지구 생명의 미래 운명 - '지구의 해' 핵심

 

 

 

 

 

 

 

 기후변화 : 과거 기록자, 스톤테이프를 해독하라

지구환경 바꾼 최초의 생물, 인간의 재앙

 

 

 

고유가 충격으로 전 세계인의 생활상이 바뀌고 있다.

편안한 자동차를 놔두고 대중교통으로 출퇴근한다거나 조금이라도 싼 주유소를 찾아다닌다.

또는 자전거를 타고다니는 사람들이 늘고 있다.

요즘의 이런 인간을 지구는 어떻게 생각할까? 인간은 자연을 지배할 수 있다고 자만한 최초의 생물종이다.

그러면서 인류는 기름을 비롯한 화석 연료를 펑펑 써대었고

그 탓에 지구는 한 생물종에 의해 최초로 급격한 기후변화를 맛보고 있다.

어쩌면 이런 기후변화는 인류에게 종말을 가져다줄지도 모른다.

그런데도 당장 기름 값 좀 절약해보겠다고 안간힘을 쓰는 인간들이라니 지구가 얼마나 어리석게 생각할까.

스톤테이프: 극지방 얼음에서 석회동굴까지

 

▲ 극지방에 있는 두꺼운 얼음에는 과거 기후에 대한 정보가 담겨 있다. 이를 통해 지구 긴 역사와 비교했을 때 최근에 빙하기와 간빙기 수차례 나타났다는 사실이 드러났다.  ⓒUSAP

다행히 모든 인간이 어리석은 건 아니다.

지구과학자들은 인류라는 한 생물종이 지구 기후에 얼마나 영향을 주고 있는지, 그로 인해 기후변화가 얼마나 심할지, 그리고 우리는 어떻게 헤쳐 나갈 수 있는지에 대해 진지하게 연구하고 있다.

그렇다면 지구과학자들은 기후변화를 어떻게 연구하고 있을까? 먼저 지구과학자들은 미래를 예측하기 위해 과거를 들춰내고 있다. 과거는 미래를 비춰주는 거울이기 때문이다.

하지만 인류가 가진 과거 기후에 대한 기록은 고작 100년 정도 밖에 안 된다. 20세기 들어서야 인류는 기후를 관측해 기록했으니 말이다. 이 짧은 관측 기록으로 미래를 예측한다는 건 말도 안될 일이다.

운 좋게도 지구과학자들은 지구가 자신의 몸에 다양한 방식으로 과거의 기후를 기록해두었다는 사실을

발견했다. 남극과 북극에 있는 수천 킬로미터 두께의 얼음, 호수와 바다에 가라앉은 퇴적물,

모래언덕이나 강물을 따라 형성되는 하안단구의 모양과 위치, 동식물 화석, 고대 해안선,

산호와 나무의 나이테, 석회동굴 등의 스톤 테이프(Stone tape)에는 과거 기후에 대한 자료가 숨어있었다.

이들 스톤 테이프를 해독한 결과, 지구과학자들은 지구가 46억년이라는 긴 역사에 비해 최근까지도

기후가 상당한 변화를 겪었다는 사실을 알아냈다. 예를 들어 2만1천 년 전만 해도 지금보다 평균기온이

약 5도나 낮아 얼음이 상당히 아래까지 분포해 있었다는 것은 이제 너무도 잘 알려져 있다.

이 같은 기후변화는 태양 주변을 도는 지구 궤도가 바뀌면서 일어나는 것으로 설명된다.

과거 1000년 간의 기후변화

최근 지구과학자들은 과거 기후변화의 그래프를 좀 더 자세하게 확대해볼 수 있었다.

그러자 지구의 기후가 50-100년 정도의 짧은 시간동안에도 급격하게 변화한 적이 여러 차례 있었다는

사실이 드러났다.

급격한 기후변화의 원인은 과연 무엇일까?

현재 지구과학자들은 급격한 기후를 가져오는 것이 무엇인지를 알아내려고 하고 있다.

예를 들어 우리나라에 오는 장마철처럼 세계 여러 지역에 나타나는 몬순 간에는 어떤 연관이 있는지,

북대서양에서 나타난 변화가 동아시아에 얼마나 영향을 미치는지 등을 말이다.

▲ 지난 1000년 간 기후 변화 그래프. 연구자에 따라 결과가 조금씩 다르긴 하지만, 급격한 기후변화가 몇차례 있었다는 사실이 드러났다.  ⓒScience

이 과정에서 지구과학자들은 북반구의 고위도 지방에 있는 나무와 얼음을 통해

과거 1000년 동안 일어난 기후변화를 아주 정밀한 수준까지 밝혀냈다.

11세기 후반과 12세기, 그리고 14세기 초반과 후반에 지구의 기후는 비교적 온난했다.

반면 14세기 초부터 19세기까지는 현재보다 평균기온이 낮았다.

당시 평균기온은 20세기 초반과 비교했을 때 고작 0.2-1도 차이 난다.

이렇게 작은 기온변화에도 인류의 생활상에는 변화가 있었다.

따뜻한 중세기에는 밀 생산이 조금 더 북쪽에서도 가능했었고, 포도주 출하가 당겨졌다.

