지구 격동의 이력서 암석 25 - 우주 지구 생명의 퍼즐로 엮은 지질학 입문 -

『지구 격동의 이력서, 암석 25』는 어두컴컴한 지질시대라는 웅장한 건물로
들어가는 입구를 환히 밝히는 스물다섯 개의 등불이다.
―마르시아 비요르네루드, 『암석 읽기: 지구의 자서전』의 저자

41억 년 전 생물의 존재를 암시하는 지르콘,
백악기 공룡 대멸종의 실마리 이리듐,
눈덩이 지구의 증거 다이어믹타이트…

지구와 우주의 25가지 조각으로 풀어낸 지질과 생명의 수수께끼!

모든 암석과 화석에는 이야기가 있다. 대부분의 사람들에게 암석은 그저 돌덩이일 뿐이지만, 경험 많은 지질학자에겐 귀중한 증거들이 가득한 하나의 길잡이다. 방법만 안다면 우리는 그 증거들을 명확하게 읽어낼 수 있다. 나는 종종 학생들에게 지질학은 TV 시리즈 <CSI>와 비슷하다고 말한다. 지질학자와 고생물학자는 과학수사를 하는 형사처럼 희미한 증거의 조각들을 짜맞춰가면서 과거의 ‘범죄 현장’을 재구성한다. 그 과정은 놀라울 정도로 섬세하다. ―머리말에서

지층에 새겨진 지구의 발자취
시작은 단순한 호기심이었다. 1970년대, 월터 앨버레즈라는 젊은 지질학자는 이탈리아 구비오 근처에서 백악기 말기와 신생대 초기(팔레오세)에 걸친 두꺼운 석회암층을 기재하고 있었다. 그의 연구 주제는 공룡과는 전혀 관계가 없었다. 하지만 석회암 속에서 뚜렷하게 보이는 짙은 색의 점토층을 발견했을 때, 혹시 여기에 백악기 대멸종의 단서가 있는지 궁금해졌다. 희귀 원소인 이리듐을 측정했고, 결과는 충격적이었다. 이리듐은 그저 장기간 축적되었을 것이라고 예상할 수 있는 양보다 훨씬 많았다. 이를 어떻게 설명할지 궁리하던 그는 다음과 같은 생각에 도달했다. 만약 그 이리듐이 대부분 우주에서 왔다면?
마침내 계산을 통해, 지름 10~15킬로미터의 소행성이 백악기 말 지구에 부딪혔음을 알아냈다. 이로써 ‘무엇이 공룡들을 죽였는가?’라는 수수께끼도 해결됐다. TNT 1억 메가톤의 에너지를 지닌 이 소행성의 충돌로 인해 발생한 먼지구름이 지구 대기를 가득 채웠고, 태양빛이 차단되어 먹이사슬이 바닥부터 붕괴된 것이다. 사람들이 귀가 닳도록 들어온 ‘우주에서 바윗덩어리가 날아왔으며 그걸로 끝’이라는 대멸종 시나리오가 이렇게 만들어졌다. 많은 지질학자가 사건 종결을 선언했지만, 화석 기록은 시나리오가 그렇게 단순하지 않다고 말한다. 정답은 무엇일까? 이 논쟁은 처음 시작된 이래로 40년이 지난 지금까지도 사그라질 기미가 보이지 않는다.
고생물학자이자 지질학자인 도널드 R. 프로세로는 『지구 격동의 이력서, 암석 25』에서, 응회암부터 빙하표석까지 오늘날 이 땅을 이루는 중요한 암석과 그것을 만들어낸 지질현상을 탐구한다. 더불어 이와 관련된 역사적·문화적 배경을 살피면서 지구에 대한 사람들의 생각이 어떻게 달라졌는지 보여주며, 지질학의 발전을 이끈 과학자들의 이야기까지 담는다. 모든 암석에는 약 50억 년 전부터 끊임없이 변화해온 지구의 흔적이 고스란히 새겨져 있다. 이 책은 지구의 격동, 그리고 이를 탐구하는 과학의 역동성을 보여주는 지질학 입문서다.

