지구에서 바다 탄생
스탠리 큐브릭 감독의 「2001 스페이스 오딧세이」는 처음 시작에 3분 동안 검은 화면에 이상한 소리가 난다. 3분이란 짧지도 않은 시간 동안 계속 검은 화면만이 나오므로 화면이 잘못된 것 아닌가하는 의문도 들지만 이것은 큐브릭 감독의 그야말로 독창적인 감각이라 보지 않을 수 없다.
3분씩이나 감독이 검은 화면을 보여주는 것은 우주의 탄생과 지구의 탄생, 생명의 진화와 원인의 탄생이 응축되어 있는 것을 명쾌하게 보여줄 수 없기 때문으로 이해된다.
이 영화는 그 속에 담겨있는 인간과 문명, 우주와 생명의 신비 등을 아우르는 철학적 메시지가 다소 난해했기 때문에 ‘큐브릭은 논리적이며 일관된 견해로 스크린에 이야기를 전개시킬 수 없는 무능을 재확인시켰다’라는 혹평을 받기도 했지만 지금까지도 영화사에 남을만한 SF의 명작으로 손꼽히고 있다.
영화의 제작연도가 1968년임을 감안할 때, 컴퓨터 그래픽의 도움 없이도 지금에 뒤지지 않는 아름다운 영상과 시각효과를 만들어냈던 큐브릭의 뛰어난 솜씨에는 누구라도 감탄하지 않을 수 없을 것이다. 리하르트 스트라우스가 작곡한 '짜라투스트라는 이렇게 말했다'가 울려퍼지는 가운데 펼쳐지는 뛰어난 실험적 영상들은 「2001 스페이스 오딧세이」가 표현주의의 기법을 빌려 SF장르 속에 문명 비판의 메시지를 담을 수 있음을 증명한 「메트로폴리스」 이후 가장 독창적이며 혁명적인 SF영화라고 찬사를 받지만 큐브릭 감독이 두 번에 걸쳐 3분 동안 검은 화면을 보여준 것은 이곳에서 다루는 생명의 기원을 찾는다는 것이 간단한 일이 아님을 알려준다고 볼 수 있다.
<바다의 출현>
대부분의 학자들은 지구의 생명체가 어떤 연유로든 바다에서 태어났다고 생각하는데 여기에는 생물이 무엇을 뜻하느냐는 전제가 필요하다. 현재 지구상의 모든 생물이 공유하는 몇 가지 중요한 특징은 다음 4가지로 설명한다.
① 모든 생물은 하나 혹은 그 이상의 세포로 구성되며 세포 속에서 생명의 화학적 작용이 일어난다. 주로 극성 지질분자의 이중막으로 구성된 세포막이 물에 기초한 세포의 내부와 주변 환경을 구분하는 장벽을 이룬다.
② 모든 생물은 직접적 혹은 간접적으로 이산화탄소를 이용하여 탄소에 기초한 구성물질들인 탄수화물, 단백질, 지방, 핵산 등을 만든다.
③ 모든 생물은 물질대사, 특히 인과 산소 사이에 결합을 이루고 파괴하는 과정과 산화환원 반응이 포함되는 화학반응을 통해서 유용한 에너지를 얻는다.
④ 모든 생물은 성장과 번식에 필요한 정보를 핵산의 형태로 저장한다. 그 유전암호가 세포의 구조를 만들고 세포 내의 특정한 화학반응을 촉진하는 단백질 합성에 필요한 명령을 전달한다.
지구상의 생물을 묘사하는 이 네 가지 설명은 다소 독단적으로 우주의 다른 곳에 존재할지도 모를 생물에게까지 반드시 적용되는 것은 아니다. 그럼에도 불구하고 이 네 가지 특성은 우리 지구에서 생명이 어떻게 유래되었는지를 파악하는데 아주 중요하다. 이들이 결합하여 최초의 세포에 분명 존재했을 최소한의 구조와 기능을 나타내기 때문이다.
그런데 이들 생물은 모두 물과 연계된다. 한마디로 물이 없으면 생물은 존재할 수 없다는 뜻인데 지구는 태양계에 있는 행성 중에 유일하게 풍부한 물이 있는 것으로 알려진다. 일부 행성과 혹성 즉 달의 경우에도 얼음이 있다고 알려지지만 지구에 생명체가 발생할 수 있었던 이유는 바로 풍부한 물 덕분이다.
물은 지구 표면의 70%에 해당하는 면적을 차지하고 있으며 인체의 60%도 수분으로 이루어져 있다. 인간을 비롯한 지구의 생명체들이 물을 생명원으로 삼고 있지만 지구에 왜 물이 많은지에 대해서는 아직 명쾌하게 알려진 것은 아니다.