소빙하기로 불리는 14-19세기에 일부 지역에서는

질병발생률과 농작물 수확량이 상당한 수준으로 떨어졌다.

과거 1000년 간의 기후변화는 문명을 붕괴시키기도 했다.

심한 가뭄으로 중앙아메리카 마야문명, 북서 인도지역의 하라판 문명, 아프리카 호호캄 문명이 사라졌다.

시뮬레이션으로 미래 예측

그런데 앞으로 50-100년 동안 예상되는 평균기온의 변화는 1-5도나 된다.

지구 전체 인류 문명이 심각한 타격을 받을 것은 분명한 현실이 될 전망이다.

우리가 할 수 있는 건 미래의 기후변화를 예측함으로써 대비책을 찾아내는 것이다.

과거로부터 얻은 정보를 통해 미래 기후변화를 시뮬레이션 하는 연구들이 진행되고 있다.

오늘날 25개의 전지구 기후 시뮬레이션 모델이 사용되고 있다고 한다.

이들 기후 시뮬레이션 모델들은 과거 기후에 대한 새로운 정보를 추가함으로써

조금 더 미래를 정밀하게 예측할 수 있을 것으로 예상된다.

하지만 시뮬레이션이 미래를 얼마나 정확하게 예측해낼 수 있을까? 

인류가 지구에 저지른 만행은 과거에 한번도 일어난 적이 없었던 일이다.

그러니 과거가 미래의 완전한 거울이 될 수 없는 셈.

고유가에 맞서 에너지 절약을 하고 있는 지금 이 순간은 인류가 더 이상 기후변화의 원인이 되지 않으며

앞으로의 기후변화로 인한 영향에 대처할 수 있도록 준비를 해야 할 때가 아닐까.

 

 

 

 

 

 지구내부: 지각에서부터 핵까지

지하세계에 의존하는 현대 지상인의 삶

 

 

 

타임머신을 타고 서기 80만2071년의 미래로 시간여행을 떠났다.

그곳에서 만난 미래인간은 극단적으로 두 부류로 나누어져 있었다.

지상의 낙원에는 엘로이라는 우아한 사람들이 무위도식을 하며 낭만적인 삶을 살아가는 반면,

깜깜한 지하세계에서는 몰록이라는 흉측한 인간들이 타성에 젖은 채 노동만 계속해 나갔다.

엘로이는 몰록의 노동으로 풍요로운 삶을 살아가는 한편, 몰록을 두려워했다.

몰록이 엘로이를 잡아먹기 때문이었다.

이는 H.G. 웰스의 SF소설 ‘타임머신’의 내용이다.

지상의 인간이 지하세계에 빌붙어 풍요로우면서도 위태위태한 삶을 살아간다는 소설 속 모습은

어찌 보면 오늘날 인간의 삶에서도 찾아볼 수 있다.

지하인간 몰록이 아니라 지하의 자연현상으로 대상을 바꾸면 말이다.

우주 끝보다 희미한 지구 중심

▲ 지구 내부는 지각, 맨틀, 외핵, 내핵으로 이루어져 있다. 이 점은 지진파를 통해 얻어진 결과로 직접 그 안을 들여다보고 알게 된 것이 아니다.

오늘날 인간은 지하로부터 뽑아 올린 신선한 물을 마시고, 온갖 지하자원으로 자동차를 굴리고 건물을 세운다. 그리고 지하에서 캐낸 금은보석으로 몸을 치장한다.

오늘의 풍요로운 삶을 지탱하려면 지하세계가 필요하다.

하지만 한편으로 우리는 화산과 지진과 같은 지하세계가 발휘하는 공포에 떨어야 하기도 한다.

이처럼 오늘날 지상을 살아가는 인간은 소설 타임머신 속 엘로이와 상당히 비슷하다.

엘로이처럼 지하세계를 잘 모르는 것도 마찬가지이다.

심지어 138억 광년이나 떨어진 우주의 끝보다 깊이가 고작 6400 킬로미터 정도밖에 안되는 지구의 내부가 더 미스터리할 정도이니 말이다.

물론 지난 수십 년 동안 지구과학자들은 지구 내부가 지각, 맨틀, 외핵, 내핵으로 이루어져 있다는 점을 밝혀냈다.

그리고 지구의 가장 겉껍질인 지각이 단단히 정지해있는 것이 아니라

끊임없이 이동한다는 판구조론을 발전시켰다.
하지만 지표면에서의 변화가 지구 내부, 즉 맨틀을 비롯해 외핵과 내핵까지에도 어떤 영향을 미치는지,

그리고 지구 내부 전체의 움직임은 어떻게 되고 그 힘은 어디로부터 비롯된 것인지와 같은

기초적인 의문사항은 여전히 짙은 안개 속에 있다.

그러니 인류가 딛고 살아가는 지구가 속이 어떻게 이루어져 있는지를 밝혀내는 문제가

지구의 해를 맞아 학술주제로 선정된 것은 당연한 일이다.

지진파로 내부 조사

지구의 해를 맞이해 지구과학자들은 지구 내부의 비밀과 관련하여

핵심적인 두 가지 문제에 초점을 맞추기로 했다.

