[거의 모든 것의 역사] 제4분 제13장 ~ 제5부 제18장

[비트겐슈타인1]

거의 모든 것의 역사_빌 브라이슨

발제_미넬_거의 모든 것의 역사_제4부 13장~제5부 18장.pdf

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제4부 위험한 행성

지구 (…)

오랜 기간의 권태와

짧은 순간의 공포로 이루어져 있다.

-영국의 지질학자 데렉 V. 애거

제13장 충돌: 혜성 충돌 / 제14장 땅속에서 타오르는 불, 제15장 위험한 아름다움: 지진, 화산

우리가 어떻게 불확실성을 최소화하면서 안전을 확보할 수 있는가?

소행성 충돌

크레이터는 운석 충돌, 화산 폭발, 핵폭발 등으로 인해 천 체 표면에 생겨나는 거대한 구덩이를 말하는데, 허블 망 원경으로 목성에 혜성이 충돌하는 장면을 직관하기 전까 지 학회는 고대 화산 활동의 흔적이라는 주장을 고집했다.

예를 들면, 아이오와 주에는 맨슨 크리에터의 경우, 변형된 암석이 발견과 천연 단물이 없는 지역에서 땅속에서 단물이 올라온 것 등은 이유로 외부 충돌 흔적이라는 주장이 묵살되었으며 지질학자 앨버레즈가 1970년대 초에 옴브리아 지역에서 백악기와 제3기 석회석층 사이에 만들진 것으로 추정된 0.6센티미터 정도의 얇은 점토층을 발견하고 (*KT경계, 두 지질 시대의 경계는 화석 기록에서 공룡을 비롯해 지구상의 동물 중에서 거의 절반이 갑자기 사라져버렸던 6,500만 년 전에 해당) *중성자 방사화 분석법(매년 지구에 쌓이는 우주먼지 중에 *이리듐의 값을 측정했다. 앨버레즈 샘플에는 보통값의 300~500배 값이 나왔다. 이는 급작스런 대규모의 사건이 있었음을 말하며 운석이나 혜성이 날아와 충돌했음을 의미한다)의 도움을 받아 운석이나 성운에 의한 충돌로 공룡이 급작스럽게 공멸했다는 격변설 주장에 근거를 제공하였으나 지질학회에서는 받아들이지 않았다.

크레이터 증명은 지질학자 유진 슈메이커가 ‘메테오르 크레이터’ 탐사에서 어떤 화산 활동의 흔적도 없었던 점, 비정상적으로 고운 시릴카와 자철광 가루를 비롯한 엄청나게 다양한 물질들이 발견된 점을 들어 행성 충돌의 가능성에 무게를 두고 동료 엘리너 헬린과 부인 캐롤라인과 조수 데이비드 레비와 함께 *내태양계를 살피기 시작했다. 어느 날 목성을 향해 날아가고 있던 슈메이커-레비 9 혜성(Comet Shoemaker–Levy 9, 공식 명칭 D/1993 F2)을 발견하고 혜성 충돌 모습을 직관하면서 증명 되었다.(1994년 7월 16일에 시작된 충돌은 일주일 동안 계속되었고, G핵이라고 알려진 파편은 현재 지구상의 모든 핵무기를 합친 것보다 75배나 되는 600만 메가톤 정도의 힘으로 충돌했다. G핵은 작은 산 정도의 크기지만 목성 표면에 지구 크기의 상처를 남겼다.)

*문제의식- 소행성이 중력의 법칙을 벗어나 날아오는 이유는 무엇인가? 어떻게 우리의 안전을 확보할 수 있는가?

지진과 화산 활동

리히터(Richter magnitude) 규모란 개념어로, 지표면에서 측정한 지진의 정도를 임의의 잣대로 표현한 것이며 지수 함수적으로 증가하는 것이다. 예를 들면 규모 7.3의 지진은 6.3인 지진보다 50배 더 크고 지진 5.3보다 2,500배 더 강력하다. 고안된 규모이며 엄밀한 즉정이 불가능하다. 예를 들면 1960년 칠레의 해안의 지진은 남아메리카의 해안 지방 전체에 피해를 주었을 뿐만 아니라 태평양을 건너 9,600킬로미터 떨어진 하와이 힐로의 중심가를 덮쳐 건물 500채와 60명의 인명 피해를 냈다. 해일은 일본, 필리핀까지 영향을 미쳐서 많은 희생자가 생겼다.

