유레카 3 -서른아홉번째이야기
(인류가 다른 생명들과 공존하지 못한다면 인류가 스스로 자멸하는 것은 너무나 자명하다)
2부. 생명
15장. 탄소 1
* 이 글은 <유레카3>의 39번째 글입니다. 우주와 생명에 대한 철학적 진실을 탐구하고, 그를 바탕으로 새로운 삶의 방식을 제시하고자 합니다. 1부 우주, 2부 생명, 3부 길로 구성되어 있으며, 26장 73편의 이야기로 나뉘어져 있습니다. 이 글을 접하시는 모든 분들이 제가 깨달은 것을 함께 깨달아, 지성의 즐거움을 함께 만끽하며, 인류와 생명의 진보와 진화의 길을 함께 걸어가게 되기를 기대합니다.
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99. 생명의 지구
보통의 생물이 지구에서 살아가기 위한 필수 조건은 무엇일까?
온도, 물, 공기, 음식.
이런 것들이 적당히 유지된다면 생명체가 살아가는데 큰 지장은 없을 것이다. 공교롭게도 우리 지구는 이것이 적당히 유지되고 있다. 이것은 엄청나게 특이하고 특별하며 또한 중요한 문제이기도 하다.
'이것이 왜 특별해? 원래 그런 거잖아?'라고 생각한다면 나는 당신에게 나의 글을 처음부터 다시 읽으시라고 권하고 싶다. 이 드넓은 우주 공간에 지구와 같은 조건을 유지한다는 것은 짜장 쉬운 일이 아니다. 우리 우주의 평균 온도는 2K, 즉 영하 271도이다. 기본적으로 우리 지구는 기가 막히게 특별한 위치에 자리 잡고 있어 생명이 번성할 수 있는 것이다.
우주에는 수없이 많은 별들이 있지만 태양과 같이 적당한 크기를 가진 별은 별로 많지 않다. 별이 너무 크면 별의 수명이 짧아 생명이 진화할 시간을 가질 수 없으며, 너무 작으면 지구와 같은 행성에 에너지를 제대로 공급할 수 없다. 태양은 약 50억 년 전에, 지구는 약 46억 년 전에 생겨났고, 지구 생명의 진화의 역사는 약 38억년이다. 베텔게우스처럼 큰 별의 수명은 고작 1,100만년이다. 생명의 진화는 38억년이라는 그 오랜 세월의 실험과 실패와 온갖 역경과 고난을 뚫고서 비로소 지적생명체인 ‘인간(人間)’이라는 걸작(傑作) 하나를 만들어낸 것이다.
우리 지구는 물이 액체 상태를 유지할 수 있는 태양과의 적당한 거리를 유지하고 있다. 이런 생명체 거주 가능 영역을 HZ(habitable zone), 또는 골디락스 지대(goldilocks zone)라 한다. 지구가 이런 궤도를 유지할 수 있었던 것은 형제행성인 금성과 목성의 도움이 컸다. 또한 목성은 그 큰 덩치로 태양을 향해 돌진하는 수많은 소행성들을 온 몸으로 막아 지구를 보호해주었다. 달의 역할 또한 작지 않다. 달이 있으므로 지구 자전축이 안정적으로 유지되고 있다는 것을 아는 사람은 많지 않다. 우리 지구는 상대적으로 매우 큰 위성인 달과의 중력 힘겨루기로 인하여 목성 중력의 영향권을 상쇄시킬 수 있게 되었다. 만약 달이 없었다면 태양과 목성 사이에서 목성의 위치에 따라 지구 자전축이 쉽게 또 많이 변할 수 있게 된다. 실제로 지구와 같이 큰 위성이 없는 화성은 지난 600만 년 간 만 따지더라도 약 15만년 주기로 자전축이 15도에서 45도까지 심하게 변화하였다. 또한 달이 일으키는 조석의 변화는 지구의 바다를 끊임없이 뒤섞어주고 에너지를 공급하여 지구 생명의 생태와 진화에 막대한 역할을 하였다. 