 공기업, 환경부 등 다양한 분야에 취업할 수 있다는 것도 매우 큰 강점”이라면서, 수업에서 배운 내용이 학술 답사로 이어져 학문의 폭과 깊이를 넓힐 수 있다는 것이 큰 매력이라고 전했다.



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209.우리가 살고 있는 지구에 관심이 있다면 / 지구시스템과학과 (by 연세대학교)