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지구의 역사, 46억 년 동안 벌어진 놀라운 변화들

쉽고 유쾌한 지식 여행을 떠나는 「비주얼 사이언스 북」 제2권 『한 권으로 충분한 지구사』. 이 책은 46억 년간 진행되어 왔던 지구의 과거를 살펴 볼 수 있는 흥미진진한 지구사 교양서로 그림과 사진, 그리고 도표를 통해 오랜 지구의 역사를 한 눈에 꿰뚫어 볼 수 있도록 도왔다. 지구를 하나의 시스템으로 보고 기후와 지각변동 등 다양한 변수들이 어떻게 서로에게 영향을 미치면서 지구의 역사를 만들었는지 살펴봄으로써 통합적인 사고를 할 수 있다.

최악의 환경악화와 생태변화에 직면한 지구의 위기!

흔히 ‘지구사(地球史)’ 하면 지구와 관련된 과거의 역사 정도로만 생각하는 경우가 많다. 하지만 어떤 면에서 볼 때 우리가 살아가는 매일 매일이 바로 ‘지구의 역사’이고 또한 우리가 현재 어떻게 하느냐에 따라 지구의 미래 역사도 달라지게 된다. 현재 인류에게 닥친 가장 큰 위협은 바로 환경악화로 인한 자연파괴와 생물의 멸종, 더 나아가 지구 생태계 자체의 붕괴에 대한 공포이다.

특히 최근 수십 년 사이에 일어나고 있는 거대한 환경의 ‘역습’은 이러한 우려를 더욱 심화시키고 있다. 쓰나미, 태풍, 지진, 화산폭발, 온난화는 인류의 생존 조건을 위협하고 있을 정도다. 이제 우리는 단순히 지식의 차원을 넘어 생존의 차원에서 우리가 살고 있는 지구에 대해 알아야 할 필요가 있다.

한눈에 파악할 수 있게 만든 대중교양 지구사 출간

최근 출간된 <한 권으로 충분한 지구사>(다케우치 가오루. 도조분지, 전나무숲 출간)는 46억 년간 진행되어 왔던 지구의 과거를 살펴볼 수 있는 흥미진진한 지구사 교양서적이다. ‘전나무숲 비주얼 시리즈’ 중 두 번째 책인 지구사는 전작과 마찬가지로 풍부한 사진과 그림, 도표를 통해서 오랜 지구의 역사를 한눈에 꿰뚫어볼 수 있도록 했다. 무엇보다 이 책의 큰 장점은 지구를 하나의 ‘시스템’으로 보고 기후와 지각변동 등 다양한 변수들이 어떻게 전체적으로 서로에게 영향을 미치면서 지구의 역사를 만들었는지 잘 보여주고 있다. 이와 같이 지구에 대한 통합적인 인식은 지금 인류에게 닥치고 있는 자연의 위협에 대한 대응방법을 알 수 있는 열쇠를 줄 수 있다.

뿐만 아니라 이제껏 지구사 연구에서 과학자들이 제기했던 다양한 이론들을 쉽고 명쾌하게 제시할 뿐만 아니라 그에 대한 반론과 증거수집의 문제, 그리고 연구의 패러다임이 바뀌는 과정을 일목요연하게 설명해줌으로써 보다 입체적인 지구사를 공부할 수 있다는 것이 큰 장점이라고 할 수 있다. 또한 지구를 단순히 하나의 ‘물질’로 파악하지 않고 생명과 연관지어 그 변화와 발전의 궤적을 따라가는 것도 흥미진진한 부분이다. 지구의 탄생에서부터 생물들의 대량멸종, 곳곳에서 발견되는 생명화석의 증거들, 여기에 진핵생물의 진화과정과 이어서 에이아카라 동물군의 성장과 발전, 최종적으로 인류의 출현까지 한눈에 파악할 수 있다.