판내부 지진은 드물면서도 어느 곳에서나 일어날 수 있다. 1960년대에 들어서면서 땅을 파들어가는 방법으로 지구 내부 조사를 시작했으나, 당시의 기술로는 엄청난 비용만 들었을 뿐 별다른 진척을 보지 못하고 중단된다. 소련의 사정도 다르지 않았다. 당시의 탐사로 알게 된 것은 지구는 바깥의 지각, 뜨겁고 끈적끈적한 암석으로 된 맨틀, 액체 상태의 외핵, 그리고 고체 상태의 내핵(내핵의 온도는 대략 태양 표면과 비슷한 섭씨 4,000~7,000도), 네 개의 층으로 이루어졌다는 것. 지구 내부 깊은 곳에서 “흐름” 대류현상이 일어나고 있다는 것이다.

지구의 자기장이 있기에 인간종의 생물학적 영위가 가능하다. 1949년 켐브리지 대학의 E. C. 불러드는 지구의 핵의 액체 부분이 전기 모터와 같은 방식으로 회전하기 때문에 자기장이 생겨난다는 이론을 주장했다. 지구 내부의 유체에서 일어난 대류가 마치 전선에 흐르는 전류와 같은 역할을 한다는 것이다. 달이나 화성의 경우 액체로 된 핵이  없는데 자기장 발생이 없는 것을 비교해 보면 알 수 있다.

지구 내부의 동력학을 제한적이나마 알 수 있었던 사건 중에 1980년 워싱턴 주의 세인트 헬렌스 화산(활화산/함몰된 칼데라 형/890만 제곱킬로미터(서울 전체 면적 605.24k㎡), 분화구 64킬로미터, 200킬로미터 넘는 깊은 곳에서 솟아오른 거대한 용암이 모여 있는 열점(熱點) 위에 있다.) 폭발이다(*마법사의 섬으로 유명한 크레이터 레이크(Crater Lake)·라센봉(Lassen Peak)·샤스타·후드·레이니어 화산 등 강력한 분출을 기대할 수 있는 화산들이 즐비하다. 이 화산호는 3천만 년도 더 전부터 활동한 오래된 화산호이며, 높은 화산 대부분은 10만 년 이내에 분출한 적이 있다.세인트 헬렌스 화산은 캐스케이드 화산호에서 가운데쯤 위치). 공원 크기의 72킬로미터다. 사람들은 13킬로미터까지 쌓아 올린 TNT 위에 있는 것과 마찬가지였으나 놀랍게도 당시에 책임 있는 위치에 있던 사람 중에서 그 누구도 대폭발의 징조를 알아차린 사람이 없었다. 안전지대라고 여겨진 먼 곳에서도 상당한 인명 피해가 있었다. 화산은 아무런 경고 없이 갑자기 폭발한다. 휴화산이든 활화산이든지 살아있는 자연생태계다. <화산 폭발에 대한 비상계획>의 ‘개념’이 없었다는 이야기다. 1970년대 들어서 지진계가 설치되었으나 폭발은 대피할 수 있는 충분한 시간을 주지 않는다.

-기사 스크랩- 이승렬 | 한국지질자원연구원 국토지질연구본부장

지진은 지판의 경계부에서 발생하는 ‘판경계 지진’과 대륙 내부의 ‘판내부 지진’으로 구분되며, 지진의 대부분은 판경계부에 집중된다. ‘불의 고리’라 불리는 환태평양 조산대에 자리잡고 있는 일본, 미국 서부, 뉴질랜드 등에서 지진이 빈번한 이유다. 판경계 지진은 공간적으로 판경계부를 따라 좁고 길게 분포한 단층대에서 일어난다. 반면 판내부 지진의 경우 지각 내부에 복잡하게 분포하는 단층 재활동으로 일어난다. 결국 미래 지진의 발생 위치와 시점을 예측하기 매우 어렵다. 판경계 지진에 비해 4배 정도 위험하다는 결론을 내릴 수 있다.

