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우리 발밑에 켜켜이 쌓인 46억 년의 이야기
지질학의 핵심을 파고드는 한 권의 책

우리는 지질학에 둘러싸여 있다고 할 수 있을 정도로 지질학적 발견에서 비롯한 물질과 에너지 없이는 살아가기 어렵다. 이 책에서는 베게너의 대륙 이동설과 최초의 지질도 제작처럼 지질학 역사에서 중요한 순간들은 물론 지진파, 지층, 판구조론, 지질연대표, 방사성 연대측정 등 지질학의 기본 개념을 알아본다. 나아가 생물층서학 같은 지구 표면의 지질학, 구조지질학과 수리지질학 등 지구 내부의 지질학, 자원 및 사회와 환경을 위한 지질학 등 보다 구체적인 주제에 초점을 맞춰 깊고 다채로운 지구의 시간을 펼쳐놓는다.

우리 발밑에 켜켜이 쌓인 46억 년의 이야기
지질학의 핵심을 파고드는 한 권의 책

선캄브리아시대부터 인류세까지
화석 연구부터 다른 행성의 지질 탐사까지
깊은 시간의 땅속 세계로 떠나는 과학 오디세이

중요한 과학 주제에 대한 기본적이면서도 깊은 핵심 지식을 담은 Deep&Basic 시리즈 아홉 번째 책 《지질학》이 출간되었다. 지질학은 지구 전체와 46억 년의 역사, 그리고 그 엄청난 기간에 걸쳐 우리 행성에서 형성된 모든 것을 탐구하는 학문으로, 화학, 물리학, 생물학, 지리학, 해양학 등 다른 많은 과학을 아우르는 복합적인 과학이다. 지질학의 결실은 현대 생활을 가능하게 하는 대부분의 물질과 에너지를 제공한다. 즉 우리는 지질학에 둘러싸여 있다고 할 수 있다. 또한 지질학 연구에는 앞으로 수백, 수천 년 동안 우리 인류가 지구에 미칠 놀라운 영향에 대한 단서가 숨어 있기도 하다. 영국의 지질학자이자 작가인 얀 잘라시에비치 교수는 이 책에서 지질학이라는 매혹적인 분야를 간결하고도 흥미롭게 소개한다. 이 책에서는 고대 그리스인들이 생각했던 지구의 모습부터 베게너의 대륙 이동설처럼 지질학의 패러다임을 변화시킨 몇 가지 중요한 발견을 살펴본다. 나아가 지층의 연대가 다르면 화석도 다르다는 통찰에 기반한 생물층서학, 끊어지고 찌부러진 암석이나 지층을 조사하여 어떤 과정을 거쳐 현재의 지질 구조가 되었는지 연구하는 구조지질학, 지하수의 흐름과 주변 지질과의 상호작용을 다루는 수리지질학, 산업에 활용되는 광물을 연구하는 산업광물학 등 보다 구체적인 주제에 초점을 맞춰 엄청나게 거대하고 다면적인 지질학 분야의 밑그림을 그려보인다. 그 과정에서 독자는 자연스럽게 지구의 깊은 시간을 구분하는 지질연대표, 지구의 나이를 알아내는 방사성 연대측정법, P파와 S파 같은 지진파의 특징을 알게 됨은 물론 자원의 발견과 개발에서 지질학의 역할과 중요성, 기후 변화와 관련된 문제에서 지질학이 차지하는 위치에 대해서도 생각해볼 수 있다. 지질학이라는 방대한 분야를 이렇게 콤팩트한 분량으로 “재미있으면서도 과학적으로도 탄탄하게”(유안 니스벳) 소개하는 이 책은, 전문 지질학자부터 지질학에 전혀 관심이 없던 독자에 이르기까지 다양한 독자에게 좋은 읽을거리가 될 것이다.

