지난 글 '모든 원자는 별에서 만들어졌다'에서는 지구는 별이 핵융합을 통해 만들어낸 원소들이 모여서 만들어졌다는 내용을 다루어보았습니다
수명을 다한 별은 폭발로 별이 쌓아둔 원소들이 우주에 흩뿌려졌고, 이 별을 이루던 잔재들이 미세하지만 중력이 있는 곳으로 모이기 시작하면서 또 다른 별이 만들어지기 시작하였습니다
시간이 지나면서 작은 덩어리는 점점 더 커져갔고 마침내 지구라는 새로운 별이 탄생하였습니다
그런데 이 별이 특별한 것은 메마른 우주라는 공간에서 생명을 싹트우기에 적합한 환경으로 만들어져 갔다는 것입니다
이어서 이 글에서는 초신성 별의 잔재가 지구라는 별로 자라기까지의 과정과 지구라는 별이 어떻게 생명을 틔우기에 최적화된 환경을 만들어왔는지를 알아보겠습니다
초기 지구의 상태
지구라는 별이 새롭게 탄생할 때 지구의 상태는 불과 열이 가득한 점액질의 액체 상태의 행성이었습니다
왜냐하면 떠돌아다니는 미행성체인 돌덩이나 얼음에 부딪치는 일이 많았고, 또한 지구의 내부에서는 방사선 물질의 붕괴로 인한 열이 쌓여서 크고 작은 화산폭발이 끊이지 않아 지표의 아래는 용암이 바다처럼 들끓고 있었습니다
우리는 돌과 돌이 부딪쳐서 불꽃을 발생시킬 때도 엄청난 에너지가 든다는 것을 알고 있습니다
그런데 우주에서의 충돌은 상상을 초월한 규모여서 수 십km~수백km의 돌덩이들이 수천 킬로미터의 속도로 충돌했을 때의 에너지는 핵폭탄 수백 개가 한꺼번에 터지는 것과 같다고 합니다
그런데 시간이 지나면서 지구 주변을 떠돌던 돌과 같은 미행성체들은 지구나 다른 행성에 부딪쳐 흡수되기도 하고 다른 행성의 중력에 이끌려 사라져 버리기도 하였습니다
미행성체들이 지구에 흡수되었던 이유는 행성과 행성의 충돌이 일어나면은 거대한 불꽃이 발생하면서 지각을 녹이는데 서로 녹아진 지각들이 합쳐졌기 때문입니다
이렇게 지구의 주변이 정리가 되면서 또한 내부의 방사성 물질들도 많이 붕괴되어서 폭발적인 열을 내던 원소들의 양도 줄어들기 시작하였습니다
이러한 이유로 지구는 식기 시작하였고, 지구의 표면은 굳어져 땅과 암석이 되었습니다
그러나 지구의 내부는 여전히 방사선 원소들의 붕괴로 인한 열이 남아있었고, 이 열은 지금까지도 계속 발생되어 지구가 마그마와 화산활동을 하며 생명이 살아갈 수 있는 환경을 유지할 수 있는 에너지의 공장 역할을 하고 있습니다
이렇게 뜨거운 혼돈 속에서 우리가 오늘 밟고 있는 땅의 기초가 만들어졌으며, 우리가 알고 있는 지구 내핵, 외핵, 맨틀, 그리고 지각이라는 구조의 지구가 만들어졌습니다
지구가 이러한 구조를 갖게 된 이유는 지구가 점액질의 상태일 때, 중력에 의해서 가장 무거운 철은 중심핵으로 내려가고, 그보다 가벼운 규소와 마그네슘이 맨틀을 이루었으며, 가장 가벼운 산소, 알루미늄, 그리고 기체 성분들이 지표면과 대기를 이루었기 때문입니다
물의 탄생
이렇게 형태를 갖게 된 지구에서 생명이 움틀 수 있는 조건 하나가 만들어졌는데 바로 물입니다
초창기의 지구는 매우 뜨겁고 열기가 가득해서 물의 근원이 되는 수소와 산소는 안정되지 못하고 결합할 수 없는 상태였습니다 그러나 지구가 조금씩 식으면서 온도가 낮아지고 수소와 산소가 안정되어 물이라는 물질이 탄생하게 되었습니다