반복적인 사건과 돌발적인 사건의 발생 메커니즘 제시해

무엇보다 지구의 46억 년 된 모습이 마치 한 편의 드라마를 보듯이 펼쳐진다는 것이 이 책의 가장 큰 특징이다. 또한 일본에서 지구과학 연구의 유력한 방법으로 활용되고 있는 ‘줄무늬지구과학’에 대해 체계적으로 정보를 전달한다는 점에서 기존의 다른 지구사와는 차별화되는 부분이다.

우선 1장은 혁명적인 지구관의 반전을 초래한 판구조론 혁명, 공룡 멸종을 이끈 소행성충돌설을 자세하게 설명하고 줄무늬지구과학을 통한 지구의 역사를 해독하는 과정을 보여주고 있다. 제2장에서는 지구의 역사를 해설하는 기초로서 지구시스템의 변동에 의해 생기는 반복(리듬)과 돌발적인 사건(이벤트)의 발생 메커니즘을 설명한다. 이후 지구의 형성 과정(제3장), 가장 오래된 지각(제4장), 광합성의 시작이나 초대륙의 형성(제5장), 전 지구 동결 사건(제6장), 다세포동물의 출현(제7장), 사상 최대의 생물 대량 멸종(제8장), 공룡의 시대부터 인류의 출현과 과학적 탐구(제9장) 등과 같이 지구 역사의 대사건을 중심으로 서술하고 있다. 특히 이 과정에서 앞으로 새로운 지구관으로 발전할 가능성이 있는 주목할 만한 연구 성과도 함께 파악함으로써 미래의 지구사에 대한 조망도 가능하도록 했다.

<한 권으로 충분한 지구사>는 지구를 연구하는 과학도는 물론이고 인접분야 전공자들, 일반교양과 과학의 역사에 흥미가 있는 대중들에게 충분히 권할 만한 대중적인 지구사 서적이라고 할 수 있다.

제1장 새로운 지구관을 만든 혁명적 증거들
1-1 베게너와 대륙이동설
1-2 극이동곡선이 만들어낸 새로운 증거들
1-3 대양저확대설과 판구조론의 태동
1-4 지구사의 지각변동, 판구조론 혁명
1-5 호상열도와 부가체
1-6 점토층의 수수께끼와 공룡멸종설
1-7 멸종의 시나리오와 가설의 검증
1-8 크레이터, 지구 충돌의 증거
1-9 더욱 새로운 지구관을 목표로
1-10 줄무늬지구과학으로 해독하는 지구사

제2장 지구 시스템을 통한 심층적 이해
2-1 서브시스템 사이의 복잡한 상호작용
2-2 대기와 해양의 변동
2-3 기후 시스템과 피드백
2-4 지구는 하나의 열기관
2-5 열에너지를 표층에 전달하는 맨틀 대류
2-6 화산활동을 설명하는 열점
2-7 맨틀의 단층촬영
2-8 지구 시스템의 대변동을 초래하는 플룸구조
2-9 지구자기마당과 그 변동
2-10 지각의 성장
2-11 맨틀의 분화와 지구의 열 역사

<여기서 잠깐!>
* 대기의 성층 구조
* 지구의 성층 구조
* 암석의 절대연령 측정법
* 지구 중심핵의 발견
* 지구의 나이

제3장 지구의 형성과 생명의 탄생 (제1사건)
3-1 우주먼지에서 태어난 지구
3-2 미행성 충돌에 의한 지구의 성장 과정
3-3 지구 핵의 경원소 문제
3-4 맨틀의 친철원소 과잉 문제
3-5 달은 어떻게 해서 생겼을까
3-6 대기의 기원을 둘러싸고
3-7 생명의 기원론

<여기서 잠깐!>
* 생명이란 무엇인가

제4장 대륙지각의 기원(제2사건)
4-1 잃어버린 6억 년
4-2 비교행성학으로 알아보는 원시지구의 모습
4-3 시생대의 지각과 천이
4-4 그린란드에 잠자는 가장 오래된 지층
4-5 웨스턴오스트레일리아의 필바라 안정지괴
4-6 가장 오래된 생명 화석을 찾으려는 움직임
4-7 시생대의 대륙 발바라