방법은 단층 조사에 답이 있다. 특히 제4기(250만년 이전부터 현재까지)에 지진을 일으킨 이력이 있는 ‘활성단층(Active Fault)’ 조사를 서둘러야 한다. 한국은 2016년 9월12일 발생한 규모 5.8의 경주 지진을 계기로 2017년부터 전 국토를 대상으로 활성단층 조사사업을 수행하고 있다. 한반도 동남권 지역을 시작으로 4단계에 걸쳐 20년간 전국에 분포하는 활성단층을 조사해 지진 대비를 위한 효과적인 정보 제공을 목표로 하고 있다. 활성단층 조사는 제4기 지질시대에 지진을 일으킨 단층에 의한 지표 파열의 흔적을 찾는 것이다. 일반적으로 지표 파열은 규모 6.0 이상 중대형 지진에 의해 일어나기에 활성단층이 존재한다는 것은 해당 지역에 비슷한 규모의 지진 발생 확률이 높다는 증거다. 활성단층 조사연구는 결과에서 결정적 증거 또한 찾아내기가 쉽지 않다. 그래도 언제 어디서 발생할지 모르는 지진에 대한 선제적 대비와 대응을 통해 지진 피해를 최소화하고 국민의 안전에 기여하겠다는 책임감과 사명감으로 오늘도 연구자들은 활성단층을 찾기 위해 현장을 누비고 있다.

불확실성은, 오늘도 뭔가 작은 단서를 발견하면 진실에 더 다가갈 수 있으리라는 가능성이다_로버트 M, 헤이즌(지구물리 학자)

제5부 생명, 그 자체

우주 (…)

그 구조를 자세히 살펴볼수록,

(…) 우주가 우리의 출현을 미리부터

알고 있었던 것이 틀림없다는 확신을 가지게 된다.

-프리먼 다이슨

제16장 고독한 행성: 지구, 인간종 / 제17장 대류권 속으로: 공기 / 제18장 망망대해: 물

(J. B. S. 홀데인 이야기 생략) 잠수병과 같은 이야기는 지구가 생물종이 살기에 쉬운 곳이 아니라는 사실이다. 너무 덥거나, 너무 춥거나, 너무 메마르거나, 너무 가파르거나 너무 높다. 살 수 있는 면적은 전체 육지 면적의 12퍼센트 또는 바다를 포함한 지구 전체 면적의 4퍼센트에 불과하다. 그러나 지구 역사에서 살펴본 태양계 중에서 유일하게 생물이 살 수 있는 행성이다. 생물이 살 수 있는 대표적인 이유 네 가지만 살펴보면, 첫째, 지구와 태양과(항성) 거리에 있다. 태양의 질량이 지금의 열 배였다면 1,000만 년 안에 타버렸을 것이고, 너무 가까웠다면 지구의 모든 것들이 끓어서 사라졌을 것이다. 둘째, 마그마 활동으로 지구 내부에서 쏟아져 나오는 기체 덕분에 대기가 유지되고, 우주선을 막아주는 자기장도 발생하고 판구조의 대류현상이 일어 물에 잠기지 않은 곳에서 살 수 있었다. 세 번째, 달의 중력으로 적당한 속도와 적당한 기울기로 안정하게 자전을 계속할 수 있게 한다. 넷째, 적정한 시기다. 지구 역사 46억 년의 동안 발생한 사건들이 특별한 시기에 특별한 방법으로 일어나지 않았더라면 우리의 존재는 상상하기 힘들다. 어느 정도 수준의 안정한 기간이 얼마간 지속된 후에 적당한 양의 압력과 도전(빙하기에 살아남기 등)이 이어지는 일이 오랜 기간 적절하게 반복되면서 사고력을 갖춘 생물종이 지구에 살아남게 되었다. 지에는 92종의 천연 원소가 있다. 생물이 필요한 원소와 양은 진화의 흔적에 의해 결정된다. 따라서 지구 환경이 생명에게 적당한 것이 아니라 특별히 “생물종”에게 적당한 것이다.

대기는 불균등하게 대류권, 성층권, 중간권 열권(전리권)으로 나뉘며 대략 4.5킬로미터의 기체로 체워져 있다. 우주선(線줄 선), 전하를 가진 입자, 자외선 등을 흡수하거나 비껴가게 하면서 보호막 역할을 한다. 온도는 상승할 때마다 섭씨 1.5도씩 떨어지며 대류권을 벗어나면 다시 섭씨 5도 정도까지 올라간다. 열권에서는 1,500도까지 올라간다.