그 첫 번째 문제는 지표면에서 땅덩어리가 어떻게 이동하는지,

그리고 이 땅덩어리가 지구의 깊숙한 곳까지 어떻게 들어갔다가 되돌아 나오는지에 대해

어떻게 하면 더 잘 이해할 수 있느냐 하는 것이다. 그리고 지구의 움직임에 대한 이해가 높아지면서

이런 정보로 어떻게 지구의 움직임을 더 잘 예측할 수 있는가가 두 번째 핵심 문제로 선정되었다.

이 두 문제를 해결하려면 먼저 눈에 띄지 않게 이동하는 지구의 거대한 움직임을 측정할 수 있어야 한다.

최근 지구과학자들은 지구의 움직임을 정량적으로 좀더 정밀하게 재는 방법을 갖게 되었다.

지진파 측정 기술이 보다 더 발달하면서 지구의 맨틀과 지각을 포함하는 암석권(lithosphere)의

3차원 구조를 더욱 자세하게 파악했다.

그러면서 과학자들은 지구의 깊숙한 내부가 어떻게 돌아가는지를 수치적으로 풀어내고 있다.

이렇게 지구 내부를 들여다보는 방법이 향상되면서

지구과학자들은 지구의 가장 바깥 껍질인 암석권의 정밀한 구조를 알아내었고

지구의 지각판의 움직이면서 생겨나는 압력으로 암석권이 얼마나 변형되는지를 이해하기 시작했다.

최근 이런 발전으로 지구과학자들은 지각판이 얼마나 빨리 이동하는지를

3차원적으로 알아낼 수 있게 되었다. 풍경을 이루는데 다른 종류의 힘이 얼마나 영향을 미치는지,

그 차이를 밝힐 수 있을 정도로 말이다.

위성으로 지표면 움직임 파악

한편 최근 위성을 활용하면서 지구과학자들은 과거 어느 때보다 더 정밀한 지표면의 모습을 얻고 있다.

한 예로 2002년에 발사된 미 우주항공국, NASA에서 발사한 그레이스 위성은

지금까지의 관측 자료 가운데 가장 정밀한 지구의 중력이상을 드러내보였다.

이 자료를 통해 2006년에 과학자는 남극의 얼음 속에 숨어있는 너비 480㎞의 크레이터를 발견하기도 했다.

▲ NASA의 위성 그레이스가 관측한 지구의 중력이상. 최근 위성을 활용하면서 지구과학자들은 과거 어느 때보다 지구에 대한 정밀한 정보를 얻고 있다.  ⓒNASA

이뿐 아니라 지구과학자들은 위성을 이용해 지표면의 수직적인 이동 모습에 대해서도 정밀하게 파악하고

있다. 즉 어디에서 땅이 깎이는지, 아니면 쌓이는지를 잴 수 있다는 얘기이다.

과학자들은 위성의 자료를 통해 시간적으로 지형의 변화에 대한 모델을 세웠고,

그 결과 오늘날 시공간적으로 땅이 깎이거나 쌓이는지를 동시에 연구할 수 있게 되었다.

앞으로는 위성을 통해 퇴적의 다양한 양상과 그 구조를 먼 거리에서도 파악할 수 있을 전망이다.

앞으로 지구과학자들은 이렇게 전지구로부터 얻은 다양한 정보를 통합해나갈 수 있어야 한다.

그러려면 차세대 지구과학자들은 여러 분야의 과학자들과 함께 연구할 수 있도록

학제간 연구 환경에서 양성되어야 할 필요가 있다.

지구의 해를 맞아 지구과학의 미래 연구 환경의 조성을 위해 투자가 이루어질 계획이다.

 

 

 

 

 

 토양 : 살아있는 지구의 피부

미래 세대를 위한 흙 연구

 

▲ 흙에서 나서 흙으로 돌아간다는 말이 있다. 인류의 근원이 흙에 있다는 얘기이다. 그만큼 흙은 우리 인류의 삶을 유지하는데 중요하다.

 

 

흙에서 나서 흙으로 돌아간다는 말이 있다.

또 성경에는 하나님이 흙으로 사람을 빚었다는 구절이 있다.

흙은 인간의 근원으로서 아주 오랜 옛날부터 중요하게 여겨졌던 것이다.

실제로 인류의 삶에 있어서 흙은 매우 중요하다.

흙은 식물의 뿌리를 내리게 해줄 뿐 아니라 식물들이 자랄 수 있을 정도로 오랫동안 물을 간직하며 생명을 길러주는 양분을 포함하고 있다.

덕분에 인류는 풍성한 먹을거리를 흙으로부터 얻어왔다.

흙은 또한 수많은 생명의 안식처이기도 하다.

대기 중의 질소를 고정시키거나 유기물을 분해하는 수많은 미생물의 서식처이다.

또한 지렁이, 개미와 같은 작은 동물들도 흙에서 살아간다.

지구를 살아가는 생명의 대부분은 사실상 위가 아니라 땅 속에서 살아가고 있다.

이처럼 흙은 인류만이 아니라 지구상의 수많은 동식물의 생명을 지탱해주고 있다.

이런 까닭에 지구의 가장 바깥을 얇게 덮고 있는 흙에 대한 이해가 중요하지 않을 수 없다.

하지만 흙에 대한 연구가 이루어진 건 그리 오래 되지 않았다.

지역에 따라 제각각인 토양을 통합적으로 바라보기란 쉬운 일이 아니었기 때문이다.

