지구에 대해서 알아볼게요 1부

1부 지구의 역사

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지구(Earth)는 태양으로부터 세 번째 행성이며, 조금 두꺼운 대기층으로 둘러싸여 있고, 지금까지 발견된 지구형 행성 가운데 가장 크다. 지구는 45억 6700만 년 전 형성되었으며, 용암 활동이 활발했던 지구와 행성 테이아의 격렬한 충돌로 생성되었을 달을 위성으로 둔다. 지구의 중력은 우주의 다른 물체, 특히 태양과 지구의 유일한 자연 위성인 달과 상호작용한다. 지구와 달 사이의 중력 작용으로 조석 현상이 발생한다.

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지구의 역사

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1.지구의 형성 과정

지구는 약 45억년 전에 형성되었으며, 태양계가 형성되던 시점과 때를 같이한다. 원시 태양계 원반의 태양 가까운 부분에서는 갓 방출되기 시작한 태양의 복사에너지에 의해 휘발성 성분이 제거되면서 규소를 주성분으로 하는 암석 종류와 철, 니켈 등의 금속성분이 남게 된다. 이들은 원시 태양 주위를 공전하면서 합쳐서 그 크기를 불리게 되는데, 어느 정도 몸집과 중력을 가진 것들을 미행성이라고 부른다. 미행성들은 보다 작은 소행성이나 성간 물질을 유인하여 성장하였다. 미행성의 크기가 커지면 성장 속도는 가속된다. 크기가 작은 소행성들이 충돌하게 되면 충돌의 충격으로 조각들이 흩어지게 되나, 크기가 큰 것들이 충돌하게 되면 중력이 강하기 때문에 탈출하는 조각들을 회수할 수 있기 때문이다. 이때 생긴 미행성들 중에서 현재까지 남아 있는 것은 5개이다.

원시 지구는 바깥 부분이 거의 완전히 녹은 상태를 경험하게 되면서 성장한다. 원시 지구의 열원은 크게 3가지로 설명할 수 있다.

 

첫 번째는 중력 에너지이다. 원시지구가 충돌로 인한 가열 때문에 조금씩 녹기 시작하자 그때까지 뒤섞여 있던 철과 규소가 중력에 의해서 서로 분리되기 시작한 것이다. 무거운 철이 중력에너지가 낮은 지구 중심으로 쏠려 내려가면서 굉장한 중력에너지를 열에너지의 형태로 방출한다. 

 

두 번째는 원시 태양계에 충만하던 방사성 동위원소의 붕괴열이다. 지구의 바깥 부분이 완전히 녹은 상태를 마그마 바다라고 한다. 마그마 바다의 깊이는 수백 km에 달했다고 여겨진다. 중력 분화가 끝나고, 낙하할 소행성들도 거의 정리가 되자 지구는 식기 시작한다. 마그마 바다가 식기 시작하면서 최초의 지각이 형성된다. 

 

세 번째 열원은 소행성의 충돌이다. 소행성의 충돌은 운동에너지를 열에너지로 바꾸어 원시 지구를 뜨겁게 가열했다.

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2.대기와 바다의 형성

지구 대기의 역사는 암석과 마그마로부터 방출된 기체들이 지구 주위에 중력으로 묶이면서 시작된다. 이렇게 형성된 대기를 원시 대기라고 한다. 원시 대기를 이루는 물질은 지구를 형성한 소행성과 혜성 따위에 포함되어있던 휘발성 물질로부터 비롯되었다. 지구가 식어가면서 마그마 바다가 식어 고체의 바닥이 다시 형성되고, 혜성에 들어있던 미량의 물은 많은 양의 혜성이 떨어지면서 축적되기 시작했고, 마그마가 식어 고체의 바닥이 형성된 후에 원시 대기의 수증기 성분이 응결하여 비가 내리기 시작하였다. 이 비는 원시 바다를 형성하였다. 이때 땅과 대기에 있던 염분들이 비에 의해 바다로 녹아들어 가면서 바다가 짜게 되었고 소금을 얻을 수 있게 되었다.

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3.생명의 탄생과 진화

원시 바다의 해저에서는 지금의 열수분출공과 같은 곳이 다수 존재하였다. 최초의 생명은 36억 년 정도 전'에, 열수에서의 고에너지 하에서의 화학반응을 이용하는 특수한 유기물들이 생겨나 진화하면서 탄생한 것으로 추정된다.

광합성을 할 수 있는 생명체들이 생겨나면서부터 이들은 태양 에너지를 곧바로 자신들의 에너지원으로 활용할 수 있게 되었다. 광합성의 결과로 생긴 산소는 먼저 바다에 녹아들어 가면서 엄청난 양의 산화철을 만들었고, 바다에 퇴적시켰다. 바다가 산소로 포화 되는 데에는 10억 년에서 20억 년이 걸렸던 것으로 추정하고 있다. 그 뒤 계속되는 광합성은 산소를 대기 중으로 방출시켰으며 성층권에 오존층을 형성하게 된다. 초기의 생물들은 단세포 생물로 지금의 원핵생물과 비슷했다고 여겨진다. 이들이 서로 합쳐지는 과정을 통해 한층 더 복잡한 형태인 진핵생물로 진화했다. 진핵생물이 서로 군집하게 되면서 다세포 생물로 진화했다.