“모래알에 담긴 세상을 보여주는 책”
멸종된 생물, 잃어버린 대륙, 변화된 기후,
상상을 넘어서는 시간대에 걸쳐 작용한 상상할 수 없는 힘
이 모든 것의 흔적이 우리 발밑에 있다

“우리 행성은 아주 오래되었다. 46억 년이라는 지구의 나이는 우주 나이의 거의 3분의 1에 해당한다. 그 시간 동안 지구는 엄청나게 바뀌었다. 사실 하나의 행성이라기보다는 다른 행성들이 이어져온 것이라고 할 만하다. 우리 인간은 그 행성들 대부분에서 아마 살아남지 못했을 것이다.” (181쪽)

오늘날의 지구는 지난 46억 년 동안 일어난 비가역적이고 우연한 사건들이 복잡하게 얽힌 결과이다. 지구가 겪은 깊은 시간의 흔적은 우리 발밑에 고스란히 기록되어 있다. 지질학자의 임무는 그 흔적들을 해독하는 것이다. 지구의 역사를 시간대별로 구분한 지질연대표(정식 이름은 ‘국제지질연대층서표’)도 그 과정에서 생겨났는데, 이 표를 볼 때는 각 지질시대가 전체 표에서 차지하는 면적의 비율에 주의해야 한다. 사실 지구 시간 대부분은 선캄브리아시대에 속하고, 캄브리아기 이후부터 우리에게 친숙한 모든 시대는 지구 역사의 약 12퍼센트에 불과하기 때문이다. 지질연대표는 계속 변하고 있다. 이 표는 국제지질학연맹(IUGS) 산하의 국제층서위원회(ICS)에서 공식 지정하는데, 2004년에는 120년 만에 ‘에디아카라기’라는 새로운 기(period)가 캄브리아기 아래에, 선캄브리아시대의 맨 위에 놓이게 되었다. 한편 2000년에 대기화학자 파울 크뤼천이 처음 제안한 ‘인류세’, 즉 인류의 활동으로 지구 환경이 근본적으로 바뀐 새로운 지질시대 구분은 2023년 7월 현재 아직 공식 지질시대는 아니다. 하지만 머지않은 시점에 등재를 예상하는 지질학자들이 많다. 이미 과학자들은 자연적으로 분해되지 않고 지층에 남는 인류 고유의 화석이라 할 수 있는 합성물질에 ‘기술화석(technofossil)’이라는 이름까지 붙여놓았다. 그 밖에도 이 책은 학창시절 무슨 뜻인지도 모르고 외워야 했던 '쥐라기', '페름기', '백악기', '석탄기', '캄브리아기', '데본기' 등등 지질시대 이름들이 어디서 유래한 것인지 확인하는 재미도 있다(37쪽부터).