온도는 실제로 분자의 활동 정도를 나타내는 것이다. 상당한 질량을 가지고 있다. 공기가 움직여 다니는 과정은 지구의 내부 엔진을 움직이는 것과 같은 대류현상이다. 저기압은 물 분자를 하늘로 끌고 올라가고 구름을 만들고 비를 내리게 한다. 뇌우(雷雨 【명】 천둥소리와 함께 내리는 비), 뇌운(雷雲)【명】 번개·천둥·뇌우 따위를 몰고 오는 구름), 제트기류, 번개 등의 사건들은 세계에서 가장 강력한 슈퍼컴퓨터와 정확하게 통제된 환경에서 얻은 측정값을 사용하더라도 그 물결무늬의 형태를 정확하게 알아낼 수 없다. 알 수 있는 것은 태양에서 오는 열이 균일하게 분배되지 않기 때문에 지구상에 대기압의 차이가 생기게 된다는 사실뿐이다. 다만 해수면에서는 공기 분자 밀도가 높아 수억개 의 물분자들이 끊임없이 부닥치면서 열을 교환하고 공기 밀도가 희박한 열권에서는 분자 사이의 간격이 80킬로미터나 되어 분자가 지닌 열에너지가 높아도 거의 충돌이 없다.

기상학은 19세기 말이 되어서야 과학으로 인식되기 시작했다. 온도계 만드는 기술이 문제였다. 19세기 초 영국의 약사였던 루크 하워드가 현대 기상학의 아버지라고 불리우는데, 처음으로 구름에 이름을 붙인 사람이다.(충운, 적운, 권운, 난운. 훗날 계란운, 갓운, 뇌운, 모운, 와운 적란운 등의 이름의 덧붙여졌다.)

빗물은 지하수, 호수, 바다로 흘러가지만 60퍼센트는 증발하여 다시 대기로 흡수된다. 바다는 지구 표면에서 일어나는 일에 필요한 에너지를 공급해주는 발전소다 물은 열을 저장하는 역할을 한다. 온도, 염도, 깊이, 밀도 등의 차이로 운반되는 열의 양은 기후에도 영향을 준다. 열염순환은 해류가 오르내리면서 영양분을 휘저어주기도 한다. 바다는 엄청난 양의 안전하게 묶어놓기도 한다.(유고충류, 인편모충류, 석회해면류, 등의 껍질은 이산화탄소로 존재하던 탄소가 빗물에 섞여 바다로 들어가가 다른 것들과 합쳐 껍질을 만드는데 사용된다.)

탄소순환과정, 영국의 화이트 클리프는 전체 대기 중에 있는 것보다 2만 배나 되는 탄소가 지구의 암석 속에 갇혀 있다는 것을 추산했다. 석회석이 화산에 들어가게 되면 탄소가 다시 대기 중에 방출되었다가 빗물과 함께 땅으로 떨어진다. 이 과정은 50만 년의 동안 지속되었다. 빙하 분석에 의하면 산업활동 시작 전의 대기 중에 이산화탄소는 대략 280ppm 1958년에는 315ppm, 오늘날은 360ppm 매년 0.25퍼센트씩 증가하고 있으며 21세기 말에는 560ppm이 될 것이라고 추산한다.

* 탄소순환과정 회복력 - 탄소배출권, 유럽 탄소국경세 도입(1톤(t) 당 50유로), IRA법안 제정, RE100제도 등등 시행

어디에나 있는 물

우리는 어디에나 있는 물(H₂0)이 없으면 살 수 없다. 바다는 대략 38억 년 전부터 지금과 같은 부피를 가졌다. 지구 물의 97%는 바다(태평양에 51.6%, 대서양에 23,6%, 인도양에 21.2%, 나머지 바다에 3.6%가 있다. 그리고 지구 물의 3%가 민물인데 대부분 빙하로 존재한다.)에 있다. 해발이라는 말은 거의 추상적 개념으로 파도, 파람, 코리올리 효과, 지구 자전 때문에 장소에 따라 다르다.