고마술은 어떻게 판구조론 혁명을 추동했는가?
고대 지구의 자기장을 연구하는 고지자기학 연구자들은 ‘고마술사paleo-magician’라는 별명으로 불린다. 지질학의 까다롭지만 흥미로운 문제들이 고지자기학을 통해 마술처럼 해결되었기 때문이다. 1948년, 워싱턴 카네기 연구소의 엘리스 존슨, 토머스 머피, 오스카 토레슨이 「지구 자기장의 초기 역사」라는 논문을 발표한 후로, 많은 과학자가 고지자기 연구에 뛰어들었다. 당시 지질학계에는 수수께끼에 둘러싸인 몇 가지 퍼즐 조각이 있었다.
첫 번째 조각: 고지자기학의 선구자 키스 런콘은 다양한 암석의 자기장 자료를 모았다. 그 결과, 아주 젊은 암석은 자기장 방향이 오늘날의 자북과 일치했으나, 주어진 어느 대륙에서 더 오래된 암석일수록 거기에 기록된 고대 자북의 방향이 오늘날의 자북에서 멀어졌다. 이를 이용하면, 그 대륙을 기준으로 지구 자기장의 북극이 이동한 모양을 나타내는 ‘극이동 곡선’을 그릴 수 있었다.
두 번째 조각: 지구의 자기장은 뒤집힌다! 이를테면 오늘날엔 북쪽을 가리키는 나침반의 바늘이 80만 년 전에는 남쪽을 가리켰을 것이다. 1929년 지구물리학자 마쓰야마 모토노리는 일본과 만주에서 100개가 넘는 현무암 표본을 수집했다. 이 표본들의 자기장은 자북(정상) 또는 180도 역전이라는 두 가지 방향만 나타냈다. 암석들을 시간 순으로 배치하자, ‘극이 역전된 암석’은 거의 연대가 비슷하며 정상인 암석들과 연대가 달랐다.
세 번째 조각: 1940년대 후반 제2차 세계대전이 끝나고, 여러 해양연구소에서는 남아도는 전함과 자력계들을 넘겨받아 해저에서 자기장 자료를 수집했다. 자료를 분석하여 그래프로 나타내자 독특한 줄무늬가 나타났다. 이 줄무늬는 정식으로 ‘자기 이상’이라고 알려지는데, 주위보다 자기장이 강한 양성 자기 이상과 평균보다 약한 음성 자기 이상이 번갈아 나타난 것이다.
이 모든 조각은 1962년 지질학자 해리 헤스, 1963년 드러먼드 매슈스와 프레더릭 바인에 의해 짜맞춰졌다. 양성과 음성 자기 이상은 정상과 역전 방향으로 자화된 암석 때문에 나타났다. 바닷속 중앙해령에서는 열곡의 틈새에서 용암이 분출되면서 새로운 대양저가 끊임없이 만들어지고, 냉각되는 용암은 만들어질 당시의 지구 자기장을 그대로 가둔다. 가운데에서 새로운 지각이 형성되어 해저가 확장되는 동안 양쪽의 오래된 지각은 한 쌍의 컨베이어벨트처럼 서로 멀어지는 방향으로 움직이며, 그에 따라 해저에 정상과 역전을 오가는 자기장의 줄무늬가 새겨진다.
대륙은 움직이지 않는다고 믿어왔던 주류 지질학자들의 고정관념은 이로써 산산조각이 났다. 극이동 곡선도 사실은 북극이 이동한 모양이 아니며, 하나의 자북을 두고 대륙들이 움직여서 만들어진 것이었다. 해저 확장과 대륙 이동의 비밀을 밝힌 고마술. 이로 인해 발생한 판구조론 과학혁명은 지구과학을 휩쓸었고, 영원히 바꿔놓았다.
이 책은 이렇게 퍼즐 조각과 같은 발견들이 하나둘 맞춰지면서 ‘지구’라는 큰 그림이 완성되는 과정을 생생하게 보여준다.

돌덩이 지구 탐험!
핀란드 사보니아에는 쿰마키비Kummakivi(핀란드어로 ‘이상한 바위’)가 있다. 다른 바위 위에 얹혀서, 살짝 밀면 굴러 떨어질 듯이 위태롭게 균형을 유지한다. 캘리포니아 요세미티 국립공원의 표석 또한 지면 위에 아슬아슬하게 놓여 있다. 더 알쏭달쏭한 점은 이 바위와 같은 종류의 암석을 주변 어디에서도 볼 수 없다는 것이다. 때로는 바위의 유래가 수백 킬로미터 떨어진 곳일 때도 있었다. 지질학의 초창기엔 노아의 홍수로 운반되었다고 여겨지던 이 암석들은, 이후 온 지구가 얼음으로 덮혀 있었음(빙하기)을 밝히는 증거가 되었다.
프로세로는 이 책에서 전 세계의 유명한 암석과 이를 유람할 수 있는 다양한 지질명소를 소개한다. 미국 캔자스 서부의 나이오브래라 백악Niobrara Chalk에서는 암모나이트, 조개, 고둥, 거대한 어류와 파충류의 화석을 발견할 수 있다. 나미비아의 호바 운석은 지금까지 발견된 것 중에서 가장 크고 무거운(최소 60톤) 철질운석으로서 지구의 핵이 무엇으로 이루어졌는지를 맛보기로 보여준다. 스코틀랜드-잉글랜드 국경 근처에 있는 하드리아누스의 방벽은 1770년대 제임스 허턴이 노아의 홍수와 같은 격변론을 부정하고 동일과정설을 추론해내는 데에 도움을 주었다.
한국어판에서는 한국지질자원연구원의 명예연구원 이성록 박사가 우리나라의 자연경관과 박물관을 소개한다. 경북 양남 주상절리군은 천연기념물 제536호로 지정되었으며, 누워 있거나 기울어진 다양한 형태의 절리 중에서도 부채꼴 모양의 주상절리는 세계적으로 유례를 찾기 어렵다. 서해 소청도에 가면, 약 10억 년 전 박테리아의 활동을 보존하여 우리나라에서 가장 오래된 화석으로 평가받는 스트로마톨라이트를 볼 수 있다. 대전 지질박물관은 5000여 점에 달하는 지질 표본을 전시하고 체험교육 프로그램을 운영한다.
이러한 명소들을 방문하여, 수억 년 전에 만들어진 암석들이 어떻게 지금에 이르렀는지 상상하면서 과거 지구로의 여행과 함께 지질학의 즐거움을 만끽해보자. 걷다 보면 수시로 발에 채이는 돌맹이 하나하나가 달리 보이는 경험을 할 수 있을 것이다.