지구 땅속 물성과 활동, 역사에 관한 기본 지식
현대 문명을 떠받치고 있는 물질과 에너지부터
환경과 자연재해, 기후 변화, 다른 행성의 지질 탐사까지
경계를 넓혀가는 지질학의 과거와 현재, 미래
이 책은 총 9장으로 구성되어 있다. 각 장에서 다루는 내용을 간략히 살펴보면 다음과 같다.
지질학에 대한 저자의 애정이 드러나는 도입부 1장에 이어 2장과 3장에서는 현대 지질학의 역사적 토대를 파헤친다. 화석 연구부터 최초의 지질도 제작에 이르기까지, 지질학의 기초를 형성한 선구적인 과학자들의 이야기가 가득해 지질학적 발견을 역사적 맥락, 인간적 동기와 열정 측면에서 이해할 수 있다. 18세기 유럽 계몽주의의 뛰어난 석학으로 지구와 생명체를 다방면으로 연구했던 조르주루이 뷔퐁부터 지각 형성의 핵심이 되는 힘을 지구 내부의 열에서 찾은(화성론) 제임스 허턴과 그 힘을 원시 지구를 덮고 있던 물에서 찾은(수성론) 고틀로프 베르너, 동물의 멸종을 사실로 확립하고 ‘격변설’을 주장한 조르주 퀴비에와 ‘현재는 과거의 열쇠’라는 말로 요약 가능한 ‘동일과정설’을 주장한 찰스 라이엘, 천재적인 재능과 집착의 결과물로 최초의 영국 지질도를 만든 윌리엄 ‘스트래터(지층)’ 스미스를 비롯하여 메리 애닝과 마리 사프 같은 여성 지질학자, 지도 제작자들이 처음 언급했던 대륙 이동설을 과학적 증거와 함께 주장한 알프레트 베게너, 말 그대로 ‘지각에 구멍을 뚫고 맨틀로 들어가는’ 야심 찬 계획을 세워 오늘날 해양시추프로그램의 포문을 연 미국잡학협회(AMSOC) 등이 등장한다.
4장과 5장에서는 지구 내부와 표면의 지질학을 살펴본다. 마그마와 암석은 어떻게 만들어지고 순환하는지, 지진파는 지구 내부에서 어떻게 이동하며 그 성질로 무엇을 알아낼 수 있는지, 중력을 이용해서 어떻게 지구의 구조를 분석하는지, 지구의 자기장은 왜 생기며 자기장의 변화가 지각에 어떻게 보존될 수 있는지, 산맥을 형성하는 힘은 무엇이고 어떻게 작용하는지와 같은 지구 ‘내부’의 지질학적 특징들을 통해 우리는 지질학자들이 무엇을 어떤 방식으로 연구하는지 엿볼 수 있다. 공기와 물과 생명이 상호작용하며 지구 환경을 재구성한 결과라고 할 수 있는 암석과 지층, 그 속의 화석을 연구하는 것은 상대적으로 지구 ‘표면’에 대한 지질학적 연구인데, 이를 통해 지질학자는 과거의 기후를 알아내기도 하고 대멸종의 증거를 발견하기도 한다. 6장에서는 지질학적 증거를 찾기 위한 탐험, 즉 야외 지질 조사를 다룬다. 경관에 대한 호기심이 순수한 형태로 발현된 야외 지질 조사는 지질학의 발전을 이끌어온 하나의 동력이기도 하다. 이 장에서는 실제로는 건물과 식생과 토양층으로 덮여 있는 현장에서 지질학자가 어떻게 조사를 시작할 수 있는지에 대한 팁과 함께, 기술의 발달로 야외 지질 조사에서 사용되는 도구들도 진화하고 있음을 확인할 수 있다. 야외 조사는 실용적인 목적에서 이루어지기도 하는데 7장에서는 자원 발견과 개발을 위한 지질학을 살펴본다. 특히 필수 영양소 중 하나인 인산염 이야기가 눈에 띈다. 필수 영양소인 인산염은 암석에서 얻을 수밖에 없는데, 인산염이 풍부한 퇴적암인 인광석은 지구상에 드물게 존재한다. 석유 생산에서 수요가 공급을 초과하는 ‘석유 생산 정점’처럼, 저자는 ‘인산염 생산 정점’이 다가올 수 있다며 이 문제가 석유보다 앞으로 인간의 삶에 더 중요한 위기를 가져올 수도 있다고 전한다. 새로운 에너지원은 개발될 수 있지만, 인산염이라는 화학물질은 대체할 수가 없기 때문이다. 8장은 사회와 환경을 위한 지질학이다. 지구가 만들어내는 위험인 화산, 지진, 쓰나미뿐만 아니라 탄소 배출, 폐기물 문제 등 이제는 지구 전체를 망라하는 인간이 만든 위험에 지질학자들도 관심을 쏟고 있다. 9장에서는 인간의 시간 개념으로는 도저히 상상하기 힘든 46억 년 지구의 시간이 25페이지 분량에 파노라마처럼 펼쳐진다. ‘갑자기’가 약 20만 년, ‘곧바로’가 약 500만 년에 해당하는 이 장은 마치 지구의 탄생부터 현재까지를 입담 좋은 저자가 중계해주는 것 같다.

<사이언스 팩트 앤드 사이언스 픽션 컨캐터네이션
"기본적인 수준에서 지질학을 이해해보고 싶은데 무거운 책은 뒤적거리기 싫고 과학에 대한 중학교 수준의 지식만 갖추고 있다면, 당신에게 꼭 필요한 책이다."

