지구의 탄생 비밀을 과학으로 풀다
우주의 광활한 공간 속에서 지구는 창백한 푸른 점에 불과하지만, 인류와 생명체가 살아가는 고향이다. 1972년 아폴로 17호가 촬영한 ‘푸른 구슬’ 사진은 지구의 아름다움을 보여준다. 천문학 전공자인 도 박사는 지구의 기원을 과학적으로 탐구하며, 이 행성이 어떻게 생겨났는지 흥미로운 이야기를 들려준다.
태양계와 지구의 시작
지구의 이야기는 태양계의 형성에서 출발한다. 약 46억 년 전, 우주 공간에 떠다니던 가스와 먼지 구름이 초신성 폭발의 충격으로 뭉치기 시작했다. 초신성은 질량이 큰 별이 수명을 다해 폭발하며 강렬한 에너지를 내뿜는 현상이다. 이 과정에서 중심에는 원시 태양이 형성되고, 주변의 물질은 납작한 원반 모양으로 빙글빙글 돌며 고리를 이루었다. 이 고리 안에서 가스와 먼지가 충돌하며 미행성체가 만들어졌고, 이들은 서로 부딪히며 점차 커졌다. 그렇게 지구를 포함한 행성들이 탄생했다.
태양계에는 수성, 금성, 지구, 화성 등 4개의 지구형 행성과 목성, 토성, 천왕성, 해왕성 등 4개의 목성형 행성이 존재한다. 지구형 행성은 태양에 가까워 암석과 금속으로 구성되고, 목성형 행성은 멀리 떨어져 가벼운 기체로 이루어져 크기가 크다. 흥미롭게도 명왕성은 2006년 행성에서 제외되었지만, 2015년 뉴호라이즌스호가 근접 촬영한 사진은 그 독특한 매력을 보여주었다.
원시 지구의 진화
초기 지구는 불지옥이었다. 미행성체의 충돌로 표면은 마그마 바다로 뒤덮였고, 무거운 철과 니켈은 중심으로 가라앉아 핵을 형성했다. 가벼운 소와 산소는 위로 떠올라 맨틀을 이루었다. 시간이 지나 충돌이 줄어들며 표면 온도가 낮아졌고, 마그마가 식어 원시 지각이 형성되었다. 대기 중 수증기가 비로 변해 최초의 바다를 만들었고, 이 바다에서 생명체가 출현했다는 가설이 유력하다. 지구의 물은 내부에서 나오거나 외계에서 유입되었을 가능성이 크다.
지구 나이의 추정
지구의 나이 46억 년은 어떻게 알아낸 걸까? 미국 화학자 클레어 패터슨은 방사성 동위원소 분석으로 이를 밝혔다. 우라늄 같은 무거운 원소는 일정한 비율로 납으로 붕괴한다. 이 비율을 측정하면 암석의 절대 나이를 계산할 수 있다. 지구의 오래된 암석은 약 40억 년 전의 것이지만, 지각 활동으로 오래된 흔적이 사라진다. 그래서 운석이나 달의 암석을 분석해 태양계와 지구의 나이를 추정한다.
지구 내부의 비밀
지구 내부는 직접 볼 수 없지만, 지진파를 통해 구조를 알아냈다. 지진파는 표면파와 실체파로 나뉘며, 실체파는 다시 P파(프라이머리 웨이브)와 S파(세컨더리 웨이브)로 구분된다. P파는 빠르게 이동하며 액체를 통과하지만, S파는 액체를 통과하지 못한다. 크로아티아의 안드리아 모호로비치치는 지진파 속도 변화를 통해 지각과 맨틀의 경계(모호면)를 발견했다. 독일의 베노 구텐베르크는 맨틀과 핵의 경계(구텐베르크 불연속면)를, 덴마크의 인게 레만은 외핵과 내핵의 경계를 밝혔다. 외핵은 액체 상태의 철과 니켈로, 지구의 자기장을 만든다. 내핵은 고체로 추정되지만, 높은 압력과 밀도로 플라즈마 상태일 가능성도 제기된다.
자기장의 역할
지구의 자기장은 태양풍 같은 우주 방사선을 막아 생명을 보호한다. 자기장은 외핵의 금속이 지구 자전과 함께 회전하며 생성된다. 오로라는 태양풍의 하전 입자가 자기장과 만나 대기에서 빛을 내는 현상이다. 2024년 강원도 화천에서 오로라가 관측된 사례는 이를 증명한다. 자기장은 철새나 비둘기가 방향을 찾는 데도 도움을 준다.
과학의 힘
도 박사는 지구의 기원을 밝히는 과정에서 과학자들의 노력을 강조한다. 방사성 동위원소 분석과 지진파 연구는 과거와 내부를 추측하는 도구다. 지구는 1%의 지각, 84%의 맨틀, 액체 외핵, 고체 내핵으로 구성된다. 맨틀의 움직임은 지진과 화산 활동을 일으키고, 자기장은 생명을 지킨다. 과학은 끊임없이 새로운 발견을 통해 지구를 이해한다.
지구는 우연히 만들어진 기적 같은 행성이다.