<여기서 잠깐!>
* 크레이터연대학이란
* 판구조론의 성립 조건

제5장 광합성의 시작과 초대륙의 형성(제3·4사건)
5-1 지구 진화의 작업 모델
5-2 원시지구의 대기 조성
5-3 스트로마톨라이트의 발견
5-4 가장 오래된 스트로마톨라이트를 둘러싼 논쟁
5-5 세균에서 광합성의 기원을 찾는다
5-6 35억 년 전의 광합성 세균이 만든 지층의 수수께끼
5-7 산소 오염의 물증, 줄무늬철광상
5-8 줄무늬철광상의 형성 연대를 둘러싼 문제
5-9 진핵생물의 출현
5-10 진핵생물에서 유래한 유기분자의 발견
5-11 합체된 대륙이 만든 초대륙
5-12 초대륙의 복원

<여기서 잠깐!>
* 학제 간 협력 연구의 시작
* 원생대 초기의 빙하시대

제6장 원생대 후기의 지구 변동
6-1 눈덩이지구론
6-2 눈덩이지구론에 이르는 과정
6-3 가설의 구성
6-4 저위도 빙하 문제
6-5 잔물결 구조는 지구 전체 동결의 증거?
6-6 초대륙 로디니아
6-7 대륙지각의 진화와 표층 환경의 변천

<여기서 잠깐!>
* 빙하시대에 대한 기후학적 패러독스
* 빙하시대의 발견
* 원생대 말의 천체 충돌 사건

제7장 다세포동물의 출현(제5사건)
7-1 캄브리아의 대폭발과 동물 기원론의 전개
7-2 멸종된 무리, 에디아카라동물군의 발견
7-3 에디아카라동물군의 대칭성
7-4 기묘하고 이상야릇한 버제스셰일동물군
7-5 완전체의 발견과 ‘보디플랜’의 시작
7-6 원생대 후기에서 캄브리아기에 걸친 환경 변화

<여기서 잠깐!>
* 중국 남부에서 발견된 동물의 배 화석
* 주목되는 청장강 동물군
* 캄브리아기는 5억 4200만 년 전에 시작됐다

제8장 고생대 말의 생물 대량 멸종(제6사건)
8-1 무엇이 진실인가, 천변지이설 VS 제일설
8-2 현생누대에 있었던 생물 다양성의 변천
8-3 고생대 초기 대륙의 복원
8-4 생물 대량 멸종의 원인은?
8-5 P/T 경계의 생물 대멸종 사건
8-6 P/T 경계의 천체 충돌
8-7 백악기·제3기 경계 사건과 이후의 전개

<여기서 잠깐!>
* 야페투스 해와 윌슨 사이클
* 현생누대의 대륙 분포 복원
* 석회암에 기록된 운석 모천체의 충돌 파괴 사건

제9장 공룡의 시대에서 인류의 시대로
9-1 ‘무시무시한 도마뱀’, 공룡의 전성시대
9-2 티라노사우루스 렉스가 거대해진 까닭
9-3 판게아의 분열과 신생대의 기후 변동
9-4 하이드레이트의 대량 융해
9-5 ‘세계의 지붕’이 태어나다
9-6 산지 형성과 기후 변동
9-7 밀란코비치 주기와 빙하시대의 원인
9-8 인류의 출현, 사헬란트로푸스의 발견
9-9 과학연구의 최전선

<여기서 잠깐!>
* 척추동물의 기원과 진화
* 노아의 홍수, 그 무대는 흑해?
* 지구와 생명의 미래

■ 우리들은 태양계의 제3행성 지구에 살고 있다. 지구는 46억 년 전 태양계의 형성기에 다른 행성과 함께 탄생했다. ‘물의 행성’이라고도 불리는 이 행성은 현재에 이르면서 바다가 지표를 뒤덮게 되었다. 생명은 원시해양에서 화학진화로 발생하여 유구한 시간이 흐르는 가운데 진화해 왔다. 우리들은 40억 년 전에 바다 밑의 열수분출구나, 지표의 경우 유황 냄새 나는 물이 끓어오르는 온천 같은 환경에서 발생한 단세포생물의 후예의다. (중략) 이 책의 목적은 지구의 역사를 연구하는 과정에서 제기된 최신 논제를 처음 배우는 사람이 알기 쉽도록 많은 시각적 자료를 곁들여 해설하려는 것이다. 여기서 소개하는 논제들은 하나같이 경탄과 찬사를 받은 위대한 연구에 대한 이야기이며, 때로는 지구과학의 상식과 정반대되거나 견해가 달라 큰 논쟁을 불러일으키는 것도 있다.
- <프롤로그> 중에서