7억 5천만 년 전부터 5억 8천만 년 전 시기에 전 지구가 얼음에 덮이는 혹독한 빙하기가 찾아왔었다는 가설이 60년대부터 제기되었다. 이 가설을 눈덩이 지구라고 하는데, 빙하기가 끝나면서 캄브리아기의 대폭발이 찾아왔다는 점에서 특별한 관심을 끌고 있다. 캄브리아기 폭발은 캄브리아기에 들어서면서 다세포 생물이 갑자기 번성하면서 종의 다양성이 폭발적으로 늘어난 현상을 일컫는다.

5억 3천5백만 년 전의 캄브리아기의 대폭발 이후로 다세포 진핵생물은 육상을 점령하고, 하늘에 진출했으며, 바다에서는 생태계의 꼭짓점에 군림하는 등 엄청난 성공을 거두었다. 한편 캄브리아기 이후 생물종의 대부분을 멸종시킨 대량멸종 사건이 다섯 차례 있었다는 것이 확인되었다. 대량멸종 사건은 기존에 번성하던 생물종들을 대부분 지구상에서 사라지게 하지만, 거기에서 살아남은 종들은 다시 번성하여 기존의 생태적 지위를 차지하게 된다는 점에서 생물의 진화에 결정적인 영향을 미치는 사건이다. 고생대 말의 공룡 등의 대량멸종은 판게아의 분열과 관련된 대규모 화산활동에 의했다고 생각되며 중생대 말의 대량멸종은 전 세계에 있는 핵폭탄을 모두 한꺼번에 폭발시켰을 때보다 1만 배나 강한 위력의 운석 충돌로 야기되었다. 중생대 말의 공룡의 대량멸종 이후, 지금으로부터 약 6400 만 년 전에 포유류가 등장하여 번성하게 되었다. 그리고, 지금으로부터 200만 년 전에 현재의 남아프리카 공화국 근처에서 포유류 가운데 원시인이 처음 생기고, 원시인이 진화하여 현대의 인간이 되었다.

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4.지각의 이동

대륙지각이 충분히 형성되고 나서부터는 수억 년을 주기로 하여 지구 표면의 대륙들이 모이고 다시 합쳐지기를 되풀이해왔다. 언제부터 이 주기가 시작되었는지는 아직 명확하게 결정되지 않았다. 때때로 대륙들이 모두 뭉쳐 형성한 하나의 큰 대륙을 초대륙이라고 한다. 초대륙의 개수와 그 존재에 대해서는 의견이 분분한 것이 많다. 초대륙 네나나 케놀랜드 등이 그 예이다. 지금까지 존재 시기가 결정된 초대륙에는 30억년 전의 우르 (초대륙이 아니라 가장 큰 대륙이라 하는 학자도 있음) 18억년 전 컬럼비아, 10억년~7억 5천만 년 전의 로디니아, 6억 년에서 5억 4천만 년 전의 판노시아, 그리고 2억 년 전의 판게아 등이 있다. 일부 학자들은 로라시아와 곤드와나대륙, 아메리카대륙, 현재의 아프로-유라시아 대륙도 초대륙이라 보는 학자들도 있다.

지각의 이동을 설명하는 방법은 여러 가지로 변해왔다. 가장 먼저 나온 이론은 지구수축설이다. 지구의 속이 냉각하며 부피가 준다는 이론으로 르네 데카르트가 제안했다. 하지만 산맥,골짜기의 폭이라던지 특수한 지대만 있는 습곡 산맥 등을 설명하지 못하였다. 1940년대에는 이에 조금 더 발전된 저온 기원설이 발표된 후, 지구수축설을 누르고 잠깐 지각의 이동을 설명하는 방법이 되었었다. 1912년, 독일의 알프레드 베게너(Alfred Wegener)가 대륙이동설을 발표했다. 그러나 이것의 원동력을 설명하지 못해서 지지받지 못하였다. 다음으로 나온 것은 1929년 홈스에 의한 맨틀대류설이다. 이는 맨틀의 대류에 의한 판의 이동을 설명함으로 습곡산맥, 해저산맥, 해구 등을 설명할 수 있었다. 다음은 1960년대 미국의 디에츠와 헤스 (Harry Hess)의 해저확장설이다. 해저확장설은 해저의 해저산맥에서 끊임없이 대륙이 생겨나간다고 주장하는 학설이었다. 가장 최근에 나온 설은 플룸 구조론 (plume tectonics)이다. 지진파를 통해 알아낸 지구 내부의 열 온도가 일정하지 않다는 것으로 나온 가설이 플룸 구조론이다. 차가운 플룸과 뜨거운 플룸이 유동하면서 지구 내부를 유동한다는 가설이다. 이 외에도,  이 순간에도 새로운 가설들이 나오고 있지만, 아직은 확실한 것이 무엇인지 모른다.