그러나 수소와 산소가 그냥 섞여있다고 해서 물이 되는 것이 아니라 화학반응을 일으킬 수 있는 열이나 불꽃, 전기 방전(번개)과 같은 아주 큰 에너지들이 필요했는데, 당시 지구는 온도는가 조금 식기는 하였으나 화산, 번개, 운석 충돌 같은 높은 에너지를 일으키는 일들이 많았기 때문에 수소와 산소가 결합될 수 있었습니다
이렇게 수소와 산소가 결합한 형태의 물 분자(H2O)는 기체상태(수증기)로 있다가 지구의 온도가 식으면서 물이 되었고 생명이 자랄 수 있는 환경이 조성되었습니다
그러나 지구의 물은 외부뿐 아니라 지구의 내부에서도 만들어졌습니다
지구는 처음 먼지, 암석, 얼음등이 모여서 만들어졌는데 여기서 얼음은 당시 우주를 떠다니던 물, 이산화탄소, 암모니아, 메탄과 같은 휘발성 물질이 얼음 형태로 뭉쳐진 것입니다
그래서 지구의 내부 깊은 곳에는 항상 수소와 산소, 즉 물의 구성 원소들이 잠재되어 있었고, 화산이 폭발할 때는 수증기도 같이 분출되어 나왔습니다
그리고 마치 끓는 물이 식으면 김이 올라가듯이 식어가는 지구의 땅 속에서 수증기가 많아 빠져나왔습니다
이 수증기들이 대기 중에 머물러있다가 지구가 식으면서 엄청난 양의 비로 쏟아져 바다가 만들어졌습니다
초기 지구의 대기는 주로 수소, 메탄 암모니아, 이산화탄소, 수증기와 같은 기체들만이 가득하였고, 산소는 거의 없는 상태였습니다
그러나 지구에 바다가 만들어지면서 최초로 생명체가 등장하였는데 바로 청록색을 가진 세균, 남조류입니다
남조류는 엽록소를 가지고 있어서 광합성을 하는데 엽록소는 매우 섬세하고 복잡한 구조를 가진 기관입니다
엽록소는 탄소, 수소, 산소, 질소, 마그네슘으로 이루어져 있는데 그중 마그네슘이 중심에 자리 잡고 있으며 핵심적인 역할을 합니다
마그네슘에는 포르피린이라는 고리가 있는데 이것이 안테나의 역할을 하여 여기서 햇빛을 흡수합니다
그러면 입사된 광자의 영향으로 엽록소의 전자는 들뜬 상태가 되고, 이어 전자는 단백질로 구성된 복합체(photosystem)로 이동합니다
그리고 이 단백질 복합체들은 펌프처럼 작동해 압력을 모아 ATP라는 화학에너지를 만들어냅니다
산소는 이 과정 중 전자를 잃은 엽록소가 다시 전자를 채우기 위하여 산소복합체에서 물을 분해해고 전자는 추출해서 엽록소로 보내고, 남은 산소는 밖으로 배출하는 과정에서 만들어집니다
그런데 여기서 진화론자들과 지적설계를 주장하는 사람들의 견해에 차이가 생깁니다
진화론자들은 산소, 수소, 탄소등의 원소들이 바닷속의 화산활동 등으로 반응하여 서로 결합하여 단세포 생물이 되었고 이 중 일부 단세포 생물들이 빛을 흡수하고 에너지로 이용하는 색소분자를 가지게 되었는데 이 색소분자들이 점차 진화해 나가면서 빛을 더 잘 흡수하고 전자로 바꾸기도 하는 복잡한 엽록소로 진화했다고 주장합니다
색소분자란 빛을 흡수하고 남은 에너지를 색을 가진 빛으로 반사하는 기관을 말합니다
그러니까 단세포들이 스스로 조립되어 복잡한 기관을 가졌을 거라는 주장입니다
반면, 창조론자들은 엽록소의 구조가 매우 복잡하고 정교하다고 말합니다
광합성은 빛(광자)을 받아 에너지를 만들어내는 과정인데, 이 과정은 엽록소라는 기관하나만으로 이루어지는 것이 아니라 단백질로 이루어진 광시스템(photosystem)들, 즉 산소를 발생시키는 기관, 그리고 에너지를 만들어내는 기관 등이 결합되어 있어야 가능하기 때문에 이러한 복잡하고 정교한 구조가 단순한 원소들이 우연히 결합하면서 만들어질 가능성은 거의 0에 가깝다고 주장합니다