태양계에서 먼저 태어난 태양은 가스와 먼지로 이루어진 거대한 띠에 둘러싸여 있었다. 수백만 년의 세월 동안 이 띠의 성분들이 응축되어 행성을 형성했다. 태양에서 멀리 떨어진 곳은 너무 추워서 목성과 같은 행성의 핵은 차가운 얼음이며 태양과 가까운 곳은 뜨거워, 지구는 돌과 강철같이 고온에서 응축되는 물질들로 형성되었다.
특히 지구의 원시지각이 엷었고, 화산활동이 활발했다. 이 화산활동에 의해 다량의 물과 염분이 지구내부로부터 빠져나와 지구의 표면을 덮었다. 이것이 원시해양이다. 당시의 바닷물은 지금보다 훨씬 적었고 염분도 조금밖에 섞여 있지 않았다. 그 후 지구가 차츰씩 냉각되면서 공중에 있던 수증기가 비가 되어 지상에 내렸다. 이 비는 바닷물의 양을 증가시켰고 동시에 육상의 염분을 바다로 실어 날랐다는 것이 첫 번째 논리이다.
이를 보완하는 설명도 제시되었다.
2002년, 콜로라도 대학의 지질학자 스티븐 모지스 교수는 지구 상에서 가장 오래된 광물 샘플 ‘지르콘’의 결정을 발견했다. 이 작은 알갱이를 화학적으로 분석하면, 그것이 물이 존재하는 곳에서 형성된 것인지 알 수 있는데 10만 개의 지르콘 결정 중 하나는 43억 8천만 년 전의 것으로 추정되었다.
놀라운 것은 44억 년 된 이 지르콘 결정이 메마른 땅에서 형성되었다기보다, 액체 상태의 물에서 형성된 것이었다. 이 말은 초기 지구의 표면에는 이미 물이 있었다는 뜻이다. 많은 과학자들이 지구가 메마른 상태로 탄생했다고 믿었지만 모지스 박사의 발견은 이를 부정한 것이다.
애리조나 대학의 마이크 드레이크 교수는 지구 생성 당시, 먼지 알갱이에 물방울이 맺혔고, 그것이 현재 바다의 기원일 수 있다고 가정했다. 그는 지구의 주성분인 감람석으로 실험했다. 감람석은 돌이 많은 행성에 가장 풍부한 광물이며 45억 년 전, 어린 태양 주변에 많이 분포되었던 광물이기도 하다. 그 결과 30g의 감람석에 0.3mℓ의 물 분자들이 달라붙었는데 이 양을 합산해보았더니, 현재 지구의 바닷물보다 10배의 양이 나왔다. 드레이크 교수는 초기 지구를 형성한 수십 조의 먼지 알갱이에 붙어 있던 물로 지구가 형성될 당시 이미 수십억 리터의 물이 있었다고 발표했다.
둘째는 혜성이 물을 실어 왔다는 설명이다. 혜성에 엄청난 얼음이 있으므로 지구에 부딪힌 혜성이 얼음을 가져오고 그 얼음이 녹아 바다를 형성했다는 것이다.
세 번째는 하와이 대학의 알레산드로 모르비델리 교수가 제시한 가설이다.
그는 소행성 띠에서 떨어진 운석과 지구의 물이 같은 이유를 추적했다. 그러면서 태양계 행성의 형성 과정을 완전히 다른 시각으로 해석했다. 그는 태양계 8개의 행성을 한꺼번에 놓고 모든 행성이 중력이라는 중요한 하나의 힘에 연결되어 있으므로 행성이 점점 커지면서 상호 작용이 일어났다고 보았다. 그 중 목성은 태양계에서 가장 큰 행성으로 태양계 초기 단계에는 그 위력을 거침없이 발휘했다. 목성은 엄청난 중력으로 소행성들의 궤도를 흐트러뜨리고 서로 뒤섞었는데 이렇게 목성의 영향으로 지구는 건조한 소행성과 물기가 있는 소행성들이 섞여 탄생했다는 것이다. 많은 학자들이 모리비델리의 가설을 바닷물의 기원으로 설명한다.
<기적같은 지구 환경>
우리가 살고 있는 지구가 특별한 것은 현재까지의 지식에 관한 한 우주에서 인간과 같은 지적 동물이 살아있는 곳은 지구가 유일하다고 생각하기 때문이다. 이는 과학기술이 폭발적으로 발달한 현재에도 마찬가지이다. 그런데 학자들은 인류가 지구에서 탄생하게 된 이유를 무려 12가지로 분류하여 설명한다.
① 인류는 우주의 4가지 기본 힘의 크기, 중성자와 양성자의 질량 등 수많은 자연상수 값이 지금과 같이 정해졌으므로 탄생할 수 있었다. 그러나 이런 자연상수들이 인류에 알맞게 결정된 이유는 밝혀지지 않았다.