달이 없었다면 밀물과 썰물 같은 조석현상이 생기지 않기 때문에 바다는 마치 호수와 같이 잔잔할 것이다. 밀물과 썰물은 육지의 강에서 흘러온 영양분이 많은 민물을 바닷물과 섞는 역활을 한다. 만약에 이런 역할이 없다면 바닷물과 민물은 물과 기름처럼 두 층으로 나뉘게 된다. 염분이 많은 바닷물을 아래로, 영양이 많은 민물은 위에 자리를 잡는다. 이렇게 되면 지금도 흔히 우리 주변 바다에 나타나는 적조현상이 육지와 가까운 바다의 전반에 걸쳐 일어나고 물은 썩게되고 산소는 공급되지 않아 결국 바다는 다양한 생물이 살 수 없는 죽은 바다가 되고, 지구 생태계 역시 급격하게 변화되어 지구는 생물이 살기에 부적합한 별이 될 수도 있다. 지구 산소의 3/4은 바다의 조류가 만들어내는 양이고, 모든 생물의 고향은 바다이기 때문이다. 이렇듯 지구는 태양과 달과 형제 행성들의 도움을 받아 생명의 별이 될 수 있었던 것이다.
근본을 따지는 방법에는 전체를 보는 방법과 부분을 보는 방법이 있다고 하였다. 그런 의미에서 태양과 태양계를 살펴본 일은 전체를 보는 방법이다. 이제 우리는 지구 생명에 영향을 주는 원소들 중 몇 가지를 살펴보고자 한다. 그것은 부분을 보는 방법이다. 우리는 이를 통하여 생명의 별 지구에서 생명이 탄생하고 유지하기 위하여 어떤 일들이 벌어졌는지를 좀 더 자세히 고찰하고, 이것이 단지 자연현상에 의한 우연인지, 누군가의 의지 작용인지에 대한 깨달음에 접근하고자 한다. 우리가 이 글에서 주목할 원소는 탄소와 산소와 수소이다. 그리고 그 첫 번째는 [탄소]이다.
100. 탄소(炭素, Carbon)
영어로 [Carbon]이라고 불리는 탄소는 우주에서 4번째로 많은 원소이다. 우주에 있는 탄소의 양을 1개라고 하면 산소는 6개, 헬륨은 1,000개, 수소는 10,000개가 존재하고, 나머지 모든 원소들을 다 합쳐봐야 1개가 되지 않는다. 물론 이 비율은 질량비가 아니라 개수의 비율이다. 수소의 질량을 1이라하면 헬륨은 2, 대부분의 탄소는 12, 산소는 16이다.
탄소는 평온에서 고체 상태이며, 순수한 탄소의 결정체는 흑연과 다이아몬드이다. 탄소가 어떤 형태의 압력과 배열로 이루어졌는가에 따라 흑연이 되기도 다이아몬드가 되기도 한다. 흑연을 약 10만 기압의 압력과 약 3,000℃의 온도로 처리하면 인조 다이아몬드가 된다. 이 글을 읽으시는 독자들은 황금은 돌같이 보고, 다이아몬드는 투명한 연필심처럼 보시기를 권해본다.
(똑같은 탄소라도 그 배열에 따라 다이아몬드가 되기도 흑연이 되기도 한다)
탄소가 많이 들어있는 나무, 석탄, 석유 등은 탄소와 수소 그리고 산소나 기타 원소의 화합물이다. 우리 몸 중에서 탄소가 가장 많은 부분은 근육질이다.
탄소가 고체 상태로 있는지 기체 상태로 있는지는 그 별의 상태에 매우 중요하다. 지구와 금성은 쌍둥이별이라 불릴 만큼 크기와 조건이 비슷한 행성이다. 그러나 이 두 별의 운명은 완전히 다르다. 지구는 생명의 활력으로 가득 찬 살아있는 별이고, 금성은 황산용암이 펄펄 끓는 죽음의 별이다. 천당과 지옥을 별로 표현하라면 딱 지구와 금성이다. 이렇게 된 데에는 여러 가지 이유가 있겠지만 그 중 하나가 탄소의 상태이다. 지구에서는 탄소가 대부분 고체 상태로 존재하지만, 금성은 기체로 존재한다.
