달과 지구의 진화

달의 진화

달의 가장 오래된 암석의 연대는 약 43억 년으로 추정되며, 따라서 달은 첫 2억 년 동안 녹아 있던 상태였다. 이때 밀도가 더 큰 물질은 가라앉았지만 사장석 같은 가벼운 물질은 떠올랐다. 일단 표면이 딱딱해지자 대폭격으로 인해 점차 운석구로 뒤덮이기 시작했다. 이러한 충돌들 일부는 지각을 상당한 깊이까지 깨뜨려 비의 바다와 동양의 바다 같은 거대한 분지를 형성했다. 여전히 녹아 있는 내부의 마그마가 약해진 표면을 뚫고 나와 달의 바다를 형성한 것이다. 이러한 범람은 39억~30억 년 전까지 일련의 단계를 거쳐 일어났다. 그러나 30억 년 전, 달의 내부는 용암이 더 이상 표면에 도달하지 못할 정도로 냉각됐다. 대기도 없고 물도 없고 범람도 끝났으므로, 달의 표면은 지난 30억 년 동안 거의 변하지 않았다. 그 이후 일어난 사건이라고는 충돌뿐이지만, 대폭격 시기보다 그 빈도도 훨씬 더 낮았다. 이렇게 꾸준히 떨어지는 운석들은 표면의 암석을 미세한 가루, 즉 오늘날 달을 덮고 있는 돌가루 모양의 물질로 잘게 부수었다. 그리고 그 동안 달의 내부는 더욱 단단하게 굳었다. 달 역시 수성처럼 지질학적으로 죽은 세계이다.

 

 

지구의 진화

지구도 달과 똑같이 녹은 암석 덩어리로 시작했다. 지구가 냉각하는 동안 암석에 갇혀 있던 가스들이 지표 위로 흘러나왔다. 지구는 달보다 여섯 배나 큰 중력을 갖고 있으므로 풀려난 가스들은 금성에서처럼 지구 표면에 달라붙어서 원시 대기를 형성했다.

 

초기 지구에 의해 배출된 가스는 이산화탄소, 메탄, 암모니아 그리고 물 등이었다. 처음에 지구의 표면은 풀려난 물이 액체 상태로 존재하기에는 너무 뜨거웠으므로 수증기 형태로 대기에 떠 있었다. 그러나 지구가 냉각되면서 표면 온도가 물의 끓는점 이하로 떨어지는 시기가 왔다. 마침내 비로 변하여 지표로 떨어진 물이 표면에 고이게 되었다. 그리고 최초의 바다가 나타나기 시작했다. 이 과정은 지구 형성의 1억~2억 년 이내에 급속히 시작되었다. 거대 행성들 특히 목성에 의해 내부 태양계로 던져진 혜성과 소행성들 역시 이 새로 태어난 행성에 상당량의 물을 가져와 지구의 바다에 훨씬 더 많은 물을 보태주었을 것이다. 약 10억 년 뒤 그러한 바다에서 생명체가 나타났다. 그리고 우주로부터의 커다란 충돌 때문에 지구의 표면은 여러 개의 판으로 쪼개져, 밑에 있는 따뜻한 맨틀의 대류 운동에 실려 옆으로 퍼지기 시작했다. 이것이 최초의 산맥들을 만들었다.

바다의 출현과 함께 대기가 변하기 시작했다. 대기의 이산화탄소가 물에 용해되어 다른 물질과 화학적으로 결합해 석회암과 같은 무기물을 형성한 것이다. 지구의 바다가 천천히 이산화탄소의 하늘을 정화시켰다. 이것은 금성의 뜨겁고 물이 없는 표면에서는 일어날 수 없었던 과정이었다. 5억 년 정도가 더 지난, 지금부터 30억 년 전의 지구 대기는 주로 화산에서 빠져나온 메탄과 암모니아 그리고 수소 화합물의 유독한 혼합물로 이루어져 있었다. 그 당시에는 지구의 하늘에 산소나 오존이 거의 없었다. 태양의 자외선 복사가 수소가 풍부한 대기의 가스를 공격해 구성 원자를 분해시켰다. 질소는 암모니아에서 떨어져 나왔고 탄소는 메탄에서 떨어졌으며 부서진 물 분자들로부터 산소가 나왔다. 그리고 방출된 수소는 우주 공간으로 빠져나갔다. 산소 일부가 탄소와 결합해 이산화탄소를 형성했고, 이 가스는 다시 바다에 흡수되었다. 그러는 사이 산소 원자들은 세 개씩 결합해 오존을 형성했다. 산소와 탄소가 소비되면서 서서히 대기의 질소 비축이 증가했지만 머지않아 오존이 태양 자외선의 공격으로부터 우리 행성을 보호해 주면서 대기가 안정되었다. 그 이후 우리 대기의 진화는 생명에 의해 주도된다.

약 20억 년 전 이 행성 도처에서 식물의 활동과 광합성이 갑자기 활기를 띠었다. 광합성은 공기나 물로부터 이산화탄소를 흡수하고 햇빛을 이용해 우리 행성에 자양분을 주는 탄수화물을 만들었다. 대량 광합성의 시작과 함께 대기에 자유 산소가 쌓이기 시작했다. 10억 년 전에 산소의 양은 극적으로 증가했고, 약 6억 년 전에 이미 현재의 수준에 도달했다. 또한 그 당시에 캄브리아기의 폭발적인 복잡 생명체의 급격한 증가가 있었다. 지구의 진화가 마침내 절정에 도달한 것이었다.

 

우리가 알고 있는 한, 생명체는 태양계에서 유일하게 지구에만 존재한다. 복잡 생명체는 더더구나 확실히 그러하다. 그러나 과거에 표면에 거의 틀림없이 액체 상태의 물이 존재했을 것으로 믿어지는 행성이 하나 있다. 그곳에도 생명체가 발생했을 가능성이 있을까? 이제 태양에서 네 번째 행성인 화성을 조사해 보기로 하자.