② 태양의 크기가 적절하다. 태양의 질량이 지금보다 10배 이상 무거웠다면 강력한 자외선이 방출되어 주위에 행성이 태어나지 못했을 것이다. 별의 규모가 크면 수명도 짧아지므로 생물이 진화할 시간도 부족하다.
③ 액체 상태의 물은 생물이 살아가는 데 아주 중요한 요소인데 지구와 태양이 지금보다 조금 더 가까웠다면 지표면이 뜨거워 물이 모두 증발했을 것이다. 반대로 너무 멀다면 물이 모두 얼어버릴 것이다.
④ 태양계에 거대 행성 목성과 토성이 있다는 것은 매우 중요한 의미를 가진다. 만약 거대한 행성이 없거나 1개 였다면 공룡을 멸망시킬 정도로 큰 거대 운석이 지구로 자주 떨어져 지구에서 고등생물이 진화할 수 없었을 것이다. 반대로 거대 행성이 3개 이상이었다면 각각의 중력이 강하게 작용하여 다른 행성의 궤도에 치명적인 영향을 미친다.
⑤ 달의 영향으로 지구의 자전축이 기울어 현재와 같은 지구 환경을 유지할 수 있게 되었다.
⑥ 지구의 크기가 적절하다. 만약 지구가 현재보다 컸다면 중력도 강해저 생물들이 살아가기 어려웠을 것이다. 반대로 지구가 작았다면 생명을 유지하는데 필요한 대기가 모두 달아나 수많은 운석이 그대로 지표면으로 떨어지는 등 생물에게 큰 위협이 된다.
⑦ 지구가 탄생한 직후 대기는 수증기와 이산화탄소로 가득했는데 수증기는 비로 내려 바다가 되고 이산화탄소는 원시 지구에 생긴 대륙과 바다에 녹아들면서 지구의 급격한 온도 상승을 막아주었다.
⑧ 지구 자기가 자기장을 만들어 은하 우주선, 태양풍 같이 위험한 방사선을 막아주었다. 지구 자기는 지구에 생명체가 탄생하고 존속하는 데 매우 중요한 역할을 한다.
⑨ 오존층은 자외선으로부터 생물을 지켜준다. 오존층이 없어 강력한 자외선이 그대로 땅 위로 쏟아졌다면 생물은 육지로 진출할 수 없었을 것이다.
⑩ 지구에는 특히 액체 상태의 물이 풍부하다. 물은 고체 상태일 때 액체 상태일 때보다 밀도가 낮은 독특한 성질을 지닌다. 또한 물 분자는 수소 결합이라는 독특한 구조로 결합하여 비열이 크며 다른 물질을 잘 녹인다. 이러한 물의 성질은 지구에서 생명체가 탄생하는데 중요한 계기가 된다.
⑪ 지구 전 기간 동안 환경이 급격히 변하면서 생물 종은 여러 차례 멸종되었다. 이런 비극은 어떤 종에는 멸망을 가져왔지만 반면에 어떤 종에게는 번성될 수 있는 기회가 되었다. 6500만 년 전인 백악기 말 번성하던 공룡이 멸종하지 않았다면 포유류인 인간은 탄생되지 못했을 것이다.
⑫ 지난 65만 년 동안 지구의 기후는 한랭하고 불안정했다. 그러나 약 1만 년 전 지금처럼 온난하고 안정된 기후가 찾아와 인류가 현대와 같은 문명사회를 만들 수 있었다.
사실 인류가 발전하는데 개제된 우연은 우연에 우연이 겹친 경우라 하지 않을 수 없다. 6,500만 년 전, 갑작스런 운석의 충돌로 지구에서 1억6500만 년 동안이나 군림하던 공룡들이 멸종하고 그동안 별다른 특징없이 살아오던 포유류가 육상의 지배권을 물려받는다. 이후 인간의 두뇌를 획기적으로 발전시킨 구석기인들이 길고 긴 석기시대를 벗어버리고 농경사회라는 신석기시대로 들어서면서 폭발적인 진보를 이루었다. 이 모든 것이 인간이 현재 지구상에서 최상의 지배자로 군림할 수 있는 이유다.
참고문헌 :
「바다의 탄생」, 네셔널지오그래픽채널, 네이버캐스트, 2010.03.13.
「지구만 한 원시행성이 초기 태양계에 있었다?」, 연합뉴스, 2018.04.19
『풀리지 않는 과학의 의문들 14』, 로버트 M, 헤이즌 외, 까치, 2000
『우리는 어떻게 지구에서 살게 되었을까?』, 신 줌페이, 비룡소, 2012