따라서 남조류는 처음부터 완전한 상태로 지구에 출현하였으며 지구 대기에 산소를 공급하고 오존층을 만들기 위해서 지적 설계자에 의해 설계된 생명이라고 주장합니다
시각의 차이는 있지만 분명한 것은 남조류는 빛(광자)을 감지하고 받아들여 엽록소에서 전자를 추출하고 이 전자의 이동을 통하여 에너지로 변환해서 자신의 양분으로 삼는 과정 중에 공기를 만들어낸 지구 최초의 생명체인 것만은 확실하다는 것입니다
이것은 화석을 통해서도 증명되었는데, 지구 곳곳의 화석에는 남조규가 만든 산소가 바다의 철과 반응해 생긴 붉은 흔적들이 많이 남아있습니다
그들은 오랜 시간 동안 바닷속에서 이산화탄소를 흡수하고 산소를 내뿜어 지구의 하늘을 푸르게 만들었고, 오존층을 형성하였으며 동물과 인간이 숨 쉴 수 있는 환경을 조성했습니다
남조류는 지금도 지구 산소의 30% 이상을 생산하고 있으며 지구에 생명의 공기를 공급하였고 생태계의 첫 순환을 시작하였습니다
지구 자기장
지구에 물이 만들어지고 바다가 생기면서 남조류라는 생명이 등장하여 지구 전체를 산소라는 공기로 쾌적한 상태로 만들어놓았습니다
그러나 이렇게 생명이 움틀 수 있는 환경이 만들어지기는 했지만 보호막이 필요했습니다
왜냐하면 태양에서는 항상 너무 높은 온도 때문에 입자들이 묶여있지 않고 분리되어 계속 방출되고 있기 때문에 이로 인한 태양풍은 아주 가벼운 원자인 수소를 날려버릴 것이고, 다른 원소와 결합하지 않은 상태의 산소 또 한 날아가버릴 것이기 때문입니다
그런데 지구의 가장 중심에 있는 철이 이 역할을 담당해 주었습니다
지구의 내핵, 고체화된 철을 감싸고 있는 액체로 된 철, 외핵은 항상 소용돌이치며 빠르게 움직이고 있습니다
이 액체화된 철이 움직이면 거대한 전류가 흐르고 이어 지구 전체를 감싸는 거대한 자기장이 형성됩니다
이 지구 자기장은 지구 바로 위뿐 아니라 수십만~수백만 km까지 영향을 미치기 때문에 우주에서 오는 방사선이나 유해한 입자들을 막아주는 보이지 않는 방패막이되었습니다
자기장은 지구환경을 보호해 줄 뿐 아니라, 아름다운 광경을 만들어내기도 합니다
지구의 자기장은 북극과 남극에 집중되어 있는데, 태양풍 입자들이 지구의 자기 장선을 따라 극지방 대기권으로 들어오면, 이때 대기층의 위에 위치한 원자와 충돌하여 원자에 붙어있는 전자가 들뜨게 됩니다
그리고 다시 전자가 원래의 상태로 돌아갈 때 빛을 방출하는데, 이 빛이 우리가 알고 있는 오로라입니다
태양풍의 입자가 산소와 충돌하면 녹색이나 빨간색의 빛이 되고, 질소와 충돌하면 보라색이나 파란색의 빛이 됩니다
마무리
지구는 우주 공간이라는 메마른 공간에 태어나서 현재는 태양계의 위성들 가운데 가장 생명력이 왕성한 별이 되었습니다 물론 다른 행성들에는 그에 맞는 생명체들이 살고 있을지도 모르겠지만 우리들의 시각으로 지구는 아름다운 초록의 생명을 아주 가득 품고 있는 가장 아름다운 별입니다
왜냐하면 이 땅에서 우리는 사랑하는 사람들과 함께 살아가고 있고, 또 지구가 만들어준 아름다운 세상을 누리고 있기 때문입니다
그래서 자연을 닮아 발전하는 과학기술들 역시, 우리에게 모든 것이 되어준 지구의 미래를 생각하며 발전해나갔으면 합니다