19세기 말 토양학 시작

토양학은 19세기 말 러시아의 한 과학자에 의해 시작되었다.

지금으로부터 125년 전인 1883년, 바실리 도쿠차에브(1846-1903)라는 러시아의 지질학자가

토양 생성에 기후, 유기물, 모암, 지형 그리고 시간이 영향을 준다는 토양생성이론을 세웠다.

하지만 도쿠차에브는 중요한 인자를 하나 빼먹었다. 바로 사람이었다.

사람은 종종 땅의 모양이나 특성을 임의로 바꾸었다.

농부들은 작물이 잘 자라도록 토양의 성질을 변화시켰다.

도시의 땅에는 인류의 흔적이 더 확실하게 남아 있다는 것은 누구나 다 알고 있다.

미래 세대를 위해 현재 우리가 토지 이용에서 유념해야 할 점은

어떤 토양이냐에 바탕을 두어야 한다는 점이다. 예를 들어 메마른 불모의 땅은 풍화되어 양분이 거의 없다.

따라서 이런 땅에서 작물을 키우기 위해 토양의 성질을 바꾸려면 상당한 비용이 들어간다.

반면 이런 흙은 벽돌을 만들기에는 아주 좋다.

따라서 토양의 특성을 바탕으로 한 토지 이용 계획이 필요한 것이다.

토지의 사용과 유지가 토양의 특성과 잘 맞는다면 기대했던 대로 일이 잘 풀릴 것이다. 작물은 풍성하게

자랄 것이고 가축들은 잘 성장해갈 것이며 샘물이 솟아나고 도로와 건물은 설계대로 지어진다.

이 경우에 대다수 사람들은 토양의 중요성을 알아채지 못하지만 말이다.

반면 토양이 토지의 사용과 맞지 않는다면 곤란한 상황에 빠진다.

작물은 제대로 자라지 않고 가축들은 병들며 도로와 건물, 파이프가 끊어지거나 심하면 붕괴하고 만다.

흙은 담수 60퍼센트 저장

따라서 토양학을 바탕으로 한 토지의 적절한 사용이 필요한데, 문제는 토양학이란 학문이

단지 지구의 가장 바깥 피부인, 아주 얇은 부분만을 연구하는 단순한 학문이 아니라는 점이다.

토양은 도쿠차에브의 이론에서처럼 대기, 물, 생명, 지형 등 여러 요인들과 함께 진화한다.

예를 들어 물의 순환에 있어 토양은 매우 핵심적인 역할을 한다.

무려 담수의 60퍼센트 정도가 땅에 저장되어 있다.

그 결과 토양에서 식물이 자란다. 토양은 또한 유수와 지하수를 조절한다.

▲ 물의 순환에서 토양의 역할을 상당한다. 토양은 담수의 60퍼센트 정도를 저장하고 으며 하천의 흐름과 지하수를 조절한다.

이렇게 토양은 다양한 요인들과 상호작용하며 진화하기 때문에 여러 학문 간의 공동 연구가 필요하다.

이런 까닭에 지구의 해를 맞아 토양에 관한 4가지 핵심적인 학술과제에도 바로 이 점이 포함되어 있다.

지질학, 지형학, 수문학, 대기학, 생태학 등 지구과학의 여러 분야와 토양학을 어떻게 연결하느냐가

토양에 관한 두 번째 핵심과제이다. 앞으로 토양학자들은 여러 다른 분야의 지구과학자들과

상호작용을 늘려나가 토양이 이들 분야에 중요하다는 점을 보여줄 필요가 있다.

한편 토양에 관하여 선정된 첫 번째 학술주제는 사회와 환경에 최대한 혜택을 주려면 토양에 대한

우리의 지식 기반을 어디 쪽으로 발전시켜 나가야 하는가 하는 문제이다.

지금까지 토양학은 농업생산의 폭발적인 증가에 큰 기여를 해왔다.

세계 인구가 급성장하면서 토지와 물에 대한 압력이 높아가고 있는 이런 상황에서

토양학은 큰 도전을 받고 있다. 즉 토양에 대한 지식 기반을 어디에 집중해야 할 것이냐 하는 점이다.

토착 정보 과학적으로 통합해야

세 번째 학술주제는 토양학자들이 사회와 어떻게 잘 소통할 것이냐 하는 문제이다.

연구에는 이런 말이 있다. “발표하지 않으면 연구를 하지 않은 것이다”고 말이다.

과학의 발전이 연구를 세상에 내놓는데 있다는 얘기인데, 이를 사회에 적용시켜도 마찬가지이다.

과학자들의 연구결과가 정책결정자나 사회에 미치지 않는다면 연구의 효과는 나타나지 않을 것이다.

따라서 라디오, TV, 인터넷 등 다방면으로 토양학의 중요성을 알릴 필요가 있다.

마지막 학술 과제는 각 지역 고유의 토양에 관한 지식을 어떻게 최대한 활용할 것이냐 하는 것이다.

지역에 따라 이용자의 입장에 따라 토양에 대해 저마다 다른 지식이 생겨났다.

경험과 관찰을 통해 세대로 이어 전해지는 이 지식은 지금까지 정규 과학 연구에서 거의 이용되지 않았다.

