지구과학 고3 지구 탄생과 생동하는 지구 심화

지구의 탄생과 진화

원시 지구 형성, 마그마 바다, 분리화 과정과 대기·바다·생명체 출현의 지구 진화사를 탐구한다.

미행성들이 충돌하며 원시 지구가 자라고, 충돌열로 생긴 마그마 바다에서 무거운 철이 가라앉아 핵과 맨틀로 나뉜 뒤, 지각과 바다와 대기가 만들어지고 생명이 등장한 지구의 진화 과정입니다.

지구는 처음부터 지금의 층 구조로 태어나지 않았습니다. 흙탕물을 가만히 두면 무거운 모래가 가라앉고 가벼운 것이 위에 남듯, 한 번 통째로 녹은 뒤에 무게순으로 정리된 결과가 오늘의 지구입니다.

쉽게 말하면

지구 내부 구조를 배울 때 '왜 하필 이렇게 층이 나뉘어 있는가'라는 물음이 남습니다. 그 답이 지구의 탄생 과정에 있습니다.

원시 지구는 작은 미행성들이 충돌하며 뭉쳐 자랐습니다. 충돌은 운동 에너지를 열로 바꿉니다. 지구가 커질수록 중력이 세져 충돌이 격렬해지고, 열이 쌓여 결국 표면이 통째로 녹아 마그마 바다가 되었습니다. 이 시기가 결정적입니다. 다 녹아 흐를 수 있게 되자 무거운 철과 니켈은 중심으로 가라앉고 가벼운 규산염 물질은 위로 떠올랐습니다. 이렇게 핵과 맨틀이 갈라졌습니다 — 층 구조는 태생이 아니라 정리의 결과입니다.

표면이 식자 원시 지각이 생겼고, 대기 중에 있던 엄청난 양의 수증기가 응결해 비로 쏟아져 원시 바다가 만들어졌습니다. 바다가 생기자 대기 중 이산화 탄소가 바닷물에 녹아들어 갔고, 그 결과 대기의 조성이 크게 바뀌었습니다.

마지막 전환은 생명이 일으켰습니다. 바다에서 광합성을 하는 원핵세포와 진핵세포 중 원핵생물이 등장해 산소를 내놓기 시작했습니다. 처음에는 바닷물에 녹아 있던 철과 반응해 소모되었지만, 결국 산소가 대기까지 쌓였습니다. 산소는 오존층을 만들어 자외선을 막았고, 그 뒤에야 생물이 육지로 올라올 수 있었습니다. 광합성을 담당한 엽록체의 기원 자체가 이 시기의 원핵생물과 이어져 있습니다. 지금 우리가 숨 쉬는 산소는 지구가 원래 갖고 있던 것이 아니라 생명이 만들어 낸 것입니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

층 구조가 생긴 순간

마그마 바다 시기에 지구가 통째로 녹아 있었기 때문에 무게에 따라 물질이 나뉠 수 있었습니다. 이 시기가 없었다면 철이 중심으로 모이지 못했을 것이고, 액체 외핵도 지구 자기장도 없었을 것입니다.
예시 2

바다가 대기를 바꾸었다

원시 대기에는 이산화 탄소가 아주 많았지만, 바다가 만들어지자 이산화 탄소가 물에 녹아들며 크게 줄었습니다. 바닷속에서 탄산염으로 가라앉아 암석이 되면서 대기에서 빠져나간 것입니다.
예시 3

산소는 생명이 만든 대기 성분이다

지구의 대기에 산소가 풍부한 것은 처음부터가 아니라 광합성 생물이 오랫동안 내놓은 결과입니다. 산소가 만든 오존층이 자외선을 막아 준 뒤에야 육상 생물이 나타날 수 있었습니다.

순서대로 하면

원시 지구가 지금의 지구가 되기까지

1미행성들이 충돌하며 뭉쳐 원시 지구가 자랍니다. 충돌 에너지가 열로 바뀌어 쌓입니다.
2열이 쌓여 표면이 녹아 마그마 바다가 됩니다.
3무거운 철·니켈이 중심으로 가라앉아 핵이 되고, 가벼운 규산염이 위에 남아 맨틀이 됩니다.
4표면이 식으며 원시 지각이 만들어집니다.
5대기의 수증기가 응결해 비로 내려 원시 바다가 만들어지고, 대기의 이산화 탄소가 바다에 녹아 줄어듭니다.
6바다에서 광합성 생물이 등장해 산소를 내놓고, 산소가 쌓여 오존층이 형성되면서 생물이 육지로 진출합니다.

자주 하는 오해

지구가 처음부터 지금의 층 구조로 만들어졌다고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움지구는 만들어질 때부터 핵·맨틀·지각으로 나뉘어 있었다

실제로는처음에는 뒤섞인 덩어리였습니다. 마그마 바다 시기에 통째로 녹은 뒤에야 무거운 철이 가라앉아 핵과 맨틀로 갈라졌습니다.

고체 상태로는 물질이 무게순으로 정리될 수 없습니다. 액체가 되어야 무거운 것이 가라앉을 수 있습니다. 그래서 '녹은 시기가 있었다'는 것이 층 구조 형성의 필요조건이고, 지구가 충돌열로 뜨거워졌다는 사실이 그 조건을 채워 줍니다.

원시 대기가 지금과 비슷했다고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움지구에는 원래 산소가 있었고 생명은 그 산소를 마시며 등장했다

실제로는원시 대기에는 산소가 거의 없었습니다. 산소는 광합성을 하는 생물이 등장한 뒤에 만들어져 서서히 쌓인 것입니다.

순서가 정반대입니다. 산소를 쓰는 생물이 먼저 있었던 것이 아니라, 산소를 내놓는 생물이 먼저 있었습니다. 오래된 지층에서 산소가 쌓이기 시작한 시기의 흔적이 발견된다는 점이 이를 뒷받침합니다. 이 순서를 바꾸면 오존층 형성과 육상 진출의 시기도 설명할 수 없게 됩니다.