■ 베게너의 대륙이동설은 당시의 지질학자들로부터 심한 비판을 받았다. 당시의 사람들은 대지가 움직이지 않는다고 믿어 의심치 않았기 때문이다. 그는 이 가설을 실증하기 위해 고기후와 고생물, 조산대의 배치에 관한 데이터 등 다양한 증거를 모아 「대륙과 해양의 기원」(1915)이라는 저서에 정리하였다. 베게너의 위대한 점은 자기가 확신한 견해를 책으로 정리하여 후세에 남긴 것이다. 게다가 그 탁견은 오늘날에도 빛을 잃지 않고 있는 것처럼 보인다. - <제1장 새로운 지구관을 만든 혁명적 증거들> 중에서

■ 초기에 기체 상태(즉 수증기)로 존재하였던 물은 원시대기의 온도가 내려가면 물 상태의 임계점보다 내려가 수증기가 액체 상태의 물이 되는 조건에 놓인다. 온도가 더 낮아지면 액체 상태의 물 비율이 늘어나 해양이 형성되기 시작한다. (중략) 하지만 지구 전체의 질량에 대한 물이나 이산화탄소의 양의 비를 보면 지구의 재료 물질이라 생각되는 탄소질 운석의 비율보다 높다. 이러한 근거로부터, 지구의 휘발성 물질은 원시지구가 형성된 후 혜성의 핵이 지구에 충돌한 결과일 것으로 생각하는 연구자도 있다. - <제3장 지구의 형성과 생명의 탄생 (제1사건)> 중에서

■ 다양한 검증이 시작된 가운데 눈덩이지구론을 제시한 중심인물인 폴 호프먼 등은 이 가설을 뒷받침하는 새로운 증거에 대해 2005년 「네이처」에 논문을 발표하였다. 그들에 의하면, 지구 전체 동결 상태로부터 온난한 지구로 이행하는 시대의 지층에 현재의 지구에서는 보이지 않는 매우 긴 주기의 파장을 나타내는 증거가 남아 있었다고 한다.
열린 해양에서 발생하는 파의 주기는 바람이 부는 시간, 거리, 풍속 등과 밀접한 관계에 있다. 그 같은 긴 주기의 파를 일으키려면 당시의 지구에 초속 20미터에 달하는 매우 빠른 바람이 안정적으로 존재하고 있어야 한다. 이 강한 바람은 지구 전체 동결 사건 직후 나타난 이상한 기후 조건의 증거라고 한다. - <제6장 원생대 후기의 지구 변동> 중에서

■ 천체 충돌 뒤의 환경 변동으로서는 태양광의 차단, 급격한 한랭화, 온난화, 산성비, 산불이 있는데 이는 생물 멸종의 원인으로 생각되고 있다. 앨버레즈 팀은 태양광의 차단에 의하여 광합성이 중단되고, 나아가서는 식물 플랑크톤이 저변에 위치하는 먹이연쇄가 붕괴하였기 때문에 생물 대량 멸종이 일어났다고 설명하였다. 태양광의 차단은 충돌로 흩날린 이젝타 가운데 가늘고 자잘한 것이 대기 중에 머물러 태양광을 가로막은 것으로, 세세한 먼지가 머무르는 시간은 10~100일로 계산되고 있다. 천체 충돌로 탄산염암에서 나온 대량의 이산화탄소에 의해 온실효과가 높아져 지표 온도가 2~10℃ 상승하였다는 계산도 나왔다. - <제8장 고생대 말의 생물 대량 멸종 사건(제6사건)> 중에서