하지만 이들 지식은 상당한 가치가 있음은 분명하다.

그러나 이들 토착 지식을 과학적으로 의미있게 통합하는 일은 결코 쉬운 일이 아니다.

토양에 관하여 이들 핵심적인 문제를 풀어나감으로써

우리는 미래 세대에게 살아 숨 쉬는 지구의 피부를 물려줄 수 있을 것이다.

 

 

 

 

 

 바다 : 그 시작과 끝 

세계 인구 20퍼센트의 미래

 

 

 

▲ 그림의 빨간선이 길이가 6만 킬로미터나 되는 중앙해령이다. 이곳에서 새로운 해양지각이 생성된다.  ⓒUSGS

1912년 독일의 과학자 알프레드 베게너는 대륙이 지구 표면을 떠다닌다는 대륙이동설을 발표했다.

파격적인 주장이었던 만큼 베게너는 지질, 고생물, 고기후에 관한 방대한 자료를 증거로 제시했다. 하지만 그의 주장은 학계에서 철저히 외면을 당했다. 거대한 대륙이 어떻게 움직일 수 있는지를 설명해내지 못했기 때문이었다.

1950-60년대 베게너는 화려하게 부활했다.

깊은 바다 속에 꼭꼭 숨어있던, 대륙을 움직이는 힘의 근원이 발견되면서였다. 이를 통해 대륙이동설은 지질학에서 뉴턴의 법칙이라고 할 수 있는 판구조론으로 발전했다.

이처럼 바다에 대한 지식은 우리가 살아가는 지구에 대한 이해를 혁명적으로 바꾸어놓았다.

 

그럼에도 불구하고 아직 우리는 바다에 대해 모르는 게 더 많다.

특히 바다의 땅이 시작되는 곳과 끝나는 곳에서 말이다.

바다의 땅은 바다 한 가운데 중앙해령에서 새로 생겨난다.

이곳은 지구상에서 가장 극한의 생명체가 서식하고 있고, 새로운 광물질이 생성되고 곳이다.

중앙해령에서 생겨난 해양지각은 우리 손톱이 자라는 속도로 천천히 이동한다.

이 같은 해양지각의 여행은 대륙지각과 만나는 곳에서 끝난다.

화산과 지진이 활발한 이곳 가까이에는 무려 세계 인구의 21퍼센트 정도가 살아가고 있다.

이들의 미래를 보장하려면 해양과 대륙의 경계에서 무슨 일이 일어나는지를 제대로 알아야 한다.

이런 까닭으로, 지구의 해의 8번째 학술주제인 바다에 관하여 선정된 과학적 연구주제는

바다의 땅이 시작되는 중앙해령과 끝나는 곳인 해양과 대륙의 경계와 관련되어 있다.

바다 속 6만 킬로미터 길이의 균열

바다 한가운데 땅에는 길이가 무려 6만㎞나 되는 거대한 균열이 전세계적으로 분포해 있다.

이 균열이 바로 중앙해령인데, 이곳에서 20-80 킬로미터 깊이의 땅 속으로부터 마그마가 솟아오르고

이 마그마가 식어 새로운 해양지각이 형성된다. 이때 마그마가 내뿜는 에너지는 육지의 인간이

화석연료와 원자력에너지로 소비하는 에너지의 절반 정도나 된다.

이 에너지는 해저를 통해 확산된다.

이때 방대한 양의 바닷물이 해양지각 안에서 들어가고 나오는 순환이 일어난다. 해양지각 속으로 들어간

바닷물은 뜨거워져, 깊은 곳에 있는 해양지각의 금속 광물과 메탄과 황화수소를 녹인다.

이 뜨거운 바닷물이 열수구를 통해 밖으로 나오면 차가운 바닷물과 만나면서

이들 간에 화학반응으로 형성된 광물이 쌓인다. 그래서 심해의 바다에는 광물자원이 많이 분포해 있다.

▲ 땅과 바다의 경계에서 해양지각은 아래로 들어가고, 대륙지각은 위로 솟는다. 이런 지질학적 작용이 인류에게 어떤 득과 해를 줄까?  ⓒNOAA

한편 온도가 높고 일반 생명체에 독이 되는 물질이 있는 극한 환경의 열수구는 수많은 생명체의 안식처이기도 하다.

이곳에서 발견되는 생명체 중에는 마치 외계에서 온 것처럼 신기한 것들도 많다. 예를 들자면, 내장이 없는 거대한 벌레가 서식하는데, 이 벌레는 자신의 몸에 붙어사는 박테리아로부터 영양분을 받아 살아간다.

또한 열수구에서는 지구상에서 가장 높은 온도에서도 살아남는 극한의 생명체가 서식하고 있다. 이 생명체는 펄펄 끓는 물에서도 살아남을 수 있다. 과학자들은 이와 비슷한 환경에서 지구상 최초의 생명체가 탄생했을 것으로 추측된다.

이렇게 심연의 바다에서 일어나는 활동이 지구에 얼마나 중요한 영향을 미치는 것일까?

중앙해열에 대한 연구는 지구에서의 생명의 기원, 그리고 바닷물과 단단한 지구표면 간에 일어나는 에너지와 화학적 교환으로 생성되는 막대한 광물에 대해 새로운 이해를 제공해줄 수 있다. 하지만 중앙해령이 전 세계적으로 분포해 있기 때문에 중앙해령에 대한 연구와 탐사는 국제적인 협력이 필요하다.