바다에 관한 조직적 연구는 영국 박물과, 왕립학회, 영국 정부의 합동 탐사단이 1872년 처음 시작했다 거의 7만 해리를 항해했으며 4,700종이 넘는 해양생물 시료를 채취했으며 19년에 걸쳐 50권의 보고서를 낼 정도로 정보를 수집했다. 그 결과로 ‘해양학’이라는 새로운 과학 분야가 생겨났다.

현대적 심해 탐사는 1930년 찰스 윌리엄 비브와 오티스 바턴에 의해 시작되었다. 해군의 지원을 받아서 잠수정을 만들고 1만 917미터까지 내려갔다. 제곱센티미터당 1,200킬로그램의 압력이었다. 인간이 그렇게 깊은 곳에 들어간 것은 그때뿐이었다. 잠수정은 하루에 약 2만 5천 달러가 든다. 해군은 자원 낭비라며 지원을 끊었다.

해수면의 연구도 빈약하다. 1994년 태평양에서 난파한 한국위 화물선에서 골프장갑 3만 켤레가 밴쿠버에서 베트남까지 떠밀려간 덕분에 작은 해류에 대해서 어느 때보다 정화한 정보를 얻을 수 있었다. 지구 표면의 절반 이상을 차지하고 있는 심해 바다의 “심해 평원”에 대해서도 아는 것이 거의 없었다. 1977년 부지런한 해양학자가 알빈은 한정된 자원으로 가랄파고스 제도 부근에서 몇 가지 중요한 생물학적 발견을 했다. 심해 분출구를 발견했는데 그곳에는 3미터의 갯지렁이, 30센티미터가 넘는 조개, 국수 가락처럼 꿈틀거리는 지렁이 등의 대형 생물군락을 발견했다. 그곳은 햇빛이나 산소가 존재하지 않았다 그들은 ‘광합성’ 대신 ‘화학합성’으로 살아가고 있었다.

분출구의 발견은 가장 큰 수수껙기를 해결해 주었다. 왜 바다가 시간이 지나면서 점점 짜게 되는가? 바다에는 지구상의 모든 육지를 대략 150미터 정도로 덮을 수 있을 정도의 소금이 들어있다. 지구물리학자들은 바닷속의 분출구들이 어항 속의 필터와 같은 역할을 하고 있다는 것을 발혀냈고 또 바닷속 굴뚝으로 깨끗한 민물이 다시 바다로 흘러들어가고 있다.

바다에 대한 무지의 대표적인 예는 1957~1958년에는 “심해를 방사성 폐기장으로 활용하는 가능성” 연구를 자랑스럽게 공개적으로 했으며 미국을 비롯한 러시아, 중국, 일본, 뉴질랜드 그리고 유럽국은 플루토늄, 우라늄, 스트론튬 등의 상당한 량의 핵폐기물을 버렸다. 그리고 우리는 아직도 자이언트 오징어, 흰긴수염 고래 등과 같은 바다 거대 동물에 대해서도 아는 바가 전혀 없다.

문제는 자연적 생산성이 있은 바다는 전체의 10% 정도로 추산한다. 비옥하지 않은 땅에서 흘러간 물에는 영양분이 많지 않으므로 대부분은 불모지다. 어획량이 줄어들면 정부의 지원을 받아서 더 큰 어선을 구입하고 바닷속 생태계가 완전히 파괴됨에도 불구하고 전자 트롤선을 이용해서 남획하고 있다. 새우 1킬로그램 수확에 4킬로그램의 물고기와 해양생물들이 희생되고 있다. 남획으로 멸종하고 있는 대표적인 예가 “대구”다. “상업적인 면에서 대구는 이미 멸종해버린 셈이다”라고 말할 정도로 개체수가 현저히 줄었다. 또한 위쪽에 비해서 남극의 경우는 먹이사슬이 비정상적으로 큰 이유에 대해서도 아는 바가 미천하다. 지구에서 가장 큰 부분에 대해서 거의 알고 있지 못한다.

[jstory]

흠~... 10분에 끝내기에는 양이 좀 되는군요~^^;

[비트겐슈타인1]

하여, 질문은 노래방에서~ ^^

[케이요]

다음주까지 분량인데요

[비트겐슈타인1]

ㅎㅎㅎ~
걱정마요~~
노내방 가게 해줄게용~~ ^^