목차
● 지구의 형성 과정
● 대기와 바다, 생명의 탄생과 진화
● 지각의 이동
지구(Earth)는 태양으로부터 세 번째 행성이고 조금 두꺼운 기층으로 둘러싸여 있습니다. 지금까지 발견된 지구형 행성 가운데 가장 큽니다. 지구는 약 45억 6700만 년 전 형성되었습니다. 용암이 활발했던 지구와 행성 테이아의 격렬한 충돌로 생성되었을 달을 위성으로 두고 있습니다. 지구의 중력은 우주의 다른 물체, 특히 태양과 지구의 유일한 자연위성인 달과 상호작용을 합니다. 지구와 달 사이의 중력 작용으로 조석 현상이 발생합니다.
지구의 형성 과정
지구는 약 45억 6700만 년 전에 형성되었습니다. 태양계를 형성하던 시점과 때를 같이 합니다. 원시 태양계 원반의 태양 가까운 부분에서는 이제 막 방출하기 시작한 태양의 복사에너지로 휘발성 성분을 제거하면서 규소를 주성분으로 하는 암석 종류와 니켈, 철 등의 금속 성분이 남아있습니다. 이들은 원시 태양 주위를 공전하면서 합쳐서 그 크기를 부풀렸습니다. 어느 정도 몸집과 중력을 가진 것들을 미행성이라고 부릅니다. 미행성들은 보다 작은 소행성이나 성간물질을 유인하여 성장하였습니다. 미행성의 크기가 커지면서 성장 속도는 가속화됩니다. 크기가 작은 소행성들이 충돌하면 중력이 강하기 때문에 탈출하는 조각들을 회수합니다.
원시 지구는 바깥 부분이 완전히 녹은 상태를 거치며 성장합니다. 원시 지구의 열원은 크게 3가지입니다. 첫 번째는 소행성의 충돌입니다. 소행성의 충돌은 운동에너지를 열에너지로 바꾸어 원시 지구를 뜨겁게 가열했습니다. 두 번째는 중력 에너지입니다. 원시 지구가 충돌로 가열하여 조금씩 녹기 시작하자 그때까지 뒤섞여 있던 규소와 철이 중력으로 인하여 서로 분리되기 시작했습니다. 중력 에너지가 맞은 지구 중심으로 쏠려 내려가면서 중력 에너지를 열 에너지의 형태로 방출합니다. 세 번째 열원은 원시 태양계에 충만하던 방사성 동위원소의 붕괴열입니다. 지구의 바깥 부분이 완전히 녹은 상태를 마그마 바다라고 합니다. 중력 분화가 끝나고 낙하할 소행성들도 거의 사라져 지구는 식기 시작합니다. 마그마 바다가 식기 시작하면서 최초의 지각을 형성하였습니다.
대기와 바다, 생명의 탄생과 진화
지구 대기의 역사는 암석과 마그마가 방출한 기체들이 지구 주위의 중력으로 인하여 묶이면서 시작합니다. 이렇게 형성한 대기를 원시 대기라고 합니다. 원시 대기를 이루는 물질은 지구를 형성한 소행성과 혜성들에 포함되어 있던 휘발성 물질에서 비롯되었습니다. 지구가 식으면서 마그마 바다가 식어 고체 바닥을 다시 형성하고, 혜성에 들어있던 미량의 물은 많은 양의 혜성이 떨어지면서 축적되기 시작했습니다. 마그마가 식어 고체의 바닥을 형성 한 뒤에는 원시 대기의 수증기 성분이 응결되어 비가 내렸습니다. 이 비는 원시 바다를 형성하였습니다. 이때 땅과 대기에 있던 염분들을 비가 바다에 녹이면서 바다에는 짠 소금성분을 포함하게 되었습니다.
원시 바다의 해저는 지금의 열수분출공과 같은 곳이 다수 존재했습니다. 최조의 생명은 36억 년 정도 전으로, 열수 고에너지 하에서 화학반응을 이용하는 특수한 유기물들이 생겨나 진화하면서 등장했다고 합니다.
광합성을 하는 생명체들이 생겨나면서 이들은 태양 에너지를 곧바로 자신들의 에너지원으로 활용하였습니다. 광합성의 결과로 생긴 산소는 먼저 바다에 녹으며 엄청난 양의 산화철을 만들었으며 이것을 바다에 퇴적시켰습니다. 바다가 산소를 포화하는 시간은 10억 년에서 20억 년으로 추정합니다. 그 후 지속적인 광합성은 산소를 대기 중으로 방출했으며 성층권에 오존층을 형성하였습니다. 초기의 생물들은 단세포 생물로 지금의 원핵생물과 비슷했다고 추측합니다. 이들이 서로 합치는 과정으로 한층 더 복잡한 형태의 진핵생물로 진화했습니다. 진핵생물이 서로 군집하면서 다세포 생물로 진화했습니다.
