지구계의 구성과 생명체

지구계의 구성과 생명체

우주선을 타고 대기권 밖으로 나가는 우주인들은 놀라운 경험을 하게 된다. 바로 자신이 사는 행성인 지구를 보는 것이다. 최초의 우주인인 가가린은 우주선 창밖으로 보이는 치구를 보고 " 지구는 푸른색이다." 라는 말을 했다고 한다. 지구는 많은 생명체들을 품고 있는 참으로 푸른 행성이다.

만약 우리가 우주로 여행하면서 지구를 보게 된다면, 우리는 지구의 어떤 부분을 가장 보고 싶어할까? 그리고 우리는 지구에 대해 어떤 말을 하게 될까?

 

우리가 매일 생활하는 학교에는 학교 건물이 있고, 교술에서는 선생님과 학생이 가르치고 배우면서 함께 지낸다. 또, 학생들이 뛰어다니며 심신을 단련하는 운동장이 있고, 화단에는 나무와 꽃들이 흙과 더불어 살아간다. 이런 다양한 요소들이 학교를 구성하고 상호 작용을 한다.

우리가 사는 직도 다양한 권역들로 구성되어 있다. 지구를 구성하는 여러 권역은 어떻게 서로에게 영향을 주고 받는지 알아보자.

 

지구계를 크게 나누면 지권, 수권, 기권, 외권, 생물권으로 구성되어 있다. 지권은 고체 지구를 이루는 딱딱한 부분인 지각과 지구 내부를 말한다. 지각은 다시 대륙 지각과 해양 지각으로 구분된다. 수권은 해수, 빙하, 지하수, 강과 호수 등을 포함하여 일컬으며, 해수는 깊이에 따른 수온 분포에 의해 혼합층, 수온 약층, 심해층으로 구분한다. 기권은 지권과 수권을 둘러싸고 있는 대기층으로, 높이에 따른 온도 분포에 따라 아래로부터 대류권, 성층권, 중간권, 열권으로 구분한다. 외권은 지구 대기권 바깥 영역을 말한다. 이러한 지권, 수권, 기권, 외권은 생물체가 살 수 있는 환경을 만들어 주고 있는데, 인간을 포함하여 지구에 살고 있는 모든 생물을 생물권이라고 한다.

이런 지구계는 원시 지구에서 어떤 과정을 통해 형성되었는지 알아보자.

 

지구계의 형성과 생명체의 탄생

46억 년 전 지구가 탄생한 이래 지구계는 오랜 시간 동안 천천히 변하거나 때로는 급격히 변화하며 지금의 모습을 이루게 되었다. 숱한 미행성체들이 충돌하면서 만들어진 원시 지구는 초기에는 뜨거운 마그마의 바다를 형성하였따. 마그마는 철칠 마그마와 규산 염질 마그마로 분리되었다. 시간이 지나면서 철과 니켈 등의 무거운 마그마는 지구 중심으로 가라앉아 핵을 이루고, 가벼운 규산염질 마그마는 표면으로 떠올라 맨틀을 형상하였다. 미행성체들의 충돌이 줄어들면서 지구의 온도는 점점 내려갔다. 마그마가 식으면서 원시 지각이 형성되었다. 화산 활동으로 대기 중에 공급된 수증기가 응결하여 많은 양의 비가 내렸고, 낮은 곳에 고인 물이 모여 원시 바다를 이루었다.

바다가 형성되자 대기 중의 이산화탄소가 바닷물에 녹아들어 탄산염의 형태로 지권에 고정되었다. 원시 지구는 이러한 과정을 거쳐 지권, 기권, 수권 등을 형성하게 되었다.

바다에서 탄생했을 것으로 보이는 지구의 생명체가 지상으로 올라오는 데는 아주 긴 시간이 걸렸을 것이다. 약 25억 년 전에는 광합성을 하는 바다 속 원시 생명체가 나타나면서 바다에 산소를 공급했을 것으로 추정된다. 약 10억 년 전에는 산소가 대기 중에 축적되기 시작하면서 생명체의 진화에는 가속이 붙기 시작한다.

 

▶ 지구계의 하위 권역에서 일어나는 현상들과 생명체의 생명 유지

지구계 하위 권역들은 시간이 지나면서 점차 안정화되면서 상호 작용을 하게 된다. 특히, 원시 지구의 진화 과정에서 지구의 대기와 자기장, 오존층의 형성은 생명체가 생명 활동을 유지할 수 있는 터전을 마련해 주었다.

지구의 자기장은 철과 니켈로 구성된 외핵의 운동에 의해 발생한다고 생각된다. 이 자기장은 우주에서 지구로 쏟아지는 유해한 우주선(방사선)이나 태양에서 방출되는 태양풍의 고에너지 입자를 막아 줌으로써 생명체를 보호해 주었다. 태양 활동의 극대기에 코로나 물질 방출이나 플레어와 같은 폭발 현상이 나타나면 수십~수백억 톤의 물질이 초속 400km 이상의 속도로 분출되고, 며칠 후 수많은 고에너지 입자들이 지구에 도착한다. 이 때 지상에서는 오로라가 나타나거나, 엄청난 자기 폭풍이 일어나 전파 통신 장애가 발생하기도 한다.

만약 이들이 없다면 생물의 몸이나 DNA는 상처를 입게 되고, 지구의 기온이 요동쳐 생명체가 살기 힘든 환경에 직면하게 되었을 것이다.

지구에 사는 생물들은 오존층에 의해서도 지켜진다.

초기 지구의 대기 중으로 공급된 산소는 태양 에너지를 받으면서 광해리와 결합 과정을 통해 오존으로 성층권에 축적되었다. 성층권의 오존이 태양으로부터 오는 자외선과 같은 유해한 우주선을 걸러내면서 생명체는 육상으로 진출하는 계기를 갖게 되었다.

현재 지구에서 살고 있는 육상 생물의 대부분은 6억 년 전 오존층이 형성된 다음에야 탄생한 것이다. 즉, 오존층은 지구의 생명체를 지키는 보호막 구실을 한 것이다.