바다와 대륙의 경계는 두 얼굴

그렇다면 바다의 땅이 끝나는 곳은 어떨까?

해양지각은 대륙지각과 만나면 대륙지각보다 무겁기 때문에 그 아래로 들어간다.

그러면서 이곳에서는 지진과 화산이 빈번하게 발생하는데,

이 가운데에는 인류역사상 가장 치명적인 쓰나미를 일으키기도 했다.

인류에게 위협적이기도 한 이곳은 한편으론 풍부한 자원의 매장지이기도 하다.

대륙의 해안선은 해류의 방향에 영향을 주고,

육지 쪽으로 불어오는 바람은 차갑고 밀도가 높은 해저의 물을 위로 끌어올리게도 한다.

그래서 대륙 경계의 퇴적층에는 탄화수소나 가스 하이드레이트 같은 자원이 많이 매장되어 있다.

또한 우리의 먹을거리인 어류도 풍부하다.

이처럼 땅과 바다의 경계는 지질학적 작용으로 인류에게 때로 위협을 하거나 이득을 가져다주기도 한다.

전 세계의 상당수가 대륙의 경계에서 살아가는 상황에서

대륙의 경계에서 일어나는 바다 속 지질학적 현상을 제대로 이해할 필요가 있다.

하지만 아직 지구과학자들은 땅과 바다의 경계에서 어떤 일이 벌어지는지 아직 모르는 바가 많다.

바다의 땅이 시작되고, 끝나는 곳에 대한 연구는

지구에 대한 이해뿐 아니라 우리 자신의 미래에도 영향을 주는 것이다.

 

 

 

 

 

 지하자원 : 지속적인 사용을 위하여  

매주 전세계에는 밴쿠버만한 도시 건설 중

 

 

 

▲ 캐나다 서부 최대 도시인 밴쿠버. 전세계적으로 매주 늘어나는 도시의 규모가 밴쿠버만하다.

전 세계 곳곳에서는 지금도 한창 공사가 진행되고 있을 것이다. 최근에 발표된 어느 한 논문에 따르면, 전 세계적으로 매주 늘어나는 도시의 규모는 캐나다 서쪽 해안에서 가장 큰 도시인 밴쿠버만하다고 한다.

이런 대도시는 그냥 지어지는 것이 아니다.

그 안에 있는 각종 건물이나 도로, 다리 등이 세워지려면 막대한 자원이 필요하다.

오늘날 인간이라는 존재가 살아가기 위해서 매년 땅으로부터 뽑아 쓰는 광물, 천연자원, 화석연료 등의 지하자원은 무려 300억 톤이 넘는다. 이는 가장 중요하고 많은 부분을 차지하는 지하수를 제외한 수치이다.

참고로 지하수에 대해서는

지구의 해의 첫 번째 학술주제로 이미 앞에서 소개했다.

생각조차 할 수 없는 무자원의 삶

오늘날 인간의 삶은 이런 자원 없이는 생각할 수조차 없다.

우리가 출퇴근할 때 타는 자가용이나 버스, 또는 기차는 강철뿐 아니라

니켈, 구리, 아연, 크롬과 같은 금속, 그리고 석유로부터 만들어진 플라스틱으로 만들어졌다.

또한 정보화시대의 필수품인 컴퓨터에는

인듐, 게르마늄, 탄탈이라는 귀한 금속을 포함해 30가지 이상의 금속이 들어있다.
산업화된 나라의 경우, 한 사람이 평생 사용하는 각종 자원은 약 1000톤쯤 된다고 한다.

여기에는 석유와 같은 에너지 자원과 구리 같은 금속 자원,

그리고 비료로 사용되는 인산광물과 칼리 탄산칼륨과 같은 비금속 자원이 포함된다.

우리가 이들 자원을 지금처럼 펑펑 쓴다면 앞으로 어떻게 될까?

지금 우리는 무슨 일이 벌어질지 어느 정도 상상할 수 있다.

고유가가 오늘날 우리의 생활에 미치는 영향을 통해서 말이다.

그렇다면 하나뿐인 지구로부터 자원을 지속적으로 뽑아 쓰려면 우리는 어떻게 해야 할까?
이 문제는 앞뒤가 맞지 않는 말이다. 지하자원을 계속 사용하면서 지속성을 따진다는 것이 말이다.

하지만 우리가 발달한 과학기술과 인간의 천재적인 자원을 활용한다면 이 일은 가능할 수 있다.

 

구체적인 방법을 알아보자.

자원 그 자체가 아니라 기능에 주목

▲ 전화선이나 통신선은 구리 대신 광섬유가 쓰인다. 이같은 기술의 발전으로 귀중한 자원의 사용을 줄일 수 있다.

그 첫 번째 방법은 우리가 자원 그 자체가 아니라 자원이 갖는 물리화학적 특성에 주목하는 것이다. 그렇게 되면 귀중한 자원을 굳이 사용하지 않아도 되기 때문이다.

예를 들어 우리가 구리를 사용하는 이유는 전력이나 전화메시지 같은 정보를 전달하기 위해 구리가 갖는 전기 전도성이 필요하기 때문이다. 오늘날 전화메시지 같은 정보는 구리 대신에 광섬유가 전달할 수 있다.