7억 5천만 년 전부터 5억 8천만 년 전 시기에 전 지구가 얼음에 뒤덮이는 혹독한 빙하기가 왔다는 가설을 60년대부터 제기하였습니다. 이 가설을 눈덩이 지구라고 합니다. 빙하기가 끝나면서 캄브리아기의 대폭발이 찾아왔다는 점에서 이 시기는 특별한 시기입니다. 캄브리아기 폭발은 캄브리아기에 다세포 생물이 급속도로 번성하면서 종의 다양성이 폭발적으로 늘어난 현상을 말합니다.
5억 3천5백만 년 전 캄브리아기의 대폭발 이후로 다세포 진핵생물은 육상을 점령하고, 하늘에 진출했으며, 바다에서는 생태계의 꼭짓점에 군림하는 등 엄청난 번성을 하였습니다. 한편 캄브리아기 이후의 생물종의 대부분을 멸종시킨 대량멸종사건이 다섯 차례 있었다는 것이 확인되었습니다. 대량멸종사건은 기존에 번성하던 생물종들을 대부분 지구상에서 사라지게 했지만, 거기에서 살아남은 종들은 다시 번성하고 진화하여 기존의 생태적 지위를 차지하게 된다는 점에서 생물의 진화에 결정적인 영향을 끼친 사건입니다. 고생대 말의 공룡등의 대량멸종은 판게아의 분열과 관련된 대규모 화산활동에 의했다고 생각되며 중생대 말의 대량멸종은 전 세계에 있는 핵폭탄을 모두 동시에 폭발시켰을 때보다 1만 배나 더 강한 위력의 운석충돌로 야기되었습니다. 중생대 말의 공룡의 대량멸종 이후, 지금으로부터 약 6400만 년 전에 포유류가 등장하면서 번성하게 되었습니다. 그리고 지금으로부터 약 200만 년 전에 현재의 남아프리카 공화국 근처에서 포유류 가운데 원시인이 처음 생기고, 원시인이 점점 진화하여 현대의 인간이 되었습니다.
지각의 이동
대륙지각이 충분히 형성되고 나서부터는 수억 년을 주기로 하여 지구 표면의 대륙들이 모이고 다시 합쳐지기를 되풀이해 왔습니다. 언제부터 이 주기가 시작되었는지는 아직 명확하게 밝혀지지 않았습니다. 대륙들이 모두 뭉쳐 형성한 하나의 큰 대륙을 초대륙이라고 합니다. 초대륙의 개수와 그 존재에 대해서는 의견이 분분한 것이 많습니다. 그 예로 네나나 케놀랜드 초대륙이 있습니다. 지금까지 존재 시기가 결정된 초대륙에는 30억 년 전의 우르(이것을 두고 초대륙이 아니라 가장 큰 대륙이라고 하는 학자들도 있음), 18억 년 전 컬럼비아, 10억 년~7억 5천만 년 전의 로디니아, 6억 년에서 5억 4천만 년 전의 판노시아, 2억 년 전의 판게아 등이 있습니다. 일부 학자들은 로라시아 와 곤드와나 대륙, 아메리카대륙, 현재의 아프로-유라시아 대륙도 초대륙이라고 보는 학자들도 있습니다.
지각의 이동을 설명하는 방법은 여러 가지로 변해왔습니다. 가장 먼저 나온 이론은 지구수축설입니다. 지구의 속이 냉각하면서 부피가 줄어든다는 이론으로 르네 데카르트가 제안했습니다. 하지만 산맥, 골짜기의 폭이라든가 특수한 지대에만 있는 습곡 산맥등을 설명하지는 못하였습니다. 1940년대에는 이에 조금 더 발전된 저온기원설이 발표된 후, 지구수축설을 누르고 잠시동안 지각의 이동을 설명하는 방법이 되었었습니다. 1912년 독일의 알프레드 베게너가 대륙이동설을 발표했습니다. 그러나 이것의 원동력을 설명하지 못하여 지지를 얻지 못하였습니다. 다음으로 나온 1929년 홈즈에 의한 맨틀대류설입니다. 이는 맨틀의 대류에 의한 판의 이동을 설명하여 습곡산맥, 해령, 해구 등을 설명할 수 있었습니다. 다음은 1960년대 미국의 디에츠와 헤스의 해저확장설입니다. 해저확장설은 해저의 해령에서 끊임없이 대륙이 생겨난다고 주장하는 학설이었습니다. 가장 최근에 나온 설은 플룸 구조론입니다. 지진파를 통하여 알아낸 지구의 내부의 열 온도가 일정하지 않다는 것으로 나온 가설입니다. 이 밖에도 지금 이 순간에도 새로운 가설들이 나오고 있지만 아직은 확실한 것이 무엇인지는 모릅니다.