유안 니스벳(로열 홀러웨이 런던대학교 지구과학 명예교수)
“재미있으면서도 과학적으로도 탄탄하다. 인류의 집이라고 할 수 있는 지구에 관한 명확하고 정확한 안내서이자 환경보호의 도전도 다루고 있다. 여행갈 때 읽기 딱 좋은 책이다!”

지오사이언티스트
“모래알에 담긴 세상을 보여주는 책. 방대하고 매혹적이며 중요한 분야인 지질학에 관해 이보다 더 좋은 입문서를 읽은 적이 없다.”

머리말

1장 지질학이란 무엇인가?

2장 지질학: 초창기
초기 발상들 / 서구 계몽시대의 지질학 / 체계적인 지질학 / 지질연대표 만들기

3장 현대의 발전과 혁명
세부적인 내용의 축적 / 산맥의 수수께끼 / 이동하는 대륙 / 해저 지질학 / 판구조론 개념의 탄생 / 대양의 시추

4장 지구 내부의 지질학
마그마와 암석 / 파의 이동 / 중력의 문제 / 전자기적인 지구 / 산맥의 구조

5장 지구 표면의 지질학
퇴적으로 만들어진 세계 / 화석 / 생물학적 시간 / 기후의 연관성 / 재앙의 지층

6장 야외 지질 조사
탐험가 / 4차원의 경관 / 증거 모으기 / 움직이는 퇴적물 / 새로운 기술

7장 자원을 위한 지질학
실용적 시작 / 현대 / 화석이 된 햇빛 / 금속 문제 / 건설업 / 먹고 마실 것

8장 사회와 환경을 위한 지질학
지구가 만들어내는 위험: 화산 / 지구가 만들어내는 위험: 지진과 쓰나미 / 인간이 만든 지질학적 위험 / 탄소 방출 / 폐기물 흐름

9장 매우 짧은 지구의 역사
명왕누대 / 시생누대 / 원생누대 / 현생누대: 고생대 / 현생누대: 중생대 / 현생누대: 신생대

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지질학을 한다는 것은 세상에서 가장 크고 좋은 타임머신을 마음대로 타고 다닐 수 있는 것과 비슷하다. 시간 설정 기능은 당연히 내장되어 있다. 저명한 지질학자이자 고생물학자인 리처드 포티의 말처럼, 우리의 조사 범위는 지구 전체와 45억 4000만 년의 역사, 그리고 그 엄청난 기간에 걸쳐 우리 행성에서 형성된 모든 것이다.(10쪽)

많은 사람에게 지질학이라는 단어는 박물관의 진열장 속에 별 특색 없이 한 줄로 늘어서 있는 암석 표본들을 연상시킨다. 하지만 지질학을 아는 사람들, 지질학을 업으로 삼고 있는 사람뿐 아니라 아마추어 애호가들까지도 지질학에 대한 충성심과 애정이 대단하다. 전문 지질학자들도 대개 지질학 애호가들이어서, 은퇴 후에도 그저 재미로 지질학 연구를 계속 이어가곤 한다.(20쪽)

베게너는 소수의 지지자를 얻었지만, 대다수는 그의 발상을 받아들이지 않았다. 심지어 지질학계의 일각에서는 그를 조롱하기도 했다. 멀리 떨어진 곳에서 발견되는 동일한 화석에 대해서는 대부분의 지질학자들이 육교라는 발상을 통해서 설명하고 있었다. 고대에는 공룡과 다른 생명체가 대륙 사이를 이동할 수 있는 연결 통로가 올라왔다가 이후 다시 물속으로 가라앉았다는 것이다. 대륙의 형태와 지각 물질의 일치는 단순히 우연이라고 생각했다. 다 떠나서, 대륙이 어떻게 대양의 밑바닥을 밀고 나아간단 말인가.(57~58쪽)