(금성과 지구)
얼마 전까지 지구 대기 중 수증기를 제외한 이산화탄소의 농도는 그림의 자료처럼 약 0.04%, 즉 400ppm이다. ppm은 100만 분율 이라 생각하시면 된다. 반면 금성은 지구보다 약 90배 더 높은 대기밀도에 이산화탄소의 비율은 96.5%이다.
(지구 대기의 구성 성분과 비율)
(금성 대기의 구성과 비율)
지구에서 물은 통상 액체 상태로 존재하는데, 지구의 평균표면온도는 섭씨 15도로 물의 어는점보다 높다. 단순하게 태양과 지구와의 거리 관계만을 생각하여 지구의 표면 온도를 계산하면 영하 18도 정도이어야 한다. 바다의 표면도 얼어붙는 온도이다. 지구의 온도가 높아진 이유는 물론 이산화탄소의 온실효과의 영향이 가장 크다. 공기 중 이산화탄소의 영향으로 지구는 얼음별에서 물과 생명이 넘실대는 별이 되었다. 물을 담는 그릇과 같이 탄소는 열을 담아 놓는 성질이 있다. 석 탄, 석유, 나무와 같이 탄소가 고체 상태로 있다면 불을 붙기 전까지는 탄소는 안전핀이 굳건한 폭탄처럼 그리 위험하진 않다. 그러나 탄소가 이산화탄소처럼 기체 상태가 된다면 마치 불붙은 숯처럼 오래도록 열을 머금을 수 있다. 문제는 지구의 이산화탄소의 비율이 점점 높아지고 있다는 것이다. 2012년 이산화탄소의 농도가 400ppm을 넘겨 심각하게 상승하고 있다는 보고와, 생태계 멸종 속도가 평소에 비해 1,000배 이상 빨라지고 지구에서 여섯 번째 대멸종이 이미 시작되었다는 보도는 어쩌면 지구가 철없는 인류에게 보내는 마지막 경고일 것이다.
(산업혁명 이 후, 특히 최근에 이산화탄소의 배출량과 농도가 급격히 증가하고 있다)
만약 대멸종이 시작된 것이라면, 대멸종에서 인류만은 살아남을 거란 착각은 인간의 이기심과 오만이 낳은 착각이다. 여섯 번째 대멸종의 원인은 단연 인간이다. 내가 만약 지구라면 나는 생태계의 균형을 위협하는 원인을 근본적으로 제거하려 할 것이다. 지난 40억 년 간 수많은 고난과 역경을 극복하고 생명을 창조하고 진화시켰던 지구의 역사를 이해한다면, 고작 일만 년 문명의 역사를 가진 인류의 불장난이 얼마나 위험하며 무모한 일인가를 깨닫는 것은 그리 어렵지 않다.
불은 칼과 같다. 똑 같은 칼이 강도의 손에 들려있는지, 요리사의 손에 들려있는지에 따라 미래의 결과는 천양지차(天壤之差)로 달라질 것이다. 인류가 다른 생명들과 공존하지 못한다면 인류가 스스로 자멸하는 것은 너무나 자명하다.
[꿀벌이 사라지면, 4년 안에 인간도 사라진다.]
아인슈타인의 유명한 예언이다. 꼭 4년은 아닐지도 모르고 꿀벌이 사라진다고 인류가 아주 멸망하리라는 보장은 없지만, 안타깝게도 꿀벌은 점점 사라져가고 있는 것은 사실이다.
원문 ; 2014년 3월 6일
1차 수정 ; 2014년 6월 19일
2차 수정 ; 2014년 11월 4일