또 다른 예는 은이다. 은은 사진의 필름에서 필수적으로 사용되었다. 하지만 디지털 카메라가 보급되면서 사진에서 은이 갖는 위치는 상당히 달라졌다. 이처럼 과학기술이 귀중한 자원의 사용을 줄이는 방향으로 발전한다면 자원의 지속적인 사용 가능성을 높일 수 있다.

8천 톤 들어간 에펠탑, 오늘날 2천 톤으로 짓는다

▲ 파리 에펠탑은 1880년대 지어질 때 8천 톤의 강철이 쓰였다. 만약 오늘날 세워진다면 강철 2천 톤만 있으면 된다.

두 번째 방법은 기술을 통해 자원의 활용도를 높이는 것이다. 이를 위한 가장 대표적인 방법은 자원을 재활용하는 것이다. 보통 자원의 재활용은 금속이 일반적이다. 구리, 납, 강철 같은 금속은 여러 번 재활용할 수 있다. 예를 들어 오늘날 알루미늄의 경우 재활용 비율이 꾸준히 증가하고 있다. 이를 통해 땅으로부터 새로 자원을 뽑아 쓰는 비율이 줄어들 수 있다.

하지만 자원의 재활용 대상에는 금속만이 아니다.

물도 포함되고 인과 같은 비금속 물질도 포함된다.

인은 식물성장에 필수적인 3가지 성분 중 하나이다.

공기나 바닷물에 풍부한 질소나 칼륨과 달리 인은 한정되어 있다.

한편 기술은 쓰레기로 취급받던 것으로부터 자원을 얻을 수 있어 자원의 활용도를 높일 수 있다. 발전소에서 나오는 굴뚝 연기로부터 석고를 뽑아 쓰는 것이 바로 그런 예이다.

굴뚝 연기에서 황을 제거함으로써 석고를 얻을 수 있다.

이와 함께 기술은 자원을 절약하게 해주기도 한다.

1800년대 후반에 지어진 에펠탑은 8천 톤의 강철이 필요했다.

그러나 기술의 발전으로 오늘날 에펠탑을 세운다면 단지 2천 톤밖에 필요하지 않다.

창의성 통한 고유가 해법 찾기

자원의 지속가능한 사용을 위한 세 번째 방법은 인간의 창의성과 천재성을 활용하는 것이다.

앞서 이야기한 두 방법은 사실 인간이 새로운 기술적 해법을 찾아내는데 달려있다.

시장에서 어느 자원이 부족해지면 가격이 치솟는다. 이런 일이 일어나면 사람들은 해법을 찾기 마련이다.

자원을 공급하는 쪽에서는 새로운 매장지를 찾아 나서거나 재활용 비율을 높이려고 할 것이다.

반면 수요 측에서는 기술적으로 새로운 자원 활용법을 찾으려고 애쓸 것이다.

부족한 자원 대신 필요한 기능을 대신해줄 기술을 발명하는 식으로 말이다.

과거에 그랬듯이 미래에도 이런 식으로 전개될 것으로 보인다.

어찌되었건 우리가 당면한 문제는 화석연료에 있다. 석유와 같은 화석연료는 재활용도 되지 않는다.

따라서 우리는 가능한 빨리 화석연료를 대체할 다른 지속가능한 기술을 찾아내야 한다.

과연 우리는 이 도전에 언제쯤 성공하게 될까?

 

 

 

 

 

