지구진화 10단계 ㅡ 5단계와 6단계

판구조론/ 월말김어준과 박문호박사의 핑퐁강독 글로 재구성

5단계와_6단계 '섭입에 의한 2차 화강암 생성과  무산소 시대에서의 산성바다 문제 해결''

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5단계는 '판구조론 plate tectonics theory' = 섭입/Subduction/攝入

헤이즌의 지구 진화 5단계는 '판 구조론(plate tectonics/플레이트 텍토니스)''이다. plate는 얇은 판, tectonics는 역학, 지질학이다. 판 때기 같은 것이 대륙판이고 쇠덩어리 같은 것이 해양판이라면, 이 두 판이 만나서 벌어지는 기계역학적인 현상들을 의미한다.

해양판이 대륙판 밑으로 대략 100km 정도 들어가면,

(각도는 조금씩 다를 수 있다. 인도대륙은 거의 수평으로 들어간다. 태평양판은 아시아대륙판으로 대략 45도로 들어간다.) 온도와 압력이 높아진다. 그러면 현무암 해양판이 녹는다. 녹으면 액체가 된다. 그것이 마그마다. 마그마는 가벼우니까 올라온다. 물과 만나서 현무암질이 화강암질로 바뀐다. 이렇게 새롭게 다시 화강암이 만들어진다.

그러니까 처음에는 운석이 떨어지고, 그 충돌에 의해 발생한 열에너지와 현무암 지각판이 깨지면서 맨틀에서 솟구친 마그마에 의해 현무암 지각판이 녹으면서 물과 섞인다. 화강암질마그마 상태가 된다. 굳어서 화강암이 된다. 지구 전체의 10% 화강암이다.

그 후 해양판이 대륙판 밑으로 섭입 되면서, 열에 의해 녹은 현무암질 마그마가 물과 만나서 점액질 상태가 된다. 이러한 마그마들이 고여 있는 곳이 활화산이다.  화산활동에 의해 이 점액질 마그마가 분출한 후 용암이 굳으면 화강암이 된다. 이렇게 만들어진 화강암이 지구 안 화강암의 90%이다. 지구에서 두 번째 만들어진 이 화강암(대륙)은 '판 구조론 = 섭입''에 의해 만들어졌다.

정리하면, 처음 소대륙은 운석이 지구를 강타한 힘에 의해 만들어졌고, 두 번째 거대 대륙은 섭입(판구조론)에 의한 열 발생에 의해 만들어졌다.

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6번째 단계/Unoxygen biological world 언옥시진 바이로지칼 월드/무산소 생물학적 세계/39억 년~25억 년 상태의 지구. 박테리아 출현.

박테리아는 산소가 없는 상태에서 진화하였기에 산소를 싫어한다. 우리 몸에 큰창자(대장)에 산소가 가장 없다. 우리 몸의 항문 쪽에 대장균이라는 박테리아가 1키로 압 이상 있다고 한다. 박테리아들이 산소를 피해 항문 쪽으로 다 도망가 있는 것이다. 이러한 박테리아들은 혐기성 박테리아라고 한다. 이 박테리아는 무산소시대의 생명체가 우리 몸에 증거로 남아 있는 형태이기도 하다.

     (*그런 면에서 보자면, 지구 생명 진화는 지난 진화의 과정을 버리지 않고 포섭하거나 통섭한 상태로 진화의 가닥을 잡았던 듯하다. 아니면 박테리아가 기생 상태로 숙주에 머물면서 공생관계를 선택한 선택압 상황이었을 수도 있다. )

그때 바다의 온도는 150도이고 산성이다. 박테리아도 산성바다에서는 살지 못한다. 온도는 시간이 지나면 떨어지겠지만, 산성 바다 문제는 해결되어야 박테리아가 출현할 수 있다.

바다의 산성 농도를 어떻게 떨어뜨리는가? 이것이 지구 6단계 진화이다. 이 문제를 대륙이 해결해 준다. 대륙이 생긴 그때도 비가 온다. 초기 지구는 온도가 높았다. 비가 오면 대륙의 화강암이 깎여 나간다. 화강암은 석영/장석/운모로 구성되어 있다. 그것들 중에서 장석이 빗물에 녹는다. 장석은 세 종류가 있다. 칼슘장석, 나트륨장석, 칼륨장석이다. 그중 가장 많은 것이 칼슘장석이다.

달은 곰보 모양의 분화구는 현무암이고, 높은 지대는 전부 칼슘장석이다. 거의 6km의 두꺼운 칼슘지대로 있다. 이것을 월장석이라고 부른다. 밤에 달이  환하게 빛나는 이유다.