공기로 숨을 쉬는 우리 인간이 닿기 힘든 바다 밑바닥 같은 환경을 해석하는 일은 더 어렵다. 지구의 고대 지층 대부분이 바다에서 형성되었기 때문에 이는 조금 문제가 된다. 바다는 우리에게 친숙한 경관과는 대조적으로, 퇴적물이 잘 쌓이고 침식이 잘 일어나지 않는다. 그래서 지질학자들은 오늘날의 바다 밑바닥에서 일어나고 있는 과정들을 이해하기 위해서 많은 노력을 하고 있다. 잠수정을 타고 (우리에게는) 낯선 환경을 방문하기도 하고, 실험실에서 해저의 조건을 재현하려고 애쓰기도 한다. 연구비는 부족한데 꼭 실험을 해야 한다면, 임시변통으로 욕조 같은 것을 쓰기도 한다.(93~94쪽)

물론 우리의 박물관과 연구소에는 희귀한 이국의 광물 표본, 매머드와 공룡의 뼈, 그리고 그런 것들을 세밀하게 분석하기 위한 정교한 분석 장치들이 있다. 그러나 무엇보다도 지질학에서 경이로운 점은 호기심과 약간의 배경지식과 작은 돋보기만 있다면 뒷문으로 걸어나가서 오늘날에도 여전히 의미 있는 발견을 할 수 있다는 점이다. 이런 작은 모험에 탐닉할수록, 다사다난했던 수천 수백만 년의 지구 역사를 놀이터로 삼을 수 있는 이 과학이 지닌 무한한 가능성의 매력에 점점 더 깊이 빠져들게 된다.(114쪽)

현대인은 누구나 저마다 약 500톤 분량의 모래와 자갈 주문서를 이마에 붙이고 이 세상에 태어난다. 이 주문서는 조금 상상의 나래를 펼친 것이지만, 이 퇴적물 질량에 대한 물리적 현실은 비록 평균치라 하더라도 의심의 여지가 없는 사실이다. 누군가는 이 수치에 수십 톤의 이암, 석회암, 깬 자갈, 아스팔트, 그 외 다른 물질을 추가할 수도 있다. 이 모든 물질로 우리가 살아가고 일하는 건물, 우리가 물건을 사는 상점, 우리가 이동하는 도로, 우리가 휴가 때 이용하는 공항이 만들어진다.(150쪽)

어떤 우주적 기준으로 봐도, 지구는 매우 매끄럽게 작동하는 다목적 기계 장치다. 지구라는 기계 장치의 특징은 판구조 운동의 끊임없는 작용으로 나타난다. 적어도 이 태양계에서는 독특한 메커니즘이다. 이 과정에서 대단히 중요한 지각의 재배열이 일어나고, 대양이 갈라지면서 백열의 마그마가 지구 표면으로 방출된다. 그 사이 두께 약 200킬로미터의 지각판은 비슷한 두께의 다른 지각판을 밀치면서 수천 킬로미터를 미끄러져 내려가면서 지구 깊숙이 들어간다. 직감적으로는, 이렇게 대대적인 재형성 작용이 영원히 계속되는 행성은 완전히 불확실하고 위험한 장소일 것이라는 생각이 든다. 그러나 이 기계 장치는 대체로 조용하고 효율적으로 작동한다. 수십억 년 동안 그렇게 해왔고, 그래서 우리 지구 표면에서는 그동안 온갖 생명체들이 계속 삶을 이어나갈 수 있었다.(159~160쪽)

지금 일어나고 있는 일은 석탄, 석유, 천연가스의 형태로 매장되어 있던 지난 수억 년의 탄소를 사실상 거의 200년 사이에 뒤바꿔놓고 있는 것이다. 어떤 지질학 기술은 이런 고대의 탄소가 저장된 위치를 찾아내 지질학적으로 한순간에 써버리게 만들고, 어떤 지질학 기술은 이제 이런 행동의 중요성을 행성 규모에서 평가할 수 있게 해준다.(173쪽)

현재는 종종 과거를 이해하는 실마리처럼 여겨져왔지만, 지구의 깊은 지질학적 과거에 대한 지식은 미래에 나아갈 방향에 대한 확실한 길잡이가 되어줄 것이다.(205쪽)