 지구와 생명 : 다양성의 기원 미래

예측 위한 과거로의 회귀

▲ 지구와 생명은 따로 떼어놓고 보기 힘들다. 생물은 지구 환경에 영향을 미쳤고, 생물의 진화 역시 지구 환경에 영향을 받았기 때문이다.  과학이 발전하면서 우주에서 지구의 위상은 곤두박질쳤다. 지구는 우주의 중심이 아니었고, 지구만이 달을 갖고 있지도 않았다. 과학자들은 지구 같은 행성이 우주에 상당히 존재할 것이라는 근거를 들이대고 있다. 지구는 그야말로 보잘 것 없는 작은 행성일 뿐이다. 그럼에도 여전히 지구가 특별한 이유는 바로 생명이 있기 때문이다. 아직까지 지구는 우리가 아는 한, 생명이 넘쳐나는 유일한 행성이다. 지구와 생명은 떼려야 뗄 수 없는 끈끈한 관계를 맺고 있는 셈이다. 캄브리아기 폭발 VS 페름기 대멸종 46억년의 지구 역사에서 생명은 복잡한 진화과정을 거쳤다. 42억 년 전 최초의 생명이 출현했고 27억 년 전 조류 식물이 나타나 지구 대기에 산소를 뿜어대기 시작했다. 다세포성 동물이 나타난 것은 6억 년 전의 일이었다. 그러다 5억4천2백만 년 전 다세포성 동물의 수가 갑자기 폭발적으로 증가했다. 이 일을 ‘캄브리아기 폭발’이라고 한다. 이후 생명의 진화사에서 대사건은 육상으로 동식물의 영역확장이었다. 처음엔 식물이, 그런 다음에는 전갈과 노래기 같은 동물이 황무지의 땅으로 올라왔다. 그리고 약 3억6천만 년 전 쯤에 고대 양서류가 땅에 발을 처음으로 내딛었다. 이 양서류가 진화해 중생대에 파충류가 폭발적으로 번성했고, 이후 조류와 포유류가 출현했다. 하지만 지구 역사에서 생명의 다양성이 항상 발전적으로만 이루어졌던 건 아니다. 지구 생명체들은 이제까지 5차례의 대멸종과 10여 차례의 소멸종을 겪었다. 그 가운데 가장 심한 경우는 2억5100만 년 전 ‘페름기 대멸종’으로 당시 지구상에 존재하는 생물의 약 90 퍼센트가 멸종했었다. 자칫하면 생명의 역사가 이때부터 다시 쓰일 뻔했다. 그렇다면 캄브리아기 폭발이나 페름기 대멸종 같은 대사건은 왜 일어났던 것일까? 지구에서 생명의 다양성은 어떻게 해서 이루어진 것일까? 과학자들은 이 질문에 아직 분명한 대답을 할 수 없다. 대답하기에는 너무 모르는 게 투성이다. 그럼에도 과학자들은 이런 사건들이 지구 환경의 변화 때문에 일어났을 것이라고 확신한다. 지구 대기에 산소가 증가했다거나 기후가 변화했다거나, 또는 대륙이 이동하거나, 지구 곳곳에서 화산활동이 일어났다거나, 해수면이 상승하거나 하강하거나 아니면 거대 운석의 충돌로 인한 지구 환경이 변화했기 때문이라고 말이다. 과거보다 1000배나 빠른 멸종 속도 ▲ 지구의 생명체는 굴곡진 역사를 거쳐왔다. 한때 지구상 생명체가 90퍼센트 가량이 사라지는 대멸종이 일어나기도 했다. 하지만 과학자들은 그 이유를 아직 밝혀내지 못했다.  지구 환경의 변화로 그동안 지구 생명이 겪었던 굴곡진 사건은 단지 과거에만 속하는 것이 아니다. 우리 인류는 풍요로운 삶을 위해 무심결에 생명을 지탱해주는 지구환경을 손상시켜왔다. 그로 인해 지구 생명은 6번째 대멸종의 위기에 처해 있다. 그 징조는 이미 나타나고 있다. 2005년 국제연합(UN)이 발표한 ‘새천년 생태계 평가’(Millennium Ecosystem Assessment) 보고서에 따르면, 지난 50여 년간 인간은 인류역사상 어느 시기보다 생태계를 빠르고 광범위하게 변화시켰다. 1945년 이후 개간한 땅은 18세기와 19세기를 합친 것보다 더 넓다. 이를 위해 막대한 양의 에너지와 물 등의 자원들을 소비했다. 그 결과 생명의 다양성을 유지해주는 지구에 심각한 손상을 입었다. 화석을 통한 과거 기록과 비교했을 때 현재 인간이 멸종시키는 속도는 무려 1000배나 된다. 포유류, 조류, 양서류의 10~30 퍼센트가 지금 멸종 위기에 처해 있다. 문제는 앞으로다. 과학자들의 예측에 따르면 미래에는 지구상의 생물들이 현재보다 10배나 더 빠른 속도로 사라질 것이라고 한다. 천상천하 유아독존의 인간조차도 그 운명이 어떻게 될지는 알 수 없다. 고생물학자, 생물학자, 지구과학자 공동연구 이 같은 위기 상황을 헤쳐 나가기 위해 현재 과학자들이 해야 할 일은 바로 과거 진화의 사건들이 어떤 이유에서 일어났는지를 알아내는 것이다. 이를 통해 미래 생물의 다양성에 영향을 줄 지구 환경의 변화를 예측하고자 한다. 지구의 해를 맞아 10번째 핵심 이슈로 ‘지구와 생명’이 선정된 까닭은 바로 여기에 있다. 지구 생물권의 역동적인 진화과정을 어떻게 더 잘 이해할 수 있을 것인가? 그리고 우리 인간사회가 살아남으면서도 지구의 생명 유지 체계를 건강하게 해주기 위해서는 어떻게 해야 하나? 지구의 해를 맞이해 과학자들이 지구와 생명 핵심 이슈와 관련해 이 2가지 질문에 초점을 맞추기로 했다. 이를 위해 지구의 해에는 고생물학자는 물론 생물학자, 지구과학자 등의 기초 과학자들의 공동연구가 진행될 계획이다. 이 공동연구를 통해 이루고자 하는 목표는 생물의 다양성에 영향을 주는 다양한 요인이 무엇인지 인간의 활동이 이들 요인들에 어떻게 상호작용하는지를 알아내는 것이다. 어느 것이 장기간에 걸쳐 이루어지는 자연적인 요인으로부터 발생하는지, 어느 것이 단기간에 이루어지는 인간 활동으로 인한 것인지를 가려내는 것이다. 지구 생명의 미래 운명을 위해 과거로 회귀하는 과학자들의 노력은 성과를 거두길 기대하며 지구의 해 핵심 이슈를 마무리한다. - ⓒ ScienceTimes , <지구의 해>핵심이슈, 박미용 기자 - 2008.07.01/ 07.15/ 07.29/ 08.08 / 08.19/ 08.26