지은이 : 도널드 R. 프로세로
캘리포니아 공과대학, 컬럼비아 대학, 옥시덴탈 대학, 바사 대학, 녹스 대학에서 40년 가까이 고생물학과 지질학을 가르쳐왔다. 현재 캘리포니아 주립 폴리테크닉 대학 지질학과와 피어스 칼리지 지질학과의 겸임교수이자, 로스앤젤레스 카운티 자연사 박물관의 척추동물 고생물학 연구원이다. 1991년에는 고생물학회에서 40세 이하의 가장 뛰어난 고생물학자에게 수여하는 슈체르트상을 수상했고, 2013년에는 미국 국립지구과학교사협회에서 지구과학 분야의 뛰어난 저작과 편집 작업에 대해 수여하는 제임스시어상을 수상했다. 300편이 넘는 과학 논문과 35권 이상의 책을 저술했으며, 대표적으로 『진화의 산증인, 화석 25』, 『공룡 이후: 신생대 6500만 년, 포유류 진화의 역사』, 『화석은 말한다』가 있다.

옮긴이 : 김정은
성신여자대학교에서 생물학을 전공했고, 뜻있는 번역가들이 모여 전 세계의 좋은 작품을 소개하고 기획 번역하는 펍헙 번역 그룹에서 전문 번역가로 활동하고 있다. 옮긴 책으로는 『유연한 사고의 힘』, 『바람의 자연사』, 『바이털 퀘스천』, 『진화의 산증인, 화석 25』, 『미토콘드리아』, 『세상의 비밀을 밝힌 위대한 실험』, 『신은 수학자인가?』, 『생명의 도약』, 『날씨와 역사』, 『좋은 균 나쁜 균』, 『자연의 배신』, 『카페인 권하는 사회』, 『감각의 여행』 등이 있다.

머리말
 감사의 글

01 응회암: 불카누스의 분노―베수비오 화산의 분출
02 천연 구리: 아이스맨과 구리의 섬
03 주석석: 카시테리데스와 청동기시대
04 경사 부정합: 태초의 흔적과 지질학적 시간의 광대함
05 화성암맥: 지구의 거대한 열기관, 마그마의 기원
06 석탄: 산업혁명의 불꽃을 일으킨 암석
07 윌리엄 스미스와 영국의 암석: 세상을 바꾼 지도
08 방사성 우라늄: 암석 속의 시계
09 콘드라이트 운석: 우주에서 온 전령―태양계의 기원
10 철-니켈 운석: 다른 행성의 핵
11 달의 기원과 월석: 초록색 치즈인가, 사장암인가?
12 지르콘: 초기 대양과 생명체―모래알 속의 증거
13 스트로마톨라이트: 시아노박테리아와 가장 오래된 생명체
14 호상 철광층: 초기 지구의 대기
15 저탁류 퇴적층: 시생대의 퇴적층과 해저 산사태
16 다이어믹타이트: 열대의 빙하와 눈덩이 지구
17 외래 암층: 방랑하는 화석과 유람하는 지괴
18 기반암: 알프레트 베게너와 대륙이동설
19 백악: 백악기의 바다와 온실 지구
20 이리듐층: 공룡의 죽음
21 천연 자석: 고마술은 어떻게 판구조론을 만들어냈는가?
22 청색편암: 섭입대의 수수께끼
23 샌앤드레이어스 변환단층: 지진이다!
24 메시나의 증발암: 지중해는 사막이었다
25 빙하표석: 시인, 교수, 정치가, 문지기, 그리고 빙하기의 발견

 부록: 한국의 경관과 박물관
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