지구에도 이 칼슘장석(월장석)이 굉장히 많다. 지구상에 발에 차이는 돌의 거의 반은 '장석'이라고 불러도 된다.

이 장석들이 빗물에 분해되면 칼슘/나트륨/칼륨이 분해되어 이온 상태로 빠져나온다. 이 빗물이 강에서 바다로 흘러들어 간다.

그중에서 칼슘을 따라가 보자.  간단히 모델링하면, 여기서 바닷물을 일단 코카콜라로 생각하자. 코카콜라는 탄산수이다. 탄산수는 H2CO3이다. 여기에서 수소가 두 개 빠져나가면,  CO3 만 남는다. 그때 강물에서 흘러들어 간 칼슘이 CO3에 붙으면, 바로 탄산칼슘CaCO3이 된다. 이 탄산칼슘이 석회암이다. 어마어마한 분량의 석회암이다. 석회암이 되면 가라앉는다.

이 석회암의 원뿌리는 탄산이다. 그 탄산이 바로 산성 물질이었다. 탄산에 칼슘이 결합하여 석회암이 만들어지면, 산성을 가진 탄산이 줄어든다. 결국 산성바다의 농도가 점차 희석되는 것이다. 석회암이 형성됨으로 인해 바다의 산성 농도를 중화시킬 수 있게 된 것이다. 그 결과 바닷물이 점점 알칼리에 가까워지는 것이다.

이때는 세포가 막 생길 찰나이다. 생명체와는 별 관계없는 상황이다.

우리가 지구상에서 보는 석회암은 두 가지이다. 생물체 껍질이 만든 굴껍데기, 조개껍데기, 산호 이런 형태의 석회암은 영월에 있는 석회암지대이다. 고생대 때 만들어진 것이다.

그런데 지금 다루고 있는 석회암은 39억 년 전 이야기이다. 이때의 석회암은 화강암(그중에서 장석)이 녹아서 만들어진 석회암이다. 이것을 '무생물적 석회암'이라고 한다. 이 석회암이 어마어마하게 지구상에 많이 분포한다. 이 무생물적 석회암이 원래 산성이었던 바다를 중화시켰다. 그래서 점점 생명이 살 수 있는 조건으로 만들어 가게 된다.

원래 바다의 산성 H2CO3(탄산)가 탄산칼슘(석회암)으로 바뀌었다면, 황산H2SO4에서 수소 두 개를 빼내면 SO4 가 남는다. 여기에 칼슘Ca을 붙이면,  황산칼슘CaSO4이 된다. 바로 이것을 '석고'라고 한다. 이것도 무거워서 가라앉는다. 이 역시 어마어마하게 많다. 이러한 석고는 대륙의 융기에 의해, 이를테면 파리의 몽마르트 광장 밑에는 거대한 석고광산이 있었다. 그래서 석고 데생하는 화가들이 그곳에 모이게 되었던 원인이었다.

정리하면, 탄산이 석회암과 석고가 되면서, 산성이었던 바다를 중성화시켰다. 즉 탄산(산성)을 칼슘이 끌어안고 있는 셈이다. 끌어 앉은 결과 돌이 되어 굳었다. (문득 '논개'가 생각난다. 칼슘은 논개인 것이다!) 이렇게 탄산을 굳은 암석(석회암)의 형태로 가둘 수 있어서 바다는 산성의 농도가 내려가게 되었다.

여기까지는 생명이 만들어질 조건만 만들어진 것이지, 아직 생명이 만들어진 것은 아니다.

헤이즌의 <제너시스/생명의 기원을 찾아서>에서 다루는 내용인, 산소와 관계없는 무산소 대기인 지구 바다 안에서 최초의 박테리아가 출현했는데, 바로 원핵세포였다. 이 단계가 지구 진화 6단계인 'anoxygen biological world'이다. 광물의 관점에서 원핵세포가 출현한 조건에 관해서 설명하고 있는 것이다.

이 책에서는 고생대, 중생대, 신생대의 5억 년을 딱 두 단어로 정리해 낸다.

1)바이오웨더링/BioWeathering/생물학적 풍화 

 ㅡ 지구 표층이 바이오에 의해 지구 바위가 분해되었다.

2)바이오미네랄제이션/ BioMineralization/생광물화

 - 생명체 속으로 광물이 들어왔다.

이것이 5억 년 동안에 일어난 지구 변화를 함축한 '두 가지'라는 것이다.

6단계 한 줄 요약/ 바다 안에 박테리아가 생길 수 있는 조건인 산성 바다가 석회암에 의해 중화되었기 때문이다.

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* 사진은 모셔온 것입니다.

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로